Fisiologia Humana - Uma Abordagem Integrada, 5ª Edição (Artmed) - Dee Unglaub Silverthorn

Equipe de tradução: Aline de Souza Pagnussat Fisioterapeuta. Mestre e Doutora em Neurociências pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Professora adjunta da Universidade Federal do Pampa - Campus Uruguaiana.

Ivana Beatrice Mânica da Cruz Bióloga. Mestre e Doutora em Genética e Biologia Molecular pela UFRGS. Pós-doutora em Demografia do Envelhecimento pela University of California, EUA. Professora adjunta da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Professora orientadora dos Programas de Pós-Graduação em Bioquímica Toxicológica e em Farmacologia da UFSM. Colaboradora do Doutorado em Biomedicina da Universidad de León, Espanha.

Ivo Emilio da Cruz Jung Acadêmico de Psicologia. Bolsista de Iniciação Científica em Biogenômica do Desenvolvimento na UFSM.

Marco Aurélio Echart Montano Químico. Mestre em Biotecnologia pela Universidade de Caxias do Sul. Doutorando em Biomedicina pela Universidad de León. Professor de Genética e Biotecnologia da Universidade do Oeste de Santa Catarina. Assessor científico do Hospital de Caridade de Ijui - Centro de Alta Complexidade em Oncologia.

Maria Gabriela Valle Gottlieb Bióloga. Mestre em Medicina e Ciências da Saúde pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS). Doutora pelo Programa de Pós-Graduação em Medicina e Ciências da Saúde da PUCRS.

Maria Izabel de Ugalde Marques da Rocha Farmacêutica. Mestre em Ciências Farmacêuticas pela UFSM. Doutora em Fisiologia pela UFRGS. Professora adjunta do Departamento de Morfologia da UFSM.

Revisão técnica desta edição: Gisele Branchini Bióloga. Mestre em Ciências Biológicas: Fisiologia pela UFRGS.

Lolita Schneider Bióloga. Mestre em Ciências Biológicas: Fisiologia pela UFRGS.

S587f

Silverthorn, Dee Unglaub. Fisiologia humana [recurso eletrônico] : uma abordagem integrada/ Dee Unglaub Silverthorn; tradução Ivana Beatrice Mânica da Cruz... [et al.]. - 5. ed. - Dados eletrônicos. - Porto Alegre : Artmed, 2010. Editado também como livro impresso em 2010. ISBN 978-85-363-2338-1 1. Fisiologia humana. I. Título. CDU 612 Catalogação na publicação: Renata de Souza Borges CRB-10/1922

Dee Unglaub Silverthorn, Ph.D. University of Texas, Austin COM A COLABORAÇÃO DE

Bruce R. Johnson, Ph.D. Come 11 University E

William C. Ober, M.D. Coordenador de arte e ilustrador

Claire W. Garrison, R.N. Ilustradora

Andrew C. Silverthorn, M.D. Consultor clínico

UMA ABORDAGEM INTEGRADA Sª Edição

Consultoria e supervisão técnica desta edição: Maria Flavia Marques Ribeiro Médica. Mestre e Doutora em Fisiologia pelo Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Fisiologia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Professora associada do Departamento de Fisiologia, ICBS, da UFRGS. Pós-Doutora pelo Instituto Cajal, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Madri, Espanha. Docente permanente do Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas: Fisiologia da UFRGS.

Versão impressa desta obra: 201 O

2010

Obra originalmente publicada sob o título Human physiology: an integrated approach, 5th Edition ISBN 9780321559807 Authorized translation from the English language edition, entitled HUMAN PHYSIOLOGY: AN INTEGRATED APPROACH,5th Edition, by DEE UNGLAUB SILVERTHORN, published by Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings, Copyright© 2010. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. Portuguese language edition published by Artmed Editora SA, Copyright© 2010. Tradução autorizada a partir do original em língua inglesa da obra intitulada HUMAN PHYSIOLOGY: AN INTEGRATED APPROACH, 5ª Edição, de autoria de DEE UNGLAUB SILVERTHORN, publicado por Pearson Education, Inc., sob o selo de Benjamin Cummings, Copyright© 2010. Todos os direitos reservados. Este livro não poderá ser reproduzido nem em parte nem na íntegra, nem ter partes ou sua íntegra armazenado em qualquer meio, seja mecânico ou eletrônico, inclusive fotorreprografia, sem permissão da Pearson Education, Inc. A edição em língua portuguesa desta obra é publicada por Artmed Editora SA, Copyright© 2010. Capa: Mário Rohnelt Preparação de originais: Luana fanini Peixoto Leitura final: Magda Regina Chaves Editora Sênior - Biociências: Letícia Bispo de Lima Projeto e editoração: Techbooks

Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à ARTMED® EDITORA S.A. Av. Jerônimo de Ornelas, 670 - Santana 90040-340 Porto Alegre RS Fone (51) 3027-7000 Fax (51) 3027-7070 ,.

E proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web e outros), sem permissão expressa da Editora. SÃO PAULO Av. Embaixador Macedo Soares, 10.735 - Pavilhão 5 - Cond. Espace Center Vila Anastácio 05095-035 São Paulo SP Fone (11) 3665-1100 Fax (11) 3667-1333 SAC 0800 703-3444 IMPRESSO NO BRASIL

PRINTED IN BRAZIL

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estudou biologia na Tulane University e fez doutorado em ciências marinhas na University of South Carolina. Realiza pesquisas sobre transporte epitelial, e estudos recentes do seu laboratório têm investigado as propriedades do transporte da membrana alantoide do embrião de galinha. Ela começou sua carreira como professora no Departamento de Fisiologia da Medical University of South Carolina, mas com o passar dos anos lecionou para uma grande variedade de estudantes, incluindo acadêmicos de medicina e estudantes que estavam se preparando para ingressar no ensino superior. Na University of Texas, ela ensina fisiologia, em aulas teóricas e práticas de laboratório, e orienta alunos de pós-graduação em um curso de desenvolvimento de habilidades de ensino em ciências da vida. Já recebeu inúmeros prêmios e homenagens na área de ensino, incluindo o prêmio Outstanding Undergraduate Science Teacher Award, 2009, da Society for College Science Teachers, o Claude Bernard Distinguished Lecturer da American Physiological Society e Arthur C. Guyton Physiology Educator of the Year, além de vários prêmios da UT-Autin, incluindo o Burnt Orange Apple Award. A 1ª edição deste livro ganhou o prêmio Robert W. Hamilton em 1998 como o melhor livro didático de 1997-98 publicado por um membro da University of Texas. Dee recentemente completou seis anos como editora-chefe da revista Advances in Physiology Education e trabalha com membros da International Union of Physiological Sciences para aperfeiçoar a educação em fisiologia nos países em desenvolvimento. Ela é membro da American Physiological Society, da Human Anatomy and Physiology Society, da Society for Comparative and Integrative Biology, da Association for Biology Laboratory Education e da Society for College Science Teachers. Dee usa seu tempo livre criando arte multimídia e aproveitando as colinas do Texas com seu marido Andy e seus cachorros. DEE UNGLAUB SILVERTHORN

SOBRE OS ILUSTRADORES e.

(coordenador de arte e ilustrador) é graduado pela Washington and Lee University e mestre pela University of Virginia. Quando estava na escola de medicina, estudou no Departamento de Arte Aplicada à Medicina daJohns Hopkins University. Após sua graduação, Dr. Ober fez residência em Medicina de Família e posteriormente esteve no Departamento de Medicina de Família da University of Virginia. Atualmente é professor na Divisão de Medicina do Esporte da UVA e faz parte da equipe de professores do Shoals Marine Laboratory, onde leciona ilustração biológica no verão. Os livros didáticos ilustrados para a Medical and Scientific Illustration já ganharam inúmeros prêmios de desenho e ilustração. WILLIAN

OBER, M.D.

(ilustradora) era enfermeira pediátrica e obstétrica antes de se dedicar integralmente à ilustração médica. Cursou artes no Mary Baldwin College, onde recebeu seu diploma com distinção. Após cinco anos de prática, ela começou a trabalhar, a partir de 1986, com o Dr. Ober na Medical and Scientific Illustration. Ela faz parte da equipe do Shoals Marine Laboratory e atua como professora colaboradora no curso de ilustração biológica. CLAIRE W. GARRISON, R.N

SOBRE O CONSULTOR CLÍNICO é graduado pela United States Military Academy (West Point). Serviu na infantaria do Vietnã e, quando retornou, ingressou na Medical University of South Carolina, em Charleston. Finalizou sua residência em medicina de família na divisão médica da University of Texas, em Galveston, onde foi residente-chefe. Atualmente, é médico de família em Austin, Texas. Quando Andy não está atendendo seus pacientes, pode ser encontrado no curso de golfe ou brincando com seu labrador chocolate, Lady Godiva. ANDREW C. SILVERTHORN, M.D.

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Sobre a Autora

SOBRE O COLABORADOR é pesquisador sênior em Neurobiologia e Comportamento da Cornell University. Ele fez sua graduação em Biologia na Florida State University, seu mestrado na Florida Atlantic University e seu doutorado na Marine Biological Laboratory em Woods Hole pelo Boston University Marine Program. Em Cornell, Bruce leciona um curso de laboratório para alunos de graduação denominado Princípios da Neurofisiologia. Ele é co-autor de BRUCE JOHNSON

Crawdad: a CD-ROM lab manual for Neurophysiology e do Laboratory manual for physiology e continua a desenvolver modelos de preparações laboratoriais para alunos de neurociências. Ele tem lecionado em workshops na faculdade, apoiado pela NSF (Crawdad) e pela Faculty for Undergraduate Neurosciense (FUN)/Project Kaleidoscope, e em cursos de laboratório de neurociências para graduandos e graduados na University of Copenhagen, no Marine Biological Laboratory e no Shoals Marine Laboratory. Bruce tem recebido prêmios e distinções como professor da Cornell University, além do Prêmio FUN Educator of the Year. Ele é atualmente o presidente da FUN. Sua pesquisa enfoca mecanismos sinápticos e celulares da plasticidade da rede motora.

Esta edição é dedicada a North, Michael, Maggie e Ellie - a próxima geração

A junção neuromuscular consiste em terminais axônicos 1 placas motoras terminais \ na membrana do músculo e bainhas da célula de Schwann

~-s:

Gorduraso daodieta

· o-~z~ ,.

O

....

Lúmen intestinal

Monoacilgliceróis

; :.

'

Ramificações do neurônio mo- .....-!\...__ t or somático na sua extremi~o.... dade distal

o

•

Fosfolipídeos

Colesterol

Ácidos graxos livres (AGL)

Arte nova e revisada

apo

..

Células

;ntestinai

A maior parte da arte foi revisada usando cores mais vivas e deta lhes mais realistas, facilitando sua percepção do ambiente f ísico onde os processos fisiológicos ocorrem.

@ uilomícro

AGL

Linfa Adip6citos Li ólise or li

Fibra muscular

es

Recombinados _ ,. TG em triacilgliceróis Arma(TG) zenado

~f-+

Botão terminal Bainha da célula ---~ deSchwann Terminal axônico -----. Mitocôndrias

Maioria das células

A placa mot ora terminal é uma região da membrana muscular que contém altas concentrações de receptores para ACh

AGL oxidados Fígado

O

.---.,.,011""'""""'

!

Metabolizado

.,__+--Vesícula sináptica (ACh)

t

ººº

Complexo de lipoproteínas

-

LEGE

Arteríola _ _ __,. eferente

/pi

Colesterol + AGL+ lipoproteínas

•

HDL

•• ••

'---~ : •. Sais biliares

....:2'y-- Membrana

LDL

e

pré-sináptica Arteríola - --zr aferente

}

~OC'i~:'._ A membrana

Cápsula de Túbulo Bowman proximal

pós· sináptica é mod ificada formando a placa motora terminal

Receptores nicotínicos para ACh LEGENDA Alça de Henle

. . = Fllttação: do sangue para o tümcn •

= Rcabsotção: do lúmen para o sangue

•

= Scctcção: do sangue para o lúmen

Dueto coletor

~ = Excteção: do lúmon paro o melo

t.S..V

Vias reflexas & mapas conceituais !

!

Quimiorreceptores bulbares

Ouimiorreceptores na carótida e na aorta

Neurônio s senS(}-

riais aferentes

l Neurónios motores somáticos [Inspiração)

QUE ST ÃO DA FIGURA Relacione os números na figura com os componentes do mapa.

Músculos escaleno e esternocleidomastóideo

veia renal

meio externo

!

Expiração--1

Para a

Para a bexiga e

cxtc.rno

Emoções e controle voluntário

l..-1nspiração > 1•

Fenda sináptica

lntercostais

externos

Organizam os processos e os detalhes fisiológ icos em um formato visua l consistente e lógico. Essas figuras usam cores e formas para representar processos e orientam você para uma melhor compreensão das funções fisiológ icas coordenadas.

Estimulo

~

Receptor

Neurónio

sensorial

• ~~

Neurónios motores somáticos (expiração)

Diafragma

lntercostais internos

\ Todos os reflexos autonômicos são polissinápticos com no mínimo uma sinapse no SNC e outra no gânglio autonômico

Músculos abdominais

LEGENDA -

Estímulo

•

Centros lntegtadorcs

(=:J

Roccpto.rcs scosoria!s

CZJ

Ncutônlos cfcrontes

c:J

Efctoros

~ Ncurônios aferentes

Neurónio autonômico pré-ganglionar

Resposta Neurônio autonômico pós-ganglionar Célula-alvo

Gânglio autonômico

(a) O fígado é o maior dos órgãos internos, pesando cerca de 1.s kg em um adulto. Ele está localizado logo abaixo do diafragma, no lado direrto do corpo.

(b) O fluxo de sangue para o fígado Dueto hepático -

-L

vem de duas fontes. O sangue oxigenado que contém metabólitos dos tecidos periféricos alcança o fígado via artéria hepática. O sangue que vai para o fígado v ia veia porta do fígado é rico em nutrientes absorvidos p elo trato GI

comum Vesicula -r' biliar

Em foco

{Fig. 21 · 30) e contém produtos da Fígado

Figuras ressaltam a anatomia e a f isiologia dos órgãos que frequentemente não são incluídos nos textos de fisiologia, como a pele, o fígado e a glându la pineal.

degradação da hemoglobin a provenientes do baço. O sangue deixa o fígado pela veia hepática (não mostrada). A bile sintetizada no fígado é secretada no dueto hepático comum para ser armazenada na vesícula biliar. De lá, é secretada para o lúmen do intestino via dueto colédoc·o.

Vesícula b iliar

Estômago

l Pâncreas

(e) hepatócitos do fígado são organizados em Os unidades hexaganais irregulares denomin adas

[~ij~~~~~l~~~~~~~l,1-- Sinusoide

lóbulos. Cada lóbulo é distribuído ao redor de uma veia central que drena o sangue para a veia hepática.

Veia central

~~!~~~~~~~é!ii~t- Hepatócito

da veia do um figado e daéartéria hepática. Estes Na sua pporta eriferia, lóbulo associado com ramos vasos ramificam-se entre os hepatócitos, formando sinusoides dentro dos quais o sangue flui. Cerca de 70% da área de superfície de cada hepatócito está voltada para os sinusoides, maximizando a troca entre o sangue e as células. Aproximadamente 15% j~~~~ da membrana do h epatócito está vottada para os canaJículos biliares, pequenos canais dentro dos quais a bile é secretada. Os canaliculos unem-se formando os dúctulos biliares q ue percorrem o figado jun to das veias porta.

Absorvido do trato gas1rintestinal

.

: . • Nutrientes • Fármacos • Substâncias estranhas

Resumos de anatomia • • • •

Fornecem visão geral sucinta de um sistema f isiológico de uma perspectiva macro para micro. Tanto para aprender anatomia pela primeira vez como para relembrar, esses resumos mostram as características essenciais de cada sistema em uma única f igura.

Metabólitos e fármacos dos tecidos periféricos

Veia

porta do fígado

SeCnltado no duodeno

Dueto biliar

Sais biliares Bilirrubina Água. íons Fosfolipídeos

Canalículo biliar

Artéria hepática • M etabolismo da glicose e de gorduras • Síntese de proteínas • Síntese de hormônios • Produção de ureia • Oestoxificação •Armazenamento

• Bilirrubina • Metabólitos de hormônios e fármacos • Nutrientes

Metabólitos para tecidos periféricos • Ghcose • Proteínas plasmáticas Albumina, fatores de coagulação, Angiotensinogênio • Ureia • Vitamina O, somatomedinas • Metabólitos para excreção

Veia hepática

(d) O sangue que entra no fígado traz nutrientes e s ubstâncias estranhas do trato d igestório, bilirrubina da degradação da hemoglobina e metabólitos dos tecidos perlféricos do corpo. Por s ua vez, o fígado excreta alguns destes na bife e armazena ou metaboliza outros. Alguns dos produtos do fígado são residuos para serem excretados pelos rins; outros são nutrientes essenciais, como a glicose. Além disso, o fígado s intetiza várias proteínas plasmáticas.

e

FIGURA 21·10

ESTRUTURA DO CORAÇÃO

ANATOMIA DA CAVIDADE TORÃCICA - - - - - Aorta Esterno Diafragma

Posição das

valvas semilunares

- -- \ - - - - Artéria pulmonar

Veia cava--r-· I superior Primeira costela (corte)

~,---- Au ricul ado

átrio

esquerdo

Átrio_,.._

f:;~:5r==-Artéria e veia

direito

coronárias

-- -----

Diafragma

..... ..... ..

(e) O coração é envolvido por um saco membranoso cheio de líquido, o pericárdio. Diafragma

(a) O coração dispõe-se no centro do tórax.

d ireito

--------

- + - Ventrículo esquerdo

Ápice do coração (f) Os ventrículos ocupam a maior

(b) O coração está no lado ventral da cavidade torácica, entre os pulmões.

Aorta

parte do coração. Todas as artérias e veias se fixam à base do coração.

Valva semilunar pulmonar

Artérias pulmo-
Discos intercalares

nares direitas

Aorta -+f~ Veia 1'\ilf ~.-- Aorta

(segmento removido) ~.....H--

Esôfago

Veia cava superior

Superior -~

vena cava Átrio direito

Artéria p ulmonar

-.t- - .- -Folheto da valva AV esquerda (bicúspide) Folheto da valva AV direita (tricúspide)

Átrio - ->.-

Células musculares miocárdicas

-=r-r:;_ Músculos papilares

d ireito

Ventriculo direito - - - ' Pericárdio (d) Vista superior do plano transverso de (b)

(c) Os vasos que t ransportam o sangue bem-oxigenado estão em vermelho, e os vasos com sangue pouco

oxigenado, em azul.

Veia cava --~:...;; inferior

1:r~f-------Parte

descendente da aorta

(g) O fluxo unidirecional p elo coração é

assegurado por dois conjuntos de valvas.

(h) As células musculares miocárdicas são ramificadas, têm um único núcleo e são ligadas umas às outras por junções especializadas conhecidas como discos intercalares.

Solucionando problemas

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Cada capítu lo começa com um problema relevante real envolvendo uma doença ou d istúrbio, que se desenvolve em partes nas páginas subsequentes. As questões de cada segmento exigem que você aplique a informação que você aprendeu lendo o texto. Você pode conferir suas respostas na Conclusão do Problema no fina l do capítulo. Um novo problema sobre o papilomavírus humano foi incluído nesta edição.

Um vício poderoso Todos os dias, mais de 1.3 bilhões de pessoas no mundo intencionalmente absorvem uma substância química que mata cerca de 5 milhões de pessoas por ano. Por que estas pessoas estariam se envenenando intencionalmente? Se você acha que esta subtância química é a nicotina, já acertou parte da resposta. Uma das mais de 4.000 substâncias químicas encontradas no tabaco, a nicotina tem grande poder de provocar dependência. Sua adição é tão poderosa que somente 20º/o dos fumantes são capazes de parar de fumar na sua primeira tentativa. Shanika, uma fumante há seis anos, que está tentando parar de fumar pela segunda vez. Desta vez, as chances estão a seu favor porque ela marcou uma consulta com seu médico para discutir todas as opções disponíveis para ajudá-la a romper sua dependência à nicotina e ao cigarro.

.NDO O PROBLEMA ram que os comportamentos aditivos as substâncias químicas atuam como céfalo, gerando a dependência física e A nicotina é uma droga de abuso que amina nos centros de recompensa do prazerosas. Com o tempo, o cérebro s aspectos sociais do tabagismo com o ionada que torna difícil seu abandono. , ele pode sofrer os sintomas físicos dencluindo letargia, fome e irritabilidade.

s da abstinência, as pessoas conresulta em níveis sanguíneos de elevados. A nicotina liga-se a re389 396 399 401 387 fina nicotínicos (nAChR). Qual é a ulas que são cronicamente expos'------------------...---t.-a_s_a_c_o_n-ce_n...,t'""ra_ç_o-es__.elevadas de uma molécula sinalizadora? [Dica: ~ p.194].

li

Questões dos gráficos e das figuras

386

1111111

389

396

399

401

Desenvolve habilidades analíticas, estimulando você a interpretar e aplicar a informação apresentada nas figuras e nos gráficos. As respostas para essas questões aparecem no final de cada capítu lo.

Pressão resultante = pressão hidrostática - pressão co!oidosmótica

A

t

A pressão hidroS1ática Pc:11> força o líq uido para fora do capilar

i

o

eQ)

7.200 Udia

t

P~ > 1r

!

A pcessão coloidosmótica das pcoteinas dentro do capilar puxa o líq uido para dentro do capilar

~

•

QUESTÕES DO GRÁFICO • Em qual ponto da curva a contração é isométrica? • Em qual ponto a contração do músculo atinge a velocidade máxima?

t: ::;:) u

eQ) Q)

"O

Fluxo para 1ora resultante= 3 Udia

LEG.ENDA

t

{a} Filtração nos capilares sistémicos

Q)

Pe:io = pressão hidrostática capilar

y -:r = pressão coloidosmótica

"O t'O

:g u

o

ãi

> Vênula

O excesso de água e solutos filtrados para fora dos capilares é capturado pelos vasos linfáticos e retornam

â circulação.

- - Carga sobre o músculo - - -

vasos

111fâtico.$

•

(b) Relação entre capilares e vasos linfáticos

QUESTÃO DA FIGURA Suponha que a pressão hisdrostática Pcap na extremidade arterial de um capilar aumente de 32 mmHg para 35 mmHg. Se a Pcap permaneceu 15 mmHg na extremidade venosa, a filtração resultante nesse capilar diminui, aumenta ou permanece a mesma?

Revisando conceitos ~VISANDO

CONCEITOS

Como uma obstrução nas vias aéreas iria afetar a ventilação alveolar, a Pco2 arterial e o pH do corpo? Resposta: p. 621

Questões colocadas ao longo do capítulo reforçam seu entendimento antes de passar para o próximo tópico. Muitas questões foram revisadas para melhor desenvolver suas habilidade de pensamento crítico. Você pode conferir suas respostas no f inal de cada capítulo.

Sistema de aprendizagem em 4 níveis, no final do capítulo

Links de conceitos

Ajuda a construir seu entendimento, progred indo de questões concretas para problemas conceituais, depois para exercícios ana líticos e f inalmente para questões quantitativas. As respostas dos níveis 1 e 2 são encontradas no Apêndice A, no f inal do livro.

NfVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Defina fisio logia. Descreva a relação entre fisiologia e anatom ia.

NfVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 7. Exercício de mapeamento: Faça um grande mapa mostrando a organização do corpo humano. Mostre todos os níveis de organização no corpo (ver Fig.1-1) e t odos os 10 sistemas de órgãos.

São ''elos da cadeia" ressaltados que conectam os conceitos aos tópicos discutidos previamente no texto. Os links de conceitos ajudarão a encontrar o material que você pode ter esquecido ou que pode ser útil para compreender a infor- nova. maçao O músculo liso tem menos retículo sarcoplasmático do que o músculo esquelético, embora a quantidade varie de um tipo de músculo liso para outro. O principal canal de liberação de Ca2 + do retículo sarcoplasmático do músculo liso é um canal acoplado ao receptor de IP3 • O trifosfato de inositol (IP3) é um segundo mensageiro gerado na via da fosfolipase C [$ p. 188]. A função de armazenamento de cálcio do retículo sarcoplasmático pode ser suplementada pelas cavéolas [$ p. 154], pequenas vesículas agrupadas perto da membrana celular (Fig. 12-26 e ).

NfVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 11. Um grupo de especialistas em biologia foi a um cent ro comercial e perguntou às pessoas que passavam, "Por que o sangue flui?". Estas são algumas das respostas que eles receberam. Quais respos-

NIVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 13. Um grupo de estudantes queria ver qual efeito uma dieta deficiente em vitamina D teria no crescimento de filhotes de guppy*. Eles alimentaram os filhotes com uma dieta pobre em vitamina D e mediram o comprimento do corpo dos peixes a cada três dias durante três semanas. Os dados observados foram estes:

Dia Comprimento médio do corpo (mm)

-

o 3

6

9

6

9

12 14 16 18 21

7

Localizador de referência da figura Funciona como marcador, para tornar mais fáci l conectar as ilustrações com a narrativa quedescreve a figura.

12 15 18 21

•

(a) Qual é a variável dependente e qual é a variável independente neste experimento? (b) Qual é o controle neste experimento? (c) Faça um gráfico completo, usando os dados da tabela.

Conhecimentos básicos Na página de abertura do capítulo, encontra-se uma lista dos tópicos que você necessitará para entender o material que será apresentado. A referência das páginas desses tópicos poupará tempo de estudo va lioso.

CONHECIMENTOS BÁSICOS Tendões: 81 Cinases e fosfatases: 104 lsoenzimas: 100 Metabolismos aeróbio e anaeróbio: 107 Glicólise: 107 Metabolismo dos ácidos graxos: 115 Controle tônico: 196 Óxido nítrico: 191 Limiar: 200 Somação: 283 Neurônios autonômicos: 388 Neurônios motores somáticos: 398 Junção neuromuscular: 398

Analogias ajudam a entender conceitos difíceis A fisiologia humana inclui processos complexos que ocorrem em nível microscópico e que são difíceis de conceituar. Para ajudar a sua compreensão de como esses processos funcionam, o texto usa analogias claras e úteis.

Como analogia, pense nos carreadores como portas em , , . uma sala de concerto. Cada porta tem um numero maximo de pessoas que ela pode permitir que entrem na sala em um dado período de tempo. Suponha que todas as portas juntas permitam que um máximo de 100 pessoas por minuto entrem na sala. Esta é a taxa máxima de transporte, também denominada transporte máximo. Quando a sala de concerto está va.zia, três pessoas da manutenção entram a cada hora. A taxa de transporte é de 3 pessoas/60 minutos, ou 0,05 pessoas/minuto, bem abaixo do máximo. Para um recital de dança local, cerca de 50 pessoas por minuto passam pelas portas, ainda bem abaixo do máximo. Entretanto, quando o grupo de rock mais popular do momento faz um show, milhares de pessoas amontoam-se do lado de fora. Quando as portas se abrem, milhares de pessoas estão querendo entrar, mas as

As células do nó SA determinam o ritmo dos batimentos cardíacos. Outras células do sistema de condução, como as do nó AV e as fibras de Purkinje, têm potenciais de repouso instáveis e podem também agir como marcapassos sob algumas condições. Entretanto, devido ao fato de seus ritmos serem mais lentos do que o do nó SA, elas normalmente não têm a oportunidade de determinar a o ritmo dos batimentos cardíacos. As fibras de Purkinje, por exemplo, podem disparar espontaneamente potenciais de ação, mas sua frequência é muito baixa, entre 25 e 40 batimentos por minuto. Por que o marcapasso mais rápido determina a frequência cardíaca? Considere a seguinte analogia. Um grupo de pessoas está brincando de "siga o chefe 11 enquanto andam. Inicialmente, cada um caminha a uma velocidade diferente, uns mais rápido e outros menos. Quando o jogo começa, todos devem ajustar seu passo de acordo com aquele que está caminhando mais rapidamente. A pessoa mais rápida do grupo é o nó SA, andando a 70 passos por minuto. Todos do grupo (células autoexcitáveis e contráteis) sabem que o nó SA é mais rápido e então eles acompanham seu ritmo e seguem o chefe. No coração, a ordem para seguir o chefe é o sinal elétrico enviado pelo nó SA para as outras células.* Agora, suponha que o nó SA se sinta cansado e resolva sair do grupo. O papel de chefe ficará com a próxima pessoa mais rápida, o nó AV, que está caminhando em um ritmo de

Exemplos de aprendizado ativo ajudam a ''ver por você mesmo'' Quando o sangue alcança as veias, a pressão diminuiu por causa do atrito e não há mais uma onda de pressão. O sangue sob baixa pressão das veias localizadas abaixo do coração precisa fluir "morro acima11 , ou contra a gravidade, para retornar ao coração. Mantenha o seu braço caído junto ao corpo sem movê-lo por alguns minutos e observe como as veias do dorso da sua mão começam a se tornar salientes à medida que se enchem de sangue. (Esse efeito pode ser mais evidente em pessoas idosas devido à perda da elasticidade do tecido conectivo subcutâneo.) Depois levante sua mão para que a gravidade auxilie o fluxo venoso e observe as veias salientes desaparecerem.

São incluídos no texto miniexperimentos que você pode realizar praticamente em qualquer lugar, para proporcionar um entendimento concreto de como os processos funcionam.

Se as paredes de um recipiente cheio de líquido se contraem, a pressão exercida sobre o líquido no recipiente aumenta. Você pode demonstrar este princípio enchendo um balão com água e apertando-o com a mão. A água é minimamente compressível, de modo que a pressão aplicada ao balão será transmitida para todo o líquido. Na medida em que você aperta, a pressão mais alta no líquido faz com que partes do

Três tipos de quadros foram desenvolvidos com o objetivo de ajudá-lo a entender o papel da fisiologia na ciência e na medicina atual. BIOTECNOLOGIA

IMPLANTES COCLEARES Uma técnica utilizada para o tratamento da perda da audição sensório-neural é o implante coclear. Os implantes cocleares mais modernos possuem vários componentes. Externamente, são compostos por um microfone, um minúsculo processador de fala computadorizado e um transmissor encaixado atrás da orelha como um aparelho auditivo convencional. O processador de fala é um transdutor que converte o som em impulsos elétricos. O transmissor converte os impulsos elétricos do processador em ondas de rádio e envia esses sinais para um receptor e para 8 a 24 eletrodos, os quais são colocados cirurgicamente sob a pele. Os eletrodos enviam sinais elétricos direto para a cóclea e estimulam os nervos sensoriais. Após a cirurg ia, os pacientes passam por um treinamento para aprender a compreender os sons que escutam. Os implantes cocleares têm tido sucesso notável para muitas pessoas com perda auditiva grave, permitindo que elas escutem ruídos altos e modulem sua própria voz. Nos casos mais bem-sucedidos, os pacientes podem até usar o telefone. Para aprender mais sobre os implantes cocleares, visite o website do National lnstitute for Oeafness and Other Communication Disorders (www.nidcd.nih.gov/healthlhearing).

Biotecnologia discute a fisiolog ia relacionada com aplicações e técnicas de laboratório do mundo "rápido" da biotecnologia.

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FAMILIAS DE GENES TRANSPORTADORES Um resultado do Projeto Genoma Humano tem sido o reconhecimento de que muitas proteínas são intimamente relacionadas entre si, dentro e entre espécies. Consequentemente, os cientistas descobriram que a maioria dos transportadores de membrana para solutos orgânicos pertencem a uma ou duas "superfamílias" de genes: a superfamília ABC (ATP binding cassete) ou a superfamília carreadora de solutos (SLC). A fami lia de transportadores ABC usa energia do ATP para transportar pequenas moléculas orgânicas através das membranas. t interessante notar que o canal de cloreto CFTR também é um membro da famíl ia ABC e é o único cana l iónico conhecido desta família . As 43 famílias da superfamília SLC incluem a maioria dos transportadores da difusão facilitada, como os GLUTs, bem como os transportadores do transporte ativo secundário mostrados na Tabela 5-3 .

FOCO CL[NICO w

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A DESCOBERTA DA INSULINA

m O diabete melito - condição metabólica associada com ~ alterações da função da insulina - é conhecido desde os e tempos antigos. Descrições clínicas detalhadas do diabete por insuficiência de insulina estavam disponíveis aos médicos, mas, naquela época, eles não possuíam meios de tratar a doença, e os pacientes invariavelmente morriam. Entretanto, em uma série de experimentos clássicos da fisiolog ia endócrina . Oscar Minkowski da Universidade de Strasbourg (Alemanha) estabeleceu a relação entre o diabete e o pâncreas. Em 1889, Minkowski removeu cirurgicamente o pâncreas de cães (pancreatectomia) e observou que eles desenvolviam sintomas sim ilares aos do diabete. Ele também descobriu que implantando segmentos de pâncreas debaixo da pele dos cães, o desenvo lvimento do diabete era impedido. Subsequentemente, em 1921, Fredrick G. Banting e Charles H. Best (Toronto, Canadá) identificaram uma substância antidiabética nos extratos do pâncreas. Banting, Best e outros pesquisadores injetaram extratos pancreáticos em animas diabéticos e descobriram que os extratos revertiam os níveis elevados de glicose sanguínea causados pela doença . A partir de então, o processo foi relativamente ráp ido, até que em 1922 a insulina purificada foi utilizada nos primeiros ensaios clínicos.

Foco clínico se concentra nas aplicações clín icas e nas doenças, ajudando você a entender como aplicar seu aprend izado em um cenário clín ico. O conteúdo revisado inclui informações sobre a gustação. Um recurso adicional deste quadro é o TEMA DIABETE, usado para ilustrar a apl icação da fisiolog ia a uma situação clín ica. Como o diabete tem efeitos disseminados no corpo, é um exemplo perfeito de fisiolog ia integrada.

Conceitos emergentes descrevem os avanços da pesquisa fisiológica. O conteúdo revisado inclui informações sobre famílias de genes de transportadores, hormônio antimulleriano e síndrome do ovário policístico.

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Fisiologia humana

Para o estudante CD-ROM Fisiologia interativa (em inglês)

Uma abordagem integrada 5ª Edição Dee Unglaub Silverthorn

oferece uma apresentação audiovisua l de tópicos complexos que você pode estudar sempre que precisar. O IP-1O apresenta tutoriais animados narrados totalmente coloridos que demonstram minuciosamente conceitos fisiológicos difíceis, muitos dos quais ocorrem em nível molecular e celular. Questões interativas e jogos reforçam o material.

Fisiologia Interativa Neste C~OM, você encontra os dez módulos a seguir: • Sistema musrular • Sistema neNOOO 1: o neurónio o potencial de ação - Sistema nelVOSO li: o neurónio potenciais sinápticos e neuro1ransmissores - Sistema circulatório - Sistema respiratório • Sistema urinário • Equilíbrio hídrico, eletrolítico e ácid<>base • Sistema endócrino • Sistema digestório • NOVO: Sistema imunitário

Para o professor Em www.artmed.com.br, professores terão acesso a PowerPoint® (em português) com as figuras da obra, que poderão ser utilizados para preparar suas aulas. Exemplos de PPTs (em português)

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FISIOLOGIA HUMANA

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BEM VINDO À FISIOLOGIA HUMANA! Quando você começar a estudar o corpo humano, você deve estar preparado para usar o máximo dos recursos disponíveis, incluindo seu professor, a biblioteca, a internet e seu livro-texto. Um dos meus objetivos neste livro é fornecer não apenas informações sobre como o corpo humano funciona, mas também dicas de estudo e solução de problemas. Muitos desses tópicos de estudo foram desenvolvidos com a ajuda dos meus alunos, por isso acredito que você os achará particularmente úteis. Nas páginas seguintes, eu coloquei um resumo dos recursos especiais deste livro, especialmente aqueles que você pode não ter encontrado antes em outros livros-texto. Dedique alguns minutos para lê-los, para que você possa usar melhor este livro quando for estudar. Uma das suas tarefas ao estudar será construir sua própria visão geral do corpo, dos seus sistemas e dos muitos processos que os mantêm funcionando. Esta ''visão global" é o que os fisiologistas chamam de integração dos sistemas e é um tema-chave neste livro. Entretanto, para integrar a informação, você deve fazer mais do que simplesmente memorizá-la. Você precisa realmente entendê-la e ser capaz de usá-la para resolver problemas com os quais nunca se deparou antes. Se você pretende trabalhar na área da saúde, precisará fazer isso na clínica. Se você está interessado por uma carreira na área biológica, terá que resolver problemas no laboratório, no campo ou na sala de aula. Analisar, sintetizar e avaliar informações são habilidades que você precisa desenvolver ainda como estudante, e espero que este livro o ajude a atingir este objetivo. Nesta edição, nós continuamos a atualizar e dar ênfase aos temas e conceitos básicos da fisiologia. O Capítulo 1 apresenta os conceitos básicos da fisiologia que você encontrará diversas vezes nos diferentes sistemas de órgãos. Ele também inclui vários recursos especiais: um de mapeamento, que é uma ferramenta de estudo útil também para a tomada de decisões clínicas, um de construção e interpretação de gráficos e um terceiro de como buscar e interpretar a literatura científica. Também mantivemos as quatro abordagens do aprendizado de fisiologia que se tornaram bastante populares desde sua 1ª edição em 1998.

1. Fisiologia molecular e celular A maior parte da pesquisa fisiológica hoje está sendo realizada em nível molecular e celular, e houve grande

desenvolvimento na medicina e na fisiologia molecular desde a 1ª edição deste livro. Por exemplo, agora os cientistas descobriram que o trato gastrintestinal detecta a composição das refeições usando as mesmas proteínas receptoras que a língua usa para nos dizer o que estamos comendo. Procure associações similares entre a biologia molecular, a fisiologia e a medicina em todo o livro.

2. A fisiologia como uma área dinâmica A fisiologia é uma disciplina dinâmica, com inúmeras questões não resolvidas que merecem pesquisa e investigação adicionais. Muitos dos conceitos apresentados são na verdade apenas as teorias atuais - portanto, você deve estar preparado para se atualizar quando novas informações surgirem da pesquisa científica. A

3. Enfase na integração Os sistemas de órgãos do corpo não funcionam isoladamente, embora sejam estudados um de cada vez. Para enfatizar a natureza integrada da fisiologia, três capítulos (13, 20 e 25) abordam como os processos fisiológicos dos vários sistemas de órgãos são coordenados uns com os outros, especialmente quando a homeostase é alterada.

4. Foco na resolução de problemas Uma das habilidades mais valiosas que o estudante deve adquirir é a de pensar criticamente e usar a informação para resolver problemas. Quando você estuda fisiologia, é necessário praticar essas habilidades. Você encontrará vários recursos neste livro, como "Revisando Conceitos" e "Questões dos Gráficos e das Figuras'', que são planejados para desafiar suas habilidades de análise e pensamento críticos. Em cada capítulo, leia o ''Solucionando o Problema'' à medida que estuda o texto e tente aplicar o que você está lendo ao cenário clínico descrito no problema. No final do livro foi adicionado um Glossário ao Indice para você economizar tempo quando estiver procurando palavras desconhecidas. Os Apêndices têm as respostas para as Questões de Revisão de cada capítulo, bem como revisões de física, logaritmos, genética básica e posições anatômicas do corpo. Nas guardas, há uma tabela periódica dos elementos e tabelas de conversão de medidas e valores normais de componentes do sangue. Use alguns minutos para olhar todos esses recursos para que você faça o melhor uso deles. Espero que ao ler este livro você desenvolva uma visão integrada da fisiologia que o permita praticar sua ~

xvi

Prefácio

profissão com respeito pela complexidade do corpo humano e com uma visão clara do potencial da pesquisa fisiológica e biomédica. Que você aprenda a gostar da fisiologia como eu gosto. Boa sorte nos seus estudos! Saudações cordiais, Dr. Dee (como meus estudantes me chamam) [email protected]

NOVIDADES DESTA EDIÇAO A 5ª edição do Fisiologia humana: uma abordagem integrada baseia-se na abordagem de tópicos de fisiologia molecular e integrada que tem sido a base deste livro desde sua primeira edição. O texto foi revisado com extensa atualização dos conteúdos e uma substancial revisão da arte criando figuras e esquemas mais claros, junto com novas figuras para auxiliar a esclarecer conceitos confusos.

Atualizações de Conteúdo Capítulo por Capítulo Capítulo 1 • Adicionada uma discussão sobre a diferença entre "modelo" e "teoria" • Novas informações da farmacogenômica e da medicina baseada em evidências • Metanálise atualizada de estudos da glicosamina-condroitina

Capítulo 2 • Atualização da informação sobre o picolinato crômico no Solucionando o Problema

Capítulo 3 • • • •

Novas informações sobre imunolipossomos Atualização de informações sobre CAMs Introduzida a via paracelular Atualização do Solucionando o Problema sobre o Teste de Papanicolau incluindo o método de coleta e o papel do HPV em testes de Papanicolau anormais e no câncer cervical.

Capítulo 4 • Atualização da informação sobre RNA, síntese de proteínas e direcionamento das proteínas • Novas informações sobre microRNA e RNA de interferência • Adicionadas classes de enzimas na Tabela 4-4 • Adicionada dica mnemônica para a reação de oxidação-redução • Nova figura sobre produção de energia no metabolismo da glicose

• Novas Questões das Figuras

Capítulo S • Introduz o transporte biológico como um tema recorrente • Nova seção sobre líquidos e fluxo de massa • Nova figura com resumo sobre os transportadores de membrana • Adição dos complexos de poros nucleares e das junções comunicantes para a discussão dos canais de membrana • Nova seção sobre transporte paracelular e transcelular • Atualização da discussão sobre poros em junções de oclusão • Atualização de informações sobre o prognóstico de pacientes com fibrose cística • Novo quadro Conceitos Emergentes sobre "Famílias de Genes Transportadores", incluindo a superfamília ABC (ATP-binding cassette), superfamília de transportadores e superfamília de carreadores de solutos (SLC) • Nova questão do Revisando Conceitos

Capítulo 6 • Atualização de informações sobre citocinas, receptores de citocinas e vias, como a cinase janus OAK) • Nova informação sobre o sulfeto de hidrogênio como molécula gasosa sinalizadora • Nova informação sobre esfingolipídeos como sinais lipídicos extracelulares • Revisão da Fig. 6-29 sobre ritmo circadiano usando dados revisados da literatura • Nova Questão do Nível 3 das Questões de Revisão

Capítulo 7 • Atualização de informações sobre o controle de secreção de prolactina • Atualização da terminologia dos hormônios hipotalâmicos • Atualização de informações sobre a melotonina • Adicionado adiponectina, resistina e hormônios do tecido adiposo

Prefácio

• Revisão da nomenclatura de hormônios derivados de aminoácidos • Novas questões de Revisando Conceitos sobre o glucagon • Nova figura do sistema porta hipotalâmico-hipofisário (fig. 7-16)

Capítulo 8 • Nova informação sobre a etiologia da AMAN em Solucionando o Problema • Atualização sobre a função da célula glial e seu papel nas patologias • Adição de cinética e inativação de canais • Adição de sinapses retificadoras • Adicionada informação sobre estresse oxidativo e espécies reativas de oxigênio • Atualização de informações sobre plasticidade sináptica de longa e curta duração • Atualização de informações sobre mecanismos de potenciação e depressão de longa duração • Atualização sobre canalopatias causando síndrome do QT longo • Atualização de informações sobre células-tronco neurais e transplante de células-tronco na doença de Batten • Adicionado o papel da dissociação na finalização da ação do neurotransmissor • Nova fotografia das células de Purkinje • Novas imagens dos espinhos dendríticos • Atualização da Tabela 8-4 com substâncias neurócrinas e receptores • Revisão da Fig. 8-21 para acrescentar a estrutura da proteína de ancoragem • Nova Questão da Figura na Fig. 8-17 • Adicionadas novas Questões de Nível 3 e Nível 4 nas Questões de Revisão

Capítulo 9 • Atualização de informações sobre interfaces computador-cérebro • Adicionadas informações sobre fatores que contribuem para a depressão maior, como o fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF) • Nova Questão da Figura e questões do final do capítulo

Capítulo 10 • Atualização das discussões sobre dor e prurido • Revisão do modelo de transdução gustatória, incluindo as células do tipo III (pré-sinápticas) e tipo II (receptor), receptores para gordura CD36 e receptores no intestino TlR para doce-umami • Duas novas figuras para gustação • Novas figuras das vias olfatória e auditiva • Novas informações sobre canais controlados por nucleotídeos áclicos (CNG) nos bastonetes • Novas informações sobre dor no membro fantasma, edema endolinfático e neuropatia diabética • Cinco novas Questões da Figura e quatro novas Questões de Nível 3 e 4 nas Questões de Revisão

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Capítulo 11 • Atualização de informações sobre antagonistas do receptor adrenérgico • Atualização de informações sobre a estrutura do receptor nAChR e inativação do canal receptor • Atualização sobre adição à nicotina no Solucionando o Problema • Revisão de dados sobre adolescentes fumantes

Capítulo 12 • Adicionado informações sobre receptores DHP como os canais de Ca2+tipo L • Adicionados os dois estados das pontes cruzadas para discutir a teoria dos filamentos deslizantes • Atualização sobre o controle dos canais de Ca2+ controlados pelo estoque • Atualização sobre as teorias das causas da fadiga muscular • Revisão da figura do ciclo contração-relaxamento • Adicionadas informações sobre o papel das canalopatias em paralisias periódicas • Novas Questões de Verifique o Conceito

Capítulo 13 • Atualização das discussões sobre geradores centrais de padrão • Duas novas Questões da Figura

Capítulo 14 • Atualização de informações sobre células-tronco cardíacas 2 • Adicionadas informações sobre o trocador Na+-Ca + NCX 2 e canais de Ca +tipo L • Novas questões de Revisando Conceitos e quatro novas Questões da Figura • Novas informações sobre fibrilação atrial

Capítulo 15 • Adicionadas informações sobre o óxido nítrico • Adicionado conceito sobre as artérias como reservatórios de pressão e as veias como reservatórios de volume • Atualização de informações sobre a angiogênese • Adicionadas informações sobre sinusoides do fígado • Adicionado pré-eclâmpsia • Atualização de informações sobre doenças cardiovasculares e hipertensão no texto e no Solucionando o Problema • Nova figura de resumo do mapa dos fatores que influenciam o fluxo sanguíneo • Novas Questões da Figura

Capítulo 16 • Atualização de informações sobre células-tronco e sangue do cordão umbilical • Adicionadas informações sobre perigos dos fármacos semelhantes à EPO

Capítulo 17 • Introdução de quilopascais como uma unidade alternativa para pressão • Adicionada discussão sobre ventilação sob pressão positiva e apneia obstrutiva do sono • Adicionado volume expiratório forçado em 1 segundo (VRFl)

xviii

Prefácio

• • • •

Nova discussão sobre o transporte alveolar de líquidos Adicionada discussão sobre fibrose pulmonar idiopática Incluída Lei dos Gases Ideais na tabela da lei dos gases Revisada a arte anatômica para mostrar os escalenos e o esternocleidomastóideo • Expandida e atualizada a discussão sobre DPOC no Solucionando o Problema

Capítulo 18 • Revisado modelo de controle neural da respiração, incluindo o complexo pré-Bõtzinger, grupo respiratório pontino e núcleo do trato solitário (NTS) • Adicionado os nervos frênico, intercostal, vago e glossofaríngeo • Nova figura mostrando os centros respiratórios no tronco encefálico • Nova seção sobre o edema alveolar na síndrome da angústia respiratória do adulto (SARA) • Atualização de informações sobre os neurotransmissores das células glomais • Atualização sobre o papel do reflexo de Hering-Breuer em humanos • Nova Questão de Nível 3 sobre o transporte de líquido alveolar • Nova Questão da Figura

Capítulo 19 • Atualização de informações sobre o transporte de urato, incluindo o transportador de ânions orgânicos (OAT), o transportador de urato 1 (URATl) e o transportador de urato (UAT) • Adicionadas as novas proteínas nefrina e podocina na discussão das fendas de filtração • Adicionada a megalina na discussão sobre a reabsorção renal de proteína

Capítulo 20 • Nova questão de Revisando Conceitos sobre os osmorreceptores periféricos • Adicionada discussão sobre os fármacos inibidores diretos da renina e os antagonistas do receptor de vasopressina • Atualização de modelo da ativação de osmorreceptores • Adicionada Questão de Nível 3 sobre os antagonistas do receptor de vasopressina • Nova informação sobre a anidrase carbônica luminal • Adicionada discussão sobre a regulação do volume celular • Novas Questões de Revisando Conceitos

Capítulo 21 • Informação atualizada sobre a detecção e o tratamento da

H. pylori • Adicionada informação sobre as ICCs como marca-passos e seu possível papel nos distúrbios funcionais do colo • Informação atualizada sobre os transportadores, incluindo o transportador de oligopeptídeo Pep T l e de oligopeptídeos • Informação atualizada sobre o transporte de colesterol, incluindo o transportador de colesterol NPCILI e o ezetimibe

• Informação adicionada sobre a sucralose • Adicionada a absorção de ferro, incluindo o transportador divalente de metal 1 (DMTl), a ferroportina, e a hepcidina • Informação atualizada sobre a gastroparesia e marca-passos gástricos • Nova informação sobre receptores gustatórios gastrintestinais • Nova Questão de mapeamento e Questão do Nível 3 sobre a hemocromatose • Novas Questões da Figura e de Revisando Conceitos

Capítulo 22 • Novas questões de Revisando Conceitos sobre os inibidores DPP-4 • Informação atualizada sobre o controle do apetite e da ingestão alimentar, incluindo adipocitocinas e obestatina • Informação atualizada sobre o tratamento do diabete, incluindo dipeptidil peptidase-4, inibidores de DDP-4 e sitagliptina

Capítulo 23 • Informação atualizada sobre a função da célula tireoidiana, incluindo a pendrina (SLC26A4) e o transportador do simporte sódio-iodeto (NIS) • Nova Questão da Figura

Capítulo 24 • Arte revisada substancialmente • Informação atualizada sobre a função da célula natural • •

• •

killer Atualização do tratamento da AIOS: coquetel HAART (highly active antirretroviral therapy) Adicionado padrões moleculares associados ao patógeno (PAMP) receptores semelhantes ao Toll (TLRs) e receptores de reconhecimento de padrão (PRRs) Atualizada deleção clonal e imunidade mediada por anticorpos Novas Questões da Figura

Capítulo 25 • Informação atualizada sobre o exercício e as doenças • Revisado o Solucionando o Problema sobre infarto do miocárdio • Nova Questão de Revisando Conceitos

Capítulo 26 • Nova informação sobre AMH nos ovários • Adicionado o papel da kisspeptina na liberação de gonadotrofinas • Papel da insulina e do IGF-1 na reprodução • Informação atualizada sobre os métodos contraceptivos (NuvaRing) • Novas Questões de Revisando Conceitos, incluindo uma sobre o momento da ovulação com base no comprimento do ciclo • Novo quadro de Conceitos Emergentes sobre o AMH como um marcador folicular e seu papel na síndrome do ovário policístico (PCOS)

Escrever, editar e publicar um livro didático é um projeto de grupo que requer o talento e a perícia de muitas pessoas. Gostaria particularmente de agradecer a Bruce Johnson do Departamento de Neurobiologia e Comportamento da Cornell University, um grande neurobiologista e educador, que mais uma vez contribuiu com o seu conhecimento para garantir que os capítulos de neurobiologia sejam acurados e reflitam as últimas novidades de um campo que muda rapidamente. Muitas outras pessoas dedicaram tempo e energia para fazer deste livro uma realidade, e gostaria de agradecer a todas elas coletiva e individualmente. Peço desculpas antecipadamente para qualquer pessoa cujo nome eu tenha deixado de fora.

Glenn Hatton, University of California, Riverside Michael G. Levitzky, Louisiana State University Health Sciences Center Stan Lindstedt, Northern Arizona University J effrey Pommerville, Maricopa Community Colleges Frank Powell, University of California, San Diego Roy Russ, Mercer University School of Medicine

Revisores especializados das edições prévias incluem: Jean Hardwick, Ithaca College Albert Berger, University of Washington Andy Bass, Cornell University Ken Wright, University of Colorado Hootan Khatami, Merck & Co., Inc.

FOTOGRAFIAS REVISORES Sou particularmente grata aos professores que revisaram um ou mais capítulos. Muitas sugestões não puderam ser incluídas no texto, mas ainda assim agradeço o tempo e as ideias colocadas nos seus comentários. Os revisores desta edição foram: Anthony (Tony) Apostolidis, San Joaquin Delta College Heather Ashworth, Utah Valley State College Albert Herrera, University of Southern California Chris Glembotski, San Diego State University Jennifer Lundmark, California State University, Sacramento Charles Miller, Colorado State University Gemma Niermann, St. Mary's College of California Chris Ward, Queen's University Carola Wright, Mt. San Antonio College

Muitos outros professores e estudantes despenderam seu tempo escrevendo cartas ou e-mails com perguntas ou sugestões para esclarecimentos. Sempre tenho o maior prazer em receber contribuições e me desculpo por não ter espaço para agradecer-lhes individualmente.

REVISOES ESPECIALIZADAS Ninguém pode ser um especialista em todas as áreas da fisiologia, e sou profundamente agradecida aos meus amigos e colegas que revisaram capítulos inteiros ou responderam questões específicas. Mesmo com sua ajuda, podem ter havido erros, pelos quais assumo completamente a responsabilidade. Os revisores especializados desta edição foram: George Brooks, University of California, Berkeley Helen Cooke, Ohio State University

Gostaria de agradecer aos seguintes colegas, que generosamente forneceram microfotografias de suas pesquisas: Kristen Harris, University of Texas Flora M. Love, University of Texas Jane Lubisher, University of Texas Young-Jin Son, University of Texas

EQUIPE DE PRODUÇAO E DESENVOLVIMENTO Escrever um manuscrito é somente o primeiro passo de um longo e complicado processo que resulta em um livro com todos os seus anexos. Nesta edição, trabalhei com Anne A. Reid, editora de desenvolvimento extraordinária, que facilitou as revisões ao máximo. Também apreciei trabalhar pela primeira vez com Antonio Padial, meu editor que tornou minha vida mais fácil. Como sempre, Bill Ober e Claire Garrison, meus co-autores de arte, utilizaram seus talentos para melhorar a arte desta edição. Yvo Riezebos foi o talentoso desenhista que criou os desenhos da capa e da capa interna. A equipe da Benjamin Cummings trabalhou incansavelmente para esta edição passar do manuscrito para o livro final. Minha editora executiva, Deirdre Espinoza, gerou um bebê ao mesmo tempo que esta edição, e na sua ausência muito do trabalho da 5ª edição foi realizado pelas mãos hábeis de Katy German, minha editora de projeto. Katy gentilmente, mas com firmeza, manteve todos dentro do cronograma. Shannon Cutt foi o editor assistente que ajudou Katy. Mais uma vez, foi um prazer trabalhar com Karen Gulliver, editora de produção, e Maureen Sphuler, editora de fotografia, que simplificaram a produção tanto quanto é possível para

xx

Agradecimentos

um projeto deste tamanho. Aimee Pavy foi a produtora de mídias que manteve os autores no cronograma. Christy Lawrence é a gerente executiva de marketing que trabalhou com uma excelente equipe de vendas na Benjamin Cummings e Pearson International.

AGRADECIMENTOS ESPECIAIS Como sempre, gostaria de agradecer aos meus alunos e colegas que identificaram os erros e as áreas que precisavam ser melhoradas. Meus pós-graduandos que foram monitores de aula tiveram um papel muito importante desde que cheguei à University of Texas e me ajudaram a estruturar a forma como eu ensino. Muitos deles agora são membros da universidade. Gostaria de agradecer particularmente a: Lynn Cialdella, M.S., M.B.A. Patti Thorn, Ph.D. Karina Loyo-Garcia, Ph.D. Jan M. Machart, Ph.D. Ari Bergman, Ph.D. Kurt Venator, Ph.D. Peter English, Ph.D. Kira Wenstrom, Ph.D. Lawrence Brewer, Ph.D. Carol C. Linder, Ph.D.

Finalmente, quero fazer um agradecimento especial aos meus colegas da American Physiological Society e da Human Anatomy & Physiology Society, cujas experiências de classe têm enriquecido meu próprio entendimento de como ensinar fisiologia. Gostaria também de fazer um reconhecimento a um grupo especial de amigos pelo seu contínuo apoio: Ruth Buskirk, Judy Edmiston, Jeanne Lagowski, Jan M. Machart e Marilla Svinicki (University of Texas), Penelope Hansen (Memorial University, St. John's), Mary Anne Rokitka (SUNNY

Buffalo), Rob Carrol! (East Carolina University School of Medicine), Cindy Gill (Hampshire College) e Joel Michael (Rush Medical College). Como sempre, agradeço minha família e amigos por sua paciência, compreensão e auxílio durante o caos que parece ser inevitável quando ocorre a revisão das edições do livro. O maior agradecimento é para o meu marido Andy, que me mantém focada no que realmente é importante na vida.

UM TRABALHO CONTÍNUO Um dos aspectos mais recompensadores ao escrever um livro didático é a oportunidade de conhecer e me comunicar com outros professores e estudantes. Nos anos desde que a 1ªedição foi publicada, tenho mantido contato com pessoas em todo o mundo e tive o prazer de ver como o livro foi incorporado no seu ensino e na aprendizagem. Como livros de ciências são revisados a cada três ou quatro anos, sempre são um trabalho contínuo. Eu lhe convido a fazer contato comigo ou com o meu editor para qualquer sugestão, correção ou comentário desta 5ª edição. A forma mais fácil de entrar em contato comigo é através do e-mail [email protected]. Você também pode entrar em contato com a minha editora pelo seguinte endereço: Applied Sciences Benjamin Cummings 1301 Sansome Street San Francisco, CA 94111 Dee U. Silverthorn University of Texas, Austin, Texas

. umar10 ,

G Mecânica da Respiração G Trocas e Transporte de Gases

Processos Celulares Básicos: Integração e Coordenação •

Introdução à Fisiologia

1

G)

Interações Moleculares

20

G

Compartimentalização: Células e Tecidos

53

Energia e Metabolismo Celular

93 PARTE4

Dinâmica das Membranas • Comunicação, Integração e Homeostase

132 178

Homeostase e Controle Introdução ao Sistema Endócrino Neurônios: Propriedades Celulares e de Rede • Sistema Nervoso Central

G Fisiologia Sensorial G Divisão Eferente: Controle Autonômico e Motor Somático

G Músculos G Fisiologia Integrada 1: Controle do Movimento Corporal

PARTE3

•

G) ~

Os Rins

622

Fisiologia Integrada li: Equilíbrio Hídrico e Eletrolítico

650

Metabolismo, Crescimento e Envelhecimento

G Sistema Digestório G Metabolismo e Equilíbrio Energético G> Controle Endócrino do Crescimento

686 724

757

G

O Sistema Imunitário

782

246

G)

Fisiologia Integrada Ili: Exercício

813

296

e

Reprodução e Desenvolvimento

828

215

333 ~

385 406

446

467

Fluxo Sanguíneo e o Controle da Pressão Sanguínea 512 Sangue

597

e do Metabolismo

Integração da Função Fisiologia Cardiovascular

568

546

AP~NDICE A:

Respostas para as Questões

de Revisão

869

AP~NDICE

B: Física e Matemática

893

AP~NDICE

C: Genética

897

AP~NDICE

D: Posições Anatômicas do

Corpo

901

Glossário/fnd ice

903

Créditos das Fotos

958

. umar10 ,

PARTE Processos Celulares Básicos: Integração e Coordenação 1 Introdução à Fisiologia • • • • • • •

1

Sistemas fisiológicos 2 Função e processo 3 Homeostase 3 Fisiologia: avançando além do genoma 5 Conceitos básicos em fisiologia 6 A fisiologia é uma ciência integrativa 8 A ciência da fisiologia 8 • Bons experimentos científicos devem ser planejados cuidadosamente 8

ffr

Em Foco: Mapeamento

9

• Os resultados de experimentos em humanos podem ser difíceis de interpretar 11 ffr Em Foco: Gráficos 12 • Estudos com humanos podem ser realizados de várias formas 14 • Buscando e lendo a literatura científica 15 Resumo do capítulo 16 Questões 17 Respostas 18

2 Interações Moleculares

20

Solucionando o Problema: Suplementos de Cromo

21

• Revisão de química 21 ,,. • Atamos são compostos de prótons, nêutrons e elétrons 21 • O número de prótons no núcleo determina o elemento 22 • Os isótopos de um elemento contêm diferentes números de nêutrons 22 • Os elétrons formam ligações entre os átomos e capturam energia 23 • Ligações e formas moleculares 24 • Ligações covalentes são formadas quando átomos adjacentes compartilham elétrons 24 • Ligações iônicas são formadas quando átomos ganham ou perdem elétrons 26 • Ligações de hidrogênio e forças de van der Waals são interações fracas entre átomos 26 • A forma molecular é relacionada à função molecular 27 • Biomoléculas 28 • Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes 28

• Os lipídeos são as biomoléculas estruturalmente mais diversas 28 • As proteínas são as biomoléculas mais versáteis 31 • Algumas moléculas combinam carboidratos, proteínas e lipídeos 33 • Os nucleotídeos transmitem e armazenam energia e informação 34 • Soluções aquosas, ácidos, bases e tampões 36 • Nem todas as moléculas se dissolvem em soluções aquosas 36 • Existem várias maneiras de expressar a concentração de uma solução 36 • A concentração de íons hidrogênio no corpo é expressa em unidades de pH 38 • Interações das proteínas 39 • As proteínas são seletivas em relação às moléculas às quais se ligam 40 • Múltiplos fatores podem alterar a ligação às proteínas 41 • A modulação altera a ligação à proteína e a sua atividade 42 • Fatores físicos modulam ou inativam as proteínas 43 • O corpo regula a quantidade de proteínas presentes na célula 43 • A taxa de reação pode alcançar um máximo 45 Resumo do capítulo 47 Questões 48 Respostas 51

3 Compartimentalização: Células e Tecidos 53

jt- Solucionando o Problema: Citopatológico 54 • Compartimentos funcionais do corpo 54 • Os lumens de alguns órgãos estão fora do corpo 54 • Funcionalmente, o corpo tem três compartimentos líquidos 55 • Membranas biológicas 55 • A membrana celular separa a célula do seu meio externo 56 • As membranas são constituídas principalmente de lipídeos e proteínas 56 • As membranas lipídicas formam uma barreira entre o citoplasma e o líquido extracelular 57 • As proteínas de membrana podem estar frouxa ou fortemente ligadas à membrana 58 (Papanicolau)

Biotecnologia: Lipossomos para a beleza e a saúde

60

• Os carboidratos de membrana ligam-se a lipídeos e proteínas 60 • Compartimentos intracelulares 62 • As células são divididas em compartimentos 62 • O citoplasma inclui citosol, inclusões e organelas 63

xxiv

Sumário Detalhado

• As inclusões estão em contato direto com o citosol 63 • As proteínas fibrosas citoplasmáticas podem ter três tamanhos 63 • Os microtúbulos formam centríolos, cílios e flagelos 65 • O citoesqueleto é uma estrutura modificável 66 • As proteínas motoras geram movimentos 67 • As organelas criam compartimentos para desempenhar funções especializadas 67 • O núcleo é o centro de controle da célula 70 • Tecidos do corpo 72 • A matriz extracelular tem diversas funções 72 • As junções celulares mantêm as células unidas para formar os tecidos 72 • O epitélio fornece proteção e regula trocas 74 • Os tecidos conectivos fornecem sustentação e barreiras 80

_

Biotecnologia: Desenvolvendo uma nova cartilagem 82

• Os tecidos muscular e nervoso são excitáveis 84 • Remodelamento dos tecidos 84 • A apoptose é uma forma organizada de morte celular 85 • As células-tronco podem criar novas células especializadas 85 ,.

•

Foco Clínico: Energia e exerdcio 116

• O glicogênio pode ser sintetizado a partir da glicose 116 • A glicose pode ser sintetizada a partir de glicerol ou de aminoácidos 116 • A acetil CoA é necessária para a síntese de lipídeos 117 • As proteínas são a chave da função das células 117

•

Foco Clínico: Insulina e metabolismo 119

• O DNA codifica as proteínas 119

/, Em foco: Pele 86

Conceitos Emergentes: RNA de interferência 119

• Orgãos 87 Resumo do capítulo 89 Questões 90 Respostas 91

4 Energia e Metabolismo Celular

• O ATP transfere energia entre reações 106 • Produção de ATP 107 • A glicólise converte glicose em piruvato 108 • O metabolismo anaeróbio produz lactato 109 • O piruvato entra no ciclo do ácido cítrico no metabolismo aeróbio 11 O • Os elétrons ricos em energia entram no sistema de transporte de elétrons 111 • A síntese de ATP é acoplada ao movimento do íon hidrogênio 112 • Uma molécula de glicose pode produzir de 30 a 32 ATP 113 • Biomoléculas grandes podem ser usadas para produzir ATP 113 • Rotas de síntese 116

93

Solucionando o Problema: Doença de Tay-Sachs 94 • A energia nos sistemas biológicos 94 • A energia é usada para realizar trabalho 95 • Existem duas formas de energia: cinética e potencial 96 • A energia pode ser convertida de uma forma em outra 96 • A termodinâmica é o estudo do uso da energia 97 • Reações químicas 97 • A energia é transferida entre as moléculas durante as reações 97 • A energia de ativação inicia a reação 98 • A energia é capturada ou liberada durante as reações 98 • A variação líquida da energia livre determina a reversibilidade da reação 99 • Enzimas 100 • As enzimas são proteínas 100

Biotecnologia: Separação de isoenzimas por eletroforese 101 • As enzimas podem ser ativadas, inativadas ou moduladas 101 • As enzimas diminuem a energia de ativação das reações 102 • As taxas das reações são variáveis 102 • As reações reversíveis obedecem à lei de ação das massas 102 • As reações enzimáticas podem ser classificadas 103 • Metabolismo 105 • As células regulam suas rotas metabólicas 105

• O DNA controla a síntese de RNA 120 • A junção alternativa gera múltiplas proteínas a partir de uma sequência de DNA 122 • A tradução do RNAm produz uma sequência de aminoácidos 123 • O direcionamento da proteína determina o seu destino 124 • As proteínas sofrem modificação pós-traducional 124 • As proteínas são modificadas e empacotadas no aparelho de Golgi 126 Resumo do capítulo 127 Questões 128 Respostas 130

5 Dinâmica das Membranas

132

~ Solucionando o Problema: Fibrose císti.ca 133 • Balanço de massa e homeostase 133 • A excreção remove as substâncias do corpo 133 • Homeostase não significa equilíbrio 134 • O transporte ocorre dentro e entre os compartimentos 136 • Difusão 136 • A difusão utiliza somente a energia do movimento molecular 137 • As moléculas lipofílicas podem difundir-se através da bicamada fosfolipídica 139 • Transporte mediado por proteínas 141 • As proteínas da membrana funcionam como proteínas estruturais, enzimas, receptores e transportadores 141

Conceitos Emergentes: Famílias de genes transportadores 142 • As proteínas canal formam passagens abertas preenchidas com água 143

Sumário Detalhado

• As proteínas carreadoras mudam a sua conformação para transportar moléculas 144 • A difusão facilitada utiliza proteínas carreadoras 145 • O transporte ativo transporta substâncias contra seus gradientes de concentração 146 • O transporte mediado por carreadores apresenta especificidade, competição e saturação 149 • Transporte vesicular 152 • A fagocitose forma vesículas usando o citoesqueleto 152 • A endocitose forma vesículas menores 152

•

•

• Vias de sinalização 181 • As proteínas receptoras estão localizadas dentro da célula ou na membrana celular 182 • As proteínas de membrana facilitam a transdução do sinal 182 • Os receptores enzimâticos têm atividade guanilato ciclase ou proteína cinase 186 • A maior parte da transdução de sinal utiliza as proteínas •

Foco Clínico: A lipoproteína letal 154

• A exocitose libera moléculas muito grandes para as proteínas transportadoras 154 • Transporte epitelial 154 • O transporte epitelial pode ser paracelular ou transcelular 155 • O transporte transcelular da glicose utiliza proteínas de membrana 156 • A transcitose utiliza vesículas para atravessar um epitélio 157 • Osmose e Tonicidade 158 • O corpo é consituído principalmente por âgua 158

Foco Clínico: Estimando a quantidade de água corporal 159

• O corpo estâ em equilíbrio osmótico 159 • A osmolaridade descreve o número de partículas em uma solução 159 • A tonicidade de uma solução descreve a mudança de volume de uma célula colocada nesta solução 161 • Potencial de membrana em repouso 164 • Revisão de eletricidade 164 • A membrana celular permite a separação de cargas elétricas no corpo 165 • O potencial de membrana em repouso é devido principalmente ao potâssio 167 • Mudanças na permeabilidade iônica alteram o potencial de membrana 169 • Processos integrados da membrana: secreção de insulina 171 Resumo do capítulo 172 Questões 174 Respostas 176

6 Comunicação, Integração e Homeostase 118 Solucionando o Problema: Diabete Melito 179 • Comunicação célula-célula 179 • Junções comunicantes criam pontes citoplasmâticas 179 • Sinais dependentes de contato necessitam do contato célula-célula 180 • Sinais parâcrinos e autócrinos fazem a comunicação local 180 • A comunicação de longa distância pode ser elétrica ou química 180 • As citocinas podem atuar tanto como sinalizadores locais como de longa distância 180

xxv

• • •

G 187 Muitos hormônios lipofóbicos usam vias GPCRAMPc 187 Os receptores acoplados à proteína G também usam segundos mensageiros derivados de lipídeos 187 Os receptores integrina transferem informação originada na matriz extracelular 187 As vias de sinalização mais râpidas mudam o fluxo iônico através dos canais 189

• Novas moléculas sinalizadoras 190 • O câlcio é um importante sinalizador intracelular 190 Biotecnologia: Medindo os sinais de cálcio 191 • Os gases são moléculas sinalizadoras efêmeras 191 • Foco Clínico: Do dinamite à vasodilatação 192 • Alguns lipídeos são sinalizadores parâcrinos importantes 192 • Modulação das vias de sinalização 193 • Os receptores apresentam saturação, especificidade e competição 193 • A regulação para cima e a regulação para baixo permitem que as células modulem as respostas 194 • As células devem ser capazes de finalizar as vias de sinalização 195 • Diversas doenças e medicamentos têm como alvo as proteínas da transdução de sinal 196 • Vias de controle: alças de resposta e de retroalimentação 196 • O postulado de Cannon descreve as variâveis reguladas e os sistemas de controle fisiológicos 196 • A homeostase pode ser mantida por vias locais ou por vias de longa distância 197 • As alças de resposta iniciam com um estímulo e terminam com uma resposta 201 • Os pontos de ajuste podem ser modificados 202 • As alças de retroalimentação modulam a alça de resposta 203 • O controle antecipatório permite ao corpo antecipar a mudança e manter a estabilidade 204 • Os ritmos biológicos resultam de mudanças em um ponto de ajuste 204 • Os sistemas de controle variam em sua velocidade e especificidade 205 • As vias de controle reflexo complexas possuem vârios centros integradores 208 Resumo do capítulo 211 Questões 212 Respostas 213

xxvi

Sumário Detalhado

Questões 243 Respostas 245

PARTE Homeostase e Controle

8 Neurônios: Propriedades Celulares e de Rede 246

7 Introdução ao Sistema Endócrino

215

Solucionando o Problema: Doença de graves • Hormônios 216

216

• Os hormônios são conhecidos desde a antiguidade 216 • Foco Clínico: A descoberta da insulina 217 • O que faz de uma substância química um hormônio? 217 • Os hormônios agem se ligando a receptores 220 • A ação hormonal precisa ser finalizada 221 • Classificação dos horn1ônios 221 • A maioria dos hormônios são peptídeos ou proteínas 221 • Hormônios esteroides são derivados do colesterol 222 • Alguns hormônios são derivados de um único aminoácido 225 • Controle da liberação hor1nonal 225 • Os hormônios podem ser classificados por suas vias reflexas 225 • A célula endócrina é o sensor nos reflexos endócrinos mais simples 227 • Muitos reflexos endócrinos envolvem o sistema nervoso 227 • Os neuro-hormônios são secretados no sangue por neurônios 228 • A glândula hipófise é na verdade duas glândulas fundidas 228 • A neuro-hipófise armazena e libera dois neurohormônios 229 • A adeno-hipófise secreta seis hormônios 229 • As alças de retroalimentação são diferentes no eixo hipotálamo-hipófise 230 • O sistema porta leva hormônios do hipotálamo para a adeno-hipófise 232 • Os hormônios da adeno-hipófise controlam o crescimento, o metabolismo e a reprodução 233 • Interações hormonais 234 • No sinergismo, o efeito da interação dos hormônios é maior do que sua soma 234 • Um hormônio permissivo permite que outro hormônio exerça todo o seu efeito 235 • Hormônios antagonistas têm efeitos opostos 235 • Disfunções endócrinas 235 • A hipersecreção exagera os efeitos do hormônio 235 • A hipossecreção diminui ou elimina os efeitos do hormônio 236 • Problemas no receptor ou no segundo mensageiro causam responsividade anormal do tecido 236 • O diagnóstico de disfunções endócrinas depende da complexidade do reflexo 237 • Evolução hormonal 238 lri Em foco: A Glândula Pineal 239 Resumo do capítulo 241

Solucionando o Problema: Paralisia misteriosa

247

• Organização do sistema nervoso 248 • Células do sistema nervoso 249 • Os neurônios conduzem sinais elétricos 249 • As células da glia dão suporte aos neurônios 253 • Os adultos possuem células-tronco neurais 253 • Sinais elétricos nos neurônios 255 • A equação de Nemst calcula o potencial de membrana para um único íon 256 • A equação de GHK calcula o potencial de membrana usando vários íons 256 • O movimento dos íons gera sinais elétricos 257 • Canais com portão controlam a permeabilidade iônica do neurônio 257 • Foco Clínico: Canalopatias 258 • As mudanças na permeabilidade dos canais geram sinais elétricos 258 • Os potenciais graduados refletem a intensidade do estímulo 258 • Os potenciais de ação percorrem longas distâncias 261 • Na+ e K+ se movem através da membrana durante os potenciais de ação 262 • Os canais de Na+ no axônio têm dois portões 263 • Os potenciais de ação não são disparados durante o período refratário absoluto 264 • A intensidade do estímulo é codificada pela frequência dos potenciais de ação 265 • Um potencial de ação não altera os gradientes de concentração iônica 265 • Os potenciais de ação são conduzidos 266 • N eurônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente 270 • A condução é mais rápida em axônios mielinizados 270 Biotecnologi.a: Modelos de camundongo mutante 272 • Fatores químicos alteram a atividade elétrica 272 • Comunicação célula-célula no sistema nervoso 273 • Os neurônios nas sinapses 273 • O cálcio é o sinal para a liberação do neurotransmissor na sinapse 274 • Os neurônios secretam sinais químicos 275 • O sistema nervoso secreta substâncias neurócrinas 275

ir.:--

•

Biotecnologi.a: Sobre cobras, caracóis, aranhas e sushi 277 Foco Clínico: Miastenia grave 278

• Múltiplos tipos de receptores amplificam os efeitos dos neurotransmissores 278 • Algumas respostas pós-sinápticas são lentas 279 • A atividade dos neurotransmissores é rapidamente finalizada 280 • Integração da transferência da informação neural 281 • As vias neurais podem envolver muitos neurônios 283 • A atividade sináptica pode ser modulada 284

Sumário Detalhado

• A potenciação de longa duração altera as sinapses 286 • Alterações na transmissão sináptica são responsáveis por muitas doenças 287 • O desenvolvimento do sistema nervoso depende de sinais químicos 287 • Quando os neurônios são danificados, os segmentos separados do corpo celular morrem 288 Resumo do capítulo 290 Questões 292 Respostas 294

9 Sistema Nervoso Central 296 jt- Solucionando o Problema: Espasmos infantis

297

• Propriedades emergentes das redes neurais 297 • Evolução do sistema nervoso 297 ....__. Biotecnologia: Identificando neurônios em uma rede 299 • Anatomia do sistema nervoso central 299 • O sistema nervoso central se desenvolve a partir de um tubo oco 299 • O sistema nervoso central é dividido em substância cinzenta e substância branca 301 • Os ossos e o tecido conectivo sustentam o sistema nervoso central 301 • O encéfalo flutua no líquido cerebrospinal 301 • A barreira hematencefálica protege o encéfalo de substâncias nocivas do sangue 303 • O tecido neural tem necessidades metabólicas especiais 305 • Foco Clínico: A hipoglicemia e o encéfalo 306 • Medula espinal 306 • Encéfalo 307 • O tronco encefálico é a transição entre a medula espinal e o diencéfalo 309 • O tronco encefálico consiste em bulbo, ponte e mesencéfalo 310 • O cerebelo coordena os movimentos 311 • O diencéfalo contém centros homeostáticos 311 • O cérebro é o local das funções superiores do encéfalo 311 • O cérebro tem regiões distintas de substância branca e substância cinzenta 312 • Funções do encéfalo 313 • O córtex cerebral é organizado em áreas funcionais 314 • A informação sensorial é integrada na medula espinal e no encéfalo 314 • A informação sensorial é processada gerando a percepção 315 • O sistema motor controla os sinais de saída (eferência) do sistema nervoso central 316 • O sistema comportamental modula respostas motoras 317 • O sistema ativador reticular influencia o estado de alerta 318 • Por que dormimos? 319 Conceitos Emergentes: Adenosina e a ((Sacudida do café" 320

xxvii

• As funções fisiológicas apresentam ritmos drcadianos 320 • A emoção e a motivação envolvem vias neurais complexas 321 • Humores são estados emocionais de longa duração 322 • O aprendizado e a memória modificam as conexões sinápticas no encéfalo 322 • O aprendizado é a aquisição do conhecimento 323 • A memória é a habilidade de reter e evocar informações 323 • A linguagem é o comportamento cognitivo mais elaborado 325 • A personalidade é a combinação da experiência com a herança 325 Resumo do capítulo 328 Questões 330 Respostas 331

1O Fisiologia Sensorial

333

~ Solucionando o Problema: Doença de Meniere 334 • Propriedades gerais dos sistemas sensoriais 334 • Os receptores são sensíveis a formasparticulares de energia 335 • A transdução sensorial converte os estímulos em potenciais graduados 336 • Um neurônio sensorial tem um campo receptivo 336 • O sistema nervoso central integraa informação sensorial 338 • A codificação e o processamento distinguem as propriedades do estímulo 339 • Sensibilidade somática 342 • As vias da percepção somática se projetam para o córtex somatossensorial e para o cerebelo 343 • Os receptores sensíveis ao tato respondema muitos estímulos diferentes 344 • Os receptores de temperatura são terminações nervosas livres 346 • Os nociceptores iniciam respostas protetoras 346 • A dor e o prurido são mediados por nociceptores 346 • Quimiorrecepção:olfato e paladar 349 • O olfato é um dos sentidos mais antigos 349

..

Foco Clínico: Analgésicos naturais 349

• O paladar é uma combinação de dncosensações básicas 352 • A transdução gustatória usa receptores e canais 353 • A orelha: audição 353 Conceitos Emergentes: Mudando o gosto 355 • A audição é a nossa percepção do som 355 • A transdução do som é um processo com múltiplas etapas 355 • A cóclea é preenchida por líquido 356 • Os sons são processados primeiro na cóclea 358 • As vias auditivas se projetam parao córtex auditivo 361 • A perda auditiva pode resultar de lesões mecânicas ou neurais 361 • A orelha: equilíbrio 362 Biotecnologia: Implantes cocleares 362

-

xxviii

Sumário Detalhado

• O vestíbulo dá informações sobre movimento e posição 363 • Os canais semicirculares detectam a aceleração rotacional 363 • Os órgãos otolíticos detectam a aceleração linear e a posição da cabeça 363 • As vias do equilíbrio projetam-se primariamente para o cerebelo 363

• O olho: visão 365 • O olho é protegido pelo crânio 365 •

Foco Clínico: Glaucoma

366

• A luz entra no olho através da pupila 367 • A lente foca a luz na retina 368 • A fototransdução ocorre na retina 371 Conceitos Emergentes: Melanopsina

372

• Os fotorreceptores transduzem a luzem sinais elétricos 372 • O processamento do sinal começa na retina 376 Resumo do capítulo 380 Questões 381 Respostas 383

~ Solucionando o Problema: Um vício poderoso 386 • Divisão autônoma 386 • Os reflexos autonômicos são importantes para a homeostase 387 • O controle antagonista é uma característica dadivisão autônoma 388 • As vias autonômicas têm dois neurônios eferentes em série 388 • As subdivisões simpática e parassimpática partem de diferentes regiões da medula espinal 389 • O sistema nervoso autônomo usa vários sinais químicos 389 • As vias autonômicas controlam os músculosliso e cardíaco e glândulas 391 • Os neurotransmissores autonômicos são sintetizados no axônio 392 • A maioria das vias simpáticas secreta noradrenalina que se liga em receptores adrenérgicos 392 • A medula da suprarrenal secreta catecolaminas 394 • As vias parassimpáticas secretam acetilcolina que se liga em receptores muscarínicos 395 • Agonistas e antagonistas autonômicos são ferramentas importantes na pesquisa e na medicina 395 • As disfunções primárias do sistema nervoso autônomo são relativamente incomuns 396 • Resumo das subdivisões simpática e parassimpática 396 Foco Clínico: Neuropatia autonômica

396

• Divisão motora somática 397 • A via motora somática consiste em um neurônio • A junção neuromuscular possuireceptores nicotínicos 399 Resumo do Capítulo 402 Questões 403 Respostas 404

406

~ Solucionando o Problema: Paralisia periódica 407 • Músculo esquelético 408 • Os músculos esqueléticos são compostos por fibras musculares 408 • As miofibrilas são as estruturas contráteis da fibra muscular 409 • A contração muscular gera força 412 • A actina e a miosina deslizam uma pela outra durante a contração 412 • As pontes cruzadas da miosina movem os filamentos de actina 413 • Os sinais de cálcio iniciam a contração 415 • As cabeças de miosina caminham ao longo dos filamentos de actina 415 Biotecnologi.a: Experimento de motilidade in vitro

11 Divisão Eferente: Controle Autonômico e Motor Somático 385

•

12 Músculos

398

417

• A acetilcolina inicia o acoplamento excitaçãocontração 417 • A contração do músculo esquelético requer um suprimento contínuo de ATP 420 • A fadiga tem múltiplas causas 421 • As fibras musculares esqueléticas são classificadas pela velocidade da contração e pela resistência à fadiga 422 • A tensão desenvolvida por cada fibra muscular depende do comprimento da fibra 423 • A força da contração aumenta com a somação dos abalos musculares 425 • Um neurônio motor somático e as fibras musculares por ele inervadas formam uma unidade motora 426 • A força da contração depende dos tipos e do número de unidades motoras 426

• Mecânica do movimento corporal 427 • As contrações isotônicas movem cargas; as contrações isométricas geram força sem movimento 427 • Os ossos e os músculos em tomo das articulações formam alavancas e pontos de apoio (fulcros) 428 • As disfunções musculares possuem várias causas 431

• Músculo Liso 432 • As fibras musculares lisas são muito menores do que as fibras musculares esqueléticas 433 • O músculo liso tem filamentos de actina e de miosina mais longos 434 • O músculo liso não está organizado em sarcômeros 434 • A fosforilação das proteínas tem papel central na contração do músculo liso 435 • O relaxamento no músculo liso tem várias etapas 436 • A entrada de cálcio é o sinal para a contração do músculo liso 436 • Alguns tipos de músculo liso têm potenciais de membrana instáveis 438 • A atividade do músculo liso é regulada por sinais químicos 438

• Músculo cardíaco 439 Resumo do capítulo 441 Questões 443 Respostas 444

Sumário Detalhado

13 Fisiologia Integrada 1: Controle do Movimento Corporal 446 Solucionando o Problema: Tétano 447 • Reflexos neurais 447 • Vias reflexas neurais podem ser classificadas de diferentes maneiras 447

• Reflexos autonômicos 449 • Reflexos dos músculos esqueléticos 450 • Os fusos musculares respondem ao estiramento do músculo 451

•

Foco Clínico: Reflexos e tônus muscular 451

• Os órgãos tendinosos de Golgi respondem à tensão muscular 453 • Os reflexos de estiramento e a inibição recíproca controlam o movimento de uma articulação 454 • Os reflexos de flexão afastam os membros de um estímulo doloroso 455

• Controle integrado do movimento corporal 457 • O movimento pode ser classificado como reflexo, voluntário ou rítmico 457 • O SNC integra o movimento 459 • Os sintomas da doença de Parkinson refletem as funções dos núcleos da base 462

Conceitos Emergentes: Técnicas de visualização nos esportes 462 • Controle do movimento dos músculos viscerais 463 ma.

Resumo do Capítulo 464 Questões 465 Respostas 466

• O músculo cardíaco se contrai sem inervação 481 • A entrada do cálcio é uma característica do acoplamento excitação-contração cardíaco 482 • A contração do músculo cardíaco pode ser graduada 483 • Os potenciais de ação no miocárdio variam 483 • Os neurotransmissores autonômicos modulam a frequência cardíaca 486

• O coração como bomba 487 • A condução elétrica no coração coordena a contração 487

•

Foco Clínico: Fibrilação 488

• Os marcapassos determinam a frequência cardíaca 489 • O eletrocardiograma reflete a atividade elétrica do coração 491 • O coração contrai e relaxa durante um ciclo cardíaco 494

•

Foco Clínico: Galopes, estalidas e sopros 497

• As curvas de pressão-volume representam o ciclo cardíaco 497 • O volume sistólico é o volume de sangue bombeado em uma contração 498 • O débito cardíaco é uma medida do desempenho cardíaco 498 • A frequência cardíaca é modulada por neurônios autonômicos e pelas catecolaminas SOO • Múltiplos fatores influenciam o volume sistólico 501 • A contratilidade é controlada pelos sistemas nervoso e endócrino 502

Conceitos Emergentes: Células-tronco para doenças cardíacas 502 • O volume diastólico final e a pressão sanguínea arterial determinam a pós-carga 504 Resumo do capítulo 506 Questões 508 Respostas 509

PARTE Integração da Função 14 Fisiologia Cardiovascular

xxlx

467

Solucionando o Problema: Infarta Agudo do Miocárdio 468 • Visão geral do sistema circulatório 468 O sistema circulatório transporta materiais por todo o corpo 469 • O sistema circulatório é constituído por coração, vasos sanguíneos e sangue 469

• Pressão, volume, fluxo e resistência 471 • A pressão do líquido em movimento diminui com o aumento da distância 472 • A pressão nos líquidos pode mudar sem uma alteração no volume 472 • O sangue flui de uma área de maior pressão para uma área de menor pressão 473 • A resistência se opõe ao fluxo 473 • A velocidade do fluxo depende da taxa do fluxo e da área de secção transversal 475

• O músculo cardíaco e o coração 478 • O coração tem quatro câmaras 478 • As valvas cardíacas asseguram um fluxo unidirecional no coração 479

15 Fluxo Sanguíneo e o Controle da Pressão Sanguínea s12 Solucionando o Problema: Hipertensão essencial 513 • Vasos sanguíneos 514 • Os vasos sanguíneos contêm músculo liso vascular 514 • Artérias e arteríolas carregam o sangue a partir do coração 514 • As trocas ocorrem nos capilares 515 • O fluxo sanguíneo converge nas vênulas e veias 515 • A angiogênese cria novos vasos sanguíneos 516

• Pressão sanguínea 516 • A pressão sanguínea é maior nas artérias e menor nas veias 516 • A pressão sanguínea arterial reflete a pressão de propulsão do fluxo sanguíneo 517 • A pressão sanguínea arterial é estimada por esfigmomanometria 518 • O débito cardíaco e a resistência periférica determinam a pressão arterial média 519 • Alterações no volume sanguíneo afetam a pressão sanguínea 520

Sumário Detalhado

XXX

• Resistência nas arteríolas 520 • Foco Clínico: Choque 522 • A autorregulação miogênica ajusta automaticamente o fluxo sanguíneo 522 • Substâncias parácrinas alteram a contração do músculo liso vascular 522 • A divisão simpática controla a maioria dos músculos lisos vasculares 524 • Distribuição de sangue para os tecidos 525 • Trocas nos capilares 526 • A velocidade do fluxo sanguíneo é menor nos capilares 527 • A maior parte das trocas capilares ocorre por difusão e transcitose 528 • A filtração e a absorção capilares ocorrem por fluxo de massa 528 • Sistema linfático 530 • O edema é resultado de alterações nas trocas capilares 531 • Regulação da pressão sanguínea 532 • O reflexo barorreceptor controla a pressão sanguínea 532 • A hipotensão ortostática desencadeia o reflexo barorreceptor 535 • Doença cardiovascular 535 • Os fatores de risco para a doença cardiovascular incluem o tabagismo e a obesidade 535 • A aterosclerose é um processo inflamatório 537 • Foco Clínico: Diabete e doença cardiovascular 537 • A hipertensão representa uma falha da homeostase 538 Conceitos Emergentes: Marcadores inflamatórios para a doença cardiovascular 539 Resumo do capítulo 541 Questões 542 Respostas 544

16 Sangue

546

~ Soludonando o Problema: Doping sanguíneo em

atletas 547 • Plasma e elementos celulares do sangue 547 • O plasma é composto de matriz extracelular 547 • Os elementos celulares incluem eritrócitos (hemácias), leucócitos e plaquetas 548 • Produção de células do sangue 549 • As células do sangue são produzidas na medula óssea 550 • A hematopoese é controlada por citocinas 551 • Os fatores estimuladores de colônia regulam a leucopoese 551 • A trombopoetina regula a produção de plaquetas 552 • A eritropoetina regula a produção de eritródtos 552 • Eritrócitos 553 • Eritrócitos maduros não possuem núcleo 553 1,

Em foco: Medula óssea 554

• A síntese de hemoglobina requer ferro .-

•

554

Foco Clínico: Hemoglobina e hiperglicemia 555

• Os eritródtos vivem cerca de quatro meses 555

• Distúrbios nos eritrócitos diminuem o transporte de oxigênio 556 • Plaquetas e coagulação 558 • As plaquetas são pequenos fragmentos de células 559 • A hemostasia evita a perda de sangue dos vasos danificados 559 • A ativação das plaquetas inicia o processo da coagulação 561 • A coagulação transforma o tampão plaquetário em um coágulo 561 • Os anticoagulantes impedem a coagulação 563

Conceitos Emergentes: Destruidores de coágulos e agentes antiplaquetários 564 Resumo do capítulo Questões 566 Respostas 567

566

17 Mecânica da Respiração

568

~ Solucionando o Problema: En"(i.sema 569 • Sistema respiratório 570 • Os ossos e os músculos do tórax circundam os pulmões 570 • Os sacos pleurais envolvem os pulmões 570 • As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo 571 • As vias aéreas aquecem, umedecem e filtram o ar inspirado 571 • Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas 574 • A circulação pulmonar é um sistema de baixa pressão e alta taxa de fluxo 575

• Foco Clínico: Insuficiência cardíaca congestiva 576 • Leis dos gases 576 • O ar é uma mistura de gases 576 • Os gases se movem a favor de gradientes de pressão 577 • A lei de Boyle descreve as relações pressão-volume 577 • Ventilação 578 • Os volumes pulmonares mudam durante a ventilação 578 • Durante a ventilação, o ar flui devido aos gradientes de pressão 579 • A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui 580 • A expiração ocorre quando a pressão alveolar aumenta 582 • A pressão intrapleural muda durante a ventilação 582 • A complacência e a elasticidade pulmonares podem mudar em estados patológicos 584 • O surfactante diminui o trabalho respiratório 585 • O diâmetro das vias aéreas determina a resistência das vias aéreas 586 • A frequência e a amplitude respiratórias determinam a eficiência da respiração 587 • A composição de gases nos alvéolos varia pouco durante a respiração normal 588 • A ventilação e o fluxo sanguíneo alveolares são ajustados 589

Sumário Detalhado

• A auscultação e a espirometria avaliam a função pulmonar 590 Resumo do capítulo 593 Questões 594 Respostas 596

18 Trocas e Transporte de Gases

597

• • • •

A pressão nos capilares causa a filtração 631 A TFG é relativamente constante 632 A TFG está sujeita a autorregulação 633 Hormônios e neurônios autonômicos também influenciam a TFG 634

• A reabsorção pode ser ativa ou passiva 635 598

• Difusão e solubilidade dos gases 598 • O gás dissolvido depende da pressão, da solubilidade e da temperatura 599

• Troca de gases nos pulmões e nos tecidos 599 Biotecnologia: Oxímetro de pulso 601 • Uma Po2 alveolar menor diminui a captação de oxigênio 601 • Mudanças na membrana alveolar alteram as trocas gasosas 602

• Transporte de gases no sangue 603 • A hemoglobina transporta a maior parte do oxigênio para os tecidos 603

Conceitos Emergentes: Substitutos do sangue 604 • A hemoglobina liga-se ao oxigênio 604 • A ligação oxigênio-hemoglobina obedece à lei de ação das massas 605 • A Po2 determina a ligação oxigênio-hemoglobina 605 • A ligação do oxigênio é expressa em porcentagem 606 • Vários fatores afetam a ligação oxigêniohemoglobina 607 • O dióxido de carbono é transportado de três maneiras 609

• Regulação da ventilação 612 • Neurônios do bulbo controlam a respiração 613 • O dióxido de carbono, o oxigênio e o pH influenciam a ventilação 614 • Reflexos protetores dos pulmões 616 • Os centros superiores do encéfalo afetam os padrões de ventilação 617 Resumo do capítulo 618 Questões 619 Respostas 621

622

Solucionando o Problema: Gota 623 • Funções dos rins 623 • Anatomia do sistema urinário 624 • O sistema urinário consiste em rins, ureteres, bexiga urinária e uretra 624

•

Conceitos Emergentes: Nefropatia diabética 631

• Reabsorção 635

J'f- Solucionando o Problema: Grande altitude

19 Os Rins

xxxi

Foco Clínico: Infecções do trato urinário 624

• O néfron é a unidade funcional do rim 624

• Visão geral da função renal 625 • Os rins filtram, reabsorvem e secretam 625 • O néfron modifica o volume e a osmolaridade do líquido 628

• Filtração 629 • O corpúsculo renal contém três barreiras de filtração 630

-

Biotecnologia: Rim artificial 637

• O transporte renal pode atingir saturação 637 • As pressões nos capilares peritubulares favorecem a reabsorção 639

• Secreção 639 • A competição diminui a secreção de penicilina 639

• Excreção 640 • A depuração é uma forma não invasiva de medir a TFG 640 • A depuração nos auxilia a determinar o manejo renal 642

• Micção 643 Resumo do Capítulo 646 Questões 647 Respostas 648

20 Fisiologia Integrada li: Equilíbrio Hídrico e Eletrolítico 650 ~ Solucionando o Problema: Hiponatremia 651 • Homeostase hídrica e eletrolítica 651 • A osmolaridade do LEC afeta o volume celular 651 • Múltiplos sistemas integram o equilíbrio hídrico e eletrolítico 651

• Equilíbrio da água 652 • A ingestão e a excreção diárias de água são equilibradas 653 • Os rins conservam a água 653 • A medula renal produz urina concentrada 654 • A vasopressina controla a reabsorção da água 655

•

Foco Clínico: Diurese asmática 655

• O volume e a osmolaridade sanguíneos ativam osmorreceptores 657 • A alça de Henle é um multiplicador de contracorrente 658

• Equilíbrio do sódio e do volume do LEC 661 • A aldosterona controla o equilíbrio do sódio 661 • A pressão sanguínea baixa estimula a secreção da aldosterona 663 • A angiotensina II tem muitos efeitos 664 • O peptídeo natriurético atrial promove a excreção de Na+ e de água 665

• Equilíbrio do potássio 666 • Mecanismos comportamentais no equilíbrio de sal e água 667 • A ingestão hídrica repõe a perda de líquidos 667 • Baixa concentração de Na+ estimula o apetite por sal 667 • Comportamentos de evitação ajudam a prevenir a desidratação 668

xxxii

Sumário Detalhado

• Controle integrado do volume e da osmolaridade 668 • A osmolaridade e o volume podem mudar independentemente 668 • A desidratação desencadeia respostas homeostáticas 669 • Equilíbrio ácido-base 672 • Mudanças no pH podem desnaturar proteínas 672 • Os ácidos e as bases no corpo são provenientes de muitas fontes 673 • A homeostase do pH depende de tampões, dos pulmões e dos rins 674 • Sistemas tampão incluem proteínas, íons fosfato e HC03- 674 • • • • •

A ventilação pode compensar as alterações de pH 675 Os rins usam tampões amônia e fosfato 676 O túbulo proximal secreta H+ e reabsorve HC0 3- 677 O néfron distal controla a excreção de ácido 678 Os desequilíbrios ácido-base podem ser respiratórios ou metabólicas 679 Resumo do capítulo 682 Questões 683 Respostas 684

PARTE Metabolismo, Crescimento e Envelhecimento 21 Sistema Digestório

686

~ Soludonando o Problema: Úlcera péptica 687 • Funções e processos digestórios 687 • Anatomia do sistema digestório 689 • O sistema digestório é um tubo 689 • A parede do trato gastrintestinal possui quatro camadas 689 • Motilidade 693 • O músculo liso gastrintestinal se contrai espontaneamente 693 • O músculo liso gastrintestinal apresenta diferentes padrões de contração 694 • Foco Clínico: Esvaziamento gástrico lento 694 • Secreção 695 • O sistema digestório secreta íons e água 695 • As enzimas digestórias são secretadas no lúmen 696 • Células especializadas secretam muco 697 • A saliva é uma secreção exócrina 697 /, Em foco: Fígado 698 • O fígado secreta a bile 699 • Regulação da função gastrintestinal 699 • O sistema nervoso entérico pode atuar de modo independente 701

Conceitos Emergentes: Receptores gustatórios no intestino 701 • Os peptídeos gastrintestinais incluem hormônios, neuropeptídeos e citocinas 701 • Digestão e absorção 703

• Os carboidratos são absorvidos como monossacarídeos 703 • As proteínas são digeridas gerandopequenos peptídeos e aminoácidos 704 • Alguns peptídeos maiores podem ser absorvidos intactos 704 • Os sais biliares facilitam a digestão de gorduras 705 • Os ácidos nucleicos são digeridos formando bases e monossacarídeos 706 • O intestino absorve vitaminas e minerais 707 • O intestino absorve íons e água 708 • Fase cefálica 708 • A digestão mecânica e químicainicia na boca 708 • A deglutição leva o bolo alimentarda boca para o estômago 709 • Fase gástrica 709 • O estômago armazena o bolo alimentar 711 • O estômago secreta ácido e enzimas 711 • O estômago equilibra digestão e proteção 713 • Fase intestinal 713 • O bicarbonato neutraliza o ácido gástrico 714 • A maioria dos líquidos é absorvida no intestino delgado 715 • A maior parte da digestão ocorre no intestino delgado 715 • Foco Clínico: Intolerância à lactose 716 • O intestino grosso concentra os resíduos 716 • A diarreia pode causar desidratação 717 • Funções imunitárias do trato gastrintestinal 718 • Células M coletam conteúdos do TGI 718 • O vômito é um reflexo protetor 718 Resumo do Capítulo 720 Questões 721 Respostas 723

22 Metabolismo e Equilíbrio Energético

124

~ Solucionando o Problema: Transtornos

alimentares 725 • Apetite e saciedade 725

Biotecnologia: Novas abordagens para a descoberta de peptídeos 726 • Equilíbrio energético 727 • A entrada de energia é igual à saída de energia 727 • O uso da energia é expresso pelo consumo de oxigênio 727 • A energia é armazenada na gordura e no glicogênio 729 • Metabolismo 729 • A energia ingerida pode ser usada ou armazenada 730 • Os hormônios alteram a atividade enzimática para controlar o metabolismo 731 • O metabolismo anabólico predomina no estado alimentado 732 • Os níveis de colesterol no plasma são indicadores do risco de doença cardíaca coronariana 733 • O metabolismo catabólico predomina no estado de jejum 735

•

Foco Clínico: Dieta cetogênica 736

Sumário Detalhado

• Controle homeostático do metabolismo 736 • O pâncreas secreta insulina e glucagon 736 • A proporção entre insulina e glucagon regula o metabolismo 737 • A insulina é o hormônio predominante no estado alimentado 738 • A insulina promove o anabolismo 739 • O glucagon é predominante no estado de jejum 741 • O diabete melito é uma família de doenças 742 • Os diabéticos do tipo 1 são propensos à cetoacidose 743 • Os diabéticos do tipo 2 frequentemente têm os níveis de insulina elevados 745 • A síndrome metabólica associa diabete e doença cardiovascular 747 • Regulação da temperatura do corpo 747 • A temperatura do corpo é um balanço entre produção, ganho e perda de calor 748 • A temperatura do corpo é regulada homeostaticamente 749 • O movimento e o metabolismo produzem calor 750 • O termostato do corpo pode ser ajustado 751 Resumo do capítulo 753 Questões 754 Respostas 756

23 Controle Endócrino do Crescimento e do Metabolismo 151 ~ Solucionando o Problema: Hiperparatireoidismo 758 • Revisão de princípios endócrinos 758 • Glicocorticoides suprarrenais (adrenais) 758 • O córtex suprarrenal secreta hormônios esteroides 759 • A secreção de cortisol é controlada pelo ACTH 760 • O cortisol é essencial para a vida 761 • O cortisol é um medicamento útil 762 • As disfunções do cortisol resultam de excesso ou falta do hormônio 762 • O CRH e o ACTH possuem outras funções fisiológicas 763

• O crescimento ósseo requer quantidades adequadas de cálcio na dieta 771 • Equilíbrio do cálcio 772 • As concentrações de cálcio no plasma são rigorosamente reguladas 773 • Três hormônios controlam o equilíbrio do cálcio 774 • As homeostases do cálcio e do fosfato estão associadas 777 • A osteoporose é uma doença de perda óssea 777 Resumo do capítulo 779 Questões 780 Respostas 781

24 O Sistema Imunitário • •

• •

•

•

Conceitos Emergentes: Melanocortinas e o camundongo agouti 763 • Hormônios da tireoide 764 • Os hormônios da tireoide contêm iodo 764 • Os hormônios da tireoide afetam a qualidade de vida 766 • O TSH controla a glândula tireoide 767 • Hormônio do crescimento 769 • O hormônio do crescimento é anabólico 769 • Foco Clínico: Novos gráfi.cos de crescimento 769 • O hormônio do crescimento é essencial para o crescimento normal 770 • O hormônio do crescimento humano produzido geneticamente levanta questões éticas 771 • Crescimento dos tecidos e dos ossos 771 • O crescimento dos tecidos requer hormônios e substâncias parácrinas 771

xxxiii

•

182

~ Solucionando o Problema: Tratamento para AIDS 183 Visão geral 783 Patógenos do corpo humano 783 • Bactérias e vírus requerem mecanismos de defesa diferentes 784 • Vírus podem replicar-se somente no interior das células hospedeiras 784 A resposta imunitária 785 Anatomia do sistema imunitário 787 • Os tecidos linfáticos estão distribuídos por todo corpo 787 • Os leucócitos mediam a imunidade 788 Imunidade inata: respostas inespecíficas 790 • As barreiras são a primeira linha de defesa do corpo 790 • Os fagócitos ingerem material estranho 790 • As células NK eliminam células infectadas e células tumorais 792 • As citocinas geram a resposta inflamatória 792 Imunidade adquirida: respostas a antígenos específicos 793 • Os linfócitos são mediadores resposta imunitária adquirida 794 • Os linfócitos B tornam-se plasmócitos e células de memória 794 • Os anticorpos são proteínas secretadas pelos plasmócitos 795 • Os linfócitos T usam a sinalização dependente de contato 797 Vias da resposta imunitária 800 • A invasão bacteriana causa inflamação 800 • As infecções virais requerem defesa intracelular 800 • Respostas alérgicas são desencadeadas por antígenos específicos 803 • As proteínas do MHC permitem o reconhecimento de tecido estranho 804 • O sistema imunitário precisa reconhecer o que é "próprio" 805

Biotecnologia: Anticorpos sintetizados por engenharia genética 806 • A vigilância imunitária remove células anormais do corpo 806

xxxlv

Sumário Detalhado

• Interações neuroimunoendócrinas 806 • O estresse altera a função do sistema imunitário 808 • A medicina moderna inclui terapias corpo-mente 808 Resumo do capítulo 809 Questões 811 Respostas 812

25 Fisiologia Integrada Ili: Exercício

813

Soludonando o Problema: Choque térmico 814 • Metabolismo e exercício 814

• Os androgênios influenciam as características sexuais secundárias 843 • Reprodução feminina 844 • As mulheres possuem ovários e um útero 844 • O ovário produz ovócitos e hormônios 844 • Um ciclo menstrual dura cerca de um mês 844 • O controle hormonal do ciclo menstrual é complexo 847

Conceitos Emergentes: O AMH e a {Unção ovariana 850

• Hormônios regulam o metabolismo durante o exercício 816 • O consumo de oxigênio está relacionado com a intensidade do exercício 816 • Diversos fatores limitam o exercício 817 • Respostas ventilatórias ao exercício 817 • Respostas cardiovasculares ao exercício 818 • O débito cardíaco aumenta durante o exercício 818 • O fluxo de sangue para os músculos aumenta durante o exercício 819 • A pressão sanguínea aumenta levemente durante o exercício 819 • O reflexo barorreceptor adapta-se ao exercício 820 • Respostas antecipatórias ao exercício 820 • Regulação da temperatura durante o exercício 821 • Exercício e saúde 822 • O exercício diminui o risco de doenças cardiovasculares 822 • O diabete melito do tipo II pode melhorar com o exercício 822 • O estresse e o sistema imunitário podem ser influenciados pelo exercício 823 Resumo do Capítulo 825 Questões 826 Respostas 827

• Os hormônios influenciam as características sexuais secundárias femininas 851 • Procriação 851 • A resposta sexual humana tem quatro fases 851 • O ato sexual masculino inclui a ereção e a ejaculação 852 • A disfunção sexual afeta homens e mulheres 852 • Os contraceptivos são projetados para evitar a gestação 852 • A infertilidade é a incapacidade de conceber 855 • Gestação e parto 855 • A fertilização requer capacitação 855 • O embrião em desenvolvimento se implanta no endométrio 856 • A placenta secreta hormônios durante a gestação 856 • A gestação termina no parto 857 • As glândulas mamárias secretam leite durante a lactação 860 • A prolactina tem outros papéis fisiológicos 861 • Crescimento e envelhecimento 861 • A puberdade marca o início do período reprodutivo 862 • A menopausa e a andropausa são consequências do envelhecimento 862 Resumo do capítulo 863 Questões 865 Respostas 866

26 Reprodução e Desenvolvimento

Apêndice A

828

Solucionando o Problema: Infertilidade 829 • Determinação do sexo 829 • Os cromossomos sexuais determinam o sexo genético 830

•

Foco Clínico: Distúrbios ligados ao cromossoma X 830

• A diferenciação sexual ocorre no início do desenvolvimento 831 • Padrões básicos da reprodução 833 • A gametogênese começa in utero 833

•

Foco Clínico: Determinação do sexo 834

• O encéfalo controla a reprodução 836 • A reprodução é influenciada por fatores ambientais 838 • Reprodução masculina 838 • Os testículos produzem espermatozoides e hormônios 839 • A espermatogênese requer gonadotrofinas e testosterona 842 • As glândulas acessórias masculinas secretam o sêmen 843

Respostas para as Questões de Revisão 869

Apêndice B Física e Matemática 893

Apêndice C Genética 897

Apêndice D Posições Anatômicas do Corpo 901

Glossário/Índice Créditos das Fotos

903

958

'

a

•

1a

Sistemas fisiológicos Função e processo Homeostase Fisiologia: avançando além do genoma Conceitos básicos em fisiologia A fisiologia é uma ciência integrativa

A ciência da fisiologia 8 Bons experimentos científicos devem ser planejados cuidadosamente 11 Os resultados de experimentos em humanos podem ser difíceis de interpretar 14 Estudos com humanos podem ser realizados de várias formas

Buscando e lendo a literatura científica

Fisiologia não é uma ciência ou uma profissão, mas um ponto de vista. -Ralph W. Gerard

2

Dee Unglaub Silverthorn

o longo da maior parte da história registrada, os humanos têm-se interessado em entender como seus corpos funcionam. Escritos antigos egípcios, indianos e chineses descrevem tentativas de médicos de tratar diversas doenças e restaurar a saúde. Embora alguns remédios antigos, como excremento de camelo e chifre de carneiro triturado, possam parecer bizarros, ainda estamos utilizando outros, como sanguessugas e substâncias derivadas de plantas medicinais. O modo como utilizamos estes tratamentos tem mudado à medida que aprendemos mais sobre o corpo humano. Para tratar doenças e lesões de modo apropriado, devemos primeiro entender o corpo humano em seu estado saudável. A fisiologia é o estudo do funcionamento normal de um organismo vivo e de suas partes componentes, incluindo todos os seus processos físicos e químicos. O termo flsiologia literalmente significa "conhecimento da natureza". Aristóteles (384-322 A. E. C. ou a.C.) utilizou a palavra no seu sentido amplo para descrever o funcionamento de todos os organismos vivos, não apenas do corpo humano. Entretanto, Hipócrates (460-377 a.C.), considerado o pai da medicina, usou a palavra flsiologia significando "o poder curativo da natureza", e daí em diante seu campo tornou-se estreitamente associado com a medicina. Por volta do século XVI, na Europa, a fisiologia foi formalizada como o estudo das funções vitais do corpo humano, embora hoje o termo seja novamente usado para referir-se ao estudo das funções de todos os animais e plantas. Em contraste, a anatomia é o estudo da estrutura, com muito menos ênfase na função. Apesar desta distinção, a anatomia e a fisiologia não podem ser realmente separadas. A função de um tecido ou órgão está estreitamente relacionada à sua estrutura, e a estrutura do tecido ou órgão presumivelmente evoluiu para fornecer uma base física eficiente para sua função.

SISTEMAS FISIOLÓGICOS Para entender como a fisiologia se relaciona com a anatomia, devemos primeiro examinar as partes que compõem o corpo humano. A Figura 1-1 • mostra os diferentes níveis de organização dos organismos vivos, abrangendo desde átomos a grupos da mesma espécie (populações) até populações de espécies diferentes vivendo juntas em ecossistemas e

na biosfera. As diversas subdisciplinas da química e da biologia relacionadas ao estudo de cada nível organizacional estão incluídas na figura. Há considerável sobreposição entre campos diferentes, e estas divisões artificiais variam de acordo com quem as está definindo. Uma característica peculiar da fisiologia é que esta engloba muitos níveis de organização, desde o nível molecular até as populações de uma espécie. No nível fundamental, os átomos de elementos unemse para formar moléculas. A menor unidade estrutural capaz de realizar todos os processos vitais é a célula. Células são conjuntos de moléculas separadas do meio externo por uma barreira denominada membrana celular (ou plasmática). Os organismos simples são compostos de apenas uma célula, mas os organismos complexos possuem muitas células com diferentes especializações estruturais e funcionais. Grupos de células que exercem funções relacionadas são denominados tecidos (texere, tecer). Tecidos formam unidades estruturais e funcionais conhecidas como órgãos (organon, instrumento) e grupos de órgãos integram suas funções para criar sistemas de órgãos. A Figura 1-2 • é um diagrama esquemático que mostra as inter-relações da maioria dos 10 sistemas de órgãos fisiológicos do corpo humano (Tabela 1-1 e ). O sistema tegumentar (integumentum, cobertura), constituído pela pele, forma uma barreira protetora que separa o meio interno do corpo do meio externo (o mundo exterior). O sistema musculoesquelético fornece suporte e movimento ao corpo. Qu.a tro sistemas trocam materiais entre os meios interno e externo. O sistema respiratório troca gases, o sistema digestório absorve nutrientes e água e elimina resíduos, o sistema urinário remove o excesso de água e material residual, o sistema genital produz ovócitos ou espermatozoides. Os quatro sistemas restantes se estendem ao longo de todo o corpo. O sistema circulatório distribui materiais bombeando sangue pelos vasos. Os sistemas nervoso e endócrino coordenam as funções do corpo. Observe que a figura os mostra como um contínuo, ao invés de dois sistemas distintos. Por quê? Porque, à medida que aprendemos mais sobre a natureza integrativa da função fisiológica, os limites entre esses dois sistemas ficam menos nítidos. O único sistema não-mostrado na Figura 1-2 é o difuso sistema imunitário. As células imunitárias estão posicionadas para interceptar materiais que possam entrar através das superfícies de troca ou de uma ruptura na pele, e elas protegem o meio

FISIOLOGIA ECOLOGIA

BIOLOGIA MOLECULAR

QUÍMICA Átomos

•

1-•

Moléculas - •

FIGURA 1-1

BIOLOGIA CELULAR

Células - • Tecidos - • Órgãos

Populações de Ecossistema de 1-•1deSistemas o'rga-osi--.10rganismosi--.1 1--.1 1-•1 Biosfera uma espécie diferentes espécies

Níveis de organização e campos de estudo relacionados.

Fisiologia Humana

3

Sistema respiratório Sistema nervoso Sistema circulatório Sistema endócrino Sistema d igestório

1

,.. .: ' Sistema musculoesquelético Sistema urinário Sistema genital

•

FIGURA 1-2 Integração entre os sistemas do corpo. Este esquema indica as relações entre os sistemas corporais. O interior de alguns órgãos ocos (mostrados em branco) se abrem para o meio externo.

interno contra invasores. Além disso, os tecidos imunitários estão intimamente associados ao sistema circulatório.

FUNÇAO E PROCESSO Função e processo são dois conceitos relacionados em fisiologia. A função de um sistema fisiológico ou evento é o "porque" do sistema ou evento: por que este sistema existe e por que este evento acontece? Esta maneira de pensar sobre um assunto é chamada de abordagem teleológica da ciência. Por exemplo, a resposta teleológica para a questão por que as células vermelhas do sangue (eritrócitos) transportam oxigênio é "porque as células precisam de oxigênio e as células vermelhas do sangue o levam para elas". Esta resposta explica o motivo por que as células vermelhas do sangue transportam oxigênio, mas nada diz sobre como as células transportam oxigênio. Em contraste, os processos fisiológicos, ou mecanismos, são o "como" de um sistema. A abordagem mecanicista da fisiologia examina o processo. A resposta mecanicista para a questão "Por que as células vermelhas transportam oxigênio?"é "O oxigênio liga-se às moléculas de hemoglobina nas células vermelhas do sangue". Esta resposta muito concreta explica exatamente como ocorre o transporte de oxigênio, mas nada diz sobre o significado do transporte do oxigênio para o animal como um todo.

Estudantes frequentemente confundem estas duas maneiras de pensar sobre a fisiologia, e estudos têm mostrado que até estudantes de medicina tendem a responder perguntas com explicações teleológicas quando a resposta mais apropriada seria uma explicação mecanicista. Muitas vezes isto ocorre porque o professor pergunta "por que" ocorre um evento fisiológico quando ele realmente quer saber "como". Permanecer atento a estas duas abordagens ajudará a evitar confusão. Embora função e processo pareçam ser dois lados de uma mesma moeda, é possível estudar processos, particularmente em nível celular e subcelular, sem compreender sua função ' na vida do organismo. A medida que o conhecimento biológico se torna mais complexo, algumas vezes os cientistas ficam tão envolvidos em estudos de processos complexos que deixam de prestar atenção no significado desses processos para as células, os sistemas de órgãos ou o animal como um todo. Um papel da fisiologia é integrar função e processo em um todo coerente.

HOMEOSTASE Quando pensamos sobre as funções fisiológicas, frequentemente consideramos seus signi"(i.cados adaptativos- em outras palavras, por que uma certa função ajuda um animal a sobreviver em uma situação particular? Por exemplo, os humanos

4

Dee Unglaub Silverthorn

Sistemas de órgãos do corpo humano NOME DO SISTEMA

ÓRGÃOS OU TECIDOS

FUNÇÕES REPRESENTATIVAS

Circulatório

Coração, vasos sanguíneos, sangue

Transporte de materiais entre todas as células do corpo

Digestório

Estômago, intestinos, f ígado, pâncreas

Conversão de alimento em partícu las que podem ser transportadas para dentro do corpo; el iminação de alguns resíduos

Endócrino

Glândula t ireoide, g lândula suprarrenal

Coordenação da função do corpo por meio da síntese e liberação de molécu las reguladoras

Imunitário

Timo, baço, linfonodos

Defesa contra invasores

Tegumentar

Pele

Proteção contra o meio externo

M uscu loesq uelético

Músculos esqueléticos, ossos

Suporte e movimento

Nervoso

Encéfalo, medula espina l

Coordenação das funções do corpo por meio de sinais elétricos e liberação de moléculas regu ladoras

Genital

Ovários e útero, testículos

Perpetuação da espécie

Respiratório

Pu lmões, vias aéreas

Troca de oxigênio e d ióxido de carbono entre os meios interno e externo

Urinário

Rins, bexiga

Manutenção da água e solutos no meio interno; remoção de resíduos

são animais terrestres grandes, móveis, cujo corpo mantém uma quantidade de água relativamente constante, apesar de viverem em um meio externo seco e muito variável. Quais estruturas e mecanismos se desenvolveram na nossa anatomia e fisiologia que nos capacitam a sobreviver neste ambiente hostil? A maioria das células do nosso corpo não são muito tolerantes a mudanças ao seu redor. Neste aspecto, elas são similares a organismos primitivos que viveram em mares tropicais, um ambiente estável onde a salinidade, o conteúdo de oxigênio e o pH variam pouco e onde a luz e temperatura ciclam de forma previsível. A composição interna destas criaturas ancestrais era quase idêntica à da água do mar, e se as condições ambientais mudavam, as condições internas destes organismos primitivos mudavam também. Ainda hoje invertebrados marinhos não toleram mudanças significativas na salinidade e no pH, o que você pode ter observado se já teve um aquário de água salgada. Em ambas as épocas, antiga e moderna, muitos organismos marinhos contaram com a constância do meio externo para manter o seu meio interno em equilíbrio. Em contraste, à medida que os organismos evoluíram e migraram dos antigos mares para estuários, depois para ambientes de água doce e para a terra, eles encontraram meios externos bastante variáveis. As chuvas diluem a água salgada dos estuários, e os organismos que vivem lá devem lidar com o influxo de água em seus fluidos corporais. Organismos terrestres constantemente perdem água interna para o ar seco ao redor deles. Os organismos que sobrevivem nestes

habitats desafiadores têm de enfrentar a variabilidade externa para manter seu meio interno relativamente estável, uma capacidade conhecida como homeostase (homeo-, similar + - stasis, condição). O meio interno aquoso dos animais multicelulares é denominado líquido extracelular (extra-, lado de fora), um "mar dentro" do corpo que circunda as células (Fig. 1-3 e ). O líquido extracelular (LEC) atua como transição entre o meio externo do organismo e o líquido intracelular (LIC) dentro da célula (intra-, dentro). Como o líquido extracelular é uma zona tampão entre o mundo externo e a maioria das células do corpo, processos fisiológicos elaborados se desenvolveram para manter sua composição relativamente estável. Quando a composição do líquido extracelular varia além da sua faixa de valores normais, são ativados mecanismos compensatórios e o líquido retorna ao seu estado normal. Por exemplo, quando você ingere um grande volume de água, a diluição do seu líquido extracelular desencadeia um mecanismo que faz seus rins removerem o excesso de água e protegerem suas células da diluição. A maioria das células dos animais multicelulares não tolera muita mudança e depende da constância do líquido extracelular para manter seu funcionamento normal. O conceito de um meio interno relativamente estável foi desenvolvido pelo médico francês Claude Bernard na metade do século XIX. Durante seus estudos de medicina experimental, Claude Bernard observou a estabilidade de várias funções fisiológicas, como temperatura do corpo, frequência cardíaca e pressão do sangue. Como catedrático de fisiolo-

Fisiologia Humana

gia da Universidade de Paris, ele escreveu sobre "la fixité du milieu intérieur" (a constância do meio interno). Esta ideia foi aplicada a muitas das observações experimentais do seu tempo e tornou-se objeto de discussão entre fisiologistas e médicos. Em 1929, um fisiologista norte-americano chamado Walter B. Cannon criou a palavra homeostase para descrever a regulação deste meio interno. Em seu ensaio*, Cannon explicou que escolheu o prefixo homeo- (significando similar), em lugar do prefixo homo- (significando o mesmo), porque o meio interno é mantido dentro de uma faixa de valores, ao invés de em um valor exato fixo. Ele também salientou que o sufixo stasis neste caso significa uma condição, não um estado que é estático e inalterável. A homeostase de Cannon é um estado de manutenção de "uma condição similar", também descrito como "um meio interno relativamente constante". Alguns fisiologistas afirmam que uma interpretação literal de stasis (um estado estacionário) na palavra homeostase implica um estado estático, inalterável. Eles argumentam que devemos usar a palavra homeodinâmica no lugar de homeostase, para expressar as pequenas mudanças que constantemente acontecem em nosso meio interno (dynamikos, força ou potência). Independente de o processo ser denominado homeostase ou homeodinâmica, o conceito importante a ser lembrado é que o corpo monitora seu estado interno e toma medidas para corrigir alterações que ameacem seu funcionamento normal. A homeostase e a regulação do meio interno são princípios fundamentais da fisiologia e geram um tema presente em cada capítulo deste livro. Utilizando observações feitas por vários fisiologistas e médicos durante o século XIX e início do século XX, Cannon propôs uma lista de variáveis que estão sob controle homeostático. Agora sabemos que a sua lista era precisa e completa. Cannon dividiu suas variáveis em fatores ambientais que afetam a célula (osmolaridade, temperatura e pH) e "materiais para as necessidades da célula" (nutrientes, água, sódio, cálcio, outros íons inorgânicos, oxigênio e "secreções internas que têm efeitos gerais e contínuos"). As "secreções internas" de Cannon são os hormônios e outras substâncias químicas que nossas células usam para comunicar-se umas com as outras. Se o corpo falhar em manter a homeostase destas variáveis, então a função normal é alterada e pode ocorrer um estado de doença ou condição patológica (pathos, sofrimento). As doenças podem ser divididas em dois grupos gerais, de acordo com sua origem: aquelas nas quais o problema surge de uma falha interna de algum processo fisiológico normal e aquelas que se originam de alguma fonte externa. As causas internas das doenças incluem o crescimento anormal das células, o qual pode causar câncer ou tumores benignos; a produção de anticorpos pelo corpo contra seus próprios tecidos (doenças autoimunes); a morte prematura das células ou as alterações dos processos celulares. Distúrbios herdados também são considerados como tendo causas internas. As causas

* Cannon W.B. Organization for physiological homeostasis. Physiol. Rev. 9: 399-443, 1929.

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Meio externo ao corpo Material que entra e sai do corpo

Material que entra e sai do corpo

t-J.

e

Líquido intracelular da maioria das células

----~•

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Líquido extracelular: ,,. o meio interno ~ do corpo ~ ""' ~

--

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•

FIGURA 1-3 Relação entre os meios interno e externo de um organismo. Poucas células no corpo são capazes de trocar material com o meio externo do organismo. A maioria das células está em contato com o meio interno do corpo, composto de líquido extracelular.

externas das doenças incluem substâncias tóxicas, trauma físico e invasores, como vírus e bactérias. Tanto nas doenças de causa interna como nas de causa externa, quando há um distúrbio da homeostase, o corpo tenta compensar (Fig. 1-4 e ). Se a compensação é bem-sucedida, a homeostase é restaurada. Se a compensação falha, podem ocorrer disfunções ou doenças. O estudo das funções do corpo em um estado de doença é conhecido como fisiopatologia. Você encontrará muitos exemplos de fisiopatologia à medida que estudarmos os diversos sistemas do corpo. Uma condição patológica muito comum nos Estados Unidos é o diabete melito - um distúrbio metabólico caracterizado pelo aumento anormal na concentração da glicose no sangue. Embora falemos do diabete como se fosse uma única doença, na realidade é uma família inteira de doenças com várias causas e manifestações. Você aprenderá mais sobre diabete nos quadros "Em Foco" distribuídos ao longo dos capítulos deste livro. A influência deste distúrbio em muitos sistemas do corpo é um excelente exemplo da natureza integrativa da fisiologia.

FISIOLOGIA: AVANÇANDO ALÉM DO GENOMA Nunca existiu um tempo mais instigante para o estudo da fisiologia humana. Hoje nos beneficiamos de séculos de trabalho dos fisiologistas que construíram as bases do conhecimento de como o corpo humano funciona. Desde os anos de 1970, o rápido avanço no campo da biologia celular e molecular complementou este trabalho. Há poucas déca-

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Organismo em homeostase

Mudança interna

Mudança externa

Mudança interna resulta na perda da homeostase

r Organismo tenta compensar

Falha na compensação

Compensação bem-sucedida

Doença ou disfunção

•

FIGURA 1-4

Saúde

Homeostase.

das pensávamos que iríamos encontrar a chave do segredo da vida pelo sequenciamento do genoma humano, que é o termo coletivo para toda a informação genética contida no DNA de uma espécie. Porém, esta visão desconstrucionista da biologia tem suas limitações, pois os organismos vivos são muito mais que a soma simples de suas partes. O Projeto Genoma Humano (www.oml.gov/hgmis) começou em 1990 com o objetivo de identificar e sequenciar todos os genes do DNA humano (o genoma). Entretanto, à medida que a pesquisa aprimorou nosso conhecimento sobre a função do DNA, os cientistas tiveram que revisar sua ideia original de que um dado segmento de DNA continha um gene que codificava uma proteína. Tomou-se claro que um gene pode codificar muitas proteínas. O Projeto Genoma Humano foi concluído em 2003, mas antes disso os pesquisadores avançaram da genômica para a proteômica, o estudo das proteínas nos organismos vivos. Agora os cientistas estão começando a entender que saber que uma proteína é sintetizada em uma determinada célula nem sempre nos diz o significado desta proteína para a célula, o tecido ou o funcionamento do animal. Novas áreas instigantes da pesquisa biológica incluem genômica funcional, biologia de sistemas e biologia integrativa, porém todos estes campos da fisiologia investigam fundamentalmente funções integradas, desde os mecanismos subcelulares até o organismo como um todo. Se você lê a literatura científica, parece que a pesquisa contemporânea, usando as ferramentas da biologia molecular, explodiu em uma era de "ornas" e "ômicas". O que é um "orna"? O termo aparentemente deriva de uma palavra do

latim que significa massa ou tumor, sendo atualmente usado para referir-se a uma coleção de itens que constituem um todo, tal qual um genoma. Um dos primeiros empregos do sufixo "orna" na biologia é o termo biorna, significando a comunidade inteira de organismos que vivem em uma região ecológica, como o biorna marinho ou o biorna do deserto. Um genoma é a totalidade de genes de um organismo, e um proteoma inclui todas as proteínas deste organismo. O adjetivo relacionado "ômica" descreve a pesquisa referente ao estudo de um "orna". Adicionar "ômica" a uma raiz de palavra é o caminho mais curto para descrever um dado campo de pesquisa. Por exemplo, o estudo tradicional da bioquímica inclui agora a metabolômica (o estudo de rotas metabólicas) e a interatômica (o estudo das interações proteína-proteína). Se pesquisar na Internet, você encontrará inúmeras listas de transcriptoma (RNA), lipidoma (lipídeos) e farmacogêmica (a influência da genética na resposta do corpo a fármacos). A moda das palavras terminadas em "ômica" também tem gerado termos como celoma, enzimoma e unknoma (proteínas com funções desconhecidas). Existe até um jornal denominado OMJCS! O Projeto Fisioma (www.physiome.org) é um esforço internacional organizado para coordenar as informações moleculares, celulares e fisiológicas sobre organismos vivos em uma base de dados na Internet. Cientistas de todo o mundo podem acessar esta informação e aplicá-la em seus próprios trabalhos de pesquisa para criarem melhores fármacos ou terapias gênicas para a cura e prevenção de doenças. Alguns cientistas estão usando os dados para criar modelos matemáticos que explicam como o corpo funciona. O Projeto Fisioma é um empreendimento ambicioso que promete integrar informações de diversas áreas de pesquisa de modo que possamos melhorar nossa compreensão do complexo processo que chamamos de vida.

CONCEITOS BÁSICOS EM FISIOLOGIA Recorde a citação que abre este capítulo: "Fisiologia não é uma ciência ou uma profissão, mas um ponto de vista"*. Os fisiologistas orgulham-se de relacionar o processo que eles estudam com o funcionamento do organismo como um todo. Ser capaz de pensar em como os vários sistemas do corpo integram suas funções é um dos aspectos mais difíceis do aprendizado em fisiologia. Assim, se pretende ser um especialista em fisiologia, você deve fazer mais do que simplesmente memorizar fatos e aprender a nova terminologia. Os pesquisadores demonstraram que a habilidade necessária para resolver problemas requer uma estrutura conceituai, ou "uma visão global", do campo de estudo. Este livro irá ajudá-lo a construir uma estrutura conceituai de fisiologia descrevendo explicitamente conceitos biológicos básicos, ou temas (Tabela 1-2 e ). Os quatro temas principais neste livro são homeostase e sistemas de controle, uso da energia biológica, relações estrutura-função e comunicação. Ao estudar o texto, você perceberá que esses concei* Gerald RW. Mirror to Physiology: A Self-Survey of Physiological Sdence. Washington, D.C. American Physiology Society, 1958.

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Fisiologia Humana

Conceitos-básicos (temas) em fisiologia

Sinal de entrada

Sinal de --~ Controlador --~.. , saída

-

,

1. Homeostase e sistemas de controle 2. Uso da energia biológica

•

FIGURA 1-5

Um sistema de controle simples.

3. Relações estrutura/função Comparti mentalização Propriedades mecânicas de células, de tecidos e de , orgaos

-

Interações moleculares 4. Comunicação Fluxo de informação Fluxo de massa

tos, com algumas variações, aparecerão repetidamente nos diferentes sistemas de órgãos. Homeostase e sistemas de controle Como discutido anteriormente neste capítulo, um conceito central na fisiologia é a homeostase, ou seja, a manutenção de um meio interno relativamente estável. O corpo tem certas variáveischave, como pressão sanguínea e concentração de glicose no sangue, que devem ser mantidas dentro de uma faixa particular de operação para que o corpo se mantenha saudável. Estas importantes variáveis reguladas são monitoradas e ajustadas por sistemas de controle fisiológico. Em sua forma mais simples, um sistema de controle possui três componentes: (1) um sinal de entrada; (2) um controlador, o qual é programado para responder a certos sinais de entrada; e (3) um sinal de saída (Fig.1-5 e ). Entretanto, a maior parte dos sistemas de controle do corpo são mais complexos, uma vez que precisam integrar o funcionamento de múltiplos sistemas de órgãos. Os diferentes tipos de sistemas de controle são discutidos no Capítulo 6. Uso da energia biológica Os processos que acontecem nos organismos requerem a entrada contínua de energia. De onde esta energia vem e como é armazenada? O Capítulo 4 responde a estas questões e descreve algumas vias nas quais a energia do corpo é usada para síntese e degradação de moléculas. Nos capítulos seguintes, você aprenderá como a energia é usada para transportar moléculas através das membranas celulares e para criar movimento. Relações estrutura-função A integração da estrutura e da função é outro tema fisiológico. Algumas influências da estrutura sobre a função incluem interações moleculares, a divisão do corpo em compartimentos distintos e as propriedades mecânicas das células, dos tecidos e dos órgãos.

A capacidade das moléculas individuais de ligarem-se ou reagirem com outras moléculas é essencial para a função biológica, e esta capacidade está intimamente relacionada com a estrutura de cada molécula. Exemplos de interações moleculares incluem enzimas que Interações moleculares

aceleram reações químicas e moléculas sinalizadoras que se ligam a proteínas de membrana. As interações moleculares são discutidas no Capítulo 2. Compartimentalização do corpo e das células

A compar-

timentalização, ou a presença de compartimentos separados, permite a uma célula, um tecido ou um órgão especializar-se e isolar funções. As membranas separam as células umas das outras e do líquido extracelular e criam pequenos compartimentos dentro das células denominados organelas. Em nível macroscópico, os tecidos e os órgãos do corpo formam compartimentos funcionais distintos. A compartimentalização é o tema do Capítulo 3. Propriedades mecânicas das células, dos tecidos e dos órgãos As propriedades físicas das células e dos tecidos

muitas vezes são resultado direto de sua anatomia. Algumas das propriedades mecânicas das células e dos tecidos que influenciam a função incluem complacência (habilidade de esticar, distensibilidade), elastânda (habilidade de retornar ao estado não esticado, elasticidade), força, flexibilidade e fluidez. Adicionalmente, as propriedades dos tecidos especializados e dos órgãos do corpo capacita-os a funcionar como bombas, filtros ou motores biológicos. Comunicação Ambas, integração estrutura/função e homeostase, requerem que as células do corpo se comuniquem umas com as outras, de forma rápida e eficiente. O fluxo de informação no corpo ocorre por meio de sinais químicos ou elétricos. A informação pode passar de uma célula para suas células vizinhas (comunicação local) ou de uma parte do corpo para outra (comunicação de longa distância). A informação armazenada no código genético do DNA é transmitida de uma célula para as suas células-filhas e de um organismo para sua prole. A comunicação entre os compartimentos intracelulares e o líquido extracelular requer a transferência de informação através da barreira da membrana celular. A membrana é seletivamente permeável, o que significa que algumas moléculas são capazes de cruzar essa barreira, ao passo que outras, não. Como as moléculas atravessam as membranas biológicas é tema do Capítulo 5. Moléculas sinalizadoras extracelulares que não podem entrar nas células enviam suas mensagens através da membrana celular por um processo conhecido como transdução de sinal. A comunicação química e a transdução de sinal são discutidas em detalhes no Capítulo 6. Em fisiologia, nós também estamos interessados no fluxo de massa, que é o movimento de substâncias dentro e entre os compartimentos corporais. Ocorre fluxo sanguíneo no sistema circulatório; fluxo de ar para dentro e para fora dos

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pulmões; gases, nutrientes e resíduos são transportados para dentro e para fora das células. O movimento de materiais em fluxo de massa é possível devido a uma força propulsara, como diferença de pressão ou de concentração (um gradiente). Em algumas situações, o fluxo de massa sofre oposição pelo atrito ou outras forças que criam resistência ao fluxo. A maior parte do fluxo de massa no corpo requer a entrada de energia em algum ponto do processo. Os conceitos de gradiente, fluxo e resistência são reapresentados no Capítulo 5. Estes temas aparecerão várias vezes nos capítulos deste livro. Procure por eles no resumo e nas questões ao final dos capítulos.

A FISIOLOGIA É UMA CIÊNCIA INTEGRATIVA Os fisiologistas são treinados para pensar sobre a integração da função nos vários níveis de organização, das moléculas ao corpo vivo. (Integrar significa reunir elementos diversos para criar um todo unificado.) Um dos desafios atuais da fisiologia é integrar a informação dos diferentes sistemas do corpo em uma todo coerente de corpo humano vivo. Este processo é complicado pelo fato de que muitos sistemas complexos - incluindo os do corpo humano - têm propriedades emergentes, as quais são propriedades que não podem ser previstas com base somente no conhecimento dos componentes individuais do sistema. Uma propriedade emergente não é uma propriedade de qualquer componente isolado do sistema e é maior que a soma simples das partes individuais do sistema. Entre as propriedades emergentes mais complexas nos seres humanos estão a emoção, a inteligência e outros aspectos da função cerebral, nenhuma das quais pode ser prevista a partir do conhecimento das propriedades individuais das células nervosas. Como já mencionado, a integração da função entre os sistemas e entre os muitos níveis de organização é um enfoque especial da fisiologia. Tradicionalmente, os alunos estudam o sistema circulatório e a regulação da pressão sanguínea em uma unidade, depois os rins e o controle do volume do corpo em uma unidade diferente. No corpo em funcionamento, contudo, os sistemas circulatório e renal comunicam-se um com o outro, e uma mudança em um provavelmente causa uma reação no outro. Por exemplo, a pressão sanguínea é influenciada pelo volume do corpo, e mudanças na pressão do sangue podem ter um efeito significativo na função renal. Um dos aspectos mais desafiadores e intrigantes do aprendizado da fisiologia é o desenvolvimento de habilidades que ajudem você a entender como os diferentes sistemas de órgãos trabalham juntos. Uma maneira dos fisiologistas fazerem isso é pelo uso de dois tipos de mapas. O primeiro tipo de mapa, mostrado na Figura 1-6a e, é uma representação esquemática da estrutura ou função. O segundo tipo de mapa, mostrado na Figura 1-6b e, esquematiza um processo fisiológico e é chamado de mapa do processo. (Um nome alternativo é fluxograma.) O conceito de função integrada é o princípio básico da pesquisa translacional, uma abordagem algumas ve-

zes descrita como "da bancada à beira do leito". A pesquisa translacional aplica resultados obtidos a partir da pesquisa biomédica básica ao tratamento e à prevenção de doenças humanas. No nível de sistemas, temos conhecimento sobre a maior parte da mecânica das funções do corpo. As questões não respondidas envolvem integração e controle destes mecanismos, particularmente nos níveis celular e molecular. Não obstante, explicando o que acontece em tubos de ensaio ou células isoladas, podemos responder apenas parcialmente às questões sobre a função. Por essa razão, ensaios em animais e humanos são passos essenciais no processo de pesquisa básica aplicada para tratar ou curar doenças. Os médicos buscam evidências desses ensaios na literatura biomédica que ajudem a orientar suas decisões clínicas. Esta avaliação crítica de evidências científicas é uma prática conhecida como medicina baseada em evidêndas.

A CIÊNCIA DA FISIOLOGIA Como sabemos o que conhecemos sobre a fisiologia do corpo humano? A observação e a experimentação são os elementos-chave da investigação científica. Um investigador observa um evento e, usando o conhecimento prévio, formula uma hipótese (hypotithenai, assumir), ou uma suposição lógica, sobre como o evento ocorre. O próximo passo é testar a hipótese planejando um experimento no qual o investigador manipula algum aspecto do evento.

Bons experimentos científicos devem ser planejados cuidadosamente Um tipo comum de experimento biológico remove ou altera alguma variável que o investigador considera uma parte essencial de um fenômeno observado. Esta variável alterada é a variável independente. Por exemplo, uma bióloga observa que os pássaros parecem comer mais no inverno do que no verão. Ela formula uma hipótese de que a baixa temperatura causa aos pássaros um aumento na sua ingestão de alimento. Para testar sua hipótese, ela planeja um experimento no qual manterá os pássaros em diferentes temperaturas e monitorará a quantidade de alimento ingerida. Em seu experimento, a temperatura, o elemento manipulado, é a variável independente. A ingestão de alimento, a qual se supõe que depende da temperatura, torna-se a variável dependente. R VISANDO CONCEITOS 1 . Estudantes no laboratório realizam um experimento no qual ingerem volumes diferentes de água e medem a urina eliminada na hora seguinte. Quais são as variáveis dependente e independente neste experimento? Respostas: p.19

Um aspecto essencial de qualquer experimento é o controle experimental. Um grupo controle normalmente é uma duplicata do grupo experimental em todos os aspectos, exceto pela variável independente que não é alterada do seu valor inicial. Por exemplo, no experimento de alimentação dos pássaros, o grupo controle seria um grupo de pássaros mantidos a uma temperatura alta, mas tratados exatamente

Fisiologia Humana

EM FOCO:

MAPEAMENTO

Pessoa trabalhando do lado de fora em um dia quente e seco

,

SANDUICHES

Componentes externos

Recheios

,

Pão

Tortilha

Pão folha

,

Vegetais

i Queijos

Perda de água corporal por evaporaçao

-

i Carnes

,

Temperos e Molhos

Os líquidos corporais tornam-se mais concentrados '

(a) Mapa mostrando as relações estrutura/função

Receptores internos detectam a mudança na concentração interna

QUESTÕES DA FIGURA 1. Você poderia adicionar mais detalhes e ligações ao mapa (a)?

2. Aqui é apresentada uma lista em ordem alfabética de termos para a construção de um mapa do corpo. Use os passos apresentados na próxima página: para criar um mapa com eles. Outros termos podem ser acrescentados no mapa se você quiser. Um exemplo de resposta pode ser encontrada no final do capítulo. , . • bexiga urinária • ovanos • sistema musculoesquelético •pulmões •boca • sistema nervoso • •encéfalo • nns • sistema respiratório •coração • sistema circulatório • sistema tegumentar •estômago • sistema urinário • sistema digestório • glândula tireoide • sistema endócrino •testículos •sistema genital • intestino •útero • sistema imunitário • linfonodos •vasos sanguíneos •o corpo

•

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Vias da sede são estimuladas ,

A pessoa procura e bebe água

A água adicionada aos líquidos corporais diminui sua concentração / (b) Mapa de processo ou fluxograma

FIGURA 1-6 Tipos de mapas.

Mapeamento é um meio não linear de organizar um material apresentado para melhorar o entendimento e a retenção da informação. É uma ferramenta de estudo útil porque criar um mapa requer pensar sobre a importância de e as relações entre as várias partes da informação. Estudos mostram que quando a pessoa interage com a informação para organiza-lá à sua própria maneira antes de armazenar na memória ocorre uma melhora do aprendizado a longo prazo. O mapeamento não é apenas uma técnica de estudo. Especia listas em determinada área fazem mapas quando estão tentando integrar informações recentemente adquiridas com seus conhecimentos básicos, podendo criar duas ou três versões de um mapa antes de estarem satisfeitos com a representação do seu conhecimento. Os cientistas mapeiam os passos de seus experimentos. Profissionais da área da saúde criam mapas para guiarem-se enquanto diagnosticam e tratam pacientes. Um mapa pode ter várias formas, mas normalmente consiste em termos (palavras ou f rases curtas) ligados por setas para indicar associações. Em geral, existem três tipos de associações entre os termos em um mapa: parte/tipo, descrição/característica e causa/efeito. As setas de ligação podem ser rotuladas com fra-

ses explicativas ou podem ser desenhadas com cores diferentes para representar diferentes tipos de ligações. Mapas em f isiologia geralmente enfocam relações entre estruturas anatômicas e processos f isiológicos (mapas de estrutura/função) ou em vias de controle homeostático normal e respostas para eventos anormais (fisiopatológicos) (mapas de processo, ou fluxogramas). Se apropriado, um mapa também pode incluir gráficos ou imagens. A Figura 1-6a é um mapa estrutural; as Figuras 3-9 e 3-22 são exemplos de mapas de estrutura/função. As Figuras 1-6b e 7-9 são exemplos de fluxogramas. Muitos mapas aparecem neste livro-texto, e podem servir como ponto de partida para a construção de seus próprios mapas. Contudo, o benefício real do mapeamento vem do preparo dos mapas por você mesmo. Mapeando a informação por sua conta, você pensa sobre a relação entre os termos, organiza conceitos em uma estrutura hierárquica e procura similaridades e diferenças entre os itens. A interação com o material desta forma ajuda você a processar a informação na memória de longa duração, ao invés de simplesmente memorizar pedaços de informação e esquecê-los.

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EM FOCO:

MAPEAMENTO

Iniciando o mapeamento 1. Primeiro, selecione os termos ou conceitos para mapear. (Em cada capítulo deste livro, as questões de fim de capítulo incluem ao menos uma lista de termos para mapear.) Algumas vezes é útil escrever os termos em tiras individuais de papel ou em folhas de blocos adesivos . . pequenos para que voce possa reorganizar o mapa mais faci lmente. 2. Normalmente, a parte mais difícil do mapeamento é decidir onde começar. In icie agrupando termos relacionados de modo organizado. Você pode querer colocar alguns termos em mais de um grupo. Anot e estes termos, já que provavelmente várias setas est arão apontando para eles ou partindo deles para outros termos. 3. Agora tente criar alguma hierarquia entre seus termos. Você pode organizá-los em um pedaço de papel, em uma mesa ou no chão. Em um mapa de estrutura/função, comece no topo com o conceito mais geral ou mais importante aquele a partir do qual todos os demais termos se originam . Em um mapa de processo, inicie com o primeiro evento que ocorre. Depois, divida a ideia-chave em partes progressivamente mais específicas usando os outros conceitos, ou então siga o evento no seu curso temporal. Use setas para indicar a direção das ligações e inclua ligações horizontais para unir conceit os relacionados. O desenvolvimento descendente do mapa em geral significará um aumento na complexidade ou a passagem do tempo. Você pode notar que algumas das suas setas cruzam com outras. As vezes isso pode ser evitado pelo rearranjo ~

como os pássaros mantidos em baixas temperaturas. A proposta de se usar um grupo controle é assegurar que qualquer mudança observada ocorra devido à variável que está sendo manipulada e não à mudança de alguma outra variável. Por exemplo, suponha que no experimento da alimentação dos pássaros a ingestão tenha aumentado após a pesquisadora mudar o tipo de alimento. A menos que a pesquisadora tenha um grupo controle que também foi alimentado com a nova comida, ela não pode determinar se o aumento da ingestão de comida ocorreu devido à temperatura ou ao fato de que o novo alimento era mais palatável. Durante um experimento, o pesquisador cuidadosamente coleta informação, ou dados, sobre o efeito que a variável manipulada (independente) exerce sobre a variável observada (dependente). Uma vez que o pesquisador sente que tem informação suficiente para chegar a uma conclusão, ele começa a analisar os dados. A análise pode ser feita de diversas formas e em geral inclui uma análise estatística para determinar se as diferenças aparentes são estatisticamente significativas. Um formato comum para apresentar os dados é um gráfico (ver Fig. 1-7 • em Foco nos Gráficos). Se um experimento confirma a hipótese de que no frio os pássaros comem mais, então o experimento deverá ser

(Continuação)

dos termos no mapa. Rotular as setas de ligação com palavras explicativas pode ser útil. Por exemplo, Proteínas canal -"""''º=rm=am""---_.,._ canais abertos. A cor pode ser muito eficaz em mapas. Você pode usar cores para diferentes tipos de ligações ou para diferentes categorias de termos. Você pode também adicionar imagens e gráficos que estão associados com termos específ icos do seu mapa. 4. Uma vez que você criou seu mapa, sente-se e pense sobre ele. Todos os itens estão nos lugares certos? Você pode querer movê-los ao ter a visão global. Revise seu mapa para preenchê-lo com novos conceitos ou corrigir ligações erradas. Reveja, recordando o conceito principal, e ent ão se concentre nos detalhes mais específicos. Faça perguntas como "Qual é a causa? Qual é o efeito? Quais as partes envolvidas? Quais as características principais?" para despertar sua memória. 5. Um modo útil de estudar com um mapa é trocar mapas com colegas de classe e tentar compreender os mapas dos outros. Os mapas certamente NÃO parecerão os mesmos! Tudo bem. Lembre-se que seu mapa ref lete o seu jeito de pensar sobre o tema, o que pode ser diferente da forma de alguém pensar sobre o mesmo tema. Você colocou alguma coisa que o outro esqueceu? Você fez alguma ligação incorreta entre dois itens? 6. Pratique fazendo mapas. As questões de estudo em cada capítulo darão a você algumas ideias do que deveria ser mapeado. Seu professor poderá ajudá-lo a iniciar a construção de mapas.

repetido para assegurar que o resultado não foi um acontecimento incomum. Este passo é chamado de replicação. Quando os dados confirmam uma hipótese em vários experimentos, ela pode se tornar modelo de trabalho. Os modelos que possuem evidências substânciais que os apoiem podem ser conhecidos como uma teoria científica. A maioria da informação apresentada em livros como este se baseia em modelos que os cientistas desenvolveram ' a partir da melhor evidência experimental disponível. As vezes, uma nova evidência experimental que não apoia o modelo atual é publicada. Nesse caso, o modelo deve ser revisto para se ajustar à evidência disponível. Por isso, embora você possa aprender um "fato" fisiológico enquanto usa este livro, em dez anos este "fato" pode ser impreciso devido ao que os cientistas tenham descoberto neste intervalo. Por exemplo, em 1970, os estudantes aprenderam que a membrana celular era um "sanduíche de manteiga", uma estrutura composta de uma camada de gordura entre duas camadas de proteínas. Em 1972, porém, os cientistas apresentaram um modelo muito diferente de membrana, no qual glóbulos de proteínas flutuam dentro de uma dupla camada de gordura. Como resultado, os escritores tiveram de revisar suas descrições das membranas celulares, e os estudantes que aprenderam o mo-

Fisiologia Humana

delo do sanduíche de manteiga tiveram de revisar seu modelo mental de membrana. De onde vêm nossos modelos científicos para o estudo de fisiologia humana? Temos aprendido muito a partir de experimentos em animais, que variam desde lulas a ratos. Em diversos exemplos, os processos fisiológicos em tais animais são idênticos aos que ocorrem em humanos ou similares o bastante a ponto de podermos extrapolar os dados obtidos a partir do modelo animal para o humano. O uso de modelos não humanos é importante porque experimentos com humanos podem ser difíceis de serem realizados. Contudo, nem todos os estudos feitos em animais podem ser aplicados a humanos. Por exemplo, um antidepressivo que foi usado com segurança por europeus durante anos foi submetido a vários testes rigorosos requisitados pela FDA (U.S. Food and Drug Administration) antes de poder ser vendido nos Estados Unidos. Quando o fármaco foi dado a cães da raça beagle por um período de meses, os cães começaram a morrer de problemas cardíacos. Os cientistas ficaram alarmados até pesquisas posteriores mostrarem que os beagles possuíam uma constituição genética única que causava a metabolização do fármaco a uma substância mais tóxica. O fármaco era perfeitamente seguro em outras raças de cães e em humanos, e foi posteriormente aprovado para o uso humano.

Os resultados de experimentos em humanos podem ser difíceis de interpretar Existem muitas razões pelas quais é difícil realizar experimentos fisiológicos em humanos, incluindo variabilidade, fatores psicológicos e considerações éticas. Variabilidade Populações humanas possuem uma enorme variabilidade ambiental e genética. Apesar dos livros de fisiologia normalmente apresentarem valores médios para muitas variáveis fisiológicas, como pressão sanguínea, esses valores médios simplesmente representam um número que se situa próximo ao meio de uma ampla faixa de valores. Assim, para mostrar diferenças significativas entre os grupos experimental e controle em um experimento humano, um investigador teria, idealmente, de incluir um grande número de sujeitos idênticos. Contudo, ter dois grupos de pessoas que são idênticas em todos os aspectos é impossível. Em vez disso, o pesquisador deve tentar recrutar sujeitos que são similares no maior número de aspectos possível. Você pode ter visto anúncios de jornais requisitando voluntários para pesquisa: "Homens saudáveis, entre 18 e 25 anos, não fumantes, com peso corporal dentro da faixa de 10% do peso ideal, para participar de um estudo ... ". A variabilidade inerente em cada grupo selecionado de humanos deve ser levada em consideração quando são feitos experimentos com seres humanos, pois a variabilidade pode afetar a capacidade dos pesquisadores de interpretar de forma precisa o significado dos dados coletados neste grupo. Um modo de reduzir a variabilidade em uma populaçãoteste, seja humana ou animal, é fazer um estudo cruzado. Em um estudo cruzado, cada indivíduo atua como sujeito

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experimental e como controle. Assim, cada resposta individual ao tratamento pode ser comparada com seu próprio valor controle. Este método é particularmente eficaz quando existe uma ampla variabilidade dentro de uma população. Por exemplo, em um teste com um medicamento para controlar a pressão sanguínea, os indivíduos podem ser divididos em dois grupos. O grupo A toma uma substância inativa chamada de placebo (do latim "Eu agradarei") na primeira metade do experimento, depois muda para o fármaco experimental na segunda metade. O grupo B inicia o experimento com o fármaco, depois muda para o placebo. Este esquema permite ao pesquisador acessar o efeito do fármaco em cada indivíduo. Estatisticamente, os dados resultantes podem ser analisados usando-se vários métodos que mostram as mudanças nos dados de cada indivíduo, em vez de mudanças nos dados coletivos do grupo.

Fatores psicológicos Outra variável significativa em estudos com seres humanos é o aspecto psicológico de administrar um tratamento. Se você dá a uma pessoa uma pílula e diz a ela que ajudará a aliviar algum problema, há uma forte possibilidade de que a pílula tenha exatamente esse efeito, mesmo que contenha somente açúcar ou uma substância sem efeito algum. Este fenômeno bem documentado é chamado de efeito placebo. Da mesma forma, se você avisa as pessoas de que o fármaco que estão tomando pode ter efeitos colaterais específicos, elas apresentarão uma incidência mais alta de efeitos colaterais do que o grupo de pessoas que não foram avisadas. Este fenômeno é chamado de efeito nocebo (do latim nocere, prejudicar). Os efeitos placebo e nocebo mostram a capacidade da nossa mente de alterar o funcionamento fisiológico do nosso corpo. Ao montar um experimento com seres humanos, devemos tentar controlar os efeitos placebo e nocebo. A maneira mais simples de fazer isso é com um estudo cego, no qual os sujeitos não sabem se estão recebendo o tratamento ou o placebo. Contudo, mesmo este cuidado pode falhar, se os pesquisadores que avaliam as pessoas souberem que tipo de tratamento cada uma está recebendo. A expectativa dos pesquisadores sobre o que o tratamento fará ou não pode alterar suas medições ou interpretações. Para evitar isso, os pesquisadores muitas vezes usam o estudo duplo-cego, no qual uma terceira pessoa, não envolvida no experimento, é a única que sabe qual grupo está recebendo o tratamento experimental e qual grupo está recebendo o tratamento controle. O desenho experimental mais sofisticado para minimizar os efeitos psicológicos é o estudo duplo-cego cruzado, no qual o grupo controle na primeira parte do experimento se torna o grupo experimental na segunda parte, e vice-versa. Considerações éticas Questões éticas surgem quando seres humanos são usados como sujeitos experimentais, particularmente quando os sujeitos, são pessoas sofrendo de uma doença ou outra disfunção. E ético negar um tratamento novo e promissor ao grupo controle? Um exemplo notável ocorreu poucos anos atrás quando os pesquisadores estavam testando a eficácia de um tratamento para dissolver coágulos sanguíneos em vítimas de ataque cardíaco. A taxa de sobrevivência entre os pacientes tratados era tão mais alta que os

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EM FOCO: GRÃFICOS

Gráficos são representações pictóricas das relações entre duas (ou mais) variáveis, plotadas em uma área retangular (Fig. 1-7a e ). Usamos gráficos para apresentar uma grande quantidade de dados numéricos em um espaço pequeno, para enfatizar comparações entre variáveis, ou para mostrar tendências ao longo do tempo. Um observador pode extrair informação mu ito mais rapidamente de um gráfico do que de uma tabela de números ou de uma descrição escrita. Um gráfico bem construído deverá conter (de uma forma bastante abreviada) tudo que o leitor precisa para conhecer os dados, inclusive o propósito do experimento, como o experimento foi realizado e os resu ltados. Todo gráfico científico tem característ icas em comum. Avariável independente (a variável manipulada pelo pesquisador) é representada na horizontal, eixo x. A variável dependente (a variá vel medida pelo pesquisador) é representada na vertical, eixo y. Se o desenho experimental é válido e a hipótese é correta, mudanças na variável independente (eixo x) causarão mudanças na variável dependente (eixo y). Em outras palavras, y é uma função de x. Esta relação pode ser expressa matematicamente como y = f(x). Cada eixo de um gráfico é dividido em un idades representadas por t iques espaçados un iformemente assinalados sobre o eixo. Um nome indica qual variável o eixo representa (tempo, temperatura, quantidade de alimento consumido) e em que unidade ela está expressa (dias, graus Celsius, gramas por dia). A interseção dos dois eixos é chamada de origem. A origem usualmente, mas não sempre, tem valor zero para ambos os eixos. Um gráfico deve ter um título ou legenda que descreva o que ele representa . Se vários grupos são mostrados em um gráfico, as linhas ou barras que representam os grupos podem ter nomes, ou uma legenda ou chave pode mostrar qual grupo cada símbolo ou cor representa.

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Dieta Canários foram alimentados com uma das três dietas e sua ingestão alimentar foi monitorada por três semanas.

QUESTÃO DO GRÁFICO Qual dieta os canários preferiram?

(b) Gráfico de barra. Cada barra mostra uma variável distinta. As barras são colocadas lado a lado ao longo do eixo de modo que podem ser facilmente comparadas umas com as outras. Gráficos de barra científicos tradicionalmente dispõem as barras verticalmente.

A maioria dos gráficos que você encontrará na fisiologia apresenta dados como barras (gráficos de barra ou histogramas), linhas (gráficos de linha) ou pontos (gráficos de dispersão). Quatro tipos de gráficos típicos são mostrados na Figura 1.7b-e . Os

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FIGURA 1-7

LEGENDA:

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Legenda ou chave

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Escore do questionário A distribuição dos escores dos estudantes em um questionário de 1O pontos está plotada no histograma.

Descreve a informação representada pelo gráfico

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QUESTÃO DO GRÁFICO Quantos alunos responderam o questionário?

(c) Histograma. Um histograma quantifica a distribuição de uma variável em uma faixa de valores.

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Fisiologia Humana

EM FOCO: GRÃFICOS

(Continuação)

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Dia Camundongos machos e fêmeas receberam uma dieta-padrão e foram pesados diariamente.

QUESTÃO DO GRÃFICO Quando os camundongos machos aumentaram mais rapidamente o peso corporal?

(d) Gráfico de linha. O eixo x frequentemente representa o tempo; os pontos representam as médias das observações. Os pontos podem ser conectados por linhas, onde a inclinação da linha entre dois pontos mostra a velocidade na qual a variável mudou.

gráficos de barra (Fig.1 -7b) são usados quando as variáveis independentes são entidades distintas. Um histograma (Fig . 1-7c) é um gráfico de barra especializado que mostra a distribuição de uma variável em uma faixa de valores. O eixo x é dividido em unidades (chamadas "bins" em alguns softwares gráficos), e o eixo y indica quantos dados estão associados com cada bin . Gráficos de linha (Fig. 1-7d) geralmente são usados quando a variável independente no eixo x é um fenômeno contínuo, como tempo, temperatura ou peso. Cada ponto no gráfico pode representar a média de um conjunto de observações. Como a variável independente é uma função contínua, os pontos no gráfico podem ser conectados por uma linha (conexões ponto a ponto ou uma linha ou curva "ajustada" calculada matematicamente). Conectar os pontos permite ao leitor interpolar ou estimar valores entre os valores mensurados. Gráficos de dispersão (Fig. 1-7e) mostram a relação entre duas variáveis, como o tempo dispendido estudando para um exame e o desempenho nesse exame. Normalmente cada ponto no gráfico representa um membro de uma população-teste. Pontos individuais em um gráfico de dispersão nunca são conectados por uma linha, mas uma linha ou curva "ajustada" pode indicar uma tendência nos dados. Aqui estão algumas questões a serem feitas quando você tenta obter informações a partir de um gráfico: 1. Qual variável cada eixo representa? 2. Qual é a relação entre as variáveis representadas pelos eixos? Esta relação pode geralmente ser expressa substitu indo os nomes nos eixos pela seguinte afirmação: y varia de acordo

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Tempo gasto estudando (horas) Os escores do estudante foram diretamente relacionados ao tempo que ele dedicou ao estudo.

QUESTÕES DO GRÃFICO Para os gráficos (d) e (e), responda: • O que o investigador tentou determinar?

• Quais são as variáveis dependentes e as independentes? • Quais os resultados ou tendências indicados pelos dados?

(e) Gráfico de dispersão. Cada ponto representa um membro de uma população-teste. Os pontos individuais de um gráfico de dispersão nunca são conectados por linhas, mas uma linha "ajustada" pode ser estimada para mostrar uma tendência nos dados, ou melhor ainda, a linha pode ser calculada por uma equação matemática.

com x. Por exemplo, no gráfico (b), a ingestão alimentar diária dos canários variou de acordo com o tipo de dieta. 3. Existe alguma tendência aparente no gráfico? No gráfico de linha e no gráfico de dispersão, a linha é horizontal (não há mudança na variável dependente quando a variável independente muda) ou tem uma inclinação? A linha é reta ou curva? Nos gráficos de barra, as barras têm a mesma altura ou alturas diferentes? Se as alturas são diferentes, há uma tendência na direção da diferença de altura?

REVISANDO CONCEITOS 2. Estudantes em um laboratório de f isiologia coletaram dados da frequência cardíaca uns dos outros. Em cada caso, a frequência cardíaca foi medida primeiro com o sujeito em repouso, e novamente após ter se exercitado usando um teste de step. Dois achados do experimento foram (1) que a frequência cardíaca era maior pós-exercício do que em repouso e (2) que as mulheres apresentaram uma frequência cardíaca em repouso mais elevada do que os homens. (a) Qual foi a variável independente neste experimento? Qual foi a variável dependente? (b) Desenhe um gráfico e identifique cada eixo com a variável correta. Desenhe linhas ou barras de tendência que aproximem os dados coletados. Respostas: p.1 9

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testes foram interrompidos para que os membros do grupo controle também pudessem receber o fármaco experimental. Em contraste, alguns estudos com agentes anticâncer mostraram que os tratamentos experimentais eram menos eficazes em interromper a disseminação do câncer do que o tratamento-padrão utilizado no grupo controle. Seria ético privar os pacientes sob tratamento no grupo experimental de uma prática médica atual mais eficaz? A maioria dos estudos agora é avaliada continuamente ao longo do seu andamento para minimizar a possibilidade de que os sujeitos sejam prejudicados por estarem participando do estudo. Em 2002, um estudo sobre terapia de reposição hormonal em mulheres na pós-menopausa foi logo interrompido quando os investigadores perceberam que as mulheres que tomaram uma pílula contendo dois hormônios desenvolveram doença cardiovascular e câncer de mama em uma taxa mais elevada do que as mulheres que tomaram pílulas com placebo. Por outro lado, as mulheres que receberam hormônios também tiveram taxas mais baixas de câncer de colo e fraturas ósseas. Os investigadores decidiram que os riscos associados com a ingestão de hormônio excediam seu potencial benéfico, e o estudo foi interrompido. Para aprender mais sobre este ensaio clínico e os prós e contras da terapia de reposição hormonal, acesse o website da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA www.nlm.nih.gov/medlineplus/

hormonereplacementtherapy.html. Estudos com humanos podem ser realizados de várias formas Quase diariamente os jornais contêm artigos sobre ensaios clínicos que estudam a eficácia de fármacos ou outros tratamentos clínicos. Muitos aspectos diferentes do desenho experimental podem afetar a validade e a aplicabilidade dos resultados desses ensaios. Por exemplo, alguns ensaios são realizados por um período limitado de tempo com um número limitado de pessoas, como estudos em processo de aprovação pela FDA (U.S. Food and Drug Administration). Em vários exemplos de poucos anos atrás, os fármacos aprovados como resultado deste tipo de estudo foram retirados posteriormente do mercado, quando seu uso prolongado resultou em efeitos colaterais adversos, inclusive a morte. Estudos longitudinais são planejados para serem realizados durante um longo período de tempo. Um dos estudos longitudinais mais famosos é o Framingham Heart Study (www.framingham.com/heart), iniciado em 1948 e que ainda está em andamento. O Framingham é um estudo prospectivo (prospectus, perspectiva, olhar para frente) que recrutou pessoas saudáveis e as têm acompanhado durante anos para identificar os fatores que contribuem para o desenvolvimento de doença cardiovascular. Este estudo já fez contribuições importantes para as ações de saúde e ainda continua com os filhos e netos adultos dos participantes originais. Outros desenhos de estudos que você pode encontrar na literatura incluem estudos transversais e retrospectivos. Estudos transversais pesquisam a prevalência de uma dada doença ou condição em uma população. Dados de estudos transversais identificam tendências a serem investigadas posteriormente, como por exemplo, se a idade ou o estado

socioeconômico estão associados com um risco maior de desenvolver a condição analisada. Estudos retrospectivos (retro, para trás + spectare, olhar) comparam um grupo de pessoas que têm uma doença particular com um grupo controle similar, porém saudável, para observar se o desenvolvimento da doença pode ser associado com uma variável particular. Muitas vezes, os resultados de um ou mais estudos publicados não estão de acordo com as conclusões de outras publicações. Em alguns casos, a razão para a divergência é uma limitação do delineamento experimental, como um pequeno número de sujeitos que pode não ser representativo de populações maiores. Em outros casos, a divergência pode ocorrer devido a diferenças pequenas, mas potencialmente significativas, nos delineamentos experimentais de estudos diferentes. Um modo dos cientistas tentarem resolver resultados contraditórios é realizar uma metanálise dos dados (meta-, em nível superior).* A metanálise combina todos os dados de um grupo de estudos similares e usa técnicas estatísticas sofisticadas para obter tendências ou resultados significantes a partir dos dados combinados. Por exemplo, vários estudos foram realizados para avaliar se a glucosamina e a condroitina, dois suplementos dietéticas, podem melhorar a doença degenerativa das articulações. Contudo, os estudos individuais possuíam um pequeno número de indivíduos (< 50) e usavam diferentes esquemas de doses. A metanálise usando métodos estatísticos é uma maneira de comparar os resultados desses estudos.** A dificuldade de se usar seres humanos em experimentos é uma das razões pelas quais os cientistas utilizam animais para desenvolver muitos de nossos modelos científicos. Desde a década de 1970, há um aumento crescente nas pesquisas fisiológicas com experimentação animal usando técnicas desenvolvidas pelos biólogos celulares e geneticistas ' moleculares. A medida que começamos a entender como os sinais químicos no corpo são recebidos e interpretados pelas células, estamos desvendando os mistérios de muitos processos. Fazendo isso, estamos mais próximos de poder tratar muitas doenças, corrigindo suas causas, em vez de simplesmente aliviar seus sintomas. Cada vez mais, a medicina está se voltando para terapias com base em intervenções em nível molecular. Um exemplo clássico é o tratamento da fibrose cística, uma doença herdada na qual o muco dos pulmões e do trato digestório é muito espesso. Por muitos anos, os pacientes com esta doença tiveram poucas opções de tratamento, e a maioria morria jovem. Porém, a pesquisa básica dos mecanismos pelos quais sal e água se movem através da membrana celular forneceu indícios da causa da fibrose cística: uma proteína defeituosa presente na membrana de determinadas células. Quando geneticistas moleculares encontraram o gene que codifica esta proteína, a porta foi aberta para a possibilidade de substituir o gene defeituoso de pacientes com fibrose cística pelo gene que codifica a proteína normal. Sem a pesquisa básica sobre *N de T. O prefixo meta significa também além, reflexão crítica sobre. **Ver por exemplo, Structural and symptomatic efficacy of glucosamine and chondroitin in Knee osteoarthiritis; a comprehensive meta-analysis. Arch Intem Med 163 (13):1514-22, 2003 jul 14.

Fisiologia Humana

como células e tecidos realizam suas funções normais, contudo, este tratamento nunca teria sido desenvolvido. Enquanto você lê este livro e aprende o que atualmente sabemos sobre como o corpo humano funciona, tenha em mente que muitas das ideias apresentadas aqui são decorrentes de modelos que representam nosso conhecimento atual e que, portanto, são passíveis de mudanças. Ainda há muitas questões na fisiologia esperando que os investigadores encontrem as respostas.

BUSCANDO E LENDO A LITERATURA CIENTÍFICA Uma habilidade que todo estudante de fisiologia deve adquirir é a de encontrar informações na literatura científica. No mundo atual, a literatura científica pode ser encontrada tanto impressa, na forma de livros e periódicos, como na Internet. Os livros são uma excelente fonte de informação geral e para aprender sobre um assunto. Porém, a menos que o livro seja uma publicação recente, ele pode não ser a fonte de informação mais atualizada. Os periódicos científicos são denominados jornais, e muitos agora estão disponíveis em ambas as formas, impressa e eletrônica. Frequentemente os jornais são patrocinados por organizações científicas, como a American Physiological Society. Um jornal consiste em artigos que descrevem uma pesquisa científica original de um indivíduo ou grupo. Quando um cientista menciona um paper normalmente está se referindo a um artigo científico publicado em um jornal. A maior parte dos artigos científicos é examinada-revisada, o que significa que a pesquisa descrita no artigo passou por um processo de verificação no qual o artigo é criticado por um grupo anônimo de dois ou três cientistas cujas credenciais os qualificam para julgar a qualidade do trabalho. Arevisão atua como um tipo de controle de qualidade, pois um artigo que não satisfaz os padrões dos revisores será rejeitado pelo editor do jornal. Muitos jornais publicam artigos de revisão. Um artigo de revisão é uma sinopse da pesquisa recente em um tema particular. Quando você está iniciando a pesquisar um tema, comece com artigos de revisão recentes, pois geralmente contêm informação mais atualizada que um livro sobre o mesmo tema. Muitos estudantes iniciam sua busca por informação sobre um assunto buscando em páginas da intemet. Seja cauteloso! Qualquer um pode criar uma página e publicar informações na internet. Não há nenhum processo de verificação comparável à revisão de um jornal científico, e portanto o leitor de uma página na internet deve decidir o quanto a informação é válida. Páginas na internet (sites) publicados por universidades reconhecidas e por organizações sem interesse comercial provavelmente têm boas informações, mas um artigo sobre vitaminas publicado na página de uma loja de comida saudável deve ser visto com ceticismo, a menos que o artigo cite a pesquisa publicada revisada. Muitas pessoas buscam a internet usando o Google (www.google.com), uma ferramenta de pesquisa desenvolvida pela Stanford University. Quando estiver pesquisando arti-

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gos científicos, você pode utilizar o Google Scholar (www. scholar.google.com). Esta nova ferramenta de busca localiza fontes mais científicas, como periódicos revisados e publicações acadêmicas. Definindo termos de busca Quando você decide buscar informação, seja na internet ou em um dos muitos bancos de dados que catalogam artigos revisados e publicações legais, seu primeiro passo deve ser definir os termos de busca. Faça então uma busca pelas palavras-chave. Bancos de dados como o MEDLINE, publicado pela U.S National Library of Medicine, também possuem uma lista padronizada de termos indexados. Suponha que você queira aprender mais sobre canalopatias, as doenças causadas por mutações em canais iônicos. Se você for ao PubMed, a versão de acesso público livre do MEDLINE (www.pubmed.gov), a busca básica lhe pede para digitar um termo, como CANALOPATIA. Se você acessar o MEDLINE por um site de busca, como o Ovid, o programa também compara sua palavra-chave com os termos indexados na base de dados do MEDLINE denominada MeSH. Para canalopatias, os itens listados no MeSH são vários tipos de canais iônicos, "doenças do sistema nervoso" e patologias relacionadas a canais iônicos, como "arritmias" ou "paralisia familiar periódica". Para encontrar artigos de revisão, acrescente REVIEW aos seus termos de busca ou use a função "limite" para limitar sua busca apenas a revisões. Quando você utiliza um site de busca como o Google, você deve pensar mais cuidadosamente sobre os termos de busca que você usa. Pequenas modificações na digitação das palavras podem fazer uma grande diferença. Por exemplo, digite CANALOPATIA no Google e veja quantas listas você obtém. Então, coloque o termo no plural- CANALOPATIAS - e veja a diferença em quais e quantas listas você terá. Para um conjunto de tutoriais interativos de pesquisa na internet, vá ao site http://tilt.lib.utsystem.edu/ (observe que não há www neste endereço) . Estes tutoriais lhe ajudarão a aprender como buscar e avaliar sites na internet. Formatos de citação Quando você encontra um artigo, impresso ou na internet, você deve anotar a citação completa. Formatos de citação para artigos variam pouco de uma fonte para outra, mas normalmente incluem os seguintes elementos (com a pontuação mostrada): Autor(es). Título do artigo. Nome do Jornal volume (número): páginas incluídas, ano da publicação.

Por exemplo: Echevarria Me Ilundain AA. Aquaporinas. J. Physiol Biachem 54(2): 107-118,1998.

Em muitas citações, o nome do jornal é abreviado, usandose abreviações-padrão. Por exemplo, o American foumal of Physiology é abreviado como Am f Physiol. Para cada ano, os números de um determinado jornal são indicados pelo número do volume; o primeiro número de um determinado volume é denominado número 1, o segundo é número 2, e assim por diante. Citar fontes da internet requer um formato diferente. Um formato sugerido é:

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Autor/Editor (se conhecido). Data da revisão ou copyright (se disponível). Título da página na web [Meio de publicação]. Editor da página na web. URL [Data do acesso].

Por exemplo: Patton G (editor). 2005. Biological Journals and Abbreviations. [Online]. National Cancer lnstitute. http://h.ome.ncifcrf gov/research/bja [acessado em 10 de Abril, 2005].

Ao contrário das publicações impressas, as páginas na internet não são permanentes e frequentemente desaparecem ou se mudam. Se você acessar um jornal impresso na Internet, você deve fazer a citação impressa, não a URL. R VISANDO CONCEITOS Leia a citação do artigo Aquaporinas mencionado anteriorment e para responder a estas questões: (a) Quem é o primeiro autor? (b) Qual é o nome completo do jornal no qual este artigo foi publicado? (c) Assumindo que o jornal é mensal, em que mês o artigo apareceu? (d) Em qual página o artigo inicia? Respostas: p. 19

Copiar ou parafrasear material de outra fonte sem indicar tal fonte é desonestidade acadêmica. A citação de palavra por palavra colocada entre aspas raramente é usada nos trabalhos científicos. Ao invés disso, nós resumimos o conteúdo do artigo fonte e indicamos a fonte, como se segue: Algumas formas raras de epilepsia são conhecidas por serem causadas por mutações em canais iônicos (Mulley, et al., 2003).

Quando um artigo tem três ou mais autores, usamos a abreviação et al. - do latim et alii, significa "e outros" - para poupar espaço no corpo do texto. Os nomes de todos os autores são colocados na citação completa, que normalmente é incluída em uma seção de Referências no final do artigo. As listas de referências frequentemente são colocadas em ordem alfabética pelo último nome do primeiro autor do artigo. Para aprender mais sobre busca e leitura de literatura científica, busque The Physiology Place (www.physiologyplace.com).

RESUMO DO CAPÍTULO 1. Fisiologia é o estudo do funcionamento normal de um organismo vivo e de suas partes componentes. (p. 2)

Sistemas fisiológicos 2. Os fisiologistas estudam os vários níveis de organização em organismos vivos, desde moléculas a populações de uma espécie. (p. 2; Fig. 1-1) 3. A célula é a menor unidade estrutural capaz de realizar todos os processos vitais. (p. 2) 4. Coleções de células que possuem funções relacionadas formam tecidos e órgãos. (p. 2) 5. O corpo humano possui dez sistemas de órgãos fisiológicos: tegumentar, musculoesquelético, respiratório, digestório, urinário, imunitário, circulatório, nervoso, endócrino e genital. (p. 2-3; Fig. 1-2)

Função e processo 6. A função de um sistema fisiológico ou evento é o "porque" do sistema; o processo pelo qual os eventos ocorrem é o "como" de um sistema. A abordagem teleológica explica por que os eventos fisiológicos ocorrem; a abordagem mecanicista explica como eles ocorrem. (p. 3)

Homeostase 7. O corpo humano como um todo está adaptado para enfrentar um meio externo variável, mas a maioria das células individuais do corpo tolera muito menos mudança. (p. 4) 8. Homeostase é a manutenção de um meio interno relativamente constante. As variáveis que são reguladas homeostaticamente incluem temperatura, pH, concentrações iônicas e água. (p. 4) 9. O meio interno do corpo é o líquido extracelular. (p. 4; Fig.1-3) 10. Falha na manutenção da homeostase pode resultar em doenças ou disfunções. (p. 5; Fig.1-4)

Fisiologia: avançando além do genoma 11. A pesquisa contemporânea está avançando da identificação das proteínas do corpo para o estudo de como estas proteínas e outras moléculas influenciam a função em um organismo. (p. 6)

Conceitos básicos em fisiologia 12. Os quatro conceitos básicos em fisiologia são homeostase e sistemas de controle; uso da energia biológica; relações estrutura-função, tais como compartimentalização e interações moleculares; e comunicação entre as células. (p. 7)

A fisiologia é uma ciência integrativa 13. Muitas funções complexas são propriedades emergentes que não podem ser previstas a partir das propriedades das partes componentes individuais. (p. 8) 14. A pesquisa translacional aplica os resultados da pesquisa fisiológica básica aos problemas clínicos. (p. 8)

A ciência da fisiologia 15. Observação e experimentação são os elementos-chave da investigação científica. Uma hipótese é uma suposição lógica sobre como um evento ocorre. (p. 8) 16. Em experimentação científica, o fator manipulado pelo investigador é a variável independente e o fator observado é avariável dependente. Todo experimento bem planejado tem um controle para assegurar que as mudanças observadas sejam devidas à manipulação experimental e não a algum fator externo. (p. 8) 17. Dados, as informações coletadas durante um experimento, são analisados e apresentados, frequentemente em gráficos. (p. 10) 18. Uma teoria científica é uma hipótese que foi sustentada por dados em várias ocasiões. Quando uma nova evidência experimental não apoia a teoria ou um modelo, então a teoria ou o modelo devem ser revisados. (p. 10)

Fisiologia Humana

19. A experimentação animal é uma parte importante do aprendizado sobre fisiologia humana devido à grande variabilidade dentro das populações humanas e devido à dificuldade de estabelecer os controles dos experimentos com humanos. Além disso, surgem questões éticas quando se utiliza seres humanos como animais experimentais. (p. 11) 20. Em um estudo cruzado, cada indivíduo atua como sujeito experimental e como controle. Na metade do experimento, os indivíduos tomam uma substância inativa conhecida como placebo. Uma dificuldade em experimentos com humanos surge dos efeitos placebo e nocebo, nos quais ocorrem modificações mesmo se o tratamento for inativo. (p. 11) 21. Em um estudo cego, o indivíduo não sabe se está recebendo o tratamento experimental ou um placebo. Em um estudo duplo-

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cego, uma terceira pessoa afastada do experimento é a única que sabe qual é o grupo experimental e qual é o controle. Em um estudo duplo-cego cruzado, o grupo controle na primeira metade do experimento torna-se o grupo experimental na segunda metade do experimento, e vice-versa. (p. 11) 22. A metanálise de dados combina dados de muitos estudos para procurar tendências. (p. 14)

Buscando e lendo a literatura científica 23. A literatura científica pode ser encontrada nas formas impressa e eletrônica. Os leitores devem avaliar criticamente todas as fontes para validá-las. (p. 15)

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QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

Estas são algumas das respostas que eles receberam. Quais respostas são teleológicas e quais são mecanicistas? (Nem todas as respostas estão corretas, mas ainda assim podem ser classificadas.) (a) Por causa da gravidade (b) Para trazer oxigênio e alimento para as células (c) Porque se não fluísse, nós morreríamos (d) Por causa da ação de bombeamento do coração

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Defina fisiologia. Descreva a relação entre fisiologia e anatomia. 2. Cite os diferentes níveis de organização na biosfera e as disciplinas que estudam todos os níveis que você citou. 3. Nomeie os 10 sistemas do corpo e suas funções principais. 4. Qual o significado de "Fisiologia é uma ciência integrativa"? 5. Defina homeostase. Cite algumas variáveis fisiológicas que são mantidas homeostaticamente. 6. Cite os quatro principais conceitos básicos ou temas em fisiologia.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 7. Exercício de mapeamento: Faça um grande mapa mostrando a organização do corpo humano. Mostre todos os níveis de organização no corpo (ver Fig.1-1) e todos os 10 sistemas de órgãos. Tente incluir as funções de todos os componentes no mapa e lembre-se de que algumas estruturas podem compartilhar funções. (Dica: inicie com o corpo humano como o termo mais importante. Você pode também desenhar o esboço de um corpo e fazer seu mapa usando-o como base.) 8. Diferencie os itens em cada grupo de termos. (a) tecidos e órgãos (b) eixo x e eixo y de um gráfico (c) variáveis dependente e independente (d) abordagens teleológica e mecanicista (e) meios interno e externo de um ser humano (f) estudos cego, duplo-cego e cruzado 9. Cite os órgãos ou estruturas corporais que se conectam diretamente com o meio externo. 10. Quais sistemas de órgãos são responsáveis por coordenar as funções do corpo? Qual sistema protege o corpo de invasores externos? Quais sistemas trocam material com o meio externo, e o que eles trocam?

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 11. Um grupo de especialistas em biologia foi a um centro comercial e perguntou às pessoas que passavam, "Por que o sangue flui?".

12. Embora a desidratação seja um dos mais sérios obstáculos fisiológicos que os animais terrestres têm de superar, há outros. Pense em tantos quanto você puder, e nas várias estratégias que diferentes animais terrestres usam para superar estes obstáculos. (Dica: pense em humanos, insetos e anfíbios; pense também em quantos diferentes habitats terrestres você puder.)

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 13. Um grupo de estudantes queria ver qual efeito uma dieta deficiente em vitamina D teria no crescimento de filhotes de guppy*. Eles alimentaram os filhotes com uma dieta pobre em vitamina D e mediram o comprimento do corpo dos peixes a cada três dias durante três semanas. Os dados observados foram estes:

Dia

-

Comprimento médio do corpo (mm)

o

3

6

9

6

7

9

12 14 16 18 21

12 15 18 21

(a) Qual é a variável dependente e qual é a variável independente neste experimento? (b) Qual é o controle neste experimento? (c) Faça um gráfico completo, usando os dados da tabela. (d) Durante que período de tempo o crescimento foi mais lento? E o mais rápido? (Use seu gráfico para responder a esta questão.) 14. Você realiza um experimento no qual mede os volumes de nove fatias de batata, depois coloca as fatias em soluções com diferentes salinidades por 30 minutos. Ao final dos 30 minutos, você mede novamente o volume das nove fatias. As mudanças encontradas foram:

*N. de T. Guppy ou lebiste é um peixe ornamental colorido.

18

Dee Unglaub Silverthorn

% mudança no volume após 30 minutos

SOLUÇÃO

AMOSTRA 1

,

-

AMOSTRA2

10% 0% - 8%

Agua destilada sal 1% (NaCl) sal 9% (NaCl)

AMOSTRA3

8% - 0,5 % - 12%

11% 1% - 11%

(a) Qual é a variável independente neste experimento? Qual é a variável dependente? (b) A partir das informações dadas você pode dizer se havia um controle neste experimento? Se havia um controle, qual era? (c) Faça um gráfico dos resultados do experimento usando o tipo de gráfico mais apropriado. 15. Ao final do semestre, uma classe de nível intermediário de 25 homens levantadores de peso foi avaliada quanto à capacidade aeróbia e circunferência muscular do braço. A relação entre estas duas variáveis está plotada na Figura 1-8 • .

Superior
•

• •• • • • • •• • • • • • • • •• • • • •

Excelente -

•O ""'Q)


Boa

~ ·u

-

"O
a.
••

Regular Muito ruim 1

10

1

1

1

20

30

40

Circunferência muscular do braço (cm)

e

(c) Em uma frase resuma a relação entre as duas variáveis plotadas no gráfico. 16. Responda às questões após ler o resumo do seguinte artigo. Um estudo* foi realizado com voluntários humanos para observar se dois procedimentos realizados durante uma cirurgia artroscópica (arthro-, articulação + scopium, olhar para) eram eficazes em aliviar a dor no joelho associada com a osteoartrite, ou doença degenerativa das articulações (osteon, osso + arthro, articulação+ -itis, inflamação). Os voluntários tinham idade até 75 anos e foram recrutados no Veterans Affairs Medical Center. Noventa e três por cento eram do sexo masculino e 60o/o da raça branca. Um terço dos indivíduos foi submetido à cirurgia fictícia ou placebo; ou seja, eram anestesiados e seus joelhos eram abertos, mas o restante do procedimento não era realizado. Os outros dois terços tiveram um dos dois procedimentos de tratamento realizado. Os indivíduos foram acompanhados por dois anos. Eles responderam a questões sobre a dor e a função dos joelhos, e lhes foi dado um teste de caminhada e subida de degraus. Ao final do estudo, os resultados mostraram não haver diferença na função do joelho ou na percepção da dor entre indivíduos que receberam um dos tratamentos-padrão e aqueles que receberam a cirurgia placebo . (a) Você acha ético realizar uma cirurgia placebo em humanos que estão sofrendo de uma condição dolorosa, ainda que os indivíduos sejam informados que podem estar recebendo uma cirurgia placebo e não um tratamento-padrão? (b) Forneça duas possíveis explicações para a diminuição da dor relatada por indivíduos submetidos à cirurgia placebo . (c) Analise e critique o desenho experimental deste estudo. Os resultados deste estudo são aplicáveis a todas as pessoas com dor no joelho? (d) Este estudo era um delineamento cego, duplo-cego ou duplo-cego cruzado? (e) Na sua opinião, por que os investigadores perceberam que era necessário incluir uma cirurgia placebo neste estudo?

FIGURA 1-8 (a) Que tipo de gráfico é este? (b) Que pergunta os investigadores estão fazendo?

*Um ensaio controlado da cirurgia artroscópica para osteoartrite do joelho. N Eng J Med 347(2): 81-88, 2002.

RESPOSTAS /"Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 8 1. A variável independente é a quantidade de água que os estudantes bebem. A variável dependente é sua produção de urina. Página 13 2. (a) O nível de atividade era a variável independente (eixo x) e a frequência cardíaca era a variável dependente (eixo y). (b) Um gráfico de linha é apropriado para estes dados, mas um gráfico de barra também pode ser usado se a intensidade do exercício for a mesma em todos os indivíduos. Para mostrar a diferença entre homens e mulheres, o gráfico deve ter linhas ou barras separadas para homens e mulheres.

Página 16 3. (a) M. Echeverria. (b) fournal of Physiology and Biochemistry. (c) O (2) é o número, o qual se refere a fevereiro. (d) Página 107.

Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 9 Fig. 1-6: (a) Você pode incluir diferentes tipos de pães, carnes e assim por diante, ou adicionar uma categoria de características do sanduíche, como temperatura (quente, frio) ou camadas (única ou várias).

Fisiologia Humana

19

O CORPO

'

Sistema respiratório

Sistema circulatório '

,

,

Sistema digestório

,

1Pulmões 1

Sistema imunitário

,

Sistema nervoso

Linfonodos

Encéfalo

,

Boca

Sistema endócrino

Estômago Intestino

Sistema • , . unnano

Sistema genital

,

,

Vasos , Coração sangu1neos '

,

Sistema tegumentar

Sistema musculoesquelético

•

Bexiga Urinária

Glândula tireoide

., Testículos Ovários

Rins

,

Utero

1 •

FIGURA 1-9 Exemplo de mapa de conceito. Este é um mapa construído usando alguns dos termos da "Questão da Figura" da Figura 1-6 na página 9.

O exemplo de mapa da Figura 1.9 • apresenta uma maneira possível de mapear os termos. Observe como alguns itens são ligados a mais de um item. O mapa não inclui muitos termos que poderiam ser incluídos. Página 12-13 Fig. 1-7b: Os pássaros preferem a dieta A.

Fig. 1-7c: Vinte e quatro estudantes responderam o questionário. Fig. 1-7d: Camundongos machos (linha azul) aumentaram seu peso principalmente entre o primeiro e o segundo dia. Fig. 1-7e: (a) No gráfico 1-7d, o investigador estava observando mudanças do peso corporal ao longo do tempo em camundongos

machos e fêmeas. No gráfico 1-7e, o pesquisador estava tentando determinar se havia uma relação entre a quantidade de tempo gasto estudando para um exame e o resultado obtido no exame pelo estudante. (b) No gráfico 1-7d, a variável independente é o tempo e a variável dependente é o peso corporal. No gráfico 1-7e, a variável independente é o número de horas gastas estudando, e a variável dependente é o escore obtido pelo estudante. (c) O gráfico 1-7d mostra que os camundongos machos pesam mais que as fêmeas desde o início do experimento e que o peso corporal aumenta com o passar do tempo. A taxa de aumento é aproximadamente a mesma em machos e fêmeas, o que é indicado pelas linhas quase paralelas. O gráfico 1-7e mostra que mais horas gastas no estudo resultam em escores mais altos no exame.

Revisão de química 21 22 22 23

Átomos são compostos de prótons, nêutrons e elétrons O número de prótons no núcleo determina o elemento Os isótopos de um elemento contêm diferentes números de nêutrons Os elétrons formam 1igações entre os átomos e capturam energia

Ligações e formas moleculares 24

26 26

27

Ligações covalentes são formadas quando átomos adjacentes compartilham elétrons Ligações iônicas são formadas quando átomos ganham ou perdem elétrons Ligações de hidrogênio e forças de van der Waals são interações fracas entre átomos A forma molecular é relacionada à função molecular

Algumas moléculas combinam carboidratos, proteínas e lipídeos 34 Os nucleotídeos transmitem e armazenam energia e informação 33

Soluções aquosas, ácidos, bases e tampões 36

Nem todas as moléculas se dissolvem em soluções aquosas 36 Existem várias maneiras de expressar a concentração de uma solução 38 A concentração de íons hidrogênio no corpo é expressa em unidades de pH

Interações das proteínas 40 41 41 43

Biomoléculas 28 28 31

Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes Os lipídeos são as biomoléculas estruturalmente mais diversas As proteínas são as biomoléculas mais versáteis

43 45

As proteínas são seletivas em relação às moléculas às quais se ligam Múltiplos fatores podem alterar a ligação às proteínas A modulação altera a ligação à proteína e a sua atividade Fatores físicos modulam ou inativam as proteínas O corpo regula a quantidade de proteínas presentes na célula A taxa de reação pode alcançar um , . max1mo

Uma das coisas que nos distingue de todas as gerações anteriores é que nós vimos nossos átomos. - Karl Kelchner Darrow

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

21

ÁTOMOS

Suplementos de Cromo "Perca peso enquanto ganha músculo", promete o anúncio. "Previna doenças do coração". "Estabi lize o açúcar no sangue". Qual é esta substância milagrosa? t o picolinato de cromo, um suplemento nutricional comercia lizado para consumidores que procuram uma solução rápida. Contudo, ele funciona e é seguro? Alguns atletas como Stan, médio zagueiro e estrela de uma equipe de futebol de universidade - juram que sim . Stan ingere 500 microgramas de picoli nato de cromo diariamente. Entretanto, muitos pesquisadores são céticos e acham que a necessidade e a segurança do uso de suplementos de cromo ainda não foram estabelecidas.

•

22

24

27

36

39

consistem em

Elétrons

REVISÃO DE QUÍMICA Átomos são compostos de prótons, nêutrons e elétrons Atomos - os componentes de toda a matéria, incluindo o corpo humano - foram considerados as menores partículas de matéria (átomos, indivisíveis). Sabemos agora, entretanto, que um átomo é composto de três tipos de partículas ainda menores: prótons com carga positiva, nêutrons sem carga e elétrons com carga negativa (Fig. 2-1 e ). Um átomo contém um número igual de prótons e elétrons, o que lhe confere uma carga elétrica global de zero. Em um átomo, o arranjo de prótons, nêutrons e elétrons é sempre o mesmo. Os prótons e nêutrons do átomo, os quais correspondem a quase toda a sua massa, estão agrupados no centro do átomo em um corpo denso denominado

Prótons ~

8

Nêutrons

2 Um átomo que ganha ou perde elétrons se toma um

46

romo, zinco, cobre, ferro ... Esta lista parece o inventário de uma metalúrgica, mas na verdade vem do rótulo de um frasco de pílulas multivitamínicas e multiminerais. Por que nós achamos que devemos ingerir estes metais, e o que eles fazem em nosso corpo? Uma olhada em uma revista com um artigo sedutor sobre as vitaminas C e E que agem como antioxidantes pode fazer com que você queira saber mais sobre "contra" o que estas vitaminas atuam. O que é um oxidante, e por que necessitamos de antioxidantes em nosso corpo? Para responder a esta questão, devemos partir do nível mais baixo de organização do corpo humano e observar a estrutura dos átomos. Examinaremos então como os átomos se unem para formar moléculas, especialmente proteínas, e como estas interagem umas com as outras. Finalmente, uma vez que o corpo humano é 60o/o água e a maioria das moléculas está dissolvida nesta água, iremos revisar como fazer uma solução e como expressar as concentrações de moléculas dissolvidas nela.

,

Hélio, He

Um átomo que ganha ou perde nêutrons se toma um

Um átomo que ganha ou perde prótons se toma um

Isótopo do mesmo elemento

Elemento diferente

íon do mesmo elemento

O hélio perde um próton (e dois nêutrons) para se tornar hidrogênio

~··

·-·

~

um

ganha um

elétron

elétron

perde

H+ é um íon de hidrogênio

e

Hidrogênio-1, H

Hidrogênio-2 ou deutério, 2H, é um isótopo do hidrogênio

FIGURA 2-1 Mapa mostrando as relações entre átomos, elementos, íons e isótopos.

núcleo (nucleus, pequena noz; plural, nuclei). O espaço ao redor do núcleo - que representa quase todo o volume do átomo - contém elétrons de baixo peso carregados negativamente e movendo-se rapidamente, sendo mantidos em suas órbitas por sua atração pelos prótons carregados positivamente. Como polos de um ímã, duas partículas atômicas de cargas opostas ( + e - ) se atraem, enquanto duas partículas com ,carga igual ( + e +, ou - e - ) se repelem. Atomos são muito pequenos, possuindo diâmetros na 1 faixa de 1 a 5 angstroms (1 angstrom = 1 A = 10- º m). A maior parte do volume de um átomo é espaço vazio. Para se ter uma ideia de quão pequeno é o volume ocupado pelas partículas subatômicas, imagine que o átomo tem um diâmetro igual à extensão de um campo de futebol. O núcleo seria então do tamanho de uma maçã grande no centro do campo, e elétrons minúsculos, cada um menor que uma ervilha, se moveriam pelo espaço restante.

22

Dee Unglaub Silverthorn

O número de prótons no núcleo determina o elemento Os átomos podem ser descritos de duas maneiras: por seu número atômico e por sua massa atômica. O número atômico de um átomo é o número de prótons em seu núcleo. Um átomo de hidrogênio, por exemplo, tem um próton em seu núcleo, então o número atômico do hidrogênio é 1. Um átomo de hélio tem dois prótons, então seu número atômico é 2, e,. assim por diante. E o número atômico que determina qual elemento o átomo é. Um elemento é o tipo mais simples de matéria. Por exemplo, todo átomo que possui um número atômico 1 (um próton no núcleo) é um átomo do elemento hidrogénio, e todo átomo que possui número atômico 2 é um átomo do elemento hélio (Fig. 2-1). Existem mais de 100 elementos conhecidos, e todos estão listados na tabela periódica dos elementos, mostrada na parte interna da contracapa deste livro. Cada quadrículo da tabela contém o nome de um elemento e seu símbolo correspondente com uma, duas ou três letras. Alguns dos símbolos vêm do nome original em latim para o elemento e por isso não correspondem aos nossos nomes modernos. Por exemplo, o elemento sódio é abreviado Na, do seu nome em latim natrium. Três elementos da tabela periódica - oxigênio, carbono e hidrogênio - constituem mais de 90o/o da massa corporal. Oito elementos adicionais (nitrogênio, fósforo, sódio, potássio, cálcio, magnésio, enxofre e cloro) completam a lista dos elementos essenciais principais do corpo. Além destes elementos essenciais principais, o corpo também requer pequenas quantidades (traço) de outros elementos, como selênio, cromo, manganês e molibdênio. Esses nutrientes são referidos como elementos-traço ou oligoelementos. R

VISANDO CONCEITOS 1. Escreva o símbolo de uma ou duas letras para cada um dos onze elementos essenciais principais. 2. Olhe a tabela periód ica na parte interna da contracapa e encontre dez elementos, além do sódio, cujo símbolo não é derivado do seu nome moderno. Respostas: p. 51

A massa atômica de um átomo é a massa total de prótons e nêutrons do átomo expressa em unidades de massa atômica, onde 1 u.m.a = 1,6605 x 10- 27 kg. Prótons e nêutrons possuem massas aproximadamente iguais de cerca de 1 u.m.a. (Os elétrons são muito menores: a massa de 1.836 elétrons à massa de um nêutron.) Assim, qual a massa atômica do átomo de hélio na Figura 2-1? É de 4 u.m.a, calculada pela adição da massa de dois prótons e dois nêutrons do núcleo. Outra unidade usada para expressar massa atômica é o dálton (Da), sendo que 1 Da = 1 u.m.a. O nome da unidade dálton é uma homenagem a John Dalton, cientista que propôs a teoria moderna do átomo, por volta de 1803. REVISANDO CONCEITOS 3. Qual é a massa atômica dos dois átomos de hidrogênio e do íon de hidrogênio mostrados na parte inferior da Figura 2-1? Respostas: p. 51

O que é picol inato de cromo? Cromo (Cr) é um elemento essencial associado ao metabolismo normal da gl icose. Na dieta, o cromo é encontrado em levedura de cerveja, brócol is, cogumelos e maçãs. Uma vez que o cromo na alimentação e nos suplementos de cloreto de cromo é pouco absorvido no trato digestório, um cient ista desenvolveu e patenteou o composto picolinato de cromo. O picol inato deriva de am inoácidos e aumenta a absorção do cromo no intestino. A partir de 2001, a quantidade recomendada de cromo para homens de 19 a 50 anos é 35 µg/dia . (Para mulheres é de 25 µg/dia). Como vimos, Stan ingere mais do que dez vezes esta quantidade.

Questão 1: Localize o cromo na tabela periódica dos elementos. Qual é seu número atômico e sua massa atômica? Quantos elétrons um átomo de cromo possui? Quais elementos próximos ao cromo também são elementos essenciais?

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24

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46

Os isótopos de um elemento contêm diferentes números de nêutrons O número de prótons de um elemento é constante, mas o número de nêutrons pode variar. Átomos de um elemento que tem diferentes números de nêutrons são conhecidos como isótopos do elemento (iso-, mesmo + topos, lugar [isto é, o mesmo lugar na tabela periódica]). O hidrogênio, por exemplo, tem três isótopos: hidrogênio-1, hidrogênio-2 e hidrogênio-3. O hidrogênio-1 contém apenas um único próton no seu núcleo, o hidrogênio-2 contém um próton e um nêutron e o hidrogênio-3 contém um próton e dois nêutrons (ver parte inferior da Fig. 2-1). Observe que sempre há apenas um próton no hidrogênio, mas a massa atômica dos isótopos do hidrogênio varia com o número de nêutrons. O número após o nome do elemento indica a massa atômica do isótopo. O símbolo de um isótopo indica a massa atômica na parte superior esquerda do símbolo químico do elemento. Por exemplo, o símbolo do hidrogênio-1, o isótopo natural do hidrogênio mais comum, é 1H. O símbolo do hidrogênio-2, também conhecido como deutério, é 2 H. A massa atômica mostrada abaixo do símbolo do elemento na tabela periódica é uma média ponderada dos diferentes isótopos do elemento. Todos os isótopos de um elemento possuem as mesmas propriedades químicas, pois elas são determinadas pela configuração dos elétrons do átomo e não pelo número de nêutrons. Os isótopos são importantes na biologia e na medicina porque alguns, denominados radioisótopos, são instáveis e emitem energia denominada radiação. Radioisótopos emitem três tipos de radiação: alfa (a), beta (13) e gama (-y). As radiações a e 13 são compostas de partículas que se movem

Fisiologia Humana

rapidamente (prótons e nêutrons no caso da radiação ex, elétrons no caso da radiação ~) ejetadas a partir de um átomo instável. A radiação "I é composta mais de ondas de alta energia do que de partículas e é capaz de penetrar a matéria muito mais profundamente do que as partículas ex ou ~- Os raios X são similares à radiação "I e são usados para gerar imagens do interior do corpo. Os radioisótopos são amplamente utilizados na medicina para diagnóstico e tratamento. Em algumas situações, é usado apenas o radioisótopo. Por exemplo, o radioisótopo iodo-131 é utilizado no diagnóstico e no tratamento de distúrbios da glândula tireoide. Este radioisótopo emite radiações ex e~· Em doses baixas, esta radiação causa pouco dano, mas em doses maiores pode destruir seletivamente o tecido da tireoide quando a glândula é hiperativa. Outro radioisótopo bastante usado para procedimentos de diagnóstico é o tecnécio-99. O uso de radioisótopos no diagnóstico e no tratamento de doenças é uma especialidade conhecida como medicina nuclear. CONCEITOS Use a tabela periódica de elementos na parte interna da cont racapa para encontrar o número atômico e a massa atôm ica média do iodo e do tecnécio. Qual é o símbolo do tecnécio? Respostas: p. 51

Os elétrons formam ligações entre os átomos e capturam energia Os elétrons de um átomo não se movem ao redor do núcleo ao acaso. Em vez disso, eles estão arranjados em uma série de níveis de energia, ou camadas. A camada que possui menor ' nível de energia é a que está mais próxima ao núcleo. A medida que a distância do núcleo aumenta, os níveis de energia da camada aumentam. Cada camada possui um número limitado de elétrons que pode manter. A primeira camada (a mais próxima ao núcleo) tem um limite de dois elétrons, a próxima tem um limite de oito e assim sucessivamente. As camadas são ocupadas por elétrons em sequência do interior para o exterior, uma propriedade que ajuda a explicar como os átomos se combinam entre si. O arranjo de elétrons na camada externa de um átomo determina a sua habilidade de ligar-se com outros átomos. Os elétrons desempenham quatro papéis importantes na fisiologia: formação de ligações covalentes, formação de íons, captura e transferência de energia e formação de radicais livres destrutivos. 1. Ligações covalentes. Elétrons compartilhados formam fortes ligações covalentes para criar moléculas, como discutido na próxima seção. 2. Íons. Se um átomo ganha ou perde um ou mais elétrons, ele adquire uma carga elétrica e torna-se um íon. Um átomo que ganha elétrons adquire uma carga negativa (- 1) por cada elétron adicionado e é denominado ânion. Um átomo que perde elétrons tem uma carga positiva ( + 1) para cada elétron perdido, devido aos prótons que restam no núcleo sem os elétrons cor-

23

Íons importantes do corpo CÁTIONS

Ca 2 +

Mg 2 +

ÂNIONS Sódio

Cloreto

Potássio

Bicarbonato

Cálcio

HPO4 2 -

Fosfato

Hidrogênio

so42 -

Sulfato

Magnésio

2 ,,

respondentes. Ions carregados positivamente são denominados cátions. Por convenção, os íons são indicados pelo símbolo do elemento seguido de uma notação sobrescrita, com o número de cargas primeiro (se for maior que 1) e o sinal da carga depois. Por exemplo, um íon fosfato possui dois elétrons extras, então escrevemos este ânion como HPO 4z-. O hidrogênio perde seu único elétron e fica com apenas um próton, H+ (como mostrado na parte inferior esquerda da Figura 2-1 e ). A Tabela 2-1 • lista os íons mais importantes que você encontrará na fisiologia. Observe que alguns deles são átomos individuais, e outros são combinações de átomos. 3. Elétrons de alta energia. Os elétrons de certos átomos podem capturar energia do meio e transferi-la para outros átomos, de modo que a energia pode ser utilizada para síntese, movimento e outros processos vitais. A energia liberada também pode ser emitida como radiação. Por exemplo, a bioluminescência em vagalumes é a luz visível emitida por elétrons de alta energia retomando ao seu estado normal de baixa energia. 4. Radicais livres. Nosso corpo é constantemente exposto à radiação de fontes naturais, como o sol, e de fontes manufaturadas, como fornos de microondas e aparelhos de televisão. Alguns tipos de radiação alteram a distribuição dos elétrons nos átomos, convertendo átomos em radicais livres instáveis. Todo radical livre possui ao menos um elétron não emparelhado. Um radical livre comum é o radical livre hidroxila, OH, eletricamente neutro e formado quando um íon hidroxila, OH-, perde um elétron. Outro radical livre comum é o íon superóxido, •0 2 - • Este radical livre é constantemente produzido pelo corpo durante o metabolismo normal quando uma molécula neutra de oxigênio (02) ganha um elétron extra (representado pela colocação de um• na frente da molécula). Como você aprenderá na seção sobre ligações moleculares, os elétrons são mais estáveis quando estão em pares. Os radicais livres com seu elétron desemparelhado tentam "roubar" um elétron de outra molécula. Qu.a ndo isso acontece, a espécie atômica que doa o elétron pode ficar com um elétron desemparelhado, o que a converte em um radical livre. O

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Dee Unglaub Silverthorn

radical livre recém criado busca então um elétron que ele possa "roubar", criando uma reação em cadeia de produção de radicais livres que pode alterar o funcionamento normal da célula. Acredita-se que os radicais livres contribuem para o envelhecimento e o desenvolvimento de certas doenças, tais como alguns tipos de câncer. Antioxidantes são substâncias que previnem os danos às nossas células por doarem elétrons sem tornarem-seradicais livres. Muitos antioxidantes encontram-se naturalmente em frutas e vegetais. Os antioxidantes mais comuns fornecidos em suplementos vitamínicos são as vitaminas C e E. REVISANDO CONCEITOS Relacione cada partícula subatômica na coluna da esquerda com uma frase na coluna da direita. Cada frase pode ser usada mais de uma vez. 5. elétrons

(a) cada um tem massa atômica de 1 u.m.a.

6. nêutrons

(b) encontrado no núcleo

7. prótons

(c) carregado negativamente (d) mudando seu número em um átomo cria-se um novo elemento (e) com sua ad ição ou perda um átomo , torna-se um 1on (f)

com sua adição ou perda se faz um isótopo diferente de um mesmo elemento 2

8. Um íon magnésio, Mg + , pode ganhar/perder (escolha um) dois prótons!nêutrons!elétrons? 9. H+ também é denominado próton. Por que lhe é dado este nome? Respostas: p. 51

Uma ação noticiada do cromo é que este melhora a transferência de glicose - o açúcar simples que as células utilizam como combustível para todas as suas atividades - da circulação sanguínea para dentro das células. No diabete melito, as células são incapazes de captar a glicose da corrente sanguínea com eficiência. Pareceria lógico, então, testar se a adição de cromo à dieta poderia aumentar a captação de glicose em pessoas com diabete. Em um estudo chinês, pacientes diabéticos receberam 500 microgramas de picolinato de cromo duas vezes ao dia e mostraram melhora significativa na diabete, mas pacientes que receberam 100 microgramas ou placebo não apresentaram melhora. Questão2: Se uma pessoa tem deficiência de cromo, você pode prever que seus níveis de glicose no sangue seriam mais altos ou mais baixos do que o normal? A partir dos resultados do estudo chinês, você pode concluir que todas as pessoas com diabete apresentam deficiência de cromo?

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36

39

46

LIGAÇÕES E FORMAS MOLECULARES Quando dois ou mais átomos se ligam por compartilhamento de elétrons, eles formam unidades conhecidas como moléculas. Algumas moléculas, como as do gás oxigênio (Oz) e do gás nitrogênio (N2), são constituídas de dois átomos do mesmo elemento. A maioria das moléculas, entretanto, contêm mais de um elemento, sendo conhecidas como compostos (componere, juntar). Por exemplo, uma molécula de glicose (C6H120 6) é composta de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio, sendo assim um composto. Em contraste, o gás oxigênio (02) é uma molécula, mas não um composto, porque possui apenas átomos de oxigênio. A transferência de elétrons de um átomo para outro ou o compartilhamento de elétrons por dois átomos é uma parte crítica na formação de uma ligação, o elo entre os átomos. Existem quatro tipos comuns de ligações, duas fortes e duas fracas. As ligações covalente e iônica são ligações fortes ao passo que as ligações de hidrogênio e as forças de Van der Waals são ligações fracas que contribuem para as interações moleculares.

Ligações covalentes são formadas quando átomos adjacentes compartilham elétrons Ligações covalentes são ligações fortes que acontecem quando dois átomos compartilham um par de elétrons, sendo um elétron de cada átomo. A maioria das ligações que mantêm os átomos unidos nas moléculas são ligações covalentes. As ligações covalentes requerem energia para desfazê-las. É possível predizer quantas ligações covalentes um átomo pode formar se conhecermos quantos elétrons desemparelhados existem na sua camada externa, pois um átomo é mais estável quando todos os seus elétrons estão emparelhados. É então provável que os átomos formem moléculas por compartilharem elétrons com outros átomos que possuem elétrons desemparelhados. A Figura 2-2a • mostra a configuração eletrônica de dois elementos biologicamente importantes: hidrogênio e oxigênio. Um átomo de hidrogênio, o elemento mais leve, possui um próton em seu núcleo e um elétron desemparelhado na sua camada externa. Como o hidrogênio possui apenas um elétron para ser compartilhado, ele sempre forma uma ligação covalente. Os químicos representam cada elétron por um único ponto na notação simplificada elétron-ponto. Um átomo de oxigênio possui dois elétrons desemparelhados na sua camada externa (Fig. 2-2a). (Lembre, como foi previamente mencionado, a segunda camada de elétrons pode comportar um máximo de oito elétrons.) O oxigênio, portanto, necessita de dois elétrons adicionais para completar sua camada externa, podendo adquiri-los compartilhando dois elétrons em ligações covalentes. A molécula de água (Fig. 2-2b) é um exemplo simples de ligação covalente formada pelo oxigênio. Em uma molécula de água, cada um dos dois átomos de hidrogênio compartilha seu elétron com um dos elétrons não emparelhados da camada externa do átomo de oxigênio. Este compartilhamento ocupa a camada externa de todos os três átomos com elétrons emparelhados, resultando em uma molécula

Fisiologia Humana

Polo negativo '

25

õ-

~~

@ (

....

-

H· •

o+

.• o.• •

{a) O hidrogênio tem um próton no núcleo e um elétron não emparelhado. Esta informação é mostrada na representação simplificada com o símbolo do elemento seguido de um ponto para cada elétron que o átomo possui na camada externa. O oxigênio tem oito prótons e oito neutrons no núcleo. A camada externa do oxigênio tem quatro elétrons emparelhados e dois elétrons não emparelhados.

-

Molécula de água

•

FIGURA 2-3 A água é uma molécula polar. Quando o núcleo do oxigênio puxa os elétrons de hidrogênio em sua direção a molécula de água forma regiões separadas, ou polos, com carga parcial positiva (õ+) e parcial negativa (õ-).

-

@) -

Polo positivo

-

-

Como observado no Verifique o Conceito #10, cada carbono possui quatro elétrons não emparelhados na sua camada externa e, portanto, necessita compartilhar quatro elétrons adicionais em ligações covalentes: •

4H· + 2 ·C· •

H•

•

H

·e· •• • ·e· • ••

H

ou

H

••

H: O : H ••

{b) Uma molécula de água resulta da ligação covalente de um átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio. As ligações geram elétrons emparelhados nas camadas externas dos átomos. Três diferentes representações simplificadas da molécula são mostrados. Na representação simplificada do meio, um t raço substitui um par de elétrons compartilhados. À direita, é mostrada a fórmula química da água.

•

FIGURA 2-2 Elétrons compartilhados nas camadas externas dos átomos formam ligações covalentes.

estável. Cada par de elétrons compartilhados representa uma ligação covalente simples, a qual é indicada por um traço na representação simplificada, como mostrado na Figura 2-2b. ISANDO CONCEITOS Um átomo de carbono tem quatro elétrons desemparelhados na sua camada ext erna, a qual tem espaço para oito elétrons. Quantas ligações cova lentes um átomo de carbono pode formar com o ut ros átomos? Use a notação simplificada elétron-ponto para representar este átomo. 11 . Um átomo de carbono emparelha todos os seus elétrons formando ligações cova lentes com quant os átomos de hidrogênio? Desenhe esta molécula usando um ponto ou uma linha para representar cada par de elétrons compartilhados. Respostas: p. 51

Algumas vezes, os átomos adjacentes compartilham dois pares de elétrons, ao invés de apenas um par. Nesse caso, a ligação é denominada ligação dupla, sendo representada por uma linha dupla (=).No exemplo que se segue, dois átomos de carbono estão compartilhando dois pares de elétrons.

Os dois os átomos de carbono adjacentes compartilham quatro elétrons (uma ligação dupla), deixando apenas dois elétrons por carbono para a ligação com o hidrogênio. Se você contar todas as ligações neste desenho, irá observar que cada carbono forma um total de quatro ligações e cada hidrogênio forma uma. A fórmula química desta molécula, denominada etileno, é C2 H4 •

Moléculas polares e apoiares Pares de elétrons de ligações covalentes nem sempre são compartilhados igualmente entre os átomos ligados. Quando os elétrons são compartilhados desigualmente, o átomo com a atração mais forte por elétrons desenvolve uma carga levemente negativa (indicada por õ-), e o átomo com atração mais fraca por elétrons desenvolve uma carga levemente positiva (õ+). Moléculas que desenvolvem estas regiões de carga parcial positiva e negativa são denominadas moléculas polares porque pode ser ,. dito que elas têm polos positivo e negativo. Atomos de certos elementos, particularmente nitrogênio e oxigênio, possuem uma atração forte por elétrons e frequentemente são encontrados em moléculas polares. Um bom exemplo de uma molécula polar é a água (H20). O núcleo de oxigênio maior e mais forte atrai o elétron do hidrogênio para si. Esta atração deixa os dois átomos de hidrogênio da molécula com uma carga parcial positiva, e o único átomo de oxigênio com uma carga parcial negativa devido aos elétrons desigualmente compartilhados (Fig. 2-3 e ) Observe que a carga resultante da molécula inteira de ,. ,. agua e zero. Uma molécula não polar ou apolar é aquela cujos elétrons compartilhados são distribuídos tão uniformemente

2

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Dee Unglaub Silverthorn

Passo 1: O sódio doa o seu elétron, fracamente ligado, ao cloro, criando íons sódio e cloreto, Na+ e c1-.

''

Átomo de sódio

-- --

Átomo de cloro

Passo 2: Os íons sódio e cloreto possuem camadas externas estáveis que são preenchidas com elétrons.

---

Ligação de - hidrogênio

+

(a) Regiões polares de moléculas adjacentes de água permitem que elas formem ligações de hidrogênio umas com as outras. Íon sódio (Na+)

LEGENDA

íon cloreto (CI- )

Oxigênio Hidrogênio

Passo 3: Os íons Na+ e c 1- são atraídos um para o outro por causa das suas cargas opostas. No estado sólido, as ligações iônicas entre Na+ e c1- criam um cristal de cloreto de sódio (NaCI). ~;::::-----::::::::::;7' Íons

cloreto (CI-)

(b) A tensão superficial criada pelas ligações de hidrogênio mantém uma gota de água com um formato hemisférico sobre uma superfície plana.

• FIGURA 2-5 de água.

Ligações de hidrogênio entre moléculas

• FIGURA 2-4 Íons e ligações iônicas.

que não há regiões de carga parcial positiva ou negativa. Por exemplo, moléculas compostas principalmente de carbono e hidrogênio tendem a ser apolares. Isto ocorre porque o carbono não atrai elétrons tão fortemente quanto o oxigênio. A polaridade de uma molécula é importante para determinar se a molécula se dissolverá na água. Moléculas polares, como o açúcar, geralmente dissolvem-se facilmente e são conhecidas como hidrofílicas (hidro-, água + -filico, amigo). Moléculas apolares, como os óleos, não se dissolvem bem em água e são denominadas hidrofóbicas (-fobico, horror a).

Ligações iônicas são formadas quando átomos ganham ou perdem elétrons Quando um átomo ganha ou perde completamente um ou mais elétrons, ele se torna um íon. A ligação iônica ocorre quando um átomo tem uma atração tão forte por elétrons que ele puxa um ou mais elétrons completamente para fora do outro átomo. A Figura 2-4 • mostra como os átomos de só-

dio e cloro se tornam íons e como esses íons formam ligações iônicas. No sal de cozinha (a forma sólida do NaCl), as cargas opostas se atraem, criando um cristal ordenado de íons Na+ e Cl- alternados unidos por ligações iônicas. Quando cristais de NaCl são colocados em água, os íons interagem com as regiões polares das moléculas de água, as quais rompem as ligações iônicas e o cristal se dissolve (ver Fig. 2-14 na p. 36).

Ligações de hidrogênio e forças de van der Waals são interações fracas entre átomos Uma ligação de hidrogênio é uma força atrativa fraca entre um átomo de hidrogênio e um átomo próximo de oxigênio, nitrogênio ou flúor. Ligações de hidrogênio podem ocorrer entre átomos de moléculas vizinhas ou entre átomos de diferentes partes de uma mesma molécula. Por exemplo, uma molécula de água pode formar ligações de hidrogênio com quatro outras moléculas de água. Como resultado, as moléculas se alinham com suas moléculas vizinhas em um padrão

Fisiologia Humana

ordenado (Fig. 2-Sa e ). Esta ligação de hidrogênio entre moléculas é responsável pela tensão superficial da água, a força atrativa entre moléculas de água que provoca a formação de gotículas esféricas quando cai ou de gotas quando derramada em uma superfície não absorvente (Fig. 2-Sb). Estas forças fracas de atração também tornam difícil separar as moléculas de água, como você pode ter notado ao tentar apanhar um copo molhado que fica "aderido" a uma mesa lisa por um fino filme de água. Forças de van der Waals são atrações fracas não específicas entre o núcleo de qualquer átomo e os elétrons de átomos próximos. Dois átomos fracamente atraídos um pelo outro por forças de van der Waals, aproximam-se, até que estejam tão próximos que seus elétrons começam arepelir uns aos outros. Consequentemente, as forças de van der Waals permitem que os átomos se agreguem e ocupem uma quantidade mínima de espaço. Uma única atração de van der Waals entre átomos é muito fraca, mas várias atrações suplementam as ligações de hidrogênio que mantêm as proteínas nas suas formas tridimensionais (ver Fig. 2-10, p. 32).

13. Um íon carregado negativamente é denominado _____, e um íon carregado positivamente é denominado - - - - - - - 14. Cite dois elementos cuja presença contribui para uma molécula tornar-se uma molécula polar. 15. Com base no que você sabe sobre a tendência das seguintes substâncias se dissolverem em água, diga se elas são moléculas polares ou apoiares: açúcar de mesa, óleo vegeta 1. Respostas: p. 51

O cromo é encont rado em várias formas iônicas. O cromo normalmente encontrado em sistemas biológicos e em suplementos dietéticas é o cátion Cr3 +. Este íon é dito trivalente porque possui uma carga líquida de +3 . O cátion hexavalente Cr6 +, com uma carga +6, é usado na indúst ria, como na manufatura do aço inoxidável e na cromagem de partes metálicas.

Questão 3: Quantos elétrons foram perdidos pelo íon hexavalente do cromo? E pelo íon trivalente?

21

22

24

36

39

46

H

H

H

1

1

1

1

~º

I

I

I

I

"-OH

H- c - c - c - c - c H

CH3 H

NH2

{a) Leucina, um aminoácido, é uma cadeia linear de átomos de carbono com hidrogênios e outros grupos funcionais ligados. H 1

H-C-OH 1

~e /9-º""'~ H e 1 \OH HO

é o mesmo que:

H / 1 HO

HO

t-t/ 1

1

H

OH

OH OH

Esta molécula de glicose está desenhada mostrando todos os seus hidrogênios e carbonos.

Na versão simplificada, os carbonos de cada vértice do anel são omitidos, • assim como os hidrogênios ligados a esses carbonos.

{b) Glicose, C 6 H120 6 , tem um anel com cinco átomos de carbono e um átomo de oxigênio.

R VISANDO CONCEITOS Complete os espaços em branco com o tipo de ligação correta. 12. Em uma ligação , elétrons são compartilhados entre os átomos e é formada uma molécula. Se os elétrons são atraídos mais fortemente para um átomo do que para outro, a molécula é denominada . Se o elét ron é compartilhado uniformemente, a molécula é denominada .

H

27

QUESTÕES DA FIGURA • Escreva a fórmula química da leucina. • Quais os grupos funcionais que a leucina e a glicose possuem?

•

FIGURA 2-6 Estruturas e fórmulas químicas de algumas moléculas biológicas.

A forma molecular é relacionada à função molecular Ligações moleculares - tanto covalentes como fracas - desempenham um papel crítico na determinação da forma molecular. A forma da molécula, por sua vez, é estreitamente relacionada com sua função. A fórmula química de uma molécula, como a fórmula C6H 120 6 da glicose, dá o número de átomos da molécula, mas não indica qual átomo está ligado a qual por ligações covalentes. Uma forma de notação química, mostrada na Figura 2-6 e, mostra quais átomos estão compartilhando elétrons e as formas moleculares resultantes. Em uma molécula de glicose, cinco átomos de carbono e um de oxigênio juntam-se para formar um círculo fechado ou anel (Fig. 2-6b). Os átomos restantes então se ligam aos átomos do anel. Em uma molécula de leucina, cinco carbonos são ligados por ligações covalentes simples em uma cadeia linear, com os átomos adicionais ligados à cadeia de carbono (Fig. 2-6a). A forma tridimensional de uma molécula é difícil de ser mostrada no papel, mas muitas moléculas têm formas características devido aos ângulos das ligações covalentes entre os átomos. Por exemplo, os dois átomos de hidrogênio da molécula de água mostrados na Figura 2-2b são ligados ao oxigênio, formando um ângulo de 104º. Além disso, ligações fracas entre átomos criam interações não covalentes que influenciam a forma molecular. A duplahélice de uma molécula de DNA é uma forma complexa que

2

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Dee Unglaub Silverthorn

resulta de ligações covalentes entre átomos adjacentes e de ligações de hidrogênio entre as duas fitas da hélice (ver Fig.212, p. 34). Na próxima seção, você aprenderá mais sobre as formas e propriedades características dos quatro principais grupos de moléculas importantes biologicamente.

Grupos funcionais mais comuns Observe que o oxigênio, com dois elétrons para compartilhar, algumas vezes forma uma ligação dupla com outro átomo. FÓRMULA SIMPLIFICADA

ESTRUTURA DA LIGAÇÃO

Carboxila (ácido)

- COOH

~º -e

Hidroxila

- OH

Amino

- NH 2

BIOMOLÉCULAS A maioria das moléculas de interesse na fisiologia humana possui três elementos em comum: carbono, hidrogênio e oxigênio. Além disso, os elementos fósforo e nitrogênio tamb ém são encontrados em muitas moléculas biológicas. Moléculas que contêm carbono são conhecidas como moléculas orgânicas, porque se acreditava que elas existiam exclusivamente em plantas e animais ou eram derivadas deles. Moléculas orgânicas associadas com organismos vivos também são denominadas biomoléculas. Existem quatro grupos principais de biomoléculas: carboidratos, lipídeos, proteínas e nucleotídeos. O corpo usa os três primeiros grupos para obter energia e na constituição dos componentes celulares. O quarto grupo, os nucleotídeos, inclui DNA e RNA, que são componentes estruturais do material genético; compostos que transportam energia, como trifosfato de adenosina (ATP) e compostos que regulam o metabolismo, como monofosfato de adenosina cíclico (AMPc). Cada grupo de biomoléculas tem composição e estrutura molecular características, e você observará que muitas biomoléculas são polímeros, moléculas grandes constituídas de unidades repetidas (poli-, muitos + -mer, uma parte). Algumas combinações de átomos, ou grupos funcionais, encontram-se frequentemente em moléculas biológicas. Os átomos dos grupos funcionais tendem a se mover de molécula para molécula como uma unidade. Por exemplo, grupos hidroxila, - OH, comuns em muitas moléculas biológicas, são adicionados e removidos como um grupo, em vez de como um único átomo de hidrogênio ou de oxigênio. Grupos funcionais geralmente se ligam a moléculas por ligações covalentes simples, representadas por uma única linha como aquela à esquerda do grupo hidroxila citada anteriormente. Os grupos funcionais mais comuns são listados na Tabela 2-2 •

Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes Os carboidratos têm seu nome derivado de sua estrutura: literalmente, carbonos (carbo-) com água (hydro). A fórmula geral de um carboidrato é (CH2 0)n, mostrando que para cada carbono existem dois hidrogênios e um oxigênio, que é a mesma proporção H:O encontrada na água. O n após os parênteses representa o número de repetições da unidade CH20. Para escrever a fórmula de um dado carboidrato, multiplicamos cada subscrito dentro dos parênteses por n: CnHznOn. Por exemplo, para glicose, C 6H 120 6, o n é 6. Os carboidratos podem existir como açúcares simples (monossacarídeos e dissacarídeos) ou como polímeros de glicose complexos, denominados polissacarídeos (Fig. 2-7 e ). Os monossacarídeos mais comuns são os constituintes dos carboidratos complexos e possuem cinco carbonos,

""" OH - 0 - H

OH 1

Fosfato

-0-P=O 1

OH

como a ribose, ou seis carbonos, como a glicose (também conhecida como dextrose). Os principais dissacarídeos são formados quando a glicose se combina com outro monossacarídeo. Você pode reconhecer a maioria dos mono- e dissacarídeos pela terminação "-ose" no final dos seus nomes. Todas as células vivas armazenam glicose para obter energia na forma de polissacarídeos: glicogênio em animais; amido em plantas, o qual os humanos podem digerir; e dextrana em leveduras e bactérias. Algumas células produzem polissacarídeos com propósitos estruturais. Dois exemplos são a celulose produzida por plantas e a quitina produzida , por animais invertebrados. E lamentável que os humanos sejam incapazes de digerir celulose e obter sua energia, pois ela é a molécula orgânica mais abundante na terra. REVISANDO CONCEITOS 16. Verdadeiro ou fa lso? Todas as moléculas orgânicas são biomoléculas. 17. Qual a fórmu la geral de um carboidrato?

Respostas: p. 51

Os lipídeos são as biomoléculas estruturalmente mais diversas Como os carboidratos, os lipídeos são biomoléculas constituídas de carbono, de hidrogênio e de oxigênio; entretanto, via de regra, os lipídeos contêm muito menos oxigênio do que os carboidratos. Uma característica importante dos lipídeos é que são moléculas apolares e por isso são pouco solúveis em água. Tecnicamente, os lipídeos são chamados de gorduras se são sólidos na temperatura ambiente, e óleos, se são líquidos na temperatura ambiente. A maioria dos lipídeos derivados de fontes animais, como a banha e a manteiga, são gorduras, ao passo que a maioria dos lipídeos

Fisiologia Humana

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MONOSSACARÍDEOS Glicose (dextrose)

Frutose

Galactose*

HOCH 2 HOCH 2

O

OH

HOCH 2

~-o

OH

+

OH

OH

, Sacarose (açucar de mesa)

1 Glicose

O

OH

HO

DISSACARÍDEOS

HO

OH

Maltose 1 Glicose + Glicose 1

Frutose 1

Lactose 1Galactose + Glicose 1

HOCH2

HOCH2 HOCH2

- -o

O

OH

o

O

OH

Polímeros:

OH

X

1OOs

O

OH

o

o OH

OH

HO

HOCH2

OU

OH

OH

1.000s

POLISSACARÍDEOS

Plantas

Animais

Quitina (somente em invertebrados) Glicogênio

Glicogênio

Leveduras e bactérias

Celulose

Amido

Dextrana

o o

o o

,o

Moléculas de glicose

Amido

Oº

o o

0

/e O H2

o

º

O

o

o

o

o

o

o o

o o o

o

o

o o

o

o

* Observe que a diferença entre a glicose e a galactose é somente o arranjo espacial dos grupos hidroxila. •

FIGURA 2-7

Carboidratos.

vegetais são óleos. Além dos lipídeos verdadeiros, esta categoria inclui três tipos de moléculas relacionadas aos lipídeos: fosfolipídeos, esteroides e eicosanoides (Fig. 2-8 e ). Os lipídeos verdadeiros e os fosfolipídeos são os mais similares em relação à estrutura. Ambos os grupos contêm uma molécula simples de 3 carbonos, conhecida como glicerol e moléculas longas conhecidas como ácidos graxos. Os fosfolipídeos também possuem um grupo fosfato (- H2P0 4).

,,

Acidos graxos são longas cadeias de átomos de carbono ligados a hidrogênios, com um grupo carboxila (- COOH) no final da cadeia (Fig. 2-8). Os ácidos graxos são descritos como saturados se não há ligações duplas entre os carbonos (ácido palmítico); monoinsaturados se há uma ligação dupla na molécula (ácido oleico); ou poli-insaturados (ácido linolênico) se há duas ou mais ligações duplas na molécula. Para cada ligação dupla em um ácido graxo, a molécula tem

2

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Dee Unglaub Silverthorn

MOLÉCULAS RELACIONADAS AOS LIPÍDEOS

LIPÍDEOS -

GLICEROL

EICOSANOIDES

ÁCIDOS GRAXOS ,

Acido palmítico, um ácido graxo saturado

H H H H H H H H H H H H H H

HO - CH

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

-

-fo

HCc - c - c - c-c-c-c-c-c-c-c-c-c-c-c 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 "OH H H H H H H H H H H H H H H

COOH

r~# 1

OH

OH

Prostaglandina (PGEi)

,

Acido oleico, um ácido graxo monoinsaturado

ESTEROIDES ,

Acido linolênico, um ácido graxo poli-insaturado

H H H H H H H H H H H H H H H H 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

-fo

1

1

1

1

1

1

1

"OH

HCc - c = c - c - c = c-c-c = c-c-c-c-c-c-c - c - c 3 I

I

H

1

H

1

H

Glicerol

H H H H H H H

+ ~Á_c_id_o_g_r_ax_o~

1

HO

Colesterol

MONOACILGLICEROL

G L 1

e

E

R

,

o

1----i

L

Acido graxo

DIACILGLICEROL G L 1

,

1----i

Acido graxo

1----i

Ácido graxo

o

Cortisol

e

E

R

o L

FOSFOLIPÍDEOS

TRIACILGLICEROL G L ,

,

1

Ácido graxo 1

L 1

,____. Acido graxo

e

E

1

Acido graxo 1----1 e

1

E

R

G

,

o 1----1Acido graxo

Ácido graxo 1

R

o

Fosfato

L

1

1

L

•

FIGURA 2-8 Lipídeos e moléculas relacionadas aos lipídeos. Os ácidos palmítico e linolênico são mostrados com todas as ligações e átomos. O ácido oleico, outro ácido graxo, é mostrado na representação simplificada que elimina os símbolos dos carbonos e hidrogênios exceto nas extremidades da molécula.

dois átomos de hidrogênio a menos ligados à cadeia. Quanto mais saturado for um ácido graxo, mais provavelmente ele será sólido à temperatura ambiente. Em geral, considera-se que as gorduras saturadas, como a gordura que existe em um pedaço de carne, contribuem para o desenvolvimento dos depósitos de gordura que obstruem as artérias. Por um tempo, pensou-se que as gorduras mais insaturadas eram menos prejudiciais, mas estudos recentes sugerem que a gordura monoinsaturada, como o óleo de oliva, pode ser a mais saudável. Durante anos, fabricantes de margarina e óleo de cozinha se vangloriavam de que seus produtos eram "ricos em poli-insaturados"! Agora, as novas palavras da moda dos anúncios de publicidade são "sem gor-

duras trans"! Gorduras trans são óleos vegetais insaturados aos quais a indústria associa hidrogênios para deixá-los mais sólidos à temperatura ambiente. Por muitos anos foi aceito que esses óleos vegetais hidrogenados das margarinas e das gorduras vegetais eram mais saudáveis do que a gordura animal saturada da manteiga e da banha; entretanto, pesquisas recentes indicam que as gorduras trans são as que mais contribuem para o desenvolvimento das doenças cardiovasculares. A partir de 2006, os Estados Unidos exigiram das indústrias de alimentos que indicassem o conteúdo de gordura trans dos seus produtos nos rótulos dos alimentos. O glicerol se liga a um, dois ou três ácidos graxos para formar mono-, di- ou triacilgliceróis. Os triglicerídeos (mais

Fisiologia Humana

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AMINOÁCIDOS

COOH -

1

H - C- R

--

-

1

NH2

Todos os aminoácidos possuem um grupo carboxílico (-COOH), um grupo amino (-NH~ e um hidrogênio ligados ao mesmo carbono. A quarta ligação do carbono é a um grupo variável "R". 1

podem ser c/assíficados como 1

Essenciais

Não essenciais 1

e podem ser ligados por ligações peptídicas para formar

•

2

Oligopeptídeos (2-9 aminoácidos)

Polipeptídeos (10-100 aminoácidos)

Proteínas (> 100 aminoácidos) que têm 1

'

Estrutura primária

Estrutura secundária

Estrutura terciária

Estrutura quaternária Várias subunidades

l

'

Sequência de aminoácidos

a-hél ice folhas ~-pregueadas

Proteínas fibrosas Proteínas globulares

Colágeno

•

FIGURA 2-9

1

Hemoglobina

Níveis de organização das moléculas de proteína.

corretamente conhecidos como triacilgliceróis) são a forma mais importante de lipídeos no corpo e mais de 90% dos nossos lipídeos estão nesta forma. Os níveis de triacilgliceróis no sangue também são importantes para prever a doença arterial, sendo que níveis elevados de triacilgliceróis em jejum estão associados a um risco maior dessa doença. Esteroides são moléculas relacionadas aos lipídeos cuja estrutura inclui quatro anéis de carbono ligados (Fig. 2-8). Ocolesterol é a fonte de esteroides no corpo humano e a base para a síntese de vários hormônios importantes. Também é um importante componente das membranas celulares dos animais. Os eicosanoides são ácidos graxos de 20 carbonos modificados que são encontrados em animais (eikosi, vinte). Todas estas moléculas contêm um anel parcial ou completo de carbonos em uma extremidade com duas longas "caudas" de cadeias de carbono estendendo-se a partir do anel (Fig. 2-8). Os principais eicosanoides são as tromboxanas, os leucotrie-

nos e as prostaglandinas. Como você aprenderá nos últimos capítulos, os eicosanoides são reguladores de diversas funções fisiológicas. R VISANDO CONCEITOS Use as fórmulas químicas dadas para decidir qual dos ácidos graxos seguintes é o mais insaturado: (a) C18 H360 2 , (b) C18 H34 0 2, (c) C18 H300 2 . Respostas: p. 51

As proteínas são as biomoléculas mais versáteis Proteínas são polímeros de moléculas constituintes menores, denominadas aminoácidos (Fig. 2-9 e ). Vinte diferentes aminoácidos existem comumente em proteínas naturais, e o corpo humano pode sintetizar todos, exceto nove. Os nove aminoácidos que devem ser obtidos de proteínas da dieta são denominados aminoácidos essenciais. Há uma lista de aminoácidos no Apêndice C.

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Também há alguns aminoácidos que não existem em proteínas, mas possuem importantes funções fisiológicas. Eles incluem a homocisteína, um aminoácido contendo enxofre que existe normalmente no corpo, mas que em excesso está associado com doenças cardíacas; o ácido -y-aminobutírico (gamma-amino butyric acid, ou GABA), uma substância química sintetizada por células nervosas; e a creatina, uma molécula que armazena energia quando ligada a um grupo fosfato. Todos os aminoácidos possuem uma estrutura básica similar: um átomo de carbono central ligado a um átomo de hidrogênio, a um grupo amino contendo nitrogênio (-NH:J, a um grupo carboxila (-COOH) e a um grupo de átomos chamado de "R" que é diferente em cada aminoácido (Fig. 2-9). O nitrogênio no grupo amino faz das proteínas a nossa principal fonte dietética de nitrogênio. Os grupos R são bastante variáveis, diferindo em seu tamanho, forma e capacidade de formar ligações de hidrogênio ou íons. Por causa dos diferentes grupos R, cada aminoácido reage com outras moléculas de um modo único. Os 20 aminoácidos que formam as proteínas se juntam em polímeros em um número de combinações quase infinito, assim como as vinte e seis letras do nosso alfabeto são combinadas para criar diferentes palavras. Quando dois aminoácidos se unem, o grupo amino de um liga-se ao grupo carboxila do outro, formando uma ligação peptídica. O nome geral para qualquer polímero de aminoácido é peptídeo, o qual se refere a um polímero de qualquer comprimento, de duas unidades a dois milhões de unidades. Para introduzir um grau de especificidade, entretanto, vários termos modificados são usados. Se um peptídeo consiste em dois a nove aminoácidos ligados via ligações peptídicas, a molécula é denominada oligopeptídeo (oligo-, poucos). Uma cadeia de 10 a 100 aminoácidos é denominada polipeptídeo. Uma cadeia com mais de 100 aminoácidos é denominada proteína. A sequência de aminoácidos em um peptídeo ou cadeia de proteína é denominada estrutura primária (Fig. 2-9). Por exemplo, a estrutura primária do hormônio liberador da tireotrofina, um pequeno peptídeo produzido no encéfalo, é a sequência de três aminoácidos ácido glutâmico-histidinaprolina. A estrutura primária de uma proteína é geneticamente determinada e é essencial para a função adequada. Por exemplo, a substituição de apenas um aminoácido causa a anemia falciforme, uma condição na qual os eritrócitos não podem funcionar normalmente. ' A medida que a cadeia polipeptídica se forma, esta assume uma estrutura secundária, que é seu arranjo ou forma espacial (Fig. 2-9). A estrutura secundária é estabilizada por ligações de hidrogênio entre diferentes partes da molécula. As três formas mais comuns das cadeias polipeptídicas são uma espiral denominada a-hélice, uma folha-í3 cujos ângulos das ligações criam uma forma em ziguezague, em vez da forma em espiral, e giros í3 em forma de U. Em um polipeptídeo, folhas-í3 muitas vezes juntam-se lado a lado formando folhas pregu.eadas. Proteínas que são destinadas para uso estrutural podem ser constituídas quase que completamente de folhas pregueadas porque esta configuração é muito estável. Outras proteínas combinam folhas com hélices e giros.

1

1

NH

,----,

C=O

1

I

'

1

1

''

,'

1

H -C -CH 2 ~ CH 2 - C - H O =C 1

'---'

Ligação dissulfeto

NH 1

LEGENDA ••••• Ligações de hidrogênio ou ~~ forças de van der Waals

+-

Ligação iônica

+ 11111 +J ~e~ulsão _ _ 1on1ca 111

-<§><§>

•

Ligação d issulfeto

-

Ligações não covalentes mantêm moléculas ou parte de moléculas unidas. Ligações de hidrogênio, ligações dissulfeto, forças de van der Waals e ligações iônicas ajudam a criar a estrutura terciária das proteínas. (Figura adaptada de Molecular Cell Biology Se by H. Lodish et ai.) FIGURA 2-10

A forma tridimensional de uma proteína é sua estrutura terciária. As proteínas são classificadas em dois grandes grupos: fibrosas e globulares. As proteínas fibrosas são encontradas como folhas pregueadas ou em longas cadeias de hélices. As proteínas fibrosas são insolúveis em água e formam componentes estruturais importantes de células e tecidos. Exemplos incluem o colágeno, uma proteína fibrosa encontrada em muitos tipos de tecidos conectivos, e a queratina, uma proteína fibrosa encontrada nos pelos e nas unhas. As proteínas globulares possuem cadeias de aminoácidos que se dobram sobre si mesmas para criar uma estrutura terciária complexa contendo cavidades, canais ou protuberâncias. A estrutura terciária de uma proteína globular surge em parte a partir dos ângulos das ligações covalentes entre os aminoácidos e em parte das ligações de hidrogênio, das forças de van der Waals e das ligações iônicas que estabilizam a estrutura terciária (Fig. 2-10 e ). O aminoácido cisteína também desempenha um importante papel na forma da proteína globular. A cisteína contém enxofre como parte de um grupo sulfidrila (-SH) (Fig. 2-1 O). Duas cisteínas em partes diferentes da cadeia polipeptídica podem ligar-se covalentemente uma com a outra em uma ponte ou ligação dissulfeto (S-S), mantendo unidas diferentes seções da cadeia. As proteínas globulares são solúveis em água. Elas atuam como carreadoras (transportadoras) de lipídeos hidrofóbicos no sangue, ligando-se aos lipídeos e tornando-os solúveis. Elas também atuam como enzimas que aumentam a velocidade das reações químicas. Proteínas solúveis também atuam como mensageiros célula-a-célula na forma de hormônios e neurotransmissores e como moléculas de defesa para ajudar a lutar contra invasores externos. Se diversas cadeias de proteínas associam-se umas com as outras para formar uma proteína funcional, diz-se que a

Fisiologia Humana

33

NUCLEOTÍDEO NH 2 1

NY

C

I O

O

O

li

li

li

' e/

N

li

HC .:::--- / C , N N

~ CH / ,,

-o- ~-o - ~-o - ~ OCH2 o oo- -o ATP OH

consiste em

2 '

'

Base nitrogenada

NY

1

Purina H C N

"e/

~

Desoxirribose

O ~OH

O ~OH

HOCH2

N Y " cH

CH

1

1

Citosina (C) 11 Timina (T)

1

ATP ADP AMPc NAD FAD ÁCIDOS NUCLEICOS: DNA RNA

------

--

1

HO

1 1 Uracila

OH

o11

-o- P-OH 1 o-

11

HC..::::- / CH N

Guanina (G)

FIGURA 2-11

HOCH 2

e

NUCLEOTÍDEOS

•

Ribose

H

HC .:::--- / C , / N N H

Adenina (A)

Fosfato

Açúcar

Pirimidina

li

,

HO

(U)I

Bases

Grupos fosfato

Açúcar

Adenina Adenina Adenina Adenina Adenina

+ + + + +

A,G,C,T A,G,C,U

+ +

Ribose Ribose Ribose 2 Ribose Ribose

Desoxirribose Ribose

+ + + + + + +

3 2 1 2 2

Outro componente

+ +

Nicotinamida Riboflavina

1 por nucleotídeo 1 por nucleotídeo

Nucleotídeos e ácidos nucleicos.

proteína possui uma estrutura quaternária (Fig. 2-9). A hemoglobina, um pigmento transportador de oxigênio nos eritrócitos, é o exemplo clássico de uma proteína com estrutura quaternária. Uma molécula de hemoglobina possui quatro subunidades, o que a torna um tetrâmero. R VISANDO CONCEITOS Qual é a fórmu la química de um grupo am ino? E de um grupo carboxila? 20. Por que os aminoácidos essenciais devem ser incluídos em nossa dieta, mas não os outros aminoácidos? 21 . Qual aspecto da estrutura proteica perm ite que as proteínas tenham mais versatilidade do que os lipídeos ou os Respostas: p. 49 carboidrat os?

Algumas moléculas combinam carboidratos, proteínas e lipídeos Nem todas as biomoléculas são puramente proteínas, carboidratos ou lipídeos. Proteínas conjugadas são moléculas de proteínas combinadas com outro tipo de biomolécula. As proteínas se combinam com lipídeos para formar lipoproteínas. As lipoproteínas são encontradas nas membranas das células e transportam moléculas hidrofóbicas, como o colesterol, no sangue. Uma moléculaglicosilada é aquela na qual um carboidrato foi adicionado. Proteínas se combinam com carboidratos formando glicoproteínas, e lipídeos se ligam a carboidratos tornando-se glicolipídeos. Glicoproteínas e glicolipídeos,

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Dee Unglaub Silverthorn

A :•-----.,!-:!....J

u

••••••-"-'-< T

A

u

••••

Guanina

t---------,,

L...:.....l.

Par de bases Guanina-Citosina

Bases

u

••••

Esqueleto _ _ ____,, açúcar-fosfato

-----::::,..,:...._---=-

e

Adenina

A

~~ Par de bases Adenina-Timina

G

•••••

---==::::::;:::~~- Ligações A

"""'--....:,....:...--'

•• •• T

.L-'-{

u

de hidrogênio

A

(b) Pares de bases complementares

G

e G LEGENDA

( A

)T ( G

(a) Modelo da fita de DNA

•

FIGURA 2-12

u

1 Adenina 1 Timina

G

1 Guanina

)C

1 Citosina

)U

1 Uracila

• • • • • L igações de h idrogênio

e A

(e) Modelo estilizado da fita de DNA

(d) Modelo estilizado da fita de ANA

RNA e DNA. A molécula de DNA é uma espiral para a direita.

assim como as lipoproteínas, são componentes importantes das membranas celulares (ver Capítulo 3).

Os nucleotídeos transmitem e armazenam energia e informação Os nucleotídeos desempenham um importante papel em muitos dos processos da célula, incluindo armazenamento e transmissão da informação genética e de energia. Um único nucleotídeo é uma molécula constituída de três partes, composta por (1) um ou mais grupos fosfato, (2) um açúcar de cinco carbonos e (3) uma estrutura em anel de carbono-nitrogênio denominada base nitrogenada (Fig. 2-11 e ). Todo nucleotídeo contém um de dois possíveis açúcares: o açúcar ribose com cinco carbonos ou a desoxirribose (de-, sem; -oxy-, oxigênio), a qual é uma molécula de ribose menos um átomo de oxigênio. Também existem dois tipos de bases nitrogenadas: as purinas e as pirimidinas. As purinas possuem uma estrutura com dois anéis; as pirimidinas possuem um único anel. Existem duas bases purinas, adenina e guanina, e três pirimidinas, citosina, timina e uracila. Os menores nucleotídeos incluem os compostos que transferem energia ATP (trifosfato de adenosina) e ADP (difosfato de adenosina) (Fig. 2-11). Um nucleotídeo relacionado é o AMP cíclico (monofosfato de adenosina cíclico, ou AMPc),

uma molécula importante na transferência de sinais entre o líquido extracelular e a célula. Outros nucleotídeos transferidores de energia são o NAD (dinucleotídeo de nicotinamida adenina) e o FAD (dinucleotídeo de flavina adenina). O DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico) são polímeros de nucleotídeos, ou ácidos nucleicos. Eles armazenam a informação genética dentro da célula e a transmitem a gerações futuras de células. Ambos os polímeros são formados por nucleotídeos ligados formando cadeias longas, similares às cadeias longas dos aminoácidos das proteínas. O açúcar de um nucleotídeo liga-se ao fosfato do próximo, criando uma cadeia, ou esqueleto, de grupos alternados de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato. As bases nitrogenadas se projetam lateralmente da cadeia (Fig. 2-12 e ). Quatro bases nitrogenadas - adenina, guanina, citosina e timina - são encontradas nas moléculas de DNA. No RNA, a base nitrogenada uracila substitui a timina encontrada no DNA. A molécula de RNA geralmente forma uma cadeia única, embora se ligue, temporariamente, ao DNA enquanto uma nova molécula de RNA está sendo sintetizada. A molécula de DNA é uma dupla-hélice, uma estrutura tridimensional que se forma quando duas cadeias de DNA ligam-se por meio de ligações de hidrogênio entre os pares de bases complementares. Observe na Figura 2-12 que as bases purinas são maiores do

35

Fisiologia Humana

Nêutrons

Prótons

Elétrons

1

1

formam

t Átomos

1

1

ganham ou perdem nêutrons e se tornam

ganham ou perdem prótons e se tomam

+

ganham ou perdem elétrons e se tomam

+ ,

Diferentes elementos

Isótopos

+

Ians

2 compartilham elétrons em ligações covalentes formando

como

Carbono

Hidrogênio

Oxigênio

Moléculas

Nitrogênio

como as

i Biomoléculas

são os principais elementos das

,

,

Mo nossacarídeos

Aminoácidos

Sequência de aminoácidos t a-hélice ou folha

,

NUCLEOTIDEOS '

Dissacarídeos Polissacarídeos

,

AMPc GMPc

Monoacilgliceróis

+

~-pregueada

,

Acides graxos

Glicerol

..

..,

'

'

ATP, ADP, FAD, NAD

,

RNA DNA

Diacilgliceróis

..

Glicogênio

Forma fibrosa ou globular

Triacilgliceróis

t Amido

Várias unidades

1

1

t '

1

Moléculas relacionadas aos lipídeos

Celulose 1

,

'

,

,

,

CARBOIDRATOS

PROTEINAS

,

1

LIPIDEOS

Fosfolipídeos

Eicosanoides

Esteroides

,

Glicoproteínas

Glicolipídeos

Lipoproteínas

•

FIGURA 2-13

Resumo de química.

que as bases pirimidinas. Por limitação de espaço, o pareamento de bases do DNA é sempre entre uma base purina e uma pirimidina. Uma restrição adicional é que a adenina (A) pareia apenas com a timina (T), e a citosina (C) pareia apenas com a guanina (G). Estes pareamentos de bases (A-Te G-C) mantêm

a dupla-hélice do DNA na sua forma espiral. O pareamento de bases e a replicação do DNA são revistos no Apêndice C. A Figura 2-13 • resume a química e a bioquímica que você encontrará à medida que continua seu estudo de fisiologia.

36

Dee Unglaub Silverthorn

Moléculas de água

Sabe-se que a forma hexavalente do cromo usada na indústria é tóxica para humanos. Em 1992, o Sistema de Avaliação de Risco e Serviço de Informação da Califórnia alertou que a inalação de pó, névoa ou fumaça de cromo por trabalhadores da indústria do aço inoxidável e do cromo aumenta o risco de desenvolver câncer de pulmão. Os oficiais não encontraram risco à população no cantata normal com superfícies cromadas ou de aço inoxidável. A primeira associação entre a forma trivalente biológica do cromo (Cr3 +) e o câncer veio de estudos in vitro (vitrum, vidro; ou seja, um t ubo de ensaio) nos quais células de mamíferos foram mantidas vivas em cultura de tecidos. Nestes experimentos, as células expostas a níveis moderadamente altos de picolinato de cromo apresentaram " alterações potencialmente cancerígenas" , possivelmente devido aos radicais livres formados dentro das células. Questão4 A partir desta informação, você pode concluir que o cromo trivalente e o cromo hexavalente são igualmente tóxicos?

21

22

24

27

39

- -

/

Cloreto de sódio em solução

\

\

I

1 I

\

I

\

1

\

I

- -

\

1

I

- - I

- -

1 I

\

-- /

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- \

I

1

I

1

-- -

•

,,

FIGURA 2-14 Cloreto de sódio se dissolve em água. A interação dos íons com as moléculas polares da água quebra as ligações iônicas que mantêm o cristal de NaCI unido.

46

SOLUÇÕES AQUOSAS, ÁCIDOS, BASES E TAMPOES A vida como nós conhecemos está estabelecida em soluções com base em água, ou aquosas, que se assemelham em sua composição iônica à água do mar diluída. Cerca de 60% do corpo humano é constituído de água. Na+, K+ e Cl- são os principais íons dos líquidos corporais; outros íons constituem uma proporção menor. Todas as moléculas e componentes celulares são dissolvidos ou suspensos nestas soluções salinas. Por essa razão, é útil conhecermos as propriedades das soluções.

Nem todas as moléculas se dissolvem em soluções aquosas Substâncias que se dissolvem em líquido são conhecidas coletivamente como solutos. Os líquidos nos quais elas se dissolvem são conhecidos como solventes. A combinação dos solutos dissolvidos no solvente é denominada solução. Nas soluções biológicas, a água é o solvente universal. O grau no qual uma molécula é capaz de se dissolver em um solvente é a sua solubilidade: quanto mais facilmente ela se dissolve, maior é a sua solubilidade. Moléculas que prontamente se dissolvem na água são chamadas de hidrofilicas. Em sua maioria são moléculas iônicas ou polares, cujas regiões positivas e negativas prontamente interagem com as moléculas polares da água (Fig. 2-14 e ). Moléculas que não se dissolvem prontamente na água são chamadas de hidrofóbicas. Elas tendem a ser moléculas apolares incapazes de estabelecer ligações de hidrogênio com as moléculas de água. Os lipídeos (gorduras e óleos) são o grupo de moléculas biológicas mais hidrofóbico. Eles não podem interagir com

as moléculas de água quando colocados em uma solução aquosa e tendem a formar camadas separadas. Um exemplo familiar é o óleo de salada flutuando no vinagre em uma garrafa de molho. Para as moléculas hidrofóbicas dissolverem-se em líquidos corporais, elas devem estar combinadas com uma molécula hidrofílica que pode carregá-las na solução de forma eficaz. Por exemplo, o colesterol, uma gordura animal comum, é uma molécula hidrofóbica. A gordura de um pedaço de carne colocada em um copo com água aquecida flutuará até o topo, não dissolvida. Do mesmo modo, o colesterol não se dissolverá no sangue a menos que esteja combinado com moléculas transportadoras de lipoproteínas especiais solúveis em água. Além da sua função como um meio para substâncias dissolvidas, a água possui outras propriedades que afetam o modo de funcionar do nosso corpo. A tensão superficial da água, discutida na página 27, é importante na função pulmonar, como você verá no Capítulo 17. A água também tem a capacidade de capturar e armazenar grandes quantidades de calor. A propriedade de retenção de calor da água ajuda a promover a perda de calor do corpo pelo suor. O controle da temperatura no corpo é discutido no Capítulo 22.

Existem várias maneiras de expressar a concentração de uma solução A concentração de uma solução é a quantidade de soluto por unidade de volume da solução. Na fisiologia, existem muitos modos diferentes de se expressar a concentração. A quantidade de soluto pode ser descrita como a massa dosoluto antes de se dissolver ou como o número de moléculas ou íons de soluto presentes na solução. A massa geralmente é expressa em gramas (g) ou miligramas (mg). O número de moléculas do soluto é expresso em moles (mol), e o número

Fisiologia Humana

de íons do soluto é expresso em equivalentes (eq). O volume geralmente é expresso como litros (L) ou mililitros (mL). R VISANDO CONCEITOS Por que o sal de cozinha (NaCI) se dissolve na água? 23. Quais são os dois componentes de uma solução? 24. Quais se dissolvem mais facilmente na água, moléculas polares ou moléculas apoiares? 25. A molécula que se dissolve facilmente é denominada hiica. dra 26. A concentração de uma solução é expressa como: (a) (b) (c) (d)

quantidade de solvente/volume de solut o. quantidade de soluto/volume de solvente. quantidade de solvente/volume de solução. quantidade de soluto/volume de solução. Respostas: p. 52

Moles Um mol (moles, uma massa) é definido como 6,02

x 1023 átomos, íons ou moléculas de uma substância. Um mol de uma substância tem o mesmo número de partículas que um mol de qualquer outra substância, assim como uma dúzia de ovos tem o mesmo número de itens que uma dúzia de rosas. Porém, a massa de 1 mol de uma substância depende da massa das suas partículas individuais.

Massa molecular A partir da fórmula química de uma molécula, podemos calcular sua massa molecular. A massa molecular é a massa de uma molécula, expressa em unidades de massa atômica ou, mais frequentemente, em dáltons (onde, como comentado, 1 u.m.a = 1 Da). Para calcular a massa molecular, multiplique a massa atômica de cada elemento da molécula pelo número de átomos do elemento na molécula e depois some os resultados obtidos. Por exemplo, a massa molecular da glicose, C 6H 12 0 6, seria calculada:

ELEMENTO Carbono Hidrogênio Oxigênio

NÚMERO DE ÁTOMOS

X

MASSA ATÔMICA DO ELEMENTO

6

12,0 u.m.a = 72,0

12

1,0 u.m.a = 12,0

6

16,0 u.m.a = 96,0 Soma = 180,0 u.m.a

Massa Molecular da Glicose = 180 Da

A massa de um mol de uma substância é igual à massa atômica ou molecular da substância expressa em gramas. Esse valor é denominado massa molecular grama. Por exemplo, a massa molecular da glicose é 180 dáltons. Porém, 23 um molde glicose (com 6,02 x 10 moléculas de glicose) tem uma massa de 180 gramas. Um molde NaCl, com o mesmo número de moléculas, tem uma massa de somente 58,5 gramas.

Molaridade As concentrações das soluções em biologia frequentemente são expressas em molaridade, o número de moles de soluto em um litro da solução. Molaridade é abreviada como mol/L ou M. Uma solução molar de glicose

37

(1 mol/L, 1 M) contém 6,02 x 1023 moléculas de glicose por litro. Esta solução é preparada dissolvendo-se um mol (180 g) de glicose em uma quantidade suficiente de água para preparar um litro de solução. Soluções biológicas típicas são tão diluídas que as concentrações do soluto em geral são expressas como milimoles por litro (mmol/L ou mM). Um milimol é 1/1.000 de um mol (mili-, 1/1.000).

Equivalentes As concentrações de íons algumas vezes são expressas em equivalentes por litro, ao invés de moles por litro. Um equivalente (eq) é igual à molaridade de um íon vezes o número de cargas que o íon carrega. O íon sódio, com sua carga de + 1, tem um equivalente por mol. O íon cálcio, Ca2+, tem dois equivalentes por mol. A mesma regra vale para íons carregados negativamente. O íon cloreto (Cl-) tem um equivalente por mol, e o íon fosfato de hidrogênio 2 (HPO 4 -) tem dois equivalentes por mol. Um miliequivalente (meq) é 1/1.000 de um equivalente. Miliequivalentes são úteis para expressar a concentração de soluções biológicas diluídas. Muitas medições clínicas, como a concentração de íons sódio no sangue, são expressas em miliequivalentes por litro (meq/L).

Peso/volume, volume/volume e soluções percentuais No laboratório ou na farmácia, os cientistas não podem medir solutos pelo mol. Ao invés disso, utilizam a medida mais convencional de peso. A concentração de soluto em uma solução preparada desta maneira pode ser expressa como uma porcentagem da solução total, ou solução percentual. Uma solução 10% significa 10 partes de soluto para 100 partes da solução total.

Se o soluto é normalmente um sólido em temperatura ambiente, a solução percentual é expressa como peso de soluto por volume de solução. Uma solução de glicose 5% possui 5 g de glicose dissolvidos em água, em um volume final de 100 mL de solução. Se o soluto é um líquido na temperatura ambiente, como o ácido clorídrico concentrado, a solução é preparada usando medições volume/volume. Para preparar 0, 1% HCl, por exemplo, adiciona-se 0, 1 mL de ácido concentrado em água suficiente para obter um volume final de 100 mL. Outra convenção peso/volume é comum na medicina. As concentrações de fármacos e outras substâncias químicas no corpo são frequentemente expressas como miligramas de soluto por decilitro de solução (mg/dL). Um decilitro (dL) é 1/10 de um litro, ou 100 mL. Uma forma antiquada de expressar mg/dL é mg%, onde% significa por 100 partes ou 100 mL. Uma concentração de 20 mg/dL também pode ser expressa como 20 mg%. R VISANDO CONCEITOS Calcule a massa molecular da água, H2 0. 28. Quanto pesa um mol de KC I? 29. Qual solução é mais concentrada: uma solução 100 mM de glicose ou uma solução de glicose O, 1 M?

30. Para preparar uma solução de glicose a 5°/o porque você não colocaria 5 g de glicose em 100 ml de água? Respostas: p. 52

2

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A concentração de íons hidrogênio no corpo é expressa em unidades de pH 13

Um dos solutos iônicos importantes no corpo é o íon hidrogênio, H+. A concentração de H+ nos líquidos do corpo determina a acidez corporal, uma variável fisiológica rigorosamente regulada, pois o H+ em uma solução pode interferir com as ligações de hidrogênio e com as forças de van der Waals. Estas ligações são responsáveis pelas formas de muitas moléculas importantes, e se as ligações são rompidas, a forma de uma molécula pode mudar, destruindo assim sua capacidade funcional. De onde vêm os íons hidrogênio dos líquidos corporais? Alguns vêm da separação das moléculas de água (H 20 ) em íons H+ e OH-. Outros originam-se de moléculas que liberam H+ quando se dissolvem em água. Uma molécula que contribui com H+ para uma solução é denominada ácido. Por exemplo, o ácido carbônico é um ácido produzido no corpo a partir de C0 2 (dióxido de carbono) e água. Em solução, o ácido carbônico separa-se em um íon bicarbonato e um íon hidrogênio:

Removedor químico de pelos

12 11

Amônia doméstica

10

Detergentes

9 8 ,5

Bicarbonato de sódio

8 7,7

Secreções pancreáticas

7 6,5

--~-4-

}

Compatível com a vida humana

Saliva

6 5

Urina (4,5-7)

4

Tomates, uvas

Observe que quando o H+ é parte da molécula de .,ácido carbônico intacta, ele não contribui para a acidez. E apenas o

3

Vinagre, cola

W livre que afeta a concentração de W e consequentemente a

2

Suco de limão

C0 2 + H20 ,

H2 C03 (ácido carbônico) , ' H+ + HC03 -

acidez. Algumas moléculas diminuem a concentração de H+ de uma solução por se combinar com o H+ livre. Estas moléculas são denominadas bases. Moléculas que produzem íons hidroxila, OH-, em solução são bases porque a hidroxila se combina com o H+ formando água:

1

Acido do estômago

QUESTÕES DA FIGURA • Quando o corpo se torna mais ácido, o pH aumenta ou diminui? • Por que a urina, o ácido do estômago e a saliva têm valores de pH que estão fora da faixa de pH compatível com a vida se eles são parte do corpo vivo?

Outra molécula que atua como uma base é a amônia, NH3 • Ela reage com o H+ livre formando um íon amônio: NH3 + H+ ' 'NH4 + A concentração de H+ nos líquidos corporais é medida em termos de pH. A expressão pH significa "potencial ou poder do hidrogênio" e é calculado a partir do logaritmo negativo da concentração do íon hidrogênio: pH = - log [H+] [$ ver Apêndice B para rever os logaritmos]. O símbolo de um soluto colocado entre colchetes é a notação simplificada para "concentração": [H+] = concentração de íons hidrogênio. Outra maneira de escrever a equação do pH é pH = log (l/[H+]). Esta equação diz que o pH é inversamente relacionado com a concentração de H+. Em outras palavras, à medida que a concentração de H+ aumenta, o pH diminui. O pH de uma solução é medido em uma escala numérica entre O e 14. A água pura tem um valor de pH de 7,0, significando que sua concentração de H+ é 1 x 10- 7 M. A água é considerada neutra. As soluções que receberam H+ de um ácido têm concentrações de H+ mais elevadas do que a concentração de 1 7 X 10- M encontrada na água. Como a [H+] é inversamente proporcional ao pH, as soluções ácidas possuem pH menor que 7.

,

•

FIGURA 2-15

Escala de pH. Esta escala logarítmica é uma medida da concentração do íon hidrogênio, [H +]. Por exemplo, a um pH de 14, [H +] = 10- 14 moles/litro.

As soluções que perderam H+ para uma base têm uma concentração de H+ menor do que a da água pura. Tais soluções são denominadas básicas ou alcalinas. Elas têm um valor de pH maior do que 7. Lembre-se, como o pH é proporcional ao inverso da [H+], à medida que a concentração de íons hidrogênio aumenta, o número do pH diminui. A escala de pH é logarítmica, o que significa que a modificação no valor do pH de uma unidade indica um aumento ou uma diminuição de 10 vezes na concentração do íon hidrogênio. Por exemplo, se o pH de uma solução é alterado de um pH de 8 para um pH de 6, ocorre um aumento de 100 vezes (102 ou 10 X 10) na concentração de H+. A Figura 2-15 • mostra uma escala de pH e o valor do pH de várias substâncias. O pH normal do sangue no corpo humano é 7,40, ou seja, levemente alcalino. A regulação

39

Fisiologia Humana

do pH corporal dentro de uma faixa estreita é crítica porque o pH do sangue mais ácido que 7,00 (pH < 7,00) ou mais alcalino que 7,70 (pH > 7,70) é incompatível com a vida. ,. Se comemos alimentos ácidos, como o corpo mantem o pH normal? A resposta é por meio dos tampões. Um tampão é qualquer substância que modera as mudanças no pH. Muitos tampões contêm ânions que possuem uma forte afinidade por moléculas de H+. Quando são adicionados H+ livres a uma solução tampão, esses ânions ligam-se ao H+, minimizando, assim, qualquer mudança no pH. O ânion bicarbonato, HC03 - , é um importante tampão no corpo humano. A equação seguinte mostra como uma solução de bicarbonato de sódio atua como tampão quando é adicionado ácido clorídrico (HCl). Quando colocado em água natural, o HCl dissocia-se em H+ e Cl- e gera uma alta concentração de H+ (baixo pH). Entretanto, quando o HCl se dissocia em uma solução de bicarbonato de sódio, alguns dos íons bicarbonato se combinam com alguns H+ formando ácido carbônico não dissociado. "Prender" deste modo o H+ adicionado impede que a concentração de H+ da solução mude significativamente, o que minimiza a modificação do pH. Acido clorídrico

Bicarbonato de sódio

Ácido Cloreto de sódio carbônico (sal de cozinha)

REVISANDO CONCEITOS 31. Para ser classificada como um ácido, o que uma molécula deve fazer quando dissolvida em água? 32. O pH é uma expressão da concentração do que em uma solução? Respostas: p. 52

Stan tem tomado picolinato de cromo porque ouviu que aumentaria sua força e massa musculares. Então um amigo lhe falou que a Food and Drug Administration (FDA) disse que não há evidências que mostrem que o cromo ajuda a fazer os músculos aumentarem. Em um estudo, um grupo de pesquisadores ministrou altas doses diárias de picolinato de cromo a jogadores de futebol durante um período de treino de dois meses. Ao final do estudo, os jogadores que tomaram suplemento de cromo não tiveram sua massa muscular aumentada ou força ma ior do que qualquer outro jogador que não tomou o suplemento. Questão 5: Com base no anúncio da FDA, neste estudo (que não demonstra o aumento muscular devido ao suplemento de cromo) e nos estudos que sugerem que o pico/inato de cromo pode causar câncer, você acha que Stan deve continuar tomando pico/inato de cromo?

21

22

24

27

36

A história do Projeto Genoma Humano (PGH; ver Capítulo 1) ilustra como o nosso pensamento sobre o papel das proteínas na biologia tem evoluído. Em 1990, quando o Projeto Genoma iniciou, o DNA era considerado uma molécula que desvendaria todos os segredos da vida. À medida que o traba" . lho progrediu, os cientistas descobriram que uma sequencia de nucleotídeos em uma fita de DNA poderia determinar a síntese de muitas proteínas diferentes. Consequentemente, o foco da pesquisa contemporânea voltou-se para o equivalente proteico do genoma, o proteoma. O Human Proteomics Initiative é um empreendimento ambicioso que tem como objetivo catalogar a estrutura e a função de todas as proteínas do corpo (http:/us.expasy.org/sprot/hpi/). Uma pressuposição deste projeto é que se os cientistas souberem quais proteínas existem no corpo, eles poderão criar modelos para predizer a função e a interação dessas proteínas. Como foi visto neste capítulo, as proteínas são os "cavalos de carga" do corpo. Aquelas que não são solúveis em água são componentes estruturais importantes e serão discutidas em mais detalhes no próximo capítulo. A maioria das proteínas solúveis é classificada em uma das sete categorias principais: ,.

H+ + Cl- + HC03 - + Na+, 'H2C03 + Cl- + Na+ ,

INTERAÇÕES DAS PROTEÍNAS

46

.

1. Enzimas. Algumas proteinas atuam como enzimas acelerando as reações químicas. As enzimas desempenham um importante papel no metabolismo, o tema do Capítulo 4. 2. Transportadores de membrana. As proteínas das membranas celulares auxiliam a transportar substâncias entre os compartimentos intracelular e extracelular. Estas proteínas podem formar canais na membrana celular, ou podem se ligar a moléculas e transportá-las através da membrana. Os transportadores de membrana serão discutidos em detalhe no Capítulo 5. 3. Moléculas sinalizadoras. Algumas proteínas e peptídeos menores atuam como hormônios e outras moléculas sinalizadoras. Elas são descritas no Capítulo 6. 4. Receptores. Proteínas que se ligam a moléculas sinalizadoras e iniciam respostas celulares são denominadas receptores. Os receptores serão discutidos junto com as moléculas sinalizadoras no Capítulo 6. 5. Proteínas ligadoras. Estas proteínas, encontradas principalmente no líquido extracelular, se ligam e transportam moléculas por todo o corpo. Neste livro, você encontrará exemplos como a hemoglobina, a qual transporta oxigênio, e as proteínas ligadoras de colesterol, como a LDL (lipoproteína de baixa densidade, lowdensity lipoprotein). 6. Proteínas regulatórias. As proteínas regulatórias iniciam e finalizam os processos celulares ou estimulam e inibem esses processos. As proteínas regulatórias conhecidas como fatores de transcrição se ligam ao DNA e alteram a expressão dos genes e a síntese de proteínas. Os detalhes deste processo podem ser encontrados em livros-texto de biologia celular. 7. Imunoglobulinas. Estas proteínas extracelulares imunitárias, também chamadas de anticorpos, ajudam a pro-

2

40

Dee Unglaub Silverthorn

teger o corpo. As funções imunitárias são discutidas no Capítulo 24. Embora as proteínas solúveis sejam muito diversas elas compartilham algumas propriedades. Todas se ligam a outras moléculas por interações não covalentes similares às ilustradas na Figura 2-10. A ligação, que acontece em um local da molécula de proteína denominado sítio de ligação, exibe especificidade, afinidade, competição e saturação, propriedades que serão discutidas logo a seguir. Se a ligação de uma molécula à proteína inicia um processo, como ocorre com as enzimas, os transportadores de membrana e os receptores, podemos considerar a taxa de atividade do processo e os fatores que modulam ou alteram esta taxa.

As proteínas são seletivas em relação às moléculas às quais se ligam Qualquer molécula que se ligue a outra é denominada ligante (ligare, ligar, ou atar). Ligantes que se ligam a enzimas e a transportadores de membrana também são denominados substratos (sub- abaixo de + stratum, camada). Proteínas moléculas sinalizadoras e proteínas fatores de transcrição são ligantes. As imunoglobulinas ligam-se a ligantes, porém o próprio complexo imunoglobulina-ligante se torna um ligante, como descrito no Capítulo 24. A ligação do ligante requer complementaridade molecular. Em outras palavras, o ligante e o sítio de ligação devem ser complementares ou compatíveis. Na ligação com proteínas, quando o ligante e a proteína se aproximam um do outro, interações não covalentes entre o ligante e o sítio de ligação da proteína permitem que as duas moléculas se liguem. A partir de estudos de enzimas e outras proteínas, os cientistas descobriram que o sítio de ligação de uma proteína e a forma do seu ligante não precisam se ajustar exatamente um ao outro. Quando o sítio de ligação e o ligante se aproximam um do outro, eles começam a interagir por meio de ligações de hidrogênio, ligações iônicas e forças de van der Waals. O sítio de ligação da proteína então muda sua forma (conformação) para se ajustar mais precisamente ao ligante. Este modelo de ajuste induzido da interação proteína-ligante é mostrado na Figura 2-16 • .

Especificidade da proteína A capacidade de uma proteína ligar-se a um certo ligante ou a um grupo de ligantes relacionados é denominada especificidade. Algumas proteínas são muito específicas em relação aos ligantes aos quais se ligam, ao passo que outras se ligam a grupos inteiros de moléculas. Por exemplo, as enzimas conhecidas como peptidases se ligam a polipeptídeos e quebram as ligações peptídicas não importando quais aminoácidos estão unidos por essas ligações. Por essa razão, as peptidases não são consideradas muito específicas na sua ação. Em contraste, as aminopeptidases também quebram ligações peptídicas mas são mais específicas. Elas se ligam apenas em uma extremidade de uma cadeia proteica (a extremidade com um grupo amino não ligado) e pode atuar apenas na ligação peptídica terminal.

Afinidade O grau pelo qual uma proteína é atraída por um ligante é denominado afinidade da proteína pelo ligante. Se

Sítios de ligação

PROTEÍNA

Modelo de ajuste induzido Neste modelo de ligação com uma proteína, a forma do sítio de ligação não se encaixa exatamente com a forma do ligante (L).

• FIGURA 2-16 Modelo de ajuste induzido da ligação proteína-ligante.

uma proteína tem uma alta afinidade por um determinado ligante, é mais provável que a proteína se ligue a esse ligante do que a um ligante pelo qual a proteína tem menos afinidade. A ligação da proteína ao ligante pode ser mostrada na mesma notação que utilizamos para representar as reações químicas: P + L, 'PL Onde P é a proteína, L é o ligante e PL é o complexo proteína ligada-ligante. A seta dupla indica que a ligação é reversível. Reações de ligação reversível tendem a um estado de equilíbrio, onde a taxa de ligação (P + L ~ PL) é exatamente igual à taxa de desligamento, ou dissociação (P + L ~ PL). Quando uma reação está em equilíbrio, a razão da concentração do ligante não ligado (dissociado) e da proteína em relação à concentração do complexo proteína-ligante é sempre a mesma. Esta relação é denominada constante de equilíbrio, Keq' e é aplicável a todas as reações químicas reversíveis: Keq

=

[P] [L] [PL]

Os colchetes [ ] indicam as concentrações da proteína, do ligante e do complexo proteína-ligante. Para as reações de ligação a proteínas, onde a equação também é uma representação quantitativa da afinidade da ligação da proteína ao ligante, a constante de equilíbrio é também chamada de constante de dissociação (Kd): Kct

=

[P][L J [PL]

Usando a álgebra para rearranjar a equação, ela também pode ser expressa como:

[PLJ = [P] [LJ Kd

A partir da equação rearranjada, você pode observar que quando Kd é grande, o valor de [PL] é pequeno. Em outras palavras, uma grande constante de dissociação Kd significa uma pequena ligação entre a proteína e o ligante, e podemos dizer que a proteína tem uma baixa afinidade pelo ligante. Inversamente, uma Kd pequena representa uma constante de

Fisiologia Humana

da ligação ou podem até mesmo eliminá-la totalmente. Algumas proteínas devem ser ativadas antes de terem um sítio de ligação funcional. Nesta seção, discutiremos alguns dos processos que evoluíram para permitir a ativação, a modulação e a inativação da ligação às proteínas.

O quimotripsinogênio é a forma inativa da enzima

Ativação pela remoção de fragmentos peptídicos

\

a

.

A enzima ativa quimotripsina tem três cadeias unidas por ligações dissulfeto (S- S)

•

FIGURA 2-17

41

Ativação proteolítica da enzima quimio-

tripsina.

dissociação menor e um valor de [PL] maior, indicando uma maior afinidade da proteína pelo ligante. Se uma proteína se liga a diversos ligantes relacionados, uma comparação dos valores de seus Kd pode nos dizer qual ligante mais provavelmente se ligará à proteína. Ligantes relacionados competem pelos sítios de ligação e são chamados de competidores. A competição entre ligantes é uma propriedade universal da ligação com proteínas. Ligantes que imitam as ações de um outro são denominados agonistas. Os agonistas podem existir na natureza, como a nicotina, substância química encontrada no tabaco, a qual imita a atividade do neurotransmissor acetilcolina por ligar-se à mesma proteína receptora. Os agonistas também podem ser sintetizados utilizando o conhecimento que os cientistas obtiveram do estudo dos sítios de ligação proteína-ligante. A capacidade de moléculas agonistas imitarem a atividade de ligantes que existem na natureza levou ao desenvolvimento de muitos fármacos.

/soformas Proteínas estreitamente relacionadas, cuja função é similar, mas a afinidade por ligantes é diferente, são denominadas isoformas umas das outras. Um exemplo de isoformas de proteínas que você encontrará mais adiante neste livro é o da hemoglobina, a proteína transportadora de oxigênio. Uma molécula de hemoglobina tem uma estrutura quaternária que consiste em quatro subunidades (ver Fig. 2-9). Na isoforma da hemoglobina encontrada no feto em desenvolvimento, as subunidades são duas cadeias a. e duas cadeias 'Y· Logo após o nascimento, as moléculas de hemoglobina fetal são degradadas e substituídas por moléculas de hemoglobina adulta, uma isoforma na qual as subunidades são duas cadeias a. e duas cadeias 13 no lugar das cadeias 'Y· Ambas as isoformas da hemoglobina se ligam ao oxigênio, mas a isoforma fetal tem uma afinidade mais alta pelo oxigênio. Ativação Algumas proteínas são inativas quando são sintetizadas na célula. Antes que uma proteína possa se tornar ativa, uma ou mais porções da molécula devem ser removidas por enzimas (Fig. 2-17 e ). Proteínas que são hormônios (um tipo de molécula sinalizadora) e as enzimas são dois grupos que geralmente sofrem tal ativação proteolítica (lise, liberar, separar). As formas inativas destas proteínas muitas vezes são identificadas com o prefixo pro- (antes de): por exemplo, pró-hormônio, pró-enzima, pró-insulina. Algumas enzimas inativas possuem o sufixo -ogênio adicionado ao nome da enzima ativa, como em quimotripsinogênio. A ativação de algumas proteínas requer a presença de um cofator, o qual é um íon ou um pequeno grupo orgânico funcional. Cofatores devem ligar-se à proteína antes que o ligante se ligue ao sítio de ligação. Cofatores iônicos incluem Ca2 + , Mg2 + e Fe2 +. Este processo é mostrado na Figura 2-18 e. Muitas enzimas não podem funcionar sem cofatores.

COFATOR

R VISANDO CONCEITOS Um pesquisador está tentando desenvolver um fármaco que se ligue a uma proteína receptora celular em particular. A molécula candidata A possui um Kd do receptor de 4,9. A molécula B possui um Kdde 0,3. Qual molécula possui o maior potencial para ter sucesso como o fármaco? Respostas: p. 52

:;=---,,~

PROTEÍNA INATIVA

A afinidade da proteína por um ligante não é sempre constante. Fatores físicos e químicos podem modular a afinidade

PROTEÍNA ATIVA

Sem o cofator associado, a proteína não é ativa

Múltiplos fatores podem alterar a ligação às proteínas •

FIGURA 2-18

teína.

Sítio de ...\ ligação

A ligação com o cofator ativa a proteína

A ligação com cofatores ativa a pro-

2

42

Dee Unglaub Silverthorn

A modulação altera a ligação à proteína e a sua atividade A capacidade de uma proteína de ligar-se a um ligante e iniciar uma resposta pode ser alterada por diversos fatores, incluindo temperatura, pH e moléculas que interagem com a proteína. Um fator que influencia a ligação ou a atividade da proteína é conhecido como um modulador. Existem dois mecanismos básicos pelos quais ocorre a modulação. O modulador (1) muda a habilidade do ligante de se ligar ao sítio de ligação da proteína ou (2) muda a atividade da proteína ou sua capacidade de gerar uma resposta. Diferentes tipos de modulação são discutidos nas seções seguintes e são resumidos na Tabela 2-3 • . Moduladores químicos são moléculas que se ligam covalente ou não covalentemente a proteínas e alteram sua capacidade de ligação ou sua atividade. Os moduladores químicos podem ativar, estimular ou inibir a ligação, ou inativar completamente a proteína. A inativação pode ser reversível ou irreversível. Antagonistas, também denominados inibidores, são moduladores químicos que se ligam à proteína e reduzem sua atividade. Muitos são moléculas que simplesmente se ligam à proteína e bloqueiam o sítio de ligação sem causar uma resposta. Eles são como o sujeito que entra de mansinho na frente da fila para comprar ingresso no cinema para conversar com sua namorada, a encarregada do caixa. Ele não está interessado em comprar um ingresso, mas impede as pessoas na fila atrás dele de comprarem seus ingressos para o filme. Inibidores competitivos são antagonistas reversíveis que competem com o ligante habitual pelo sítio de ligação (Fig. 2-19 e ). O grau de inibição depende das concentrações relativas do inibidor competitivo e do ligante habitual, bem como da afinidade da proteína pelos dois. A ligação dos inibidores competitivos é reversível: o aumento na concentração do ligante habitual pode deslocar o inibidor competitivo e diminuir a inibição.

Um inibidor competitivo bloqueia a ligação do ligante no sítio de ligação da proteína

1

1

/ PROTEÍNA ATIVA

•

FIGURA 2-19

PROTEÍNA INATIVA

Inibição competitiva.

Antagonistas irreversíveis, por outro lado, ligam-se firmemente à proteína e não podem ser deslocados por competição. Os fármacos antagonistas são úteis no tratamento de muitas condições clínicas. Por exemplo, o tamoxifeno, um antagonista do receptor de estrogênio, é utilizado no tratamento do câncer de mama dependente de hormônio. Moduladores alostéricos e covalentes podem ser antagonistas ou ativadores. Moduladores alostéricos (alo, em outro + stereos, sólido [como uma forma]) ligam-se reversivelmente em um sítio regulatório fora do sítio de ligação da proteína e provocam uma mudança na forma do sítio de ligação (Fig. 2-20 e ). Inibidores alostéricos são antagonistas que diminuem a afinidade do sítio de ligação pelo ligante e inibem a atividade da proteína. Ativadores alostéricos aumentam a probabilidade da ligação da proteína com o ligante e aumentam a atividade da proteína. No Capítulo 18, você verá como a capacidade da hemoglobina de se ligar ao oxigênio muda devido à modulação alostérica do dióxido de carbono, de H+, e de vários outros fatores.

Fatores que afetam a ligação na proteína Essencial para a ligação e atividade Cofatores Necessários para o ligante ligar-se ao sítio de ligação da proteína. Ativação proteol ítica

Converte formas inativas em ativas por remover parte da molécula. Exemplos: enzimas digestórias, hormônios proteicos.

Moduladores ou fatores que alteram a ligação ou a atividade Compete diretamente com o ligante ligando-se reversivelmente ao sítio ativo. Inibidor competitivo Inibidor irreversível

Liga-se ao sítio de ligação e não pode ser deslocado.

Modulador alostérico

Liga-se à proteína fora do sítio de ligação e muda a atividade; pode ser inibidor ou ativador.

Modulador cova lente

Liga-se covalentemente à proteína e altera sua atividade. Exemplo: grupos fosfato.

pH e temperatura

Alteram a forma tridimensional da proteína por romper as ligações de hidrogênio ou as ligações S-S; pode ser irreversível se a proteína desnatura.

Fisiologia Humana

INIBIÇÃO ALOSTÉRICA

ATIVAÇÃO ALOSTÉRICA

A proteína sem modulador é inativa. Ligante

O modulador liga-se à proteína fora do sítio de ligação.

O modulador se liga à proteína fora do sítio de ligação e inativa o sítio de ligação.

A proteína sem o modulador é ativa. Ligante

Ligante

~:::::::--

PROTEÍNA INATIVA

43

~:::::::=--

Sítio de ligação

Ligante

Sítio de ligação

PROTEÍNA ATIVA

PROTEÍNA ATIVA

PROTEÍNA INATIVA

I ~ Ativador alostérico

•

FIGURA 2-20

Inibidor ______. alostérico

2

I

As modulação alostérica pode ativar ou inibir.

Moduladores covalentes são átomos ou grupos funcionais que se ligam covalentemente a proteínas e alteram suas propriedades. Assim como os moduladores alostéricos, os moduladores covalentes podem aumentar ou diminuir a capacidade de ligação da proteína ou a sua atividade. Um dos moduladores covalentes mais comuns é o grupo fosfato. Muitas proteínas da célula podem ser ativadas ou inativadas quando um grupo fosfato forma uma ligação covalente com elas, um processo conhecido como fosforilação. Um dos mais bem conhecidos moduladores químicos é o antibiótico penicilina. Alexander Fleming descobriu este composto em 1928, quando observou que o fungo Penicillium inibia o crescimento de bactérias. Em 1938, pesquisadores já tinham extraído o ingrediente ativo penicilina do fungo e usado no tratamento de infecções em seres humanos. Contudo, foi somente em 1965 que os pesquisadores entenderam exatamente como o antibiótico funciona. A penicilina é um antagonista que se liga a uma proteína bacteriana-chave mimetizando o ligante normal. Como a penicilina forma ligações permanentes com a proteína, esta é irreversivelmente inibida. Sem essa proteína, a bactéria é incapaz de manter a rigidez da parede celular. Sem a parede celular rígida, a bactéria incha, rompe e morre.

Fatores físicos modulam ou inativam as proteínas As condições físicas, como temperatura e pH (acidez), podem ter efeitos drásticos na estrutura e na função das proteínas. Pequenas mudanças no pH ou na temperatura atuam como moduladores aumentando ou diminuindo sua atividade (Fig. 2-21 e ). Contudo, uma vez que estes fatores excedam um valor crítico, eles rompem as ligações não covalentes que mantêm as proteínas em sua conformação terciária. A proteína perde a sua forma e, junto com isso, sua atividade. Quando a proteína perde sua conformação, se diz que ela está desnaturada. Se você já fritou um ovo, você assistiu esta transformação acontecer com a proteína da clara, a albumina, que muda de um estado escorregadio transparente para um estado fir-

,

me branco. Ians hidrogênio, em concentração alta o bastante para ser chamada de ácida, têm um efeito similar sobre a estrutura da proteína. Durante a preparação do ceviche, o prato nacional do Equador, o peixe cru é marinado em suco de limão. O suco de limão, que é ácido, contém íons hidrogênio que rompem as ligações de hidrogênio das proteínas do músculo do peixe, causando a desnaturação das proteínas. Como resultado, a carne torna-se mais firme e opaca, exatamente como se fosse cozida no calor. Em alguns casos, a atividade pode ser restaurada se a temperatura ou o pH originais retornarem. A proteína então reassume a sua forma original como se nada tivesse acontecido. Em geral, entretanto, a desnaturação produz uma perda permanente da atividade. Certamente não existe nenhuma maneira de /1 desfritar" um ovo ou /1 descozinhar"* um pedaço de peixe. A influência potencialmente desastrosa da temperatura e do pH sobre as proteínas é uma razão para que estas variáveis sejam tão estritamente reguladas pelo corpo. R VISANDO CONCEITOS Relacione cada substância química com sua ação(ões). (a) Modulador alostérico (b) Inibidor competit ivo (c) Modulador covalente 1. 2. 3. 4.

Liga-se fora do sítio de ligação Liga-se no sítio de ligação Apenas inibe a atividade In ibe ou aumenta a atividade

Respost as: p. 52

O corpo regula a quantidade de proteínas presentes na célula A principal característica das proteínas no corpo humano é que a quantidade de uma dada proteína varia ao longo do * N. de T. Os termos /1 desfritar" e /1 descozinhar" não existem na Língua

Portuguesa; entretanto, foram utilizados como figura de linguagem para se enquadrar no que a autora queria dizer, o ato de voltar atrás na fritura do ovo ou no cozimento de uma carne, ambos processos que desnaturam proteínas.

44

Dee Unglaub Silverthorn

Proteína ativa com a conformação terciária normal

QUESTÃO DO GRÁFICO Esta proteína é mais ativa a 30 ou 48ºC?

ta

e: ,_

Proteína desnaturada SH

Q)

ee.

0-<-

ta

"O Q)

~ "O ·> ·1U Q)

"O

ta

~

s\-\ 20

40

30

50

Esta proteína se desnatura a cerca de 50°C

60

Temperatura (ºC)

•

FIGURA 2-21

Efeito da temperatura sobre a atividade da proteína.

tempo, frequentemente de um modo regulado. O corpo possui mecanismos capazes de monitorar se é necessário maior ou menor quantidade de uma proteína específica. Vias complexas de sinalização, muitas das quais também envolvem proteínas, estimulam uma célula em particular a sintetizar novas proteínas ou quebrar (degradar) as proteínas existentes. A produção programada de novas proteínas (receptores, enzimas e transportadores de membrana, em particular) é denominada regulação para cima (up-regulation). Inversamente, a remoção programada de proteínas é denominada regulação para baixo (down-regulation). Em ambas as situações, a célula é induzida a produzir ou remover proteínas para alterar sua resposta.

A quantidade da proteína presente na célula tem uma influência direta na magnitude da resposta da célula. Por exemplo, o gráfico na Figura 2-22 • mostra o resultado de um experimento no qual a quantidade do ligante é mantida constante ao passo que a quantidade da proteína varia. Como o gráfico mostra, um aumento na quantidade da pro, te1na presente causa um aumento na resposta. Como analogia, pense nos caixas de um supermercado. Imagine que cada encarregada do caixa é uma enzima, os clientes na fila são moléculas ligantes, e aqueles que estão saindo da loja com suas compras são os produtos. Cem pessoas podem ser atendidas mais rápido quando houver 25 caixas abertos do que quando houver apenas 10. Da mesma forma, em uma reação enzimática, a presença de mais mo-

3

ta

~e. ~

2

QUESTÕES DO GRÁFICO • Qual é a taxa de resposta quando a concentração da proteína é igual a A? • Quando a taxa é 2,5 mg/s, qual é a concentração da proteína?

Q)

"O

~

1

o A B e Concentração da proteína

..

Neste experimento, a quantidade do ligante permanece constante.

•

FIGURA 2-22 Efeito da modificação da concentração da proteína na taxa de resposta.

Fisiologia Humana •

FIGURA 2-23 Efeito da modificação da concentração do ligante na taxa de resposta.

45

Taxa máxima (saturação)

4 -

-

-

-

-

-

~--~~-----1

QUESTÃO DO GRÁFICO Qual é a taxa de resposta quando a concentração do ligante é 200 mg/ml?

o 25 50 75 100 125 150 Concentração do ligante (mg/ml) - -

175

Neste experimento, a quantidade de proteína era constante. Na taxa máxima, a proteína é dita saturada.

léculas de proteína significa que mais sítios de ligação estão disponíveis para interagir com as moléculas dos ligantes. Como resultado, os ligantes são convertidos mais rapidamente em produtos. A regulação da concentração das proteínas é uma importante estratégia que a célula utiliza para controlar seus processos fisiológicos. A célula altera a quantidade de uma proteína por influenciar a sua síntese e a sua degradação. Se a síntese da proteína excede a sua degradação, a proteína se acumula e a taxa de reação aumenta. Se a degradação da proteína excede a sua síntese, a quantidade da proteína diminui, assim como a taxa de reação. Mesmo quando a quantidade da proteína é constante, ainda há uma renovação (turnover) constante das moléculas da proteína.

A taxa de reação pode alcançar um máximo Se a concentração de uma proteína na célula é constante, então a concentração do ligante determina a magnitude da resposta. Poucos, ligantes ativam poucas proteínas, e a resposta é baixa. A medida que as concentrações do ligante aumentam, a magnitude da resposta também aumenta até um máximo, quando todos os sítios de ligação das proteínas estão ocupados. A Figura 2-23 • mostra o resultado de um experimento típico no qual a concentração da proteína é constante, mas a concentração do ligante varia. Nas concentrações baixas de ligante, a taxa de resposta é diretamente proporcional à concentração do ligante. Uma vez que a concentração de moléculas ligantes excede um certo nível, as moléculas de proteína não possuem mais sítios de ligação livres. As pro-

teínas são totalmente ocupadas, e a taxa alcança um valor máximo. Esta condição é conhecida como saturação. Asaturação é aplicada a enzimas, transportadores de membrana, receptores, proteínas ligadoras e imunoglobulinas. Uma analogia para saturação apareceu nos primórdios da televisão no show I Love Lucy. Lucille Ball estava trabalhando na esteira transportadora de uma fábrica de chocolate, colocando chocolates em pequenos copos de papel de uma caixa de doces. Inicialmente, a esteira movia-se lentamente, e ela não tinha dificuldade para apanhar o doce e colocá-lo na caixa. Gradualmente, a esteira trazia o doce mais rapidamente, e ela teve de aumentar sua velocidade de empacotamento para continuar. Finalmente, a esteira trazia os doces tão rápido que ela não podia colocar todos eles nas caixas, pois ela estava trabalhando na sua taxa máxima. Este foi o ponto de saturação de Lucy. (Sua solução foi encher a boca de doces, tal como na caixa!) Você agora aprendeu sobre as propriedades importantes e quase universais das proteínas solúveis. Você revisará estes conceitos diversas vezes nos capítulos subsequentes deste livro. No próximo capítulo, você aprenderá mais sobre as proteínas insolúveis do corpo, as quais são componentes estruturais-chave das células e dos tecidos. REVISANDO CONCEITOS O que acontece com a taxa de uma reação enzimática quando a quant idade de enzimas presentes diminui? 36. O que acontece com a taxa de uma reação enzimát ica Respostas: p. 52 quando a enzima at inge a saturação?

2

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Dee Unglaub Silverthorn

Suplementos de cromo No problema dado, você aprendeu que a propaganda da capacidade do picolinato de cromo de aumentar a massa muscular não foi comprovada por evidências com base em experimentos científ icos controlados. Você também aprendeu que os est udos sugerem que algumas formas biológicas de cromo trivalente podem ser tóxicas. Para aprender mais sobre a pesquisa at ual do tema, vá até o PubMed (www.pubmed.gov) e procure por pico/inato de cromo (" chromium picolinafe"). Compare o que você encontrar

lá com os resultados de uma pesquisa similar no Google. Você acredita em tudo o que lê na internet? Para um conjunto de t utoriais interativos conf iáveis de busca na Internet, acesse http:lltilt.lib.utsystem.edu/ (note que não há www neste endereço). Estes tutoriais lhe ajudarão a buscar e avaliar os sites da Internet . Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1a

Localize o cromo na tabela periódica dos elementos.

A tabela periódica organiza os elementos de acordo com o número atômico.

N/A*

1b

Qual é o número atômico do cromo? E a massa atôm ica?

Lendo na tabela, o cromo (Cr) tem um número atômico de 24 e uma massa atôm ica média de 52.

N/A

1c

Quantos elétrons tem um átomo de cromo?

O número atômico de um e lemento é igual ao número de prótons em um átomo. Um átomo tem número igual de prótons e elétrons.

O número atôm ico do cromo é 24; portanto, um átomo de cromo tem 24 prótons e 24 e létrons.

1d

Quais elementos próxi mos ao cromo também são essenciais?

Molibdênio, manganês e ferro.

N/A

2a

Se uma pessoa tem deficiência de cromo, você pode d izer que seus níveis de glicose no sangue serão mais altos ou mais baixos que o normal?

O cromo ajuda a transportar a glicose do sangue para dentro das célu las.

Se o cromo está ausente ou faltando, menos glicose deixará o sangue e a gl icose no sangue estará mais a lta que o norma l.

2b

A partir dos resu ltados do estudo chinês, você pode conclu ir que todas as pessoas com diabete apresentam deficiência de cromo?

Doses altas de suplementos de cromo diminuem os n íveis elevados de g licose no sangue, mas doses baixas não têm efeito. Este é apenas um estudo e nenhuma informação é dada sobre outros estudos si mi lares.

Temos evidências i nsuficientes, a partir da informação apresentada, para elaborar uma conclusão sobre o papel da deficiência de cromo no diabete.

3

Quantos elétrons foram perdidos pelo íon hexavalente do cromo? E pelo íon trivalente?

Para cada elétron perdido por um íon, um próton com carga positiva é deixado no núcleo do íon.

O íon hexavalente do cromo, Cr6 +, tem seis prótons desemparelhados e portanto perdeu seis elétrons. O íon 3 trivalente, Cr +, perdeu três e létrons.

4

A partir desta i nformação, você pode conclui r que o cromo hexavalente e o cromo trivalente são igualmente tóxicos?

A forma hexavalente é usada na i ndústria e, quando ina lada, tem sido associada a um aumento no risco de câncer de pulmão. Muitos estudos mostram uma associação que o Serviço de Aval iação de Risco e o Sistema de Informação da Ca lifórnia pub licou como aviso aos traba lhadores expostos ao cromo. Evidências até esta data da toxicidade do cromo trivalente no picolinato de cromo vêm de estudos feitos em célu las isoladas em cu ltura de tecidos.

Embora a toxicidade do Cr6 + esteja bem estabelecida, a toxicidade do Cr3 +não foi determinada conclusivamente. Estudos real izados em células in vitro podem não ser aplicáveis a humanos. Estudos adicionais precisam ser real izados em animais aos quais sej am dadas doses razoáveis de picoli nato de cromo por um período prolongado.

Fisiologia Humana

5

47

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Com base no estudo que não confirmou o aumento do desenvolvimento muscular devido aos suplementos de cromo e nos estudos que sugerem que o picolinato de cromo pode causar câncer, você acha que Stan deve continuar tomando picolinato de cromo?

Nenhuma evidência de pesquisa comprova um papel do picolinato de cromo no aumento da massa ou da força muscu lares. Outra pesquisa sugere que o picolinato de cromo pode causar alterações cancerígenas em células isoladas.

As evidências apresentadas sugerem que para Stan não há nenhum benefício na ingestão de picolinato de cromo e que pode haver riscos. Usando a análise do risco-benefício, as evidências indicam a interrupção do uso do suplemento. Porém, a decisão de Stan é de sua responsabil idade. Ele deve permanecer informado sobre as novas reve lações que mudariam a análise do risco-benefício.

*Não aplicável.

21

22

24

27

36

39

RESUMO DO CAPÍTULO Este capítulo apresentou as biomoléculas e os íons, cujas propriedades químicas são a base de muitos dos conceitos básicos em fisiologia. Para entender as interações moleculares, a comunicação, o armazenamento e a transferência de energia, e as propriedades mecânicas das células e dos tecidos, você deve ter uma boa formação em química básica.

Revisão de química 1. Os átomos são compostos de prótons, nêutrons e elétrons. Um próton possui uma massa de aproximadamente 1 unidade de massa atômica (u.m.a), ou dálton (Da), e uma carga elétrica de +l. Um nêutron possui uma massa de cerca de 1 u.m.a e não possui carga elétrica. Um elétron possui uma massa desprezível comparada com a do próton e do nêutron, e uma carga de - 1. (p. 21; Fig. 2-1) 2. Elementos são distinguidos uns dos outros pelo número atômico, o número de prótons no núcleo de um átomo. (p. 22) 3. A massa de um átomo é calculada pela adição do número de prótons e de nêutrons presentes em seu núcleo. (p. 22) 4. Os átomos de um elemento que têm diferentes números de nêutrons em seu núcleo são conhecidos como isótopos do elemento. Isótopos radiativos emitem energia chamada de radiação. (p. 22; Fig. 2-1) 5. Os elétrons ao redor de um átomo são organizados em níveis de energia, ou camadas, centradas no núcleo. (p. 23) 6. Os elétrons são importantes para as ligações covalentes e ligações iônicas, para a captura e transferência de energia e para a formação de radicais livres. (p. 23)

Ligações e formas moleculares 7. Dois ou mais átomos ligados criam uma molécula. Moléculas que incluem átomos de mais de um elemento são chamadas de compostos. (p. 24)

8. Um átomo é mais estável quando todos os seus elétrons são elétrons emparelhados. (p. 24) 9. Ligações covalentes são ligações fortes formadas quando átomos adjacentes compartilham um ou mais pares de elétrons. Cada par de elétrons compartilhados forma uma ligação covalente simples. (p. 24; Fig. 2-2) 10. Moléculas cujos átomos compartilham elétrons desigualmente são chamadas de moléculas polares. Se os elétrons são compartilhados uniformemente pelos átomos de uma molécula, ela é uma molécula apoiar. (p. 25; Fig. 2-3) 11. Um átomo que ganha ou perde elétrons adquire uma carga elétrica e é chamado de íon. (p. 26; Fig. 2-4) 12. Ligações iônicas são ligações fortes formadas quando íons de cargas opostas são atraídos um para o outro. (p. 26) 13. A fraca ligação de hidrogênio se forma quando átomos de hidrogênio em moléculas polares são atraídos para átomos de oxigênio, nitrogênio ou flúor. As ligações de hidrogênio entre moléculas de água são responsáveis pela tensão superficial da água. (p. 26; Fig. 2-5) 14. Forças de van der Waals são ligações fracas que se formam quando os átomos são atraídos uns aos outros. Ligações de van der Waals podem se formar dentro de uma molécula ou entre moléculas adjacentes. (p. 27) 15. A forma molecular é criada pelos ângulos das ligações covalentes e pelas interações não covalentes fracas dentro da molécula. (p. 27)

Biomoléculas 16. Os quatro principais grupos de biomoléculas são carboidratos, lipídeos, proteínas e nucleotídeos. Todos eles contêm carbono, hidrogênio e oxigênio. (p. 28) 17. Os carboidratos têm a fórmula geral (CH20)n e são encontrados como monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Polí-

2

48

18.

19. 20.

21.

22. 23. 24.

Dee Unglaub Silverthorn

meros de glicose armazenam energia e atuam como componentes estruturais das células. (p. 28; Fig. 2-7) Os lipídeos contêm carbono e átomos de hidrogênio, mas poucos átomos de oxigênio. A maioria dos lipídeos é apolar. Os ácidos graxos são longas cadeias de átomos de carbono ligados a hidrogênios. Os triacilgliceróis são constituídos de glicerol e três ácidos graxos. (p. 28-30; Fig. 2-8) As proteínas são as biomoléculas mais versáteis, pois 20 diferentes aminoácidos atuam como seus constituintes. (p. 31) A estrutura primária de uma proteína é sua sequência de aminoácidos. A estrutura secundária é seu arranjo espacial em hélices ou folhas. A estrutura terciária é a forma tridimensional da cadeia de aminoácidos dobrada, e a estrutura quaternária é o arranjo de múltiplas cadeias de aminoácidos em uma única proteína. (p. 32; Fig. 2-9) As proteínas globulares são solúveis em água. Elas atuam como transportadores, mensageiros, moléculas de defesa e enzimas. As proteínas fibrosas não são muito solúveis em água. Elas atuam como componentes estruturais de células e tecidos. (p. 32) Proteínas, lipídeos e carboidratos se combinam para formar glicoproteínas, glicolipídeos ou lipoproteínas. (p. 33) Os nucleotídeos são importantes na transmissão e no armazenamento da informação e na transferência de energia. (p. 34) Um nucleotídeo é constituído de um ou mais grupos fosfato, um açúcar e uma base nitrogenada purina ou pirimidina. Pequenos nucleotídeos incluem ATP, ADP e AMP cíclico. Polímeros de nucleotídeos são os ácidos nucleicos DNA e RNA. (p. 34-35; Figs. 2-11, 2-12)

Soluções aquosas, ácidos, bases e tampões Líquidos e eletrólitos: homeostase ácido-base

25. As moléculas que se dissolvem em líquidos são chamadas de solutos. O líquido no qual elas se dissolvem é chamado de solvente. O solvente universal para soluções biológicas é a água. (p. 36) 26. A facilidade com que uma molécula se dissolve em um solvente é a sua solubilidade nesse solvente. Moléculas hidrofílicas dissolvem-se facilmente em água, ao passo que as moléculas hidrofóbicas não se dissolvem. (p. 36) 27. A concentração de uma solução é a quantidade de soluto por unidade de volume da solução. Uma solução um molar (1 M) possui um mol de soluto por litro de solução. A concentração da maioria das soluções biológicas é expressa em milimoles de soluto por litro de solução (mM). (p. 36) 28. Um mol contém 6,02 x 1023 partículas de um elemento ou composto. A massa molecular de uma molécula é determinada pela adição das massas atômicas de todos os seus átomos. A massa em gramas de 1 mol de qualquer elemento ou composto é conhecida como massa molecular grama do elemento ou composto. (p. 3 7)

29. As concentrações das soluções são descritas em moles/volume (molaridade) ou como solução percentual (g/lOOmL ou mL/lOOmL). A concentração de íons pode ser expressa em miliequivalente, onde um equivalente é igual à molaridade do íon vezes sua carga elétrica. (p. 37) 30. O pH de uma solução é uma medida da sua concentração de íons hidrogênio. Ácidos são moléculas que contribuem com H+ para uma solução. Bases são moléculas que removem H+ da solução. Quanto mais ácida a solução, mais baixo é seu pH. (p. 38; Fig. 2-15) 31. Tampões são soluções que moderam as mudanças de pH. (p. 39)

Interações das proteínas 32. A maioria das proteínas solúveis em água atua como enzimas, transportadores de membrana, moléculas sinalizadoras, receptores, proteínas ligadoras, fatores de transcrição ou imunoglobulinas. (p. 39) 33. Ligantes ligam-se às proteínas no sítio de ligação. De acordo com o modelo de ajuste induzido da ligação à proteína, a forma do ligante e do sítio de ligação não têm de ser exatamente compatíveis. (p. 40; Fig. 2-16) 34. As proteínas são específicas em relação a seus ligantes. A atração de uma proteína pelo seu ligante é chamada de afinidade da proteína pelo ligante. A constante de dissociação (Kd) é uma medida quantitativa da afinidade de uma proteína por um determinado ligante. (p. 40) 35. Os ligantes podem competir pelo sítio de ligação de uma proteína. Se os ligantes que competem mimetizam a atividade um do outro, eles são agonistas. (p. 41) 36. As proteínas intimamente relacionadas que possuem funções similares, mas diferentes afinidades pelos ligantes, são denominadas isoformas uma da outra. (p. 41) 37. Algumas proteínas devem ser ativadas por ativação proteolítica ou por adição de cofatores. (p. 41; Figs. 2-17, 2-18) 38. Os inibidores competitivos podem ser deslocados do sítio de ligação, ao contrário dos antagonistas irreversíveis. (p. 42; Fig. 2-19) 39. Os moduladores alostéricos ligam-se à proteína em um local diferente do sítio de ligação. Moduladores covalentes se ligam por ligações covalentes. Ambos tipos de moduladores podem ativar ou inibir a proteína. (p. 42; Fig. 2-20) 40. Extremos de temperatura ou de pH desnaturam as proteínas. (p. 43; Fig. 2-21) 41. As células regulam suas proteínas por regulação para cima ou regulação para baixo da síntese ou da degradação das proteínas. A quantidade de proteína é diretamente relacionada à magnitude da resposta da célula. (p. 44; Fig. 2-22) 42. Se a quantidade da proteína é constante, a quantidade do ligante determina a resposta da célula. Se todas as proteínas são saturadas com os ligantes, a resposta alcança o seu máximo. (p. 45; Fig. 2-23)

Fisiologia Humana

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QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

(a) amido (b) quitina (c) glicose (d) celulose (e) glicogênio

,

NIVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Liste três elementos essenciais principais encontrados n o corpo

humano. 2. Quando os átomos de um elemento são ligados a outros em um composto, como H 2 0 ou C02, uma unidade é chamada de - - -• 3. (a) A partícula subatômica com massa de aproximadamente 1 u.m.a e carga de + 1 é chamada de . (b) A partícula subatômica com massa de aproximadamente 1 u.m.a e carga neutra é o . (c) A partícula subatômica restante é o elétron, que tem uma massa desprezível mas uma carga de

16.

17.

- --· 4. Qual partícula su batômica de um elemento determina seu nú5. 6.

7.

8. 9. 10.

11.

12.

13. 14. 15.

mero atômico? Nomeie o elemento associado com cada um destes símbolos: Ca, C, O, Na, N, K, H e P. Isótopos de um elemen to possuem o mesmo número de _ _ __ _ _ _ e , mas diferem em seu número de - - - - -- -. Isótopos instáveis emitem energia chamada de .O uso desta energia para o diagnóstico ou o tratamento de doenças é uma especialidade chamada de . Quando os elétrons em um átomo ou uma molécula são estáveis, eles estão emparelhados ou não emparelhados? Quando um átomo de um elemento ganha ou perde um ou mais elétrons ele é chamado de daquele elemento. Relacione cada tipo de ligação com sua descrição: (a) Ligação covalente 1. Força atrativa fraca entre (b) Ligação iônica hidrogênio e oxigênio ou (c) Ligação de hidrogênio nitrogênio. (d) Força de van der Waals 2. Formada quando dois átomos compartilham um ou mais pares de elétrons. 3. Força atrativa fraca entre átomos. 4. Formada quando um átomo perde um ou mais elétrons para um segundo átomo. Em compostos misturados com água, a polaridade do composto ajuda a predizer sua solubilidade. Quando os elétrons de um composto são compartilhados uniformemente, o composto é considerado · se o compartilhamento não é uniforme, é . Qual grupo se dissolve mais facilmente em água? O pH de u ma solução é uma abreviatura que carrega qual informação sobre a solução? Um a solução com um pH menor do que 7 é · uma solução com um pH maior do que 7 é . Um_ _ _ _ é uma solução que modera as mudanças no pH. Liste os quatro tipos de biomoléculas. Dê um exemplo de cada tipo relevante para a fisiologia. Relacione cada carboidrato com sua descrição:

18.

19. 20.

1. carboidrato mais abundante 2. dissacarídeo, encontrado no leite

3. forma de armazenamento de glicose em • • an1ma1s 4. forma de armazenamento de glicose em vegetais 5. polissacarídeo estrutural de invertebrados 6. monossacarídeo As proteínas podem ser combinadas com outros tipos de moléculas. Elas são chamadas de quando combinadas com componentes lipídicos. Elas são chamadas de quando combinadas com carboidratos. Relacione cada lipídeo com sua descrição: (a) Triacilglicerol l. forma mais comum de lipídeos no corpo (b) Eicosanoide 2. líquido a temperatura ambiente, (c) Esteroide normalmente de origem vegetal. (d) Óleo 3. importante componente da membrana (e) Fosfolipídeo celular 4. estrutura composta de anéis de carbono 5. ácido graxo de 20 carbonos modificado Relacione essas descrições que pertencem a proteínas e aminoácidos: (a) Os elementos constituintes 1. Aminoácidos essenciais (b) Devem ser incluídos na dieta 2. Estrutura primária (c) Proteínas que aceleram a velo- 3. Aminoácidos cidade das reações químicas 4. Proteínas globulares (d) Sequência de aminoácidos em 5. Enzimas uma proteína 6. Estrutura terciária 7. Proteínas fibrosas (e) Cadeias de proteína dobradas em uma estrutura em forma de bola Liste os componentes de um nucleotídeo. Uma m olécula que se liga a outra molécula é chamada de

- -- - -· 21. Relacione as definições com seus termos (nem todos os termos

são usados): (a) A capacidade de uma proteína 1. Inibição irreversível de se ligar a uma molécula, mas 2. Ajuste induzido não a outra. 3. Sítio de ligação (b) A parte de uma molécula de 4. Especificidade proteína que se liga ao ligante. 5. Saturação (c) A capacidade de uma proteína de alterar sua forma para se ajustar mais estreitamente com a do ligante. 22. Um íon, como o Ca2 + ou o Mg2+, que deve estar presente para . que uma enzima funcione é chamado de 23. Uma proteína cuja estrutura é alterada a pon to de sua atividade ser destruída é dita .

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

24. Exercício d e map eament o: Faça um mapa separado a partir de

cada lista de termos (a lista continua na página seguinte). Lista 1: O átom o Lista 2 : Soluções camada de elétrons anion cátion concentração elemento elétron equivalente hidrofílico A

•

2

50

Dee Unglaub Silverthorn ,

hidrofóbico 1on ligação covalente ligação de h idrogênio mol massa atômica molécula apoiar molaridade número atômico molécula polar solubilidade isótopo nêutron soluto solvente núcleo água próton 25. Use a tabela periódica dos elementos na parte interna da contracapa para responder às seguintes questões: um átomo de sódio possui 11 prótons no seu núcleo. (a) Quantos elétrons tem o átomo? (b) Qual é a carga elétrica do átomo? (c) Quantos nêutrons o átomo tem? (d) Se este átomo perde um elétron, ele será chamado de

26.

27. 28. 29. 30. 31.

32.

----· (e) Qual será a carga elétrica da substância formada em (d)? (f) Escreva o símbolo químico do íon referido em (d). (g) No que se torna o átomo de sódio se ele perder um próton do seu núcleo? (h) Escreva o símbolo químico do átomo referido em (g). Uma solução na qual [H+] = 10- 3 M é (ácida/básica), enquanto uma solução na qual o [H+] = 10- 10 M é (ácida/básica). Dê o pH para cada uma destas soluções. Nomeie três nucleotídeos e diga por que cada um é importante. Explique a progressão da estrutura das proteínas, da primária até a quaternária. Compare a estrutura do DNA com a do RNA. Diferencie purinas e pirimidinas. Você sabe que duas proteínas solúveis são isoformas uma da outra. O que você pode dizer sobre suas estruturas, funções e afinidades por ligantes? Você foi solicitado a desenvolver alguns fármacos para a proposta descrita a seguir. Escolha as características desejáveis para cada fármaco da lista. (a) O fármaco A deve ligar-se a uma 1. antagonista enzima e aumentar sua atividade. 2. inibidor competitivo (b) O fármaco B deverá mimetizar 3. agonista 4. ativador alostérico a atividade de uma molécula 5. modulador covalente sinalizadora do sistema nervoso normal. (c) o fármaco c deverá bloquear a atividade de uma proteína receptora de membrana.

são a massa atômica, o número atômico e o nome do átomo resultante?

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 36. Escreva as fórmulas químicas de cada molécula mostrada abaixo. Calcule o peso molecular de cada molécula. CH20H

H

H

(a)

(b) O = C = O HO

OH H

OH

COOH 1

(d) H2N-9-H CH3 HOCH 2

O

OH

(e) HO

HO

37. Calcule a quantidade de NaCl que você pesaria para preparar um litro de NaCl 0,9%. Explique como você prepararia um litro desta solução. 38. Uma solução de NaCl 1,0 M contém 58,5 g de sal por litro. (a) Quantas moléculas de NaCl estão presentes nesta solução? (b) Quantos milimoles de NaCl estão presentes? (c) Quantos equivalentes de Na+ estão presentes? (d) Expresse 58,5 g de NaCl por litro como uma solução percentual. 39. Como você prepararia 200 mL de uma solução de glicose 5%? Calcule a molaridade desta solução. Quantos milimoles de glicose estão presentes em 500 mL desta solução? (Dica: Qual é a massa molecular da glicose?) 40. O gráfico mostrado a seguir representa a ligação de moléculas de oxigênio (Oz) em duas proteínas diferentes, mioglobina e hemoglobina ao longo de uma faixa de concentrações de oxigênio. Com base neste gráfico, qual proteína tem maior afinidade pelo oxigênio? Explique o seu raciocínio.

100 ---.-------.-------.-------.-------.---------.

80 C\J

o

occs

ccs "O ccs

60

~

O>

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 33. Você foi convocado para assistir a autópsia de um alienígena cujos restos foram trazidos ao seu laboratório. A análise química retorna com 33o/o C, 40% O, 4% H, 14% N e 9% P. A partir desta informação, você concluiu que as células contêm nucleotídeos, possivelmente até DNA ou RNA. Seu assistente está exigindo que você lhe conte como soube disso. O que você lhe diz? 34. Uma célula realizando trabalho normalmente produz C02 • Quanto mais duro a célula trabalha, mais C02 ela produz. O C02 é transportado no sangue conforme a seguinte equação: C02 + H 20 ~ H 2C03 ~ H+ + HC0 3 - • Qual efeito o trabalho árduo feito por suas células musculares tem no pH do sangue? 35. Quando o isótopo radioativo do iodo, 13 11, emite radiação J3, ele converte um nêutron em um próton e um elétron. Quais

f ~

ccs e ,_

-e Q)

~

40

a. Q)

"O

~

20

º - T - - - - - - + - - - - - + - - - - - + - - ----+- - - - - - '

o

20

40

60

Concentração de oxigênio (mm Hg)

e

FIGURA 2-24.

80

Fisiologia Humana

51

RESPOSTAS

v'Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 22

1. O, C, H, N, P, Na, K, Ca, Mg, S, Cl 2. Potássio (K), ferro (Fe), cobre (Cu), prata (Ag), estanho (Sn), antimônio (Sb), tungstênio (W), ouro (Au), mercúrio (Hg) e chumbo (Pb). Página 22

3. H+ e H

=

1 u.m.a; 2 H

=

2 u.m.a.

Página 23

4. Iodo: número atômico 53, massa atômica 126,9; tecnécio: número atômico 43, massa atômica 98, símbolo Te. Página 24 5. e, e 6. a, b, f

Página 31 ,

18. Acidos graxos insaturados possuem ligações duplas entre os carbonos. Cada ligação dupla remove dois hidrogênios da molécula; portanto, (e) C 18H 300 2 é o mais insaturado porque tem menos hidrogênios. Página 33

19. Um grupo amino é-NH2• Um grupo carboxílico é-COOH. 20. Nosso corpo não pode produzir aminoácidos essenciais. Devemos, portanto, obtê-los através de nossa dieta. Podemos sintetizar os outros aminoácidos a partir dos nutrientes. 21. As proteínas são constituídas de 20 aminoácidos diferentes que podem ligar-se em um número quase infinito de sequências. Estas combinações permitem às proteínas assumirem formas diferentes, como as proteínas globulares e as fibrosas. Página 37

7. a, b, d

8. Mg2+ perdeu dois elétrons. 9. O íon hidrogênio é chamado de próton porque perde seu elétron, restando um próton. Página 25

10. Um átomo de carbono precisa compartilhar quatro elétrons para preencher sua camada externa; consequentemente, formará quatro ligações covalentes. Veja a notação simplificada no lado esquerdo da equação na próxima resposta.

11. Um carbono se combina com quatro hidrogênios para formar uma molécula de metano, um gás inodoro que é o principal constituinte do gás natural.

H •

4H • + 1 •C• •

H

• •

1

- • H : C : H ou

H- C-

• •

H

1

H

H Metano CH 4

22. Os íons Na+ e c1- formam ligações de hidrogênio com as moléculas polares da água. Isso rompe as ligações iônicas que mantêm o cristal de NaCl unido. 23. Uma solução é composta de soluto e solvente. 24. Moléculas polares se dissolvem mais facilmente na água do que moléculas apolares. 25. Hidrofílico. 26. (d) Página 37

27. 18 u.m.a = 18 Da 28. 74,6 g 29. Uma solução 0,1 M é o mesmo que uma solução 100 mM, o que significa que as concentrações são iguais. 30. Os 5 g de glicose acrescentarão volume à solução; então, se você começar com 100 mL do solvente, você terminará com mais do que 100 mL de solução. Página 39

31. Um ácido deve dissociar-se em um ou mais H+ mais os ânions. 32. pH é a concentração de H+.

Página 27

Página 41

12. (a) covalente, (b) polar, (e) apolar. 13. (a) ânion, (b) cátion. 14. O oxigênio e o nitrogênio atraem fortemente elétrons e tendem a formar ligações polares. 15. O açúcar de cozinha se dissolve mais facilmente na água, então é polar; o óleo vegetal não dissolve na água, então é apolar.

33. A molécula B é a melhor candidata porque seu Kd menor significa uma maior afinidade de ligação.

Página 28

16. Falso. Todas as biomoléculas são moléculas orgânicas, mas o contrário não é verdadeiro. 17. CnH2n0 n

Página 43

34. (a) 1, 4; (b) 2, 3; (e) 4 Página 45 ' 35. A medida que a quantidade da enzima diminui, a taxa da reação diminui. 36. Se uma enzima alcançou a saturação, a taxa é máxima.

2

52

Dee Unglaub Silverthorn

Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 27 Figura 2-6: 1. C6 H13N02 2. A leucina tem grupos amino e carboxila. A glicose tem grupos hidroxila. Página 38 Figura 2-15: 1. Aumento da acidez significa que a concentração de H+ aumenta e o pH diminui. 2. Urina, ácido estomacal e saliva estão contidos dentro do lúmen de órgãos ocos, onde não são parte do meio interno de corpo. (ver Fig. 1-2 na p. 3).

Página44 Figura 2-21: A proteína é mais ativa a 30ºC. Página44 Figura 2-22: 1. Na concentração de proteína A, a taxa é 1 mg/s. 2. A taxa é 2,5 mg/s para a concentração de proteína e. Págin a 45 :igura 2-23: Quando a concentração do ligante é 200 mg/mL, a taxa e 4 mg/s.

•

ec1

65

Compartimentos funcionais do corpo 54 55

66

Os lumens de alguns órgãos estão fora do corpo Funcionalmente, o corpo tem três compartimentos líquidos

67 67

Membranas biológicas 56 56

57

58

60

A membrana celular separa a célula do seu meio externo As membranas são constituídas principa lmente de lipídeos e proteínas As membranas lipídicas formam uma barreira entre o citoplasma e o líquido extracelular As proteínas da membrana podem estar frouxa ou fortemente 1igadas à membrana Os carboidratos da membrana ligam-se a lipídeos e proteínas

70

Tecidos do corpo 72

A matriz extracelular tem diversas funções 72 As junções celulares mantêm as células unidas para formar os tecidos 74 O epitélio fornece proteção e regula as trocas 80 Os tecidos conectivos fornecem sustentação e barreiras protetoras 84 Os tecidos muscular e nervoso são excitáveis

Compartimentos intracelulares 62 63 63 63

As células são d ivid idas em compartimentos O citoplasma inclui citosol, inclusões e organelas As inclusões estão em contato direto com o citosol As proteínas fibrosas citoplasmaticas podem ter três tamanhos

Os m icrotúbu los formam centríolos, cílios e flagelos O citoesqueleto é uma estrutura modificável As proteínas motoras geram movimentos As organelas criam compartimentos para desempenhar funções especia 1izadas O núcleo é o centro de controle da célula

Remodelamento dos tecidos 81 81

A apoptose é uma forma organizada de morte celular As célu las-tronco podem criar novas células especia 1izadas

Orgaos ,

CONHECIMENTOS BASICOS Unidades de medida: guardas do livro Compartimentalização: 7 Líquido extracelular: 4 Moléculas hidrofóbicas: 26 Proteínas: 31 Moléculas compostas: 24 pH: 58 Interações covalentes e não covalentes: 24-27

As células são organismos, e os animais e plantas inteiros são agregados desses organismos. - Theodor Schwann, 1839

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Citopatológico (Papanicolau) O Dr. George Papan icolau salvou a vida de mi lhões de mulheres por popularizar o exame citopatológico, um método de triagem que detecta sinais in iciais do câncer de colo do útero (cervical). Nos últimos cinquenta anos, as mortes por câncer de colo diminuíram de modo considerável em países que usam rotineiramente o citopatológico de Papanicolau. Em contraste, o câncer de colo é a primeira causa de morte em regiões onde o rastreamento com o Papanicolau não é rotina, como na África e América Central. Se detectado precocemente, o câncer de colo é uma das formas de câncer mais tratáveis. Hoje, Jan Melton, que apresentou um citopatológico anormal há vários meses, retornou a sua médica para repetir o teste. Os resultados determinarão se ela fará tratamento para câncer de colo.

62

71

80

84

87

que caracteriza um compartimento? Podemos pensar em alguma coisa totalmente fechada, como uma sala ou uma caixa com uma tampa. Entretanto, nem todos os compartimentos são totalmente fechados ... Pense em cubículos modulares que compõem muitos locais de trabalho modernos. E nem todos os compartimentos funcionais têm paredes ... Pense em um saguão gigantesco de hotel dividido em grupos de conversação por uma colocação cuidadosa de tapetes e mobília. Os compartimentos biológicos apresentam o mesmo tipo de variabilidade anatômica, variando de estruturas totalmente fechad.as, como as células, a compartimentos funcionais sem paredes visíveis. O primeiro compartimento vivo foi, provavelmente, uma célula simples cujo líquido intracelular era separado do meio externo por uma parede constituída de fosfolipídeos e proteínas - a membrana celular. Como você aprendeu no Capítulo 1, as células são as unidades funcionais básicas dos organismos vivos, e uma célula individual pode realizar todos os processos vitais. À medida que as células evoluíram, elas adquiriram compartimentos intracelulares separados do líquido intracelular por membranas. Com o passar do tempo, grupos de organismos unicelulares começaram a cooperar e especializar suas funções, finalmente originan, do organismos multicelulares. A medida que os organismos multicelulares evoluíram, tornando-se maiores e mais complexos, seus corpos foram divididos em diversos compartimentos funcionais. Os compartimentos apresentam vantagens e desvantagens para os organismos. Pelo lado vantajoso, os compartimentos separam processos bioquímicos que poderiam, caso contrário, conflitar um com o outro. Por exemplo, a síntese de proteínas ocorre em um compartimento subcelular, ao passo que a degradação das proteínas ocorre em outro. Barreiras entre compartimentos, dentro da célula ou dentro de um corpo, permitem que o conteúdo de um compartimento

seja diferente do conteúdo dos compartimentos adjacentes. Um exemplo extremo é o compartimento intracelular denominado lisossomo, que possui um pH interno de 5 [$ Fig. 2-15, p. 38]. Este pH é tão ácido que, se o lisossomo romper, ele causa danos graves ou mata a célula que o contém. A desvantagem dos compartimentos é que as barreiras entre eles podem dificultar o transporte dos materiais necessários de um compartimento a outro. Os organismos vivos superam este problema com mecanismos especializados que transportam substâncias selecionadas através das membranas. O transporte através da membrana é tema do Capítulo 5. Neste capítulo, veremos inicialmente os vários compartimentos que subdividem o corpo humano. Então, revisaremos a estrutura e a função das células individuais antes de examinar como os grupos de células, com funções similares, se unem para formar os tecidos e órgãos do corpo. Além da compartimentalização, um tema abordado neste capítulo são as propriedades mecânicas das fibras e moléculas que dão forma, força e flexibilidade às células e que funcionam como a "cola" que mantém os tecidos unidos.

COMPARTIMENTOS FUNCIONAIS DO CORPO Como você aprendeu no Capítulo 1, o corpo humano é um compartimento complexo separado do mundo exterior por camadas de células [ $ p. 4]. Anatomicamente, o corpo é dividido em três cavidades principais: a cavidade craniana (comumente denominada crânio), a cavidade torácica (também denominada tórax) e a cavidade abdominopélvica (Fig. 3-1 e ). As cavidades são separadas umas das outras por ossos e tecidos, e são revestidas por membranas teciduais. A cavidade craniana (cranium, crânio) contém o encéfalo, nosso centro de controle primário. A cavidade torácica é limitada pela coluna vertebral, e pelas costelas acima e nos lados, com o diafragma muscular formando a base. Estacavidade circunda o coração, o qual está envolto em um saco pericárdico membranoso (peri-, ao redor + cardium, coração), e os dois pulmões, os quais são envoltos separadamente pelos sacos pleurais. O abdome e a pelve formam uma cavidade contínua, a cavidade abdominopelvica. Um tecido de revestimento denominado peritônio reveste o abdome e circunda os órgãos dentro dele (estômago, intestinos, fígado, pâncreas, vesícula biliar e baço). Os rins localizam-se fora da cavidade abdominal, entre o peritônio e os músculos e ossos do dorso, logo acima do nível da cintura. A pelve contém os órgãos reprodutivos, a bexiga urinária e a porção terminal do intestino grosso.

Os lumens de alguns órgãos estão fora do corpo Os órgãos ocos (com cavidade), como coração, pulmões, vasos sanguíneos e intestinos, criam outro conjunto de compartimentos dentro do corpo. O interior de qualquer órgão oco é denominado lúmen (lumin, janela). Um lúmen pode ser completa ou parcialmente preenchido com ar ou líquido.

Fisiologia Humana

1 1 POSTERIOR 1 ANTERIOR 1

Funcionalmente, o corpo tem três compartimentos líquidos

'

••

...,__-Saco pleural ~;--T- Saco

Cavidade torácica

pericárdico

- - Diafragma

--+-- Cavidade

abdominal Cavidade abdominopélvica ------.--+---Cavidade pélvica

•

FIGURA 3-1

Na fisiologia, muitas vezes estamos mais interessados em compartimentos funcionais do que em compartimentos anatômicos. Como você aprendeu no Capítulo 1, a maioria das células do corpo não está em contato com o mundo externo. Ao invés disso, elas estão circundadas pelo líquido extracelular [ ~ Fig. 1-3, p. 5]. Se pensarmos em todas as células do corpo juntas como uma unidade, e o líquído circundandoas como uma unidade separada, podemos dividir o corpo em dois compartimentos principais: (1) o líquido intracelular (LIC) dentro das células e (2) o líquido extracelular (LEC) fora das células. Estes compartimentos estão separados pela barreira da membrana celular. O líquido extracelular pode ainda ser subdividido (Fig. 3-2 e ). A "parede" divisória neste caso é a parede do sistema circulatório. O plasma, a porção líquida do sangue, fica dentro do sistema circulatório e forma um compartimento extracelular. O outro compartimento extracelular é o líquido intersticial (inter-, entre + parar, ficar), o qual se situa entre o sistema circulatório e as células. A Figura 3-2 ilustra o esquema padrão que os fisiologistas utilizam para representar os três compartimentos líquidos do corpo. Embora as células do corpo coletivamente possam ser consideradas um único compartimento líquido, na realidade elas são muito variáveis em sua forma, tamanho e composição. Nas próximas duas seções, revisaremos as características principais das células e veremos como estas unidades fundamentais de vida também se dividem em compartimentos.

MEMBRANAS BIOLÓGICAS

1 1 1 1

•

55

Cavidades principais do corpo humano.

Por exemplo, o lúmen dos vasos sanguíneos é preenchido com o líquido que denominamos sangue. Para alguns órgãos, o lúmen é essencialmente uma extensão do meio externo, e o material presente no lúmen não é verdadeiramente parte do meio interno do corpo até que ele atravesse a parede do órgão. Por exemplo, pensamos que o nosso trato digestório está "dentro" do nosso corpo, mas na realidade seu lúmen é parte do meio externo do corpo (ver Fig. 3-24, p. 76). Uma analogia seria um buraco através de uma conta de colar: ele passa através dela, mas de fato não está dentro dela. Uma ilustração interessante desta distinção entre o meio interno e o externo em um lúmen envolve a bactéria Escherichia coli. Este organismo normalmente vive e se reproduz dentro do intestino grosso, um compartimento internalizado cujo lúmen é contínuo com o meio externo. Quando a E. coli está residindo neste local, ela não prejudica o hospedeiro. Contudo, se a parede intestinal é perfurada por doença ou acidente e a E. coli penetra o meio interno do corpo, pode ocorrer uma séria infecção.

A palavra membrana (membrana, uma pele) tem dois significados em biologia. Antes da invenção do microscópio no século XVI, a membrana sempre foi descrita como um tecido que reveste uma cavidade ou separa dois compartimentos. Até hoje, falamos da membrana mucosa da boca e da vagina, a membrana peritoneal, que reveste a parte interna do abdome, a membrana pleural, que cobre a superfície dos pulmões, e a membrana pericárdica, que circunda o coração. Estas membranas visíveis são tecidos: finas camadas translúcidas de células. Uma vez que os cientistas observaram as células ao microscópio, a natureza da barreira entre o líquido intracelular e o meio externo se tornou uma questão de grande interesse. Por volta de 1890, os cientistas concluíram que a superfície externa das células, a membrana celular, era uma fina camada de lipídeos que separa o fluido aquoso do interior da célula do seu meio externo. Agora sabemos que as membranas celulares consistem em camadas microscópicas duplas (bicamadas) de fosfolipídeos com moléculas de proteína inseridas nelas. Desse modo, a palavra membrana pode aplicar-se tanto a um tecido quanto a uma camada limitante de fosfolipídeos-proteína (Fig. 3-3 e ). Para aumentar essa confusão, as membranas teciduais são frequentemente desenhadas em ilustrações de livros como uma linha simples, levando os estudantes a pensar nelas como se tivessem estrutura seme-

3

56

Dee Unglaub Silverthorn

Parede capilar

Membrana celular

Células do ~-+sangue "-

o

a Vaso sanguíneo

1

Líquido intersticial

Plasma

Líquido intracelular

•

1~

LEC

-'

'-

LIC

Membrana celular O compartimento líquido extracelular (LEC) é subdivid ido em plasma e líquido intersticial. O material que se desloca entre as cél ulas e o LEC deve cruzar a membrana celular.

•

FIGURA 3-2 Compartimentos líquidos do corpo. O quadro na parte inferior da figura ilustra esquematicamente as relações entre os três compartimentos líquidos do corpo.

lhante à da membrana celular. Nesta seção, você aprenderá mais sobre essas membranas fosfolipídicas que criam compartimentos celulares.

A membrana celular separa a célula do seu meio externo Existem dois sinônimos para o termo membrana celular: membrana plasmática e plasmalema. Usaremos o termo membrana celular neste livro, em vez de membrana plasmática ou plasmalema, para evitar confusão com o termo plasma san,,

gu.ineo. As funções gerais da membrana celular incluem: 1. Isolamento físico. A membrana celular é uma barreira física que separa o líquido intracelular dentro da célula do líquido extracelular que a circunda. 2. Regulação das trocas com o seu meio externo. Amembrana celular controla a entrada de íons e nutrientes na célula, a eliminação de resíduos celulares e a liberação de produtos da célula. 3. Comunicação entre a célula e seu meio externo. A membrana celular contém proteínas que permitem à célula reconhecer e responder a moléculas ou a mudanças

no seu meio externo. Qualquer alteração na membrana celular pode afetar as atividades celulares. 4. Suporte estrutural. Proteínas da membrana celular fixam o citoesqueleto, uma rede estrutural do interior das células para manter a forma celular. Proteínas de membrana também criam junções especializadas entre células adjacentes ou entre células e a matriz extracelular (extra-, externo), que é um material extracelular sintetizado e secretado pelas células. (Secreção é o processo pelo qual uma célula libera uma substância no espaço extracelular.) Junções célula-célula e célula-matriz estabilizam a estrutura dos tecidos. Como a membrana celular realiza essas funções diversas? A resposta encontra-se no nosso modelo atual da estrutura da membrana celular.

As membranas são constituídas principalmente de lipídeos e proteínas Nas primeiras décadas do século XX, os pesquisadores tentaram decifrar a estrutura da membrana, triturando as células e analisando sua composição. Eles descobriram que todas as membranas biológicas consistem em uma combinação de

Fisiologia Humana

~Membrana

pericárdica

57

Tecido conectivo frouxo

Coração

w

A membrana pericárdica é o tecido que c ircunda o coração.

Na visão aumentada, a membrana pericárdica é uma camada de células epiteliais achatadas sustentadas por tecido conectivo.

Cada célula da membrana A membrana celular pericárdica possui uma é uma bicamada membrana celular f osfo li píd ica. circundando-a.

• FIGURA 3-3 Membranas no corpo. Uma membrana pode referir-se a uma fina camada de tecido, como a membrana pericárdica, ou a uma bicamada fosfolipídica circundando todas as células do corpo (membrana celular).

lipídeos e proteínas mais uma pequena quantidade de carboidratos. Contudo, uma estrutura simples e uniforme não poderia ser responsável pelas propriedades extremamente variáveis das membranas encontradas em diferentes tipos de células. De que maneira a água atravessa a membrana celular para entrar em um eritrócito, mas não pode entrar em certas células do túbulo renal? A explicação encontra-se no arranjo molecular das proteínas e dos lipídeos nas várias membranas. A proporção de proteínas em relação aos lipídeos varia amplamente, dependendo da origem da membrana (Tabela 3-1 e ). Em geral, a membrana mais ativa metabolicamente é a que contém mais proteínas. Por exemplo, três quartos da membrana interna da mitocôndria, a qual contém enzimas para a produção de ATP, são constituídos por proteína. Esta análise química das membranas foi útil, mas não explicava como as proteínas e os lipídeos estavam estruturalmente arranjados na membrana. Estudos dos anos 1920 sugeriram que havia quantidade suficiente de lipídeos em uma dada área da membrana para criar uma camada dupla. O modelo da bicamada foi modificado em 1930, para considerar a presença das proteínas. Com a introdução da microscopia eletrônica, os cientistas viram a membrana celular pela primeira vez. Em 1960, o modelo de membrana nas micrografias eletrônicas era o de um "sanduíche de manteiga" - uma camada clara de lipídeos entre duas camadas escuras de proteína. No início dos anos 1970, micrografias eletrônicas em criofraturas revelaram o real arranjo tridimensional de lipídeos e proteínas nas membranas celulares. Com base no que os cientistas aprenderam a partir da observação de membranas submetidas à criofratura, S. J. Singer e G. L. Nicolson, em 1972, propuseram o modelo de membrana do mosaico fluido. A Figura 3-4 • destaca as principais características deste modelo contemporâneo da estrutura da membrana celular. Os fosfolipídeos são arranjados em uma bicamada de modo que as "cabeças" hidrofílicas do fosfato fiquem voltadas para as soluções aquosas dentro e fora da célula, e as "caudas" lipídicas hidro-

fóbicas fiquem ocultas no centro da membrana. A membrana é crivada com moléculas de proteínas, como passas em uma fatia de pão, e a superfície extracelular possui glicoproteínas e glicolipídeos. Todas as membranas celulares possuem espessura relativamente uniforme de aproximadamente 8 nm.

As membranas lipídicas formam uma barreira entre o citoplasma e o líquido extracelular Os três principais tipos de lipídeos que compõem amembrana celular são os fosfolipídeos, os esfingolipídeos e o colesterol. Como visto no Capítulo 2, os fosfolipídeos são contituídos de um esqueleto de glicerol com duas cadeias de ácidos graxos estendendo-se de um lado e um grupo fosfato do outro [ $ p. 30]. A cabeça glicerol-fosfato da molécula é polar e portanto hidrofílica (Fig. 3-Sa e ). A "cauda" de ácido graxo é apoiar e portanto hidrofóbica. Quando colocados em uma solução aquosa, os fosfolipídeos se auto-orientam fazendo com que o lado polar da molécula interaja com as moléculas de água, ao passo que as

Composição de membranas específicas MEMBRANA

PROTEÍNAS LIPÍDEOS CARBOIDRATOS

Membrana dos eritrócitos

49%

43%

8%

Membrana de mielina ao redor dos neurônios

18%

79%

3%

Membrana interna da mitocôndria

76%

24%

0%

3

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Dee Unglaub Silverthorn

Grupo carboidrato de uma glicoproteína _ ___...... ....__...-..._ Grupo carboidrato de ----. um glicolipídeo Superficie extracelular da membrana

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • •• • • • • • • • • - • ="'""""- - , - - - - Membrana d ivid ida • • • •• •

·.·::·.·.·· ·... • • • " . . • • •

•

•

•

•

•

•

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1

•

•

• • •

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• • • •• • •• •• • • • • • • • •••

• • • • • • • • • •• • • • • • • • ..• • • •• •• •• ••

•• • • • •

em camadas por criofratura e analisada • • por m1croscop1a eletrônica

•

._:;_,.A

. •.• • •... •

Proteínas -...._,...----~

•

•• •

- - - - - - - Superfície intracelular da membrana

colesterol inseridas na camada lipídica.

1ot--+--As caudas lipídicas formam a camada interna da membrana.

-

As cabeças dos fosfolipídeos estão voltadas para os compartimentos aquosos intra e extracelular.

• FIGURA 3-4 Modelo do mosaico fluido de uma membrana biológica. Neste modelo, a membrana é uma camada dupla de moléculas de fosfolipídeos. Proteínas de vários tipos são inseridas na bicamada fosfolipídica e através dela. Carboidratos ligados a proteínas e lipídeos na superfície extracelular formam glicoproteínas e glicolipídeos.

caudas apoiares dos ácidos graxos ficam "escondidas" colocando as cabeças polares entre elas e a água. Este arranjo pode ser visto em três estruturas: a bicamada fosfolipídica, descrita na Figura 3-4, a micela e o lipossomo (Fig. 3-5b). Micelas são pequenas gotas com uma única camada de fosfolipídeos arranjados de modo que o interior da micela é preenchido com as caudas hidrofóbicas dos ácidos graxos. Elas são importantes na digestão e na absorção das gorduras no trato digestório. Lipossomos são esferas maiores com paredes de bicamada fosfolipídica. Este arranjo deixa um centro oco com um núcleo aquoso que pode ser preenchido com moléculas solúveis em água. Os biólogos consideram que uma estrutura semelhante ao lipossomo foi a precursora da primeira célula viva. Hoje em dia, os lipossomos estão sendo utilizados como um meio de veicular fármacos através da pele. Os fosfolipídeos são os principais lipídeos das membranas, mas algumas membranas também têm uma quantidade significativa de esfingolipídeos. Os esfingolipídeos também possuem caudas de ácidos graxos, mas suas cabeças podem ser fosfolipídeos ou glicolipídeos. Os esfingolipídeos são ligeiramente mais longos do que os fosfolipídeos.

O colesterol também é uma parte significativa de muitas membranas celulares. As moléculas de colesterol, as quais são principalmente hidrofóbicas, se introduzem entre as cabeças hidrofílicas dos fosfolipídeos (Fig. 3-4). O colesterol ajuda a tornar as membranas impermeáveis a pequenas moléculas solúveis em água (hidrofílicas) e a manter a flexibilidade das membranas em uma ampla faixa de temperaturas.

As proteínas de membrana podem estar frouxa ou fortemente ligadas à membrana De acordo com algumas estimativas, as proteínas de membrana podem ser quase um terço de todas as proteínas codificadas em nosso DNA. Cada célula possui de 10 a 50 tipos diferentes de proteínas inseridas em suas membranas. Anatomicamente, as proteínas de membrana são classificadas em três categorias: proteínas integrais, proteínas periféricas (periferia, circunferência) e proteínas ancoradas em lipídeos (Fig. 3-6 e ). As proteínas integrais, também denominadas proteínas transmembrana (trans- através), se estendem através de toda a membrana celular. Elas são fortemente ligadas à membrana porque os cerca de 20 a 25 aminoácidos presentes

Fisiologia Humana

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As moléculas fosfolipídicas têm cabeça polar e cauda apoiar. O grupo "R" é um grupo polar variável.

(a)

R _L

1

pl

Cabeça polar (hidrofílica)

T

Glicerol 1

1

oX

oX

C'3 .....

C'3 .....

o

o

O>

Cauda apoiar de ácidos graxos (hidrofóbica)

O>

"O ·-

"O ·(.)

-~

·<(

3 Modelo estrutural

Modelos moleculares

Modelo estilizado

Os fosfolipídeos se organizam de forma que suas caudas apoiares não entram em contato com as soluções aquosas, como o líquido extracelular.

(b)

1

-- - --

-..... .....

1

-

'

1

~

- Caudas

-

- - - -1

Bicamada fosfolipídica forma uma lâmina. Micelas são gotas de fosfolipídeos.

•

Liposomos possuem um cent ro aquoso.

FIGURA 3-5 Membranas fosfolipídicas formam bicamadas, micelas ou lipossomos. As membranas biológicas são bicamadas de lipídeos. As micelas são importantes na digestão de lipídeos. Os lipossomos podem assemelharse às primeiras células vivas.

nos segmentos ~-hélice que passam através da bicamada são apolares. Sendo hidrofóbicos, estes aminoácidos criam interações não covalentes com as caudas lipídicas dos fosfolipídeos presentes na bicamada da membrana [ $ p. 24]. O único modo das proteínas transmembrana poderem ser removidas é pela ruptura da estrutura da membrana com detergentes ou outros métodos que destroem a integridade da membrana. As proteínas transmembrana são classificadas em famílias de acordo com quantos segmentos transmembrana elas possuem. Muitas proteínas de membrana importantes fisiologicamente possuem sete segmentos transmembrana (Fig. 3-7 e ), ao passo que outras podem ter apenas um ou até mesmo 12. Quando as proteínas cruzam a membrana mais de uma vez, as cadeias de aminoácidos projetam-se no citoplasma e no líquido extracelular, como mostrado na Figura 3-7.

Carboidratos podem ligar-se às alças extracelulares, e grupos fosfato podem ligar-se às alças intracelulares. A fosforilação de proteínas é um método regulatório que as células usam para alterar a função das proteínas [ $ p. 43]. As proteínas periféricas não atravessam toda a extensão da membrana celular como as proteínas integrais o fazem. Ao invés disso, elas ligam-se frouxamente às proteínas transmembrana ou às cabeças polares dos fosfolipídeos. Elas podem ser removidas sem a ruptura da integridade da membrana. As proteínas periféricas incluem enzimas e algumas proteínas de ligação estruturais que prendem o citoesqueleto à membrana (Fig. 3-6). Sabe-se agora que algumas proteínas de membrana que antes eram consideradas proteínas periféricas são proteínas ancoradas a lipídeos (Fig. 3-6). Estas proteínas são covalen-

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Dee Unglaub Silverthorn

Proteína integral (transmembrana)

, - Glicoproteína

Uquido extracelular

Proteína periférica COOH

Membrana celular

...:-.----1-1-

~~- Alça

Proteína periférica Proteínas do ----""' citoesqueleto

•

Fosfato citoplásmica

Líquido intracelular Citoplasma Estas proteínas transmembrana cruzam a membrana sete vezes.

FIGURA 3-6 Três tipos de proteínas de membrana: integral, periférica e ancoradas a lipídeos. Proteínas periféricas podem ser removidas sem romper a integridade da membrana.

temente ligadas às caudas lipídicas que as inserem na bicamada. Diversas proteínas ancoradas a lipídeos encontram-se associadas com os esfingolipídios da membrana, levando à formação de segmentos especializados da membrana denominados balsas lipídicas (Fig. 3-8 e ). As caudas mais longas dos esfingolipídeos projetam as balsas lipídicas acima dos fosfolipídeos vizinhos.

BIOTECNOLOGIA

LIPOSSOMOS PARA A BELEZA E A SAÚDE Mu itas pessoas ouviram o termo lipossomo pela primeira vez relacionado a cremes cosméticos para a pele que prometiam liberar ingredientes que as células precisavam. Contudo, este não é o único uso para estas minúsculas estruturas. As indústrias de cosméticos adotaram uma técn ica médica desenvolvida para melhorar a veiculação de fármacos. Na medicina, os centros dos lipossomos são preenchidos com fármacos ou com fra gmentos de DNA para a terapia gênica. Depois, os lipossomos são aplicados na pele ou injetados na corrente sanguínea. Para tornar a veiculação de fárm acos mais específica, os pesquisadores agora podem construir imunolipossomos que usam anticorpos para reconhecer t ipos específicos de células cancerígenas. Direcionando os fármacos para as células que eles estão tratando, os pesquisadores esperam aumentar a eficácia dos fá rmacos e diminuir os efeitos colaterais indesejáveis. Para aprender mais sobre este tópico, acesse liposome drug delivery ou imunolipossomos no Google.

•

FIGURA 3-7 Proteínas integrais. As proteínas integrais transmembrana possuem alças de cadeias de peptídeos que se estendem para o citoplasma e para o líquido extracelular. Os carboidratos ligam-se às alças extracelulares, e os grupos fosfato ligam-se às alças intracelulares.

De acordo com o modelo original da membrana celular do mosaico fluido, as proteínas de membrana poderiam mover-se lateralmente de um local para outro direcionadas por proteínas fibrosas que se dispõem logo abaixo da superfície da membrana. Porém, pesquisadores observaram que isto não é verdade para todas as proteínas de membrana. Algumas proteínas integrais são ancoradas nas proteínas do citoesqueleto (Fig. 3-6) e, por essa razão, são imóveis. A capacidade do citoesqueleto de restringir o movimento das proteínas integrais permite que as células desenvolvam a polaridade, na qual diferentes faces da célula têm proteínas diferentes e, consequentemente, propriedades diferentes. Isto é particularmente importante nas células do epitélio de transporte, como você aprenderá no Capítulo 5. REVISANDO CONCEITOS 1. Dê o nome de três tipos de lipídeos encontrados nas membranas celulares.

2. Descreva três tipos de proteínas de membrana e como elas são associadas à membrana celular. 3. Por que os fosfolipídeos na membrana celular formam uma bicamada, ao invés de uma camada simples? 4. Quantas bicamadas de fosfolipídeos uma substância atravessa ao entrar em uma célula? E ao passar de um lado a Respostas: p. 91 outro do epitélio pericárdio (Fig. 3-3)?

Os carboidratos de membrana ligam-se a lipídeos e proteínas Os carboidratos das membranas em sua maioria são açúcares ligados às proteínas de membrana (glicoproteínas)

Fisiologia Humana

61

3

•

FIGURA 3-8 As balsas lipídicas são constituídas de esfingolipídeos. Os esfingolipídeos (laranja) são mais longos que os fosfolipídeos e se destacam acima dos fosfolipídeos vizinhos da membrana (preto). Uma enzima ancorada a lipídeos, a fosfatase alcalina placentária (amarelo), está quase sempre associada com uma balsa lipídica. Imagem, cortesia de DE Saslowsky, J Lawrence, X Ren, DA Brown, RM Henderson e JM Edwardson. Placenta! alkaline phosphatase is efficiently targeted to rafts in supported lipid bilayers. J. Biol. Chem. 277: 26966-26970, 2002.

ou aos lipídeos de membrana (glicolipídeos). Eles são encontrados exclusivamente na superfície externa da célula, onde formam uma camada protetora conhecida como glicocálice (glico-, doce + kalyx, casca ou broto). As glicoproteínas na superfície da célula desempenham um papelchave na resposta imunitária do corpo. Por exemplo, os

grupos sanguíneos ABO são determinados pelo número e pela composição dos açúcares ligados aos esfingolipídeos da membrana. A Figura 3-9 • é um mapa resumido que mostra a organização da membrana celular.

MEMBRANA CELULAR 1

consiste em 1

t

'

,

Fosfolipídeos, esfingolipídeos

Colesterol

Carboidratos

Proteínas

1

1

Juntos formam

Juntos formam

'

t

t

Bicamada lipídica

Glicolipídeos

Glicoproteínas

1

Juntos formam

Funciona como

1

cujas funções incluem

Barreira seletiva entre o citosol e o meio externo

•

FIGURA 3-9

t Estabilidade -

estrutural

Mapa dos componentes da membrana celular.

t

Reconhecimento celular

t Resposta imunitária

-

62

Dee Unglaub Silverthorn

outras, todas se originam de forma semelhante e mantêm muitas características em comum. O câncer é uma cond ição em que um pequeno grupo de células começa a divid ir-se incontrolavelmente e perde a capacidade de se diferenciar em células especial izadas. As célu las cancerígenas que se originam em um tecido podem escapar deste tecido e espalharem-se a outros órgãos pelo sistema circulatório e vasos linfáticos, um processo con hecido como metástase. Questão 1: Por que o tratamento do câncer se concentra em matar as células cancerígenas?

54

71

80

84

87

COMPARTIMENTOS INTRACELULARES Muito do que conhecemos sobre as células vem de estudos de organismos simples que consistem em uma única célula. Entretanto, os seres humanos são muito mais complexos, com trilhões de células no corpo. Foi estimado que existam mais de 200 tipos diferentes de células no corpo humano, cada tipo com suas próprias estrutura e função características. Durante o desenvolvimento, as células se especializam e adquirem formas e funções específicas. Toda célula no corpo herda informação genética idêntica no seu DNA, mas nenhuma célula usa todas estas informações. Durante a diferenciação, somente genes selecionados são ativados, transformando a célula em uma unidade especializada. Na maioria dos casos, o tamanho, a forma final de uma célula e o seu conteúdo refletem a sua função. A Figura 3-1 O • mostra algumas das diferentes células do corpo humano. Embora estas células maduras pareçam muito diferentes umas das

As células são divididas em compartimentos A organização estrutural de uma célula pode ser comparada com uma cidade medieval amuralhada. A cidade é separada da zona rural circundante por uma muralha alta, com entrada e saída estritamente controladas por meio de portões que podem ser abertos e fechados. A cidade dentro destas muralhas é dividida em ruas e em diversos conjuntos de casas e lojas com funções variadas. Dentro da cidade, um governante do castelo vigia as idas e vindas diárias dos habitantes. Como a cidade depende de comida e matéria-prima que vêm de fora das muralhas, o governante negocia com os fazendeiros da zona rural. Invasores estrangeiros são sempre uma ameaça, então o governante se comunica e coopera com os governantes das cidades vizinhas. Na célula, o limite externo é a membrana celular. Similar à muralha da cidade, ela controla o movimento do material entre o interior e o exterior da célula pela abertura e o fechamento de "portões" constituídos de proteínas. O lado interno é dividido em compartimentos, ao invés de lojas e casas. Cada um desses compartimentos tem uma finalidade específica que contribui para o funcionamento da célula como um todo. Na célula, o DNA que está no núcleo é o "governante do castelo", controlando tanto o funcionamento interno da célula quanto a interação com outras células. Como a cidade, a célula depende de suprimentos do meio externo. Ela também deve comunicar-se e cooperar com outras células para manter o corpo funcionando de um modo coordenado. A Figura 3-11 • apresenta um mapa geral da estrutura celular. As células do corpo são circundadas pela solução salina diluída do líquido extracelular. A membrana celular separa o meio interno da célula (o líquido intracelular) do líquido extracelular.

300µm Óvulo: 100µm 200µm

Adipócito: 50-150 µm

-

Leucócito: 15 µm

. . ® Entróc1to: "e t:i1 7,5 µm

i----+-100 µm

'~ Neuron10 no ence'fa1o: A

•

'

300-400 µm de largura

Célula muscular lisa: 15-200 µm de comprimento

(j

~ Espermatozoide: 5µmde comprimento

Oµm~~~~~~~~~~~---=---~~---=-~~~~~~~~~~~~~~~~~--'

e

FIGURA 3-1 O Tipos de células representativos do corpo humano. Cada célula tem o potencial genético para se tornar qualquer tipo de célula, mas a ativação seletiva dos genes durante a diferenciação determina o tamanho final, a forma e a função da célula.

Fisiologia Humana Internamente, a célula está dividida em citoplasma e núcleo. O citoplasma consiste em uma porção fluida, denominada citosol; partículas insolúveis, denominadas inclusões; e estruturas delimitadas por membrana, coletivamente conhecidas como organelas. Uma célula típica do revestimento do intestino delgado é mostrada na Figura 3-12 e. Ela tem a maioria das estruturas encontradas nas células animais.

63

A CÉLULA 1

é composta de

.-----------i----~ Membrana

celular

O citoplasma inclui citosol, inclusões e organelas

Núcleo

Citoplasma

O citoplasma inclui todo material envolvido pela membrana celular, exceto o núcleo. Ele tem três componentes: 1. Citosol, ou líquido intracelular: O dtosol (dto-, célula + sol[úvel]) é um líquido semigelatinoso separado do líquido extracelular pela membrana celular. O citosol contém nutrientes e proteínas dissolvidos, íons e produtos residuais. Os outros dois componentes do citoplasma - inclusões e organelas - estão suspensos no citosol. 2. Inclusões são partículas de materiais insolúveis. Algumas são nutrientes armazenados. Outras são responsáveis por funções específicas da célula e essas estruturas são algumas vezes denominadas organelas não membranosas. 3. Organelas - "pequenos órgãos" - são compartimentos delimitados por membrana que têm papéis específicos a desempenhar na função global da célula. Por exemplo, as organelas denominadas mitocôndrias geram a maior parte do ATP celular, e as organelas denominadas lisossomos agem como um sistema digestório da célula. As organelas trabalham de maneira integrada, cada uma assumindo uma ou mais das funções celulares.

As inclusões estão em contato direto com o citosol As inclusões das células não possuem membranas limitantes de modo que estão em contato direto com o citosol. O movimento do material entre inclusões e citosol não requer transporte através de uma membrana. Os nutrientes são armazenados como grânulos de glicogênio e gotas lipídicas. A maioria das inclusões com funções que não o armazenamento de nutrientes é constituída de proteínas ou combinações de RNA e proteínas. Elas incluem ribossomos, proteossomos, partículas de ribonucleoproteína (vaults) e proteínas fibrosas. Ribossomos (Fig. 3-12) são pequenos grânulos densos de RNA e proteína que sintetizam proteínas sob a direção do DNA celular (ver Capítulo 4). Ribossomos ligados à superfície citosólica das organelas são denominados ribossomos fixos. Aqueles em suspensão livre no citosol são ribossomos livres. Alguns ribossomos livres formam grupos de 10 a 20 ribossomos conhecidos como polirribossomos. Um ribossomo que está fixo em um minuto pode se libertar e tornar-se um ribossomo livre no próximo minuto. Os ribossomos são mais numerosos em células que sintetizam proteínas que são exportadas da célula. Proteossomos são cilindros proteicos ocos com uma "tampa" de proteína em cada extremidade. Eles têm sido descritos como "nanomáquinas" (nanus, anão) porque são os sítios celulares da degradação de determinadas proteínas

Citosol

Organelas delimitadas por membranas • Mitocôndria • Retículo endoplasmático •Aparelho de Golgi • Lisossomos • Peroxissomos

Inclusões Gotas de lipídeos Grânulos de glicogênio Ribossomos Partículas de ribonucleoproteínas (vaults) • Proteossomos • Citoesqueleto • Centríolos • Centrossomos •Cílios •Flagelos • • • •

Líquido extrace/ular

e

FIGURA 3-11 lular.

Um mapa para o estudo da estrutura ce-

marcadas. As vaults, descritas pela primeira vez em 1986, são constituídas de RNA e proteínas. Como os proteossomos, elas são partículas ocas em forma de barril, mas sua função ainda é desconhecida. Uma das proteínas vault está associada à resistência de tumores a certos medicamentos para o tratamento do câncer.

As proteínas fibrosas citoplasmáticas podem ter três tamanhos As três famílias de proteínas fibrosas citoplasmáticas são classificadas por seu diâmetro e composição proteica (Tabela 3-2 e ). Todas as fibras são polímeros de proteínas menores. As mais finas são as fibras de actina, também denominadas microfllamentos. Um pouco maiores são os filamentos intermediários, que podem ser constituídos de diferentes tipos de proteínas, incluindo miosina no músculo, queratina na pele e no cabelo e neurofllamentos em neurônios. As proteínas fibrosas maiores são os microtúbulos ocos formados por uma proteína chamada de tubulina. As proteínas fibrosas insolúveis da célula têm dois propósitos gerais: suporte estrutural e movimento. O suporte estrutural vem primariamente do citoesqueleto. O movimento da célula ou de elementos dentro da célula ocorre com a ajuda de proteínas fibrosas e de um grupo de enzimas especializadas denominadas proteínas motoras. Essas funções serão discutidas com mais detalhes nas seções seguintes.

3

64

Dee Unglaub Silverthorn

A C~LULA

Os microvilos ou microvilosidades aumentam a área da superfície disponível para a absorção. Esta célula epitelial também possui a maioria das organelas de uma célula típica.

Pregueamento extenso da membrana celular

Aumenta a área de superfície para absorção

Bicamada de moléculas de fosfolipídeos com proteínas inseridas

Atua como passagem e como barreira para o movimento de material entre o interior da célula e o líquido extracelular

Sacos membranosos ocos

Modifica e empacota as proteínas

Dupla parede com matriz central

Produz a maior parte do ATP da célula

Feixes de microtúbulos

Direcionam o movimento do DNA durante a divisão celular

Lúmen central com um envelope externo de duas membranas com poros

Contém DNA para gerenciar todas as funções da célula

Região com DNA, RNA e proteínas

Contém os genes que coordenam a síntese de RNA ribossômico

Retículo endoplasmático rugoso

Túbulos de membrana contínuos com a membrana nuclear externa; pontilhados com ribossomos

Local da síntese de proteínas

Retículo endoplasmático liso

O mesmo que o retículo endoplasmático rugoso sem ribossomos

Sintetiza ácidos graxos, esteroides e lipídeos

Grânulos de RNA e proteínas

Unem os aminoácidos formando proteínas

Proteínas fibrosas

Dão força e sustentação; possibilitam a motilidade da célula; transporte

Microvilosidades Membrana celular

o

Aparelho de Golgi

Núcleo

Nucléolo

NAV E G AD O R

o oo ºo ) / 7

Procure por este navegador ao longo deste capítulo para ajudá-lo a localizar as várias organelas.

e

FIGURA 3-12

Ribossomos

Microtúbulos e microfilamentos

Fisiologia Humana

65

r - - - / ' Microtúbulos

formam centríolos.

O navegador mostra a localização desta organela na célula aumentada mostrada na Figura 3-12.

3

{a) Centríolos orientam o movimento do DNA durante a divisão celular. {e) Cílios e flagelos possuem nove pares de microtúbulos circundando um par cent ral.

.. .

• •

Movimento

Movimento

Flagelo {d) Os batimentos dos cílios e f lagelos criam o movimento do líq uido.

{b) Um par de centríolos

•

FIGURA 3-13

Cílio

Centríolos, cílios e flagelos. Todas as três estruturas são formadas a partir dos microtúbulos.

Os microtúbulos formam centríolos, cílios e flagelos As maiores proteínas fibrosas citoplasmáticas, os microtúbulos, criam as estruturas complexas dos centríolos, cílios e flagelos, os quais estão todos envolvidos em alguma forma de movimento celular. O centro organizador dos microtúbulos da célula, o centrossomo, forma microtúbulos a partir de

monômeros de tubulina. O centrossomo aparece como uma região escurecida próxima ao núcleo da célula. Na maioria das células animais, o centrossomo contém dois centríolos, mostrados na célula típica da Figura 3-12. Cada centríolo é um feixe cilíndrico de 27 microtúbulos, arranjados em nove grupos de três (Fig. 3-13a e ). Na divisão celular, os centríolos coordenam o movimento das fitas de DNA (ver Apêndice C).

Diâmetro das proteínas fibrosas no citoplasma DIÂMETRO

TIPO DE PROTEÍNA

FUNÇÃO

Microfilamentos

7nm

Actina {globular)

Citoesqueleto; associa-se com a miosina na contração muscular

Filamentos intermediários

10 nm

M iosina, proteína neurofilamentar, queratina {fi lamentos)

Citoesqueleto, cabelo e unhas, barreira protetora da pele; a miosina forma fi lamentos espessos envolvidos na contração muscu lar

Microtúbulos

25 nm

Tubu lina (g lobular)

Movimento de cílios, flagelos e cromossomas; transporte intracelular de organelas; citoesqueleto

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Dee Unglaub Silverthorn

•l-'1-----+----- Microvilosidades ----~~íflí aumentam a área da superfície celular. Eles são sustentados por microfilamentos. t----~~~-+--

•

• ••

•• • • ••

Microfilamentos

-~~

formam uma rede logo abaixo da membrana celular.

1~-.....:..=:::y.....----.,.;~"-m---4--

Microtúbulos são as maiores f ibras do citoesqueleto.

_,~ fr---M--- - - +- -

Filamentos intermediários

{a)

•

FIGURA 3-14

incluem miosina e queratina. {b)

O citoesqueleto e as proteínas fibrosas citoplasmáticas. O

citoesqueleto ancora algumas organelas nos seus lugares e ajuda a criar a forma da célula.

Nas células que perderam a capacidade de divisão, como os neurônios maduros, faltam centríolos. Cílios (dllium, do latim para cílios) são pequenas estruturas semelhantes a pelos projetadas a partir da superfície da célula, como as cerdas de uma escova. A superfície de um cílio é uma continuação da membrana celular, contendo nove pares de microtúbulos circundando um par central (Fig. 3-13c). Os microtúbulos terminam no corpo basal no interior da célula. Os cílios batem ritmicamente para trás e para frente quando os pares de microtúbulos deslizam um pelo outro com a ajuda da proteína motora dineína. O movimento ciliar cria correntes que varrem líquidos ou secreções ao longo da superfície da célula. As células ciliadas são encontradas principalmente nas vias aéreas superiores e em parte do trato genital feminino. Os flagelos (fiagellum, do latim para chicote) possuem o mesmo arranjo de microtúbulos dos cílios, mas são consideravelmente mais longos. Os flagelos são encontrados em organismos unicelulares e, a única célula flagelada nos seres humanos é o espermatozoide (ver Fig. 3-10). Um espermatozoide tem apenas um flagelo, em contraste com as células ciliadas, que podem ter uma superfície quase totalmente coberta com cílios. Os movimentos ondulatórios do flagelo empurram o espermatozoide pelo líquido, da mesma maneira que a contração ondulatória do corpo de uma cobra a empurra de cabeça no seu ambiente. Os flagelos movem-se e dobram-se pelos mesmos mecanismos básicos dos cílios.

O citoesqueleto é uma estrutura modificável O citoesqueleto é uma estrutura tridimensional flexível, modificável, com microfilamentos de actina, filamentos intermediários e microtúbulos que se estendem por todo o

citoplasma. Algumas proteínas fibrosas do citoesqueleto são permanentes, mas a maioria é sintetizada ou desmontada de acordo com as necessidades da célula. Devido à natureza mutável do citoesqueleto, seus detalhes organizacionais são complexos e não serão discutidos aqui. O citoesqueleto tem pelo menos cinco funções importantes. 1. Forma da célula. A estrutura proteica do citoesqueleto dá resistência mecânica para a célula e, em algumas células, desempenha um papel importante na determinação da forma celular. A Figura 3-14a • mostra como as fibras do citoesqueleto ajudam a sustentar os microvilos (micro-, pequeno + villus, tufos de cabelo), ou microvilosidades, projeções digitiformes da membrana celular que aumentam a área de superfície para a absorção de materiais. 2. Organização interna. As fibras do citoesqueleto estabilizam a posição das organelas. A Figura 3-14b é um esquema de uma célula típica com organelas mantidas no lugar pelo citoesqueleto. Observe, entretanto, que esta figura é apenas uma "foto" de um momento na vida da célula. O arranjo interior e a composição de uma célula são dinâmicos, mudando de minuto a minuto em resposta às necessidades da célula, da mesma maneira que há sempre movimento no interior das muralhas da cidade. Uma desvantagem de ilustrações estáticas de livros-texto é que elas são incapazes de representar com precisão o movimento e a natureza dinâmica de muitos processos fisiológicos. 3. Transporte intracelular. O citoesqueleto ajuda a transportar materiais para dentro da célula e dentro do citoplasma, funcionando como um "trilho" intracelular para o deslocamento de organelas. Esta função é parti-

Fisiologia Humana cularmente importante nas células do sistema nervoso, onde o material deve ser transportado por distâncias intracelulares de cerca de um metro. 4. União das células nos tecidos. As proteínas fibrosas do citoesqueleto se conectam com as do espaço extracelular, ligando as células umas às outras e ao material de suporte extracelular . Além de dar resistência mecânica aos tecidos, estas ligações permitem a transferência de informações de uma célula à outra. 5. Movimento. O citoesqueleto ajuda a mover as células, desde os leucócitos, que se comprimem para sair dos vasos sanguíneos até os neurônios, que durante o seu crescimento projetam grandes extensões à medida que se alongam. Os cílios e os flagelos na membrana celular são capazes de se mover por causa dos microtúbulos do seu citoesqueleto. Os movimentos e o transporte intracelular são facilitados por proteínas motoras especiais que usam energia proveniente do ATP para deslizar ou andar pelas fibras do citoesqueleto.

-

As proteínas motoras são capazes de converter a energia armazenada em movimentos direcionados. Existem três grupos de proteínas motoras associadas com o citoesqueleto: miosinas, dnesinas e dineínas. Todos os três grupos usam energia armazenada no ATP para impulsioná-las ao longo das fibras do citoesqueleto. A miosina se liga às fibras de actina e é bem conhecida por seu papel na contração muscular, descrita em detalhes no Capítulo 12. As cinesinas e as dineínas são associadas aos movimentos ao longo dos microtúbulos, e as dineínas associadas com os feixes de microtúbulos dos cílios e flagelos ajudam a criar seu movimento semelhante a uma chicotada. A maioria das proteínas motoras é composta por várias cadeias de proteínas, arranjadas em três partes: duas cabeças que se ligam à fibra do citoesqueleto, um pescoço e a região da cauda que se liga à "carga", como uma organela que precisa ser transportada através do citoplasma (Fig. 3-15 e ). As cabeças se ligam alternadamente à fibra do citoesqueleto, que então se solta e "dá um passo" adiante. Nosso modelo atual deste processo indica que cada passo requer a energia armazenada em uma molécula de ATP. R VISANDO CONCEITOS 5. Cite os três tamanhos das proteínas fibrosas citoplasmáticas. 6. Qual seria o efeito da ausência do f lagelo no espermatozoide? 7. Qual a dif erença entre citoplasma e citosol? 8. Qual a dif erença ent re um cílio e um flagelo? 9. Qual a função das proteínas motoras?

Respostas: p. 91

As organelas criam compartimentos para desempenhar funções especializadas As organelas são compartimentos subcelulares separados do citosol por uma ou mais membranas fosfolipídicas com estrutura similar à da membrana celular. Estes compartimentos criados pelas organelas permitem que a célula isole substân-

Organela

Proteína~

motora

3

Fibra do citoesqueleto

•

As proteínas motoras geram movimentos

67

FIGURA 3-15

Proteínas motoras. As proteínas mo-

toras possuem várias cadeias de proteína que formam duas cabeças, um pescoço e uma cauda que pode ligarse a organelas ou a outras cargas. As cabeças "andam" ao longo das fibras do citoesqueleto com o auxílio da energia do ATP.

cias e separe funções. Por exemplo, uma organela pode conter substâncias que seriam prejudiciais à célula, como as enzimas digestórias. O processo de empacotamento e modificação de proteínas é outro exemplo de separação de funções. As proteínas são modificadas em uma organela, empacotadas em outra e armazenadas em uma terceira. A Figura 3-12 mostra os quatro grupos principais de organelas: mitocôndria, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi e, lisossomos e peroxissomos.

Mitocôndria As mitocôndrias (mitos, filamento + condros, grânulo) são pequenas organelas com forma esférica a elíptica, e com uma parede dupla incomum (Fig. 3-16 e ).

A membrana externa da parede dá à mitocôndria sua forma. A membrana interna se dobra formando folhetos ou túbulos denominados cristas. A membrana dupla cria dois compartimentos separados no interior da mitocôndria. No centro, dentro da membrana interna, está o compartimento denominado matriz mitocondrial (matrix, fêmea para procriação). A matriz contém enzimas, ribossomos, grânulos e DNA. Entre a membrana interna e a externa está o espaço intermembrana, o compartimento que desempenha um papel importante na produção de ATP pela mitocôndria. As mitocôndrias são o principal local de geração de ATP, motivo pelo qual elas são apelidadas de "usina de energia" da célula. O número de mitocôndrias em uma célula em particular depende da energia que a célula necessita. Células, como as do músculo esquelético, as quais usam uma grande quantidade de energia, possuem muito mais mitocôndrias que células menos ativas, como as células adiposas (adipócitos). As mitocôndrias são organelas incomuns por duas razões. Primeiro, em sua matriz elas possuem seu DNA próprio

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Matriz

Membrana interna

A matriz é o compartimento mais interno.

Jt-------'1,--

Citoplasma da célula

Membrana -.a.;~~~"'.~~iJi+ externa

""------=~-- Cristas -1~~~3~~ ~ ~

________f_____,,.-.-~-- O espaço Face c itosólica da membrana.

•

intermembrana forma um compartimento.

FIGURA 3-16 Mitocôndria. A mitocôndria possui uma estrutura de parede dupla, com uma membrana interna densamente pregueada. A parede dupla cria dois compartimentos: a matriz mitocondrial interna e um espaço i ntermem bra na.

e único. Este DNA mitocondrial, junto com o RNA da matriz, possibilita que a mitocôndria sintetize algumas de suas próprias proteínas. Por que isso ocorre na mitocôndria e não em outras organelas? Esta pergunta tem sido assunto de estudo profundo e minucioso. De acordo com a teoria endossimbionte procariótica, a mitocôndria descende de bactérias que invadiram as células há milhões de anos. As bactérias desenvolveram uma relação de benefício mútuo com seus hospedeiros e logo se tornaram uma parte integrante da célula hospedeira. A evidência que sustenta esta teoria é o fato de que as nossas mitocôndrias contêm DNA, RNA e enzimas similares aos encontrados em bactérias, mas diferentes dos que encontramos em nosso próprio núcleo celular. A segunda característica incomum da mitocôndria é sua capacidade de se replicar, até mesmo quando a célula à qual ela pertence não está sofrendo divisão celular. Este processo é auxiliado pela presença do DNA mitocondrial, que permite à organela determinar sua própria duplicação. A replicação da mitocôndria se dá por brotamento, no qual uma pequena mitocôndria-filha desprende-se de uma grande mitocôndria-mãe. Por exemplo, as células musculares em exercício que têm aumento da demanda de energia, podem atender à demanda de mais ATP aumentado o número de mitocôndrias no seu citoplasma.

O retículo endoplasmático O retículo endoplasmático, ou RE, é uma rede de tubos membranosos interconectados (Fig. 3-17 e ) que é uma continuação da membrana externa que circunda o núcleo da célula. O nome reticulum vem da palavra em latim para rede e se refere à aparência em forma de rede dos túbulos. Micrografias eletrônicas revelam que há duas formas de RE: retículo endoplasmático rugoso e retículo endoplasmático liso. O RE rugoso tem uma aparência granular, ou rugosa, devido às fileiras de ribosso-

mos que pontilham sua superfície citoplasmática. O RE liso não possui ribossomos e aparece como tubos membranosos lisos. Ambos os tipos de retículo endoplasmático possuem as mesmas três funções principais: síntese, armazenagem e transporte de biomoléculas. ORE liso é o principal local da síntese de ácidos graxos, esteroides e de lipídeos [ $ p. 28]. Os fosfolipídeos da membrana celular são produzidos no RE liso, e o colesterol é modificado formando hormônios esteroides, como os hormônios sexuais estrogênio e testosterona. O RE liso das células do fígado e do rim elimina ou inativa fármacos. Nas células do músculo esquelético, uma forma modificada de RE liso armazena íons cálcio (Ca2 +), que são usados na contração muscular. ORE rugoso é o principal local da síntese de proteínas. As proteínas são formadas nos ribossomos aderidos à superfície citoplasmática do RE rugoso, e depois introduzidas no lúmen do RE rugoso, onde sofrem modificações químicas.

Aparelho de Golgi O aparelho de Golgi (Fig. 3-18 • ) foi descrito pela primeira vez por Camillo Golgi em 1898. Durante anos, os investigadores pensaram que esta organela era apenas o resultado do processo de fixação necessário para o preparo de tecidos para exame sob o microscópio ótico. Contudo, agora sabemos, a partir de estudos de microscopia eletrônica, que o aparelho de Golgi é de fato uma organela distinta. Ele consiste uma série de sacos ocos curvados empilhados no topo um do outro, como bolsas de água quente, e circundados por esferas delimitadas por membrana chamadas de vesículas (vesícula, bexiga). O aparelho de Golgi recebe proteínas sintetizadas no RE rugoso, e as modifica e empacota nas vesículas. Os detalhes da síntese, da modificação e do empacotamento das proteínas são discutidos no Capítulo 4.

Fisiologia Humana

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Ribossomos são ligados
3

• • • •

.....-•. .

•

.

•

• • • •• • •• • • • • • • •

Retículo endoplasmático liso

•

FIGURA 3-17

O retículo endoplasmático. O RE rugoso apresenta ribossomos ligados e é o principal local de síntese de proteínas. O RE liso não possui ribossomos e é o local da síntese de lipídeos.

Vesículas citoplasmáticas As vesículas citoplasmáticas delimitadas por membrana são de dois tipos: secretora e de armazenamento. As vesículas secretoras contêm proteínas que serão liberadas da célula. O conteúdo da maioria das vesículas de armazenamento, contudo, nunca deixa o citoplasma. Lisossomos (lisis, dissolução + soma, corpo) são pequenas vesículas esféricas de armazenamento que aparecem no

citoplasma como grânulos delimitados por membrana (Fig. 3-19 e ). Os lisossomos atuam como o sistema digestório da célula. Eles usam enzimas poderosas para degradar bactérias ou organelas velhas, como as mitocôndrias, até seus componentes moleculares. Aquelas moléculas que podem ser reutilizadas são reabsorvidas no citosol, ao passo que o restante é eliminado da célula. Foram identificados 50 tipos de enzimas nos lisossomos de diferentes tipos de células.

Vesícula

• (a)

•

FIGURA 3-18

Aparelho de Golgi. Os sacos achatados do aparelho de Golgi são circundados por vesículas.

(b)

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•

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FIGURA 3-19 Lisossomos e peroxissomos. Ambos os tipos de vesículas contêm enzimas digestórias. As reações nos peroxissomos geram peróxido de hidrogênio.

Devido ao fato de as enzimas lisossomais serem tão poderosas, os pesquisadores trataram de resolver a questão de porque essas enzimas normalmente não destroem as células que as contêm. O que os cientistas descobriram é que as enzimas lisossomais são ativadas apenas em condições muito ácidas, 100 vezes mais ácidas do que os níveis de acidez normais do citoplasma. Quando os lisossomos são liberados do aparelho de Golgi, o pH do seu interior é praticamente o mesmo do citosol, 7,0 a 7,3. As enzimas são inativas neste pH. Sua inatividade serve como uma forma de segurança. Se o lisossomo se romper ou acidentalmente liberar as enzimas, elas não prejudicarão a célula. Porém, à medida que o lisossomo permanece no citoplasma, ele acumula H+ em um processo que utiliza energia. Aumentando as concentrações de H+ o pH no interior da vesícula diminui para 4,8 a 5,0, e as enzimas são ativadas. Uma vez ativadas, as enzimas podem degradar várias biomoléculas no seu lúmen. A membrana lisossômica não é afetada pelas enzimas. As enzimas digestórias dos lisossomos não são sempre mantidas isoladas dentro da organela. Ocasionalmente, os lisossomos liberam suas enzimas para fora da célula para dissolver material de suporte extracelular, como as porções duras de carbonato de cálcio presente nos ossos. Em outras ocasiões, as células permitem que as enzimas de seus lisossomos entrem em contato com o citoplasma, levando

à autodigestão de toda a célula ou parte dela. Quando os músculos atrofiam (encolhem) por falta de uso ou o útero diminui de tamanho após a gestação, a perda de massa celular é devida à ação dos lisossomos. Uma liberação inapropriada de enzimas lisossômicas tem sido implicada em certas doenças, como a inflamação e a destruição dos tecidos das articulações que ocorrem na artrite reumatoide. Nas condições herdadas conhecidas como doenças de armazenamento do lisossomo, os lisossomos são ineficazes porque eles não têm algumas enzimas específicas. Uma das doenças de armazenamento do lisossomo mais conhecidas é a condição fatal herdada conhecida como doença de Tay-Sachs. Bebês com a doença de Tay-Sachs possuem lisossomos defeituosos que falham na degradação dos glicolipídeos. O acúmulo de glicolipídeos nos neurônios causa disfunção do sistema nervoso, incluindo cegueira e perda da coordenação. A maioria dos bebês que apresentam a doença de Tay-Sachs morre no início da infância. Os peroxissomos são vesículas de armazenamento menores que os lisossomos (Fig. 3-19). Durante anos, pensou-se que eram um tipo de lisossomo, mas agora sabemos que os peroxissomos contêm um conjunto diferente de enzimas. Sua principal função parece ser a degradação de ácidos graxos de cadeia longa e moléculas exógenas potencialmente tóxicas. Os peroxissomos têm o seu nome originado do fato das reações que ocorrem no seu interior gerarem peróxido de hidrogênio (H20 2), uma molécula tóxica. O peroxissomo rapidamente converte este peróxido em oxigênio e água usando a enzima catalase. Os distúrbios peroxissomais interrompem o processamento normal dos lipídeos e podem alterar gravemente a função neural pela modificação da estrutura das membranas dos neurônios. REVISANDO CONCEITOS 1O. O que distingue as organelas das inclusões? 11. Qual a diferença anatômica entre o retículo endoplasmático rugoso e o retículo endoplasmático liso? Qual a diferença funcional? 12. Em que os lisossomos diferem dos peroxissomos? 13. Aplique o princípio fisiológico da compartimentalização às organelas em geral e à mitocôndria em particular. 14. Um exame microscópico de uma célula revela muitas mitocôndrias. O que esta observação implica em relação à exigência de energia da célula? 15. Examinando um tecido de uma espécie desconhecida de peixe, você descobre um tecido contendo grande quantidade de retículo endoplasmático liso nas células. Qual é a possível função destas células? Respostas: p. 91

O núcleo é o centro de controle da célula O núcleo da célula contém DNA, o material genético que em última análise controla todos os processos celulares. O estudo do modo como o núcleo recebe informações sobre as condições da célula ou de outro lugar do corpo e responde com o controle da síntese de proteínas na célula é uma área ativa da pesquisa biológica. A Figura 3-20 • ilustra a

Fisiologia Humana

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~=------ O envelope nuclear é uma -------

membrana dupla q ue separa o núcleo do citoplasma

3 O nucléolo contém DNA que controla a síntese do RNA ribossomal

' -

-

A cromatina é - constituída de DNA e proteínas

Os poros nucleares ------,~ regulam o movimento de material para dentro e para fora do núcleo

~

e

FIGURA 3-20

O núcleo.

estrutura de um núcleo típico. Seu envoltório, ou envelope nuclear, é uma estrutura com membrana dupla que separa o núcleo do compartimento citoplasmático. A membrana externa do envelope é conectada com o retículo endoplasmático, e ambas as membranas do envelope são perfuradas por orifícios circulares, ou poros. A comunicação entre o núcleo e o citosol ocorre por meio dos complexos dos poros nucleares, grandes com, plexos de proteínas com um canal central. lons e pequenas moléculas movem-se livremente através deste canal quando ele está aberto, mas moléculas grandes como as proteínas e o RNA precisam ser transportadas por um processo que utiliza energia. Esta condição permite à célula restringir o DNA ao núcleo e também limitar diversas enzimas ao citoplasma ou ao núcleo. Em micrografias eletrônicas de células que não estão se dividindo, o núcleo aparece preenchido com um material granular espalhado aleatoriamente, ou cromatina, constituído de DNA e proteínas associadas. Usualmente, o núcleo também contém de um a quatro corpos maiores de coloração escura contendo DNA, RNA e proteínas denominados nucléolos (nucleolus, pequeno núcleo). Os nucléolos contêm os genes e as proteínas que controlam a síntese de RNA ribossomal (ver Apêndice C).

Durante um exame citopatológico de Papan icolau para verifi car a presença de câncer de colo, são obtidas amost ras de tecido do colo do útero com um instrumento que lembra uma minúscula escova. As células são retiradas da escova, colocadas em um líquido de conservação e enviadas ao laboratório. Lá a amostra é processada em uma lâmina de vidro que será examinada primeiro pelo computador e depois por um citologista treinado. O computador e o citologista procuram por displasia (dis-, anormal + -p/asia crescimento ou multiplicação celular) uma mudança no tamanho e na forma das células que é indicativa de alterações cancerígenas. A célula cancerígena normalmente pode ser reconhecida por ter um núcleo grande circundado por uma quantidade relativamente pequena de citoplasma. No primeiro exame citopatológico feito em Jan, foram observadas todas as características de displasia.

Questão2: Qual a propriedade das células cancerígenas que explica o tamanho grande do seu núcleo e a quantidade relativamente pequena do seu citoplasma?

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TECIDOS DO CORPO Apesar da espantosa variedade de estruturas intracelulares, nenhuma célula pode realizar todos os processos do corpo humano maduro. Ao invés disso, as células se agrupam em unidades maiores as quais denominamos tecidos. As células de qualquer tecido são mantidas unidas por conexões especializadas denominadas junções celulares e por outras estruturas de sustentação. Os tecidos variam em complexidade desde tecidos simples que apresentam apenas um único tipo de célula, como o revestimento dos vasos sanguíneos, até tecidos complexos contendo vários tipos de células e extenso material extracelular, como o tecido conectivo. As células da maioria dos tecidos trabalham juntas para alcançar um propósito comum. O estudo da função e da estrutura dos tecidos é conhecido como histologia (histos, tecido). Os histologistas descrevem os tecidos por suas características físicas: (1) a forma e o tamanho das células, (2) o arranjo das células no tecido (em camadas, espalhadas, e assim por diante), (3) o modo como as células estão conectadas uma à outra e (4) a quantidade de material extracelular presente no tecido. Existem quatro tipos básicos de tecidos no corpo humano: epitelial, conectivo, muscular e neural, ou nervoso. Antes de considerarmos cada tipo de tecido especificamente, vamos examinar como as células se unem para formar os tecidos.

A matriz extracelular tem diversas funções A matriz extracelular (geralmente chamada apenas de matriz) é um material extracelular sintetizado e secretado pelas células de um tecido. Durante anos, os cientistas acreditaram que a matriz era uma substância inerte, cuja única função era manter as células unidas. Contudo, evidências experimentais agora mostram que a matriz extracelular desempenha um papel vital em diversos processos fisiológicos, desde o crescimento e o desenvolvimento à morte da célula. Várias doenças estão associadas com a superprodução ou com a alteração da matriz extracelular, incluindo a insuficiência cardíaca crônica e a disseminação de células cancerígenas para todas as partes do corpo (metástase). A composição da matriz extracelular varia de tecido para tecido, e as propriedades mecânicas de um determindado tecido depende da quantidade e da consistência da matriz do tecido. A matriz tem sempre dois componentes básicos: proteoglicanas e proteínas fibrosas insolúveis. As

proteoglicanas são glicoproteínas, o que significa proteínas covalentemente ligadas a cadeias de polissacarídeos [$ p. 33]. Proteínas fibrosas insolúveis como colágeno, fibronectina e laminina dão resistência e ancoram as células à matriz. Conexões entre a matriz extracelular e as proteínas da membrana celular ou do citoesqueleto são um meio de comunicação entre a célula e seu meio externo. A quantidade de matriz extracelular em um tecido é muito variável. O tecido nervoso e o muscular têm muito pouca matriz, mas os tecidos conectivos, como cartilagem, osso e sangue, possuem extensa matriz que ocupa tanto volume quanto as suas células. A consistência da matriz extracelular pode variar desde aquosa (sangue e linfa) até rígida (osso).

As junções celulares mantêm as células unidas para formar os tecidos Durante o crescimento e o desenvolvimento, as células formam adesões célula-célula que podem ser transitórias ou que podem se tornar junções celulares mais permanentes. As moléculas de adesão celular, ou CAMs, são proteínas transmembrana responsáveis pelas junções celulares e pelas adesões transitórias das células (Tabela 3-3 e ). As adesões célulacélula ou célula-matriz, mediadas por CAMs, são essenciais para o desenvolvimento e o crescimento normais. Por exemplo, células nervosas em crescimento movem-se através da matriz extracelular com o auxílio das moléculas de adesão das células nervosas, ou NCAMs. A adesão celular ajuda os leucócitos a escaparem da circulação e moverem-se para o interior dos tecidos infectados e permite o acúmulo de plaquetas que aderem nos vasos sanguíneos danificados. Devido ao fato de as adesões celulares não serem permanentes, a ligação entre as CAMs e a matriz celular é fraca. As junções celulares podem ser agrupadas em três categorias: junções comunicantes, junções de oclusão e junções de ancoragem. As junções comunicantes permitem a comunicação direta célula a célula. As junções de oclusão são junções fechadas (ocludere, fechar) que bloqueiam o movimento de materiais entre as células. As junções de ancoragem mantêm as células unidas umas às outras e à matriz extracelular, contribuindo para a resistência mecânica do tecido. 1. As junções comunicantes são as junções célula-célula mais simples. Elas criam pontes de comunicação cito-

Principais Moléculas de Adesão da Célula (CAMs)

NOME

EXEMPLOS

Caderinas

Junções célula-célu la, como junções aderentes e desmossomos

lntegrinas

Encontradas primariamente em junções célula-matriz

Superfamília de imunoglobulinas CAMs

NCAMs (moléculas de adesão das células nervosas) Responsável pelo crescimento das células nervosas durante o desenvolvimento do sistema nervoso

Selectinas

Adesões célula-célu la temporárias

Fisiologia Humana

plasmática entre células adjacentes de modo que os sinais elétricos e químicos passam rapidamente de uma célula à outra (Fig. 3-21c e ). As proteínas cilíndricas conexinas conectam-se para criar passagens que parecem rebites ocos com canais estreitos no seu centro. Os canais são capazes de abrir e fechar, regulando o movimento de

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pequenas moléculas e íons através deles. Pensava-se que as junções comunicantes existiam somente em certas células musculares e neurônios, mas hoje sabemos que elas são importantes para a comunicação célula-célula em vários tecidos, incluindo fígado, pâncreas, ovário e glândula tireoide.

~ ~~--r--~- Proteínas claudina e ocludina

3

----+--

Célula

1 Junções de oclusão impedem o movimento de materiais ent re as células.

Citosol

Célula 2

........------+- Membrana celular

(a) Junções de oclusão

Junções de adesão

Desmossomos ancoram as células umas às outras. Placa de glicoproteínas

-~-----'=+--

Citosol

--r---r--~i;;::"T- Espaço t~~-

O músculo do coração possui junções comunicantes.

intercelular

Filamento intermediário

(b) Desmossomo, uma junção de ancoragem

. conex1nas

Junções comunicantes criam pontes citoplasmáticas entre células adjacentes.

(c) Junções comunicantes

•

FIGURA 3-21 Tipos de junções célula-célula. As junções de oclusão impedem o movimento de materiais através da junção. As junções de ancoragem mantêm as células unidas, mas permitem a passagem de materiais. As junções comunicantes criam pontes citoplasmáticas entre células adjacentes.

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2. Junções de oclusão nos seres humanos e em outros vertebrados são junções fechadas destinadas a restringir o movimento de material entre as células que elas ligam. Nas junções de oclusão, as membranas celulares das células adjacentes se fundem parcialmente com a ajuda de proteínas denominadas claudinas e ocludinas, de tal modo que formam uma barreira (Fig. 3-21a). Como muitos processos fisiológicos, as propriedades de barreira das junções de oclusão são dinâmicas e podem ser alteradas dependendo das necessidades do corpo. As junções de oclusão podem ter graus variáveis de permeabilidade ("vazamento"). As junções de oclusão nos rins e no trato intestinal impedem a maioria das substâncias de mover-se livremente entre os meios externo e interno. Desta forma, elas possibilitam que as células regulem o que entra e sai do corpo. As junções de oclusão também criam a chamada barreira hernatencefálica que impede que muitas substâncias potencialmente danosas presentes no sangue cheguem ao líquido extracelular do encéfalo. 3. Junções de ancoragem unem as células umas às outras (junções de ancoragem célula-célula) ou à matriz extracelular (junções de ancoragem célula-matriz). Nos vertebrados, as junções de ancoragem célula-célula são criadas por CAMs denominadas caderinas, as quais se conectam umas com as outras através do espaço intercelular. As junções célula-matriz usam CAMs denominadas integrinas. As integrinas são proteínas de membrana que também podem ligar-se a moléculas sinalizadoras no meio extracelular, transferindo a informação trazida pelo sinal para o citoplasma através da membrana celular. As junções de ancoragem têm sido comparadas a botões ou zíperes que mantêm as células unidas e em uma determinada posição dentro de um tecido. Observe na Figura 3.2lb como o encaixe das proteínas caderinas assemelha-se aos dentes de um zíper. A conexão das proteínas das junções celulares de ancoragem é muito forte, permitindo que as lâminas de tecido da pele e do revestimento das cavidades corporais resistam a danos quando sofrem estiramento e torção. No entanto, até as fortes proteínas fibrosas das junções de ancoragem podem ser rompidas. Se você tem sapatos que atritam contra a sua pele, o estresse pode romper as proteínas que conectam as diferentes camadas da pele. Quando se acumula líquido no espaço resultante e as camadas se separam, ocorre uma bolha. Os tecidos que se mantêm unidos pelas junções de ancoragem são como uma cerca, onde os espaços entre as estacas permitem que os materiais passem de um lado para outro da cerca. O movimento de materiais por entre as células é conhecido como via paracelular. Em contraste, os tecidos que se mantêm unidos com junções de oclusão se parecem mais com uma parede de tijolo maciço: muito pouco pode passar entre os tijolos de um lado da parede para o outro. As junções de ancoragem célula-célula podem ser junções de adesão ou desmossomos. As junções de adesão unem fibras de actina de células adjacentes, como mostrado na micrografia eletrônica na parte superior esquerda da Figura 3.21. Os desmossomos (desmos, banda + soma, corpo) se fixam aos filamentos intermediários do citoesqueleto. Os desmossomos

são as junções célula-célula mais fortes. Em micrografias eletrônicas, eles podem ser reconhecidos pela presença de corpos glicoproteicos densos, ou placas, que se dispõem no lado interno das membranas celulares exatamente na região onde as duas células se conectam (Fig. 3-21b). Os desmossomos podem ser pequenos pontos de contato entre duas células (desmossomo puntiforme ou mácula de aderência) ou bandas que circundam toda a célula (desmossomo em faixa). Também existem dois tipos de junções de ancoragem célula-matriz. Os hemidesmossomos (hemi-, metade) são junções fortes que ancoram as fibras intermediárias do citoesqueleto nas proteínas fibrosas da matriz, como a laminina. As adesões focais ligam as fibras de actina intracelular a diferentes proteínas da matriz, como a fibronectina. A perda das junções normais das células desempenha um papel em inúmeras doenças e nas metástases. Doenças nas quais as junções celulares são destruídas ou deixam de se formar podem ter sintomas dolorosos e deformantes, como a formação de bolhas na pele. Uma dessas doenças é o pênfigo, uma condição em que o corpo ataca algumas de suas próprias proteínas das junções celulares (www.pernphigus.org). O desaparecimento das junções de ancoragem contribui, provavelmente, para o deslocamento das células cancerígenas por todo o corpo, constituindo as metástases. As células cancerígenas perdem suas junções de ancoragem porque possuem menos moléculas de caderina e não são ligadas tão fortemente às células vizinhas. Uma vez que as células cancerígenas são liberadas das suas amarras, elas secretam as enzimas que digerem proteínas conhecidas como proteases. Estas enzimas, especialmente aquelas denominadas metaloproiteinases da matriz (MMPs), dissolvem a matriz extracelular de modo que as células cancerígenas que escapam podem invadir os tecidos adjacentes ou entrar na corrente sanguínea. Os cientistas estão investigando maneiras de bloquear as enzimas MMP para ver se conseguem impedir as metástases. Um mapa resumido das junções celulares é mostrado na Figura 3-22 e. Agora que você entendeu como as células são mantidas unidas nos tecidos, veremos os quatro tipos de tecidos diferentes do corpo: (1) epitelial, (2) conectivo, (3) muscular e (4) nervoso. R VISANDO CONCEITOS Cite as três categorias funcionais das junções celulares. 17. Qual o tipo de junção celular que: (a) rest ringe o movimento de materiais entre as células? (b) permite o movimento diret o de substâncias do cit oplasma de uma célula para o citoplasma de uma célula adjacente? (c) é a junção célula-célula mais f orte? (d) ancora as fibras de actina da célula na matriz extracelular? Respostas: p. 92

O epitélio fornece proteção e regula trocas O tecido epitelial, ou epitélio (epi-, sobre + tele-, mamilo*), protege o meio interno do corpo e regula a troca de materiais entre os meios interno e externo. Esses tecidos cobrem as su*N. de T. Designava inicialmente a pele que revestia o mamilo.

Fisiologia Humana

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-

JUNÇOES CELULARES

Função

Comunicação

'

'

Oclusão

Ancoragem

-t

'

-t

Junções célula-célula

Localização

•

-t

Junções célula-matriz

'

Tipo

'

Junções de oclusão

Junções comunicantes

Junções de adesão

., Proteína de membrana

Desmossomos

Adesão focal

Hemidesmossomo

'

Claudina, ocludina

Conexina

'

Caderina

lntegrina

,

Fibra do citoesqueleto

Actina 1

Actina 1

Filamentos intermediários

Actina

Queratina (filamentos intermediários) ,

Fibronectina e outras proteínas

Proteína da matriz

•

FIGURA 3-22

Laminina

Resumo das junções celulares.

perfícies expostas, como a pele, e revestem as passagens internas, como o trato digestório. Qualquer substância que entra ou deixa o meio interno do corpo deve atravessar um epitélio. Alguns epitélios, como aqueles da pele e da membrana mucosa da boca, atuam como uma barreira para manter a água no corpo, e os invasores, como as bactérias, fora do corpo. Outros epitélios, como os dos rins e do trato gastrintestinal, controlam o movimento de materiais entre o meio externo e o líquido extracelular do corpo. Nutrientes, gases e resíduos frequentemente devem atravessar vários epitélios diferentes em seu trajeto entre as células e o mundo externo. Outro tipo de epitélio é especializado em sintetizar e secretar substâncias químicas no sangue ou para o meio externo. O suor e a saliva são exemplos de substâncias secretadas pelo epitélio no meio externo. Os hormônios são secretados no sangue.

As junções celulares do epitélio são variáveis. Os fisiologistas classificam o epitélio como "permeável" ou "impermeável", dependendo da facilidade com que as substâncias passam de um lado da camada do epitélio para o outro. Em um epitélio permeável, as junções de ancoragem permitem que as moléculas cruzem o epitélio através dos espaço entre duas células epiteliais adjacentes. Um epitélio permeável típico é a parede dos capilares (os menores vasos sanguíneos), onde todas as moléculas dissolvidas, exceto as grandes proteínas, podem passar do sangue para o líquido intersticial através dos espaços que existem entre as células epiteliais adjacentes.

Estrutura do epitélio O epitélio consiste tipicamente em uma ou mais camadas de células conectadas umas às outras, com uma fina camada de matriz extracelular situada entre as células epiteliais e os tecidos situados abaixo delas (Fig. 3-23 e ). Esta camada de matriz, denominada lâmina basal (bassus, baixo; lâmina, uma placa fina), ou membrana basal*, é composta de uma rede de colágeno e filamentos de laminina embebidos em proteoglicanas. Os filamentos de proteína fixam as células epiteliais às camadas de células subjacentes, exatamente como as junções celulares unem as células individuais do epitélio umas às outras.

*N. de T. A membrana basal é observada ao microscópio óptico, porém ao microscópio eletrónico pode-se identificar suas duas lâminas: lâmina basal e lâmina reticular.

,___ As células epiteliais se unem à lâmina basal usando moléculas de adesão celular

- - A lâmina basal é uma camada de matriz acelular secretada pelas células epiteliais f-- Tecido subjacente

•

FIGURA 3-23 Micrografia de luz (microscópio óptico) do epitélio ciliado.

3

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Dee Unglaub Silverthorn

•

FIGURA 3-24

Distribuição dos epitélios no corpo.

Sistema respiratório

• • • ••

Sistema circulatório

•

Sistema digestório

••

QUESTÕES DA FIGURA

O

Células

•••

• Quais sistemas possuem epitélio transportador? E epitélio de troca? Epitélio ciliado? Epitélio protetor? •Para onde as secreções das glândulas endócrinas vão? •Para onde as secreções das glândulas exócrinas vão?

•• • LEGENDA .... Troca

Sistema musculoesquelético

Secreção

~ Epitélio ~ secretor

Sistema urinário

Epitélio de troca

Sistema genital

Epitélio transportador --~' Epitélio protetor

_i

Epitélio ciliado

Em um epitélio impermeável, como o que existe nos rins, as células adjacentes são unidas umas às outras por junções de oclusão que criam uma barreira que impede as substâncias de transitar entre células adjacentes. Para atravessar um epitélio impermeável, a maioria das substâncias deve entrar nas células epiteliais e passar através delas. A impermeabilidade de um epitélio é diretamente relacionada a quão seletivo ele é em relação ao que pode passar através dele. Alguns epitélios, como aquele presente no intestino, têm a capacidade de alterar a permeabilidade de suas junções de acordo com as necessidades do corpo. Tipos de epitélio Estruturalmente, os tecidos epiteliais podem ser divididos em dois tipos gerais: (1) lâminas de tecido, que se dispõem sobre a superfície do corpo ou que revestem a parte interna dos tubos e órgãos ocos, e (2) epitélio secretor, que sintetiza e libera substâncias no espaço extracelular. Os histologistas classificam os epitélios pelo número de camadas de células no tecido e pela forma das células na camada superficial. Este esquema de classificação reconhece dois tipos quanto ao número de camadas - simples (uma única camada) e estratificada (múltiplas camadas de células) (stratum, camada + facere, fazer) - e três formas de células - escamosa (squama, escama ou placa achatada), cuboidal e colunar. Contudo, os fisiologistas estão mais interessados nas funções destes tecidos; então, ao invés de usar as descrições histológicas, dividiremos os epitélios em cinco grupos de acordo com sua função. Há cinco tipos funcionais de epitélio: de troca, transportador, ciliado, protetor e secretor. O epitélio de troca per-

mite a rápida troca de materiais, especialmente gases. O epitélio transportador é seletivo quanto ao que pode atravessá-lo ou não e é encontrado primariamente no trato intestinal e nos rins. O epitélio ciliado está localizado nas vias aéreas do sistema respiratório e no trato genital feminino. O epitélio protetor é encontrado na superfície do corpo e nas aberturas das cavidades corporais. O epitélio secretor sintetiza e libera produtos de secreção para o meio externo ou para o sangue. A Figura 3-24 • mostra a distribuição desses epitélios nos sistemas do corpo. Observe que a maior parte dos epitélios está voltada para o meio externo em uma superfície e para o líquido extracelular na outra. A única exceção são as glândulas endócrinas. A Tabela 3-4 • resume os tipos de epitélio. Epitélio de troca O epitélio de troca é composto por células achatadas muito finas que permitem aos gases (C0 2 e 0 2) passarem rapidamente através do epitélio. Esse tipo de epitélio reveste os vasos sanguíneos e os pulmões, os dois principais locais de troca de gases no corpo. Nos capilares, as fendas ou poros presentes no epitélio também permitem que moléculas menores do que proteínas passem entre duas células epiteliais adjacentes, fazendo deste um epitélio permeável (Fig. 3-25a e ). Os histologistas classificam este fino tecido de troca como epitélio escamoso simples porque possui uma única camada de células achatadas finas. O epitélio escamoso simples que reveste o coração e os vasos sanguíneos também é denominado endotélio.

Fisiologia Humana

Epitélio transportador O epitélio transportador regula ativamente e seletivamente a troca de materiais não gasosos, como íons e nutrientes, entre os meios externo e interno. Esse epitélio reveste os tubos ocos do sistema digestório e dos rins, onde o lúmen abre-se para o meio externo [ ~ p. 53]. O movimento de material do meio externo para o meio interno através do epitélio é chamado de absorção. O movimento na direção oposta, do meio interno para o externo, é chamado de secreção. O epitélio transportador pode ser identificado pelas seguintes características (Fig. 3-25b): 1. Forma das células. As células do epitélio transportador são bem mais espessas que as células do epitélio de troca e agem tanto como barreira quanto como um ponto de entrada. A camada celular é composta por uma única (um epitélio simples), mas as células são cuboidais ou colunares. 2. Modificações da membrana. A membrana apical, superfície da célula epitelial que está voltada para o lúmen, tem microvilosidades que aumentam a área da superfície disponível para o transporte. Uma célula com microvilosidades tem pelo menos 20 vezes mais área de superfície do que uma célula sem elas. Além disso, a membrana basolateral, que é a face da célula epitelial voltada para o líquido extracelular, também pode ter dobras que aumentam a área de superfície da célula. 3. Junções celulares. As células do epitélio transportador estão firmemente unidas às células adjacentes por jun-

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(a) O epitélio de troca permeável permite o movimento através das fendas entre as células.

•

Lúmen do intestino ou do rrm

· Membrana • apical

•

•

•

•

•

•

•

•

• •

•

•

• Junção-41 de oclusão

Célula do epitélio transportador

• Membrana basolaterar

•

3

•

• •

•

•

•

• Líquido extracelular •

•

•

•

•

•

•

•

(b) As junções de oclusão em um epitélio transportador impedem o movimento entre as células adjacentes. As substâncias devem passar através das células epiteliais, atravessando as duas membranas celulares fosfolipídicas.

• FIGURA 3-25 Movimento de substâncias através de epitélios permeáveis e impermeáveis.

Tipos de epitélio NÚMERO DE CAMADAS DE CÉLULAS

FORMA DA CÉLULA

CARACTERÍSTICAS ESPECIAIS

ONDE SÃO ENCONTRADOS

Troca

Uma

Achatada

Poros entre as células permitem a passagem fácil de moléculas

Pulmões, revestimento dos , vasos sangu1neos

Transportador

Uma

Colunar ou cuboidal

Junções de oclusão impedem o movimento entre as células; a área de superfície aumenta pelo pregueamento da membrana celular formando vilosidades ou vilos (dedos)

Intestino, rim e algumas glândulas exócrinas

Ciliado

Uma

Cuboidal a colunar

Um lado coberto por cílios para mover o líquido pela superfície

Nariz, traqueia e vias aéreas superiores; trato genital feminino

Protetor

Várias

Achatada nas camadas superficiais; poligonal nas camadas mais profundas

Células firmemente unidas por muitos desmossomos

Pele e revestimento de cavidades (como a boca) que se abrem para o meio externo

Secretor

De uma a , . varias

Colunar a poligonal

Células secretoras de proteína cheias de grânulos secretores delimitados por membrana e extenso RE rugoso; células secretoras de esteroides contêm gotas de lipídeos e extenso RE liso

Glândulas exócrinas, incluindo pâncreas, glândulas sudoríferas e glândulas salivares; glândulas endócrinas, como tireoide e gônadas

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Dee Unglaub Silverthorn

-

• •

~

•

a

"="""""--1

- - - - Cílios------

----lf--lírl--

•

Aparelho de Golgi

n - - - - - Membrana basal

(b) Micrografia eletrônica de varredura mostrando células ciliadas misturadas a células recobertas com microvilosidades mais curtas

(a) Epitélio ciliado de revestimento das vias aéreas

• FIGURA 3-26

Epitélio ciliado. Alguns tecidos têm vários tipos de células epiteliais. Esses tecidos têm células com microvilosidades intercaladas com células ciliadas.

ções moderadamente impermeáveis a muito impermeáveis. Isso significa que, para atravessar o epitélio, o material deve mover-se para dentro da célula epitelial em um lado do tecido e para fora da célula no outro lado. 4. Organelas celulares. A maioria das células que transportam materiais possui inúmeras mitocôndrias que fornecem energia para o processo de transporte (discutido mais adiante no Capítulo 5). As propriedades dos epitélios transportadores variam dependendo de onde o epitélio se localiza no corpo. Por exemplo, a glicose pode cruzar o epitélio do intestino delgado e entrar no líquido extracelular, mas não pode cruzar o epitélio do intestino grosso. Além disso, as propriedades de transporte de um epitélio podem ser reguladas e modificadas em resposta a vários estímulos. Os hormônios, por exemplo, afetam o transporte de íons através do epitélio renal. Você aprenderá mais sobre epitélios transportadores quando você estudar o rim e o sistema digestório.

Epitélio ciliado O epitélio ciliado é um tecido não transportador que reveste o sistema respiratório e partes do trato genital feminino. A superfície do tecido voltada para o lúmen é coberta com cílios que batem de modo rítmico e coordenado, movendo líquidos e partículas pela superfície do tecido. Danos aos cílios ou às suas células epiteliais podem interromper o movimento ciliar. Por exemplo, o tabagismo paralisa o epitélio ciliado que reveste o trato respiratório. A perda da função ciliar contribui para a maior incidência de infecção respiratória em fumantes, pois o muco que aprisiona as bactérias pode não ser varrido para fora dos pulmões pelos álios. A Figura 3-26 • mostra o epitélio ciliado colunar da traqueia. Epitélio protetor O epitélio protetor impede a troca entre os meios externo e interno e protege as áreas que estão sujeitas a estresse mecânico ou químico. Estes epitélios são

tecidos estratificados, compostos de várias camadas de células empilhadas. O epitélio protetor é fortalecido pela secreção da queratina (keras, chifre), a mesma proteína insolúvel abundante nos cabelos e nas unhas. A epiderme (epi, sobre + derma, pele) e os revestimentos da boca, faringe, esôfago, uretra e vagina são todos epitélios protetores. Como o epitélio protetor está exposto a substâncias químicas irritantes, bactérias e outras forças destrutivas, as suas células possuem uma curta duração. Nas camadas mais profundas, novas células são produzidas continuamente, deslocando as células mais velhas da superfície. Cada vez que você lava o rosto, você retira células mortas da camada superficial. Com o envelhecimento da pele, a taxa de renovação das células declina. A Tretinoína (Retin-A®), um fármaco derivado da vitamina A, acelera a divisão celular e desprende as células da superfície, de modo que a pele tratada desenvolve uma aparenaa mais 1ovem. A

•

•

•

Epitélio secretor O epitélio secretor é composto de células que produzem uma substância e depois a secretam no espaço extracelular. As células secretoras podem estar espalhadas entre outras células epiteliais, ou podem estar agrupadas formando uma glândula multicelular. Há dois tipos de glândulas secretoras: exócrina e endócrina. As glândulas exócrinas liberam suas secreções para o meio externo do corpo (exo-, externo + krinein, secretar). Esta secreção pode ser na superfície da pele ou em um epitélio de revestimento de passagens internas, como as vias aéreas do pulmão ou o lúmen do intestino. Em termos práticos, uma secreção exócrina sai do corpo. Isso explica como algumas secreções exócrinas, como o ácido estomacal, podem ter um pH incompatível com a vida[ ~ Fig. 2-15, p. 38]. A maioria das glândulas exócrinas libera os seus produtos em tubos conhecidos como duetos. As glândulas sudoríferas, as glândulas mamárias, as glândulas salivares, o fígado e o pâncreas são todos glândulas exócrinas.

Fisiologia Humana

/

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J'-..:'l"'

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\ \ \

\ \ \ \ \ \

\ \

Aparelho de Golgi

\ \ \

3

\ \ \

As células caliciformes secretam muco dentro do lúmen de órgãos ocos como o intestino.

•

FIGURA 3-27

\ \

\ \ \

As células caliciformes são células exócrinas que secretam muco.

As células das glândulas exócrinas produzem dois tipos de secreções. Secreções serosas são soluções aquosas, e muitas delas contêm enzimas. As lágrimas, o suor e as enzimas digestórias são todas secreções exócrinas serosas. Secreções mucosas (também chamadas de muco) são soluções pegajosas contendo glicoproteínas e proteoglicanas. As células caliciformes, mostradas na Figura 3-27 e, são células exócrinas únicas que produzem muco. O muco age como um lubrificante para o alimento ser deglutido, como uma armadilha para as partículas estranhas e os microrganismos inalados ou ingeridos, e como uma barreira protetora entre o epitélio e o meio externo. Algumas glândulas exócrinas contêm mais de um tipo de célula secretora, e elas produzem ambas as secreções, mucosa e serosa. Por exemplo, as glândulas salivares liberam secreções mistas. Ao contrário das glândulas exócrinas, as glândulas endócrinas não possuem duetos e liberam suas secreções, denominadas honnônios, no compartimento extracelular. Os hormônios entram no sangue e são distribuídos para outras partes do corpo, onde regulam ou coordenam as atividades de vários tecidos, órgãos e sistemas de órgãos. Algumas das glândulas endócrinas mais bem conhecidas são o pâncreas, a glândula tireoide, as gônadas e a hipófise. Por vários anos, pensou-se que todos os hormônios eram produzidos por células agrupadas nas glândulas endócrinas. Agora sabe-se que células endócrinas isoladas encontram-se espalhadas no epitélio de revestimento do trato digestório, nos túbulos dos rins e nas paredes do coração. A Figura 3-28 • mostra a origem epitelial das glândulas exócrinas e endócrinas. Durante o desenvolvimento, as células epiteliais crescem para baixo em direção ao tecido de sustentação. As glândulas exócrinas permanecem conectadas ao epitélio de origem por um dueto que transporta a secreção para o seu destino (o meio externo). As glândulas endócrinas perdem as células de conexão e secretam seus hormônios na " corrente sangu1nea.

Durante o desenvolvimento, a região do epitélio destinada a se tornar tecido glandular cresce em direção ao tecido conectivo subjacente.

t • • t

1 1 • • 1

----Tecido conectivo

••••••••• ••• •• ••

Exócrina

Endócrina

• • 1 •/ • • • • 1 .

•

Dueto

t-~f

••

Células de - .;..-----__,,.,. conexão desaparecem t-.;;;:;\-- - - Células secretoras exócrinas Células secre- _ _......,. toras endócrinas ..__.-:.

.-----------~

Um centro oco, ou lúmen, se forma nas glândulas exócrinas e criam um dueto que fornece uma passagem para a secreção que se move para a superfície do epitélio.

•

Vasos ----~ , sanguíneos As glândulas endócrinas perdem a ponte de células que as ligam ao epitélio que as originam. Suas secreções vão diretamente para a corrente sanguínea.

FIGURA 3-28 Desenvolvimento de glândulas endócrinas e exócrinas a partir do epitélio.

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Dee Unglaub Silverthorn

Estrutura do tecido conectivo A matriz extracelular

REVISANDO CONCEITOS Liste os cinco tipos funcionais de epitélio. 19. Defina secreção. 20. Cite duas propriedades que distinguem as glândulas endócrinas das exócrinas. 21. A lâmina basal do epitélio contém a proteína fibrosa laminina. As células que se dispõem sobre a lâmina basal são fixadas por adesões focais ou hemidesmossomos? 22. Você observa um tecido em um microscópio e vê um epitélio escamoso simples. Esta pode ser uma amostra da superfície da pele? Explique. 23. Uma célula do epitélio intestinal secreta uma substância no líquido extracelular, que chega até o sangue e é levada ao pâncreas. A célula do epitélio intestinal é endócrina ou exócrina? Respostas: p. 92

Os tecidos conectivos fornecem sustentação e barreiras O tecido conectivo, o segundo tipo de tecido, fornece apoio estrutural e algumas vezes uma barreira física que, junto com células especializadas, ajuda a defender o corpo de invasores externos como as bactérias. A característica peculiar do tecido conectivo é a presença de extensa matriz extracelular, contendo células amplamente espalhadas que secretam e modificam a matriz. Os tecidos conectivos incluem o sangue, tecidos de sustentação da pele e órgãos internos, cartilagens e ossos.

Muitos t ipos de câncer se desenvolvem em células epit eliais que estão sujeitas a lesões ou traumas. O colo do útero contém dois t ipos de epitélio. O epitélio secretor com glândulas secret oras de muco revest e o int erior do colo do út ero. Um epitél io protetor recobre a part e externa do colo. Na abert ura do colo do útero, estes dois t ipos de epitélio se juntam. Algumas vezes as infecções causadas pelo papilomavírus humano (HPV) faz com que as células cervicais desenvolvam displasia. A Dra Baird fez um teste para HPV no primeiro citopatológico de Jan e foi positivo. Hoje ela está repetindo os exames para ver se a displasia e a infecção por HPV ainda estão presentes.

Questão 3: A que outros tipos de dano ou trauma as células do epitélio cervical normalmente estão sujeitas? Qual dos dois tipos de epitélio cervical é mais afetado pelo trauma físico? Questão 4: Os resultados do primeiro CP (citopatológico) mostrou células escamosas atípicas se significado desconhecido. É mais provável que essas células tenham se originado da porção secretora do colo do útero ou do epitélio protetor?

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•

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do tecido conectivo é uma substância fundamental constituída de proteoglicanas e água, na qual estão arranjadas proteínas fibrosas insolúveis, muito parecida com pedaços de frutas suspensos em uma gelatina. A consistência da substância fundamental é muito variável, dependendo do tipo de tecido conectivo. Em um extremo está a matriz aquosa do sangue, e no outro, a matriz rígida do osso. Entre elas estão as soluções de proteoglicanas que variam desde uma consistência de xarope até a gelatinosa. O termo substância fündamental é algumas vezes substituído por matriz. As células do tecido conectivo estão embebidas na matriz extracelular. Estas células são descritas como fixas se permanecem em um lugar, e como móveis se podem mover-se de um lugar para outro. As células fixas são responsáveis pela manutenção local, reparo do tecido e armazenamento de energia. As células móveis são responsáveis principalmente pela defesa. A distinção entre células fixas e móveis não é absoluta, porque pelo menos um tipo de célula é encontrado em ambas as formas, fixa e móvel. Embora a matriz extracelular não seja viva, as células do tecido conectivo a modificam constantemente pela adição, deleção ou rearranjo de moléculas. O sufixo -blasto (blasto, broto; formação) no nome de células do tecido conectivo indica muitas vezes uma célula que está se desenvolvendo ou que está secretando ativamente a matriz extracelular. Os fibroblastos, por exemplo, são células do tecido conectivo que secretam matriz rica em colágeno. As células que degradam ativamente a matriz são identificadas pelo sufixo -clasto (klastos, quebrar). As células que não estão se desenvolvendo, nem secretando componentes da matriz, nem degradando a matriz podem ser identificadas pelo sufixo -dto, significando célula. Lembrar-se desses sufixos pode ajudar você a recordar as diferenças funcionais entre células com nomes similares, como osteoblastos, osteócitos e osteoclastos, três tipos de células encontradas nos ossos. Além de secretarem as proteoglicanas da substância fundamental, as células do tecido conectivo produzem as fibras da matriz. Quatro tipos de proteínas fibrosas são encontrados na matriz, agregadas em fibras insolúveis. O colágeno (kolla, cola+ -genes, produzir) é a proteína mais abundante no corpo humano, constituindo quase um terço do peso seco do corpo. O colágeno é também o mais diverso dos quatro tipos de proteínas, com pelo menos 12 variações. Ele é encontrado em quase todos os tecidos conectivos, desde a pele até músculos e ossos. As moléculas individuais de colágeno se agrupam para formar fibras de colágeno flexíveis, mas não elásticas, cuja resistência por unidade de peso excede à do aço. A quantidade e o arranjo das fibras de colágeno ajudam a determinar as propriedades mecânicas dos diferentes tipos de tecido conectivo. As outras três proteínas fibrosas dos tecidos conectivos são a elastina, a fibrilina e a fibronectina. A elastina é uma proteína ondulada espiralada que volta ao seu comprimento original após ter sido estirada. Esta propriedade é conhecida como elastiddade. A elastina se combina com fibras retas muito finas da fibrilina para formar filamentos e lâminas de fibras elásticas. Estas duas fibras são importantes nos tecidos elásticos como pulmões, vasos sanguíneos e pele. Como

Fisiologia Humana

Fibra reticular Melanócito

------1

Mastócito ~_...,......

____J1--+

Macrófago -+---; fixo Leucócito

-

81

--...J

___ Fibras elásticas

..,._____,1---_ Fibras de

-

---..L

colágeno

t--""-

Capilar

Fibroblastos

I

são células que secretam a matriz proteica

Eritrócito

Macrófagos livres

Célula de gordura (adipócito)

3

Substância fundamental é a matriz do tecido conectivo frouxo

Micrografia óptica de um tecido conectivo frouxo

Tecido conectivo frouxo

•

FIGURA 3-29 Fibras e células do tecido conectivo frouxo. Os macrófagos e os mastócitos são células que defendem o organismo contra invasores externos, como as bactérias.

mencionado, a fibronectina conecta as células à matriz extracelular nas adesões focais. As fibronectinas também desempenham um papel importante na cicatrização e na coagulação sanguínea.

Tipos de tecido conectivo A Tabela 3-5 • descreve diferentes tipos de tecido conectivo. Os tipos mais comuns são tecido conectivo frouxo e denso, tecido adiposo, sangue, cartilagem e óssos. Em muitas estimativas, o tecido conectivo é o tecido mais abundante uma vez que é componente da maioria dos órgãos. Tecidos conectivos frouxos (Fig. 3-29 e ) são os tecidos elásticos que estão por baixo da pele e fornecem apoio para

glândulas pequenas. Os tecidos conectivos densos fornecem resistência ou flexibilidade. Os exemplos são os tendões, os ligamentos e as bainhas que circundam os músculos e os nervos. Nestes tecidos densos, as fibras de colágeno são o tipo dominante. Os tendões (Fig. 3-30 e ) fixam os músculos esqueléticos aos ossos. Os ligamentos conectam um osso a outro. Pelo fato de os ligamentos conterem fibras elásticas além das fibras colágenas, eles têm uma capacidade limitada de se estirar, enquanto os tendões não podem ser estirados. O tecido adiposo é constituído de adipócitos, ou células de gordura. Um adipócito de gordura branca tipicamente contém uma única e enorme gota de lipídeo que ocupa a

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Tendão ---+-1f---'-e

Ligamentos

-~~

conectam osso com osso.

'-=====::li., \.in--

Tendões fixam o

-

(b)

músculo ao osso.

--- ---

-- -- -

-----(c) Fibras de colágeno dos tendões são densamente agrupadas em feixes paralelos.

(a)

•

FIGURA 3-30 Tendões e ligamentos. O suprimento mínimo de sangue para os ligamentos e tendões indica que os danos a esses tecidos cicatrizam muito lentamente.

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Tipos de tecidos conectivos NOME DO TECIDO

SUBSTÂNCIA FUNDAMENTAL

TIPO DE FIBRA E ARRANJO

Tecido conectivo frouxo

Mais subtância fundamental do que fibras e células; gel

Colágena, elástica, reticular; ao acaso

Fibroblastos

Pele, ao redor dos vasos sanguíneos e de órgãos, sob o epitélio

Tecido conectivo denso irregular (não modelado)

Mais fibras do que substância fundamental

Principalmente colágeno; ao acaso

Fibroblastos

Bainhas de músculos e de nervos

Tecido conectivo denso regular (modelado)

Mais fibras do que substância fundamental

Colágeno; arranjo paralelo

Fibroblastos

Tendões e ligamentos

Adiposo

Muito pouca

Nenhum

Gordura marram e gordura branca

Depende de sexo e idade

Sangue

Aquosa

Nenhum

Células sanguíneas

No sangue e nos vasos linfáticos

Cartilagem

Firme, mas flexível; ácido hialurônico

Colágeno

Condroblastos

Superfícies das articulações, coluna vertebral, orelha, nariz, laringe

Osso

Rígida devido aos sais de cálcio

Colágeno

Osteoblastos e osteoclastos

Ossos

maior parte do volume da célula (Fig. 3-31 e ). Esta é a forma mais comum de tecido adiposo em adultos. A gordura marrom é composta de células adiposas que contêm múltiplas gotas de lipídeos, ao invés de uma única gota grande. Este

BIOTECNOLOGIA

DESENVOLVENDO UMA NOVA CARTILAGEM Você rompeu a cartilagem do joelho jogando tênis? Talvez você não precise fazer uma cirurgia para repará-la. Substituir a cartilagem danificada ou perdida é ir do campo da f icção científica para o campo da realidade. Os pesquisadores desenvolveram um processo em que eles retiram uma amostra de carti lagem do paciente e a colocam em um meio de cultura de tecido para que se reproduza. Uma vez que a cultura de condrócitos - as células que sintetizam a matriz extracelular da carti lagem - tenha crescido suficientemente, a mistura é enviada de volta ao médico, que colocará as células cirurgicamente no joelho do paciente no local da cartilagem danificada. Uma vez que tenham retornado ao corpo, os condrócitos secretam a matriz e reparam a cartilagem danificada. Pelo fato de as células cultivadas e reimplantadas serem da própria pessoa, não há rejeição ao tecido. Este processo patenteado, chamado Cartice!®, já foi usado em mais de 12.000 pacientes.

PRINCIPAIS TIPOS CELULARES

ONDE SÃO ENCONTRADOS

tipo de gordura está quase completamente ausente em adultos, mas desempenha um importante papel na regulação da temperatura em bebês. O sangue é um tecido conectivo incomum caracterizado por sua matriz extracelular aquosa, que consiste em uma solução diluída de íons e moléculas orgânicas dissolvidas. A matriz não possui proteínas fibrosas insolúveis, mas contém uma grande variedade de proteínas solúveis. Discutiremos sobre isso no Capítulo 16. As cartilagens e os ossos juntos são considerados tecidos conectivos de sustentação. Estes tecidos contêm uma substância fundamental densa que contém fibras unidas firmemente. A cartilagem é encontrada em estruturas como nariz, orelhas, joelho e traqueia. Ela é sólida, flexível e notável por sua falta de suprimento de sangue. Sem um suprimento de sangue, os nutrientes e o oxigênio devem alcançar as células da cartilagem por difusão. Este é um processo lento, o que significa que a cartilagem danificada cura lentamente. A matriz extracelular fibrosa do osso é referida como calcificada, pois contém depósitos minerais, principalmente sais de cálcio, como o fosfato de cálcio. Estes minerais fornecem ao osso resistência e rigidez. Examinaremos a estrutura e a formação do osso juntamente com o metabolismo do cálcio no Capítulo 23. A Figura 3-32 • é um mapa de estudo mostrando os componentes dos tecidos conectivos. R VISANDO CONCEITOS 24. Qual a característica peculiar dos tecidos conectivos?

Fisiologia Humana

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"--,.--+-...::::.....Gotas de lipídeos deslocam o citosol nas células adiposas Adipócitos (células de gordura)

•

FIGURA 3-31 toda a célula.

Tecido adiposo. No tecido adiposo branco mostrado aqui, uma única gota de lipídeo preenche quase

TECIDO CONECTIVO 1

é composto de

,

l

Células

, _....- Matriz

Móveis

Fixas

Pode ser dividida em

Células do sangue ,

Eritrócitos

,

Leucócitos

Macrófagos

Adipócitos

Fibroblastos - ______ _. sintetiza

'

Transportam

Combatem . invasores

-

Armazenam energia na gordura

Proteínas fibrosas

Substância fundamental

Mineralizada

Osso

•

Gelatinosa

Viscosa

• Tecido conectivo frouxo •Tecido conectivo denso • Cartilagem •Tecido adiposo

Aquosa

Plasma sanguíneo

Fibronectina

Fibril ina

Elastina

Colágeno

Conecta as células à matriz

Forma filamentos e lâminas

Estira e retrai

Duro, mas flexível

FIGURA 3-32 Mapa dos componentes do tecido conectivo. Este mapa mostra a relação das células e dos componentes da matriz no tecido conectivo.

25. Cite os quatro tipos de proteínas fi brosas encontrados na matriz do tecido conectivo e dê as características de cada uma.

27. O sangue é um tecido conectivo com dois componentes: plasma e células. Qual deles é a matriz neste tecido conectivo?

26. Dê o nome dos seis tipos de tecidos conectivos.

28. Por que uma cartilagem rompida cura mais lentamente do Respostas: p. 92 que um corte na pele?

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Dee Unglaub Silverthorn

Características dos quatro tipos de tecido EPITELIAL

CONECTIVO

MUSCULAR

NERVOSO

Quantidade de matriz

Mínima

Extensa

M ínima

M ínima

Tipo de matriz

Lâmina basal

Variada - proteínas fibrosas na substância fundamental que varia desde líquida, a gelatinosa, firme ou calcificada

Lâmina externa

Lâmina externa

Características , . un1cas

Nenhum suprimento direto de sangue

A cartilagem não possui suprimento de sangue

Capaz de gerar sinais elétricos, força e movimento

Capaz de gerar sinais elétricos

Características da superfície das células

Microvilosidades e cíl ios

NA

NA

NA

Localização

Cobertura da superfície do corpo; revestimento de cavidades e órgãos ocos e vasos; glându las secretoras

Sustentação da pele e outros órgãos; cartilagem, osso e sangue

Compõe o músculo esquelético, órgãos ocos e vasos

Por todo o corpo; concentrado no encéfalo e medula espinal

Forma e arranjo das células

Número variáve l de camadas, de uma até muitas; células achatadas, cuboida is ou colunares

Não apresenta camadas de célu las; em geral espalhadas ao acaso na matriz; forma celu lar desde irregular a redonda

Células ligadas formando lâminas ou feixes a longados; células alongadas, cilindros finos; as células do músculo cardíaco podem ser ram ificadas

Células isoladas ou em rede; prolongamentos celulares muito ramificados e/ou alongados

Os tecidos muscular e nervoso são excitáveis O terceiro e o quarto tipos de tecido do corpo - muscular e nervoso - são coletivamente chamados de tecidos exdtáveis por causa de sua capacidade de gerar e propagar sinais elétricos denominados potenciais de ação. Ambos os tipos de tecido possuem matriz extracelular mínima, normalmente limitada a uma camada de suporte denominada lâmina externa. Alguns tipos de células musculares e nervosas também são notáveis por suas junções comunicantes, que desempenham um importante papel na condução rápida de sinais elétricos de célula a célula. O tecido muscular possui a habilidade de contrair e produzir força e movimento. Há três tipos de tecido muscular no corpo: o músculo cardíaco, no coração; o músculo liso, o qual compõe a maioria dos órgãos internos; e o músculo esquelético. A maioria dos músculos esqueléticos está fixada aos ossos, sendo responsável pelo movimento global do corpo. Discutimos o tecido muscular em mais detalhes no Capítulo 12. O tecido nervoso possui dois tipos de células. Os neurônios, ou células nervosas, transportam informações sob a forma de sinais químicos e elétricos de uma parte do corpo a outra. Eles estão concentrados no encéfalo e na medula espinal, mas também incluem uma rede de células que se estendem a praticamente todas as partes do corpo. As células da glia, ou neuroglia, são as células de suporte dos neurônios. A anatomia do tecido nervoso será discutida no Capítulo 8. Um resumo das características dos quatro tipos de tecido pode ser encontrado na Tabela 3-6 e.

No dia seguinte à visita de Jan, o sistema computadorizado de análise citológica examinou as células na lâmina do tecido cervical de Jan procurando células com tamanho ou forma anormais. O computador é programado para mostrar várias imagens para o citopatologista avaliar. O resultado dos dois citopatológicos de Jan é mostrado na Figura 3-33 . Questão 5: A displasia de Jan melhorou ou piorou? Que evidências você possui que apoiam a sua resposta (Fig. 3-33 e )? Questão 6: Use sua resposta à questão 5 para dizer se a infecção por HPV persistiu ou foi eliminada pelo sistema imunitário deJan.

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REMODELAMENTO DOS TECIDOS O crescimento é um processo que a maioria das pessoas associa ao período que vai do nascimento à vida adulta. Contudo, as células nascem, crescem e morrem continuamente por toda a vida da pessoa. Os tecidos do corpo são constantemente reconstruídos, à medida que as células morrem e são substituídas.

Fisiologia Humana

.. •

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.. ,,,, ... •

•

•

•

• (a) Citopatológico anonnal de Jan

•

(b) Segundo citopatológico de Jan. Estas células são normais ou anonnais?

FIGURA 3-33 Esfregaços de Papanicolau (citopatológico) das células cervicais. As estruturas com coloração mais escura dentro das células são os núcleos, circundados por citoplasma mais claro.

A apoptose é uma forma organizada de morte celular

As células-tronco podem criar novas células especia 1izadas

A morte celular ocorre de dois modos, um desordenado e outro organizado. Na necrose, a célula morre por um trauma físico, toxinas ou falta de oxigênio quando seu suprimento de sangue é interrompido. As células necróticas incham, suas organelas deterioram e finalmente a célula se rompe. O conteúdo celular liberado desta maneira inclui enzimas digestórias que danificam células adjacentes e desencadeiam uma resposta inflamatória. Você observa a necrose quando tem uma área da pele avermelhada ao redor de uma crosta. Em contraste, as células que sofrem morte celular programada, ou apoptose (apo, separar, afastar + ptosis, cair), não atingem suas células vizinhas quando morrem. A apoptose, também denominada suicídio celular, é um processo complexo regulado por múltiplos sinais químicos. Alguns sinais evitam que a apoptose ocorra, ao passo que outros sinais dizem à célula para se destruir. Quando os sinais de suicídio vencem, a cromatina no núcleo condensa, a célula se desprende das células vizinhas, encolhe e finalmente se rompe formando fragmentos envolvidos por membrana (corpos apoptóticos) que são englobados por células vizinhas ou por células do sistema imunitário. A apoptose é um evento normal na vida de um organismo. Durante o desenvolvimento fetal, a apoptose remove as células desnecessárias, como metade das células no desenvolvimento do encéfalo e as membranas entre os dedos das mãos e dos pés. Em adultos, as células que estão sujeitas a desgaste e rompimento por exposição ao meio externo podem viver apenas um ou dois dias antes de sofrerem apoptose. Por exemplo, foi estimado que o epitélio intestinal é completamente substituído por novas células a cada dois a cinco dias.

Se as células no corpo adulto estão morrendo constantemente, de onde vêm suas reposições? Esta questão ainda está sendo respondida, sendo um dos tópicos mais interessantes da pesquisa biológica da atualidade. Os parágrafos seguintes descrevem o que sabemos atualmente. Todas as células no corpo são derivadas de uma única célula formada na concepção. Esta célula e as que se seguem se reproduzem por um processo de divisão celular conhecido como mitose (ver Apêndice C). As primeiras células na vida de um ser humano são conhecidas como totipotentes (totus, todo) e têm a capacidade de se desenvolver em qualquer e em todos os tipos de células especializadas. Qualquer célula totipotente tem potencial para tornar-se um organismo funcional. Após aproximadamente quatro dias de desenvolvimento, as células totipotentes do embrião começam a se espe... cializar, ou se diferenciar. A medida que essas células se diferenciam, elas diminuem seu destino potencial e se tornam pluripotentes (plures, muitos). Células pluripotentes podem se desenvolver em muitos tipos celulares diferentes, mas não em todos os tipos. Uma célula pluripotente isolada não pode desenvolver-se em um organismo. Com a continuação da diferenciação, as células pluripotentes se desenvolvem formando os diversos tecidos do cor... po. A medida que as células se tornam mais especializadas e maduras, muitas perdem a capacidade de se autorreproduzir. Outras células, denominadas células-tronco, mantêm a capacidade de se dividir. Nos adultos, essas células-tronco frequentemente podem tornar-se somente um tipo específico de célula, como uma célula do sangue. As células indiferenciad.as de um tecido que mantêm a habilidade de se dividir e se desenvolver em células especializadas desse tecido são denominadas multipotentes (multi, muitos). Algumas das mais estudadas células-tronco multipotentes de adultos são encontradas na medula óssea e dão origem às células sanguíneas.

REVISANDO CONCEITOS 29. Quais características da apoptose a distinguem da morte celular que ocorre devido a uma lesão? Respostas: p. 92

3

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Camadas da pele

Os folículos pilosos -~ secretam a queratina morta na haste do pelo.

As glândulas sebáceas são glândulas exócrinas que secretam uma mistura de lipídeos.

~

O músculo eretor do pelo deixa o folículo piloso em uma posição vertical quando se contrai, gerando os arrepios.

As glândulas sudoríferas secretam um líquido salino diluído para esfriar o corpo. Os receptores sensoriais ---... monitoram as condições externas. A epiderme consiste em { múltiplas camadas de células que criam uma barreira protetora.

Í

1- - -

•

A derme é tecido conectivo frouxo que contém glândulas exócri nas, vasos sanguíneos, músculos e terminações nervosas.

Epiderme A hipoderme contém tecido adiposo para isolamento.

Artéria

1

A superfície da pele é como um "tapete" de f ibras de queratina unidas que permanecem quando as células epiteliais velhas morrem.

Veia 1

1

Os vasos sanguíneos estendem-se para a derme. Nervo sensorial

As glândulas apócrinas na genitál ia, no ânus, nas axilas e nas pálpebras liberam secreções leitosas viscosas ou céreas em resposta ao medo ou à excitação sexual.

1

A matriz fosfolipídica atua como o principal agente impermeabilizador da pele.

-

-~:":ii

Os queratinócitos da superfície produzem fibras de queratina. Os desmossomos ancoram as ..,,.---_.-'H" células epiteliais umas às outras. Célula epidérmica - -r•r

Lâm ina basal --=~µ=~-==--=-...J

.---C-o_n_e_x_õ_e_s_e _n _t_r_e_e_p_i_ d_e_rm _ e_e_ d_e_r_ m_e__....,t

Os hemidesmossomos f ixam as células --......_ epidérmicas às fibras da lâmina basal.

~

Í

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~

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..

Fisiologia Humana

Os biólogos acreditavam que as células nervosas e musculares, que são extremamente especializadas em suas formas maduras, não poderiam ser substituídas quando morriam. Agora, novas e excitantes pesquisas indicam que as células-tronco destes tecidos existem no corpo. Contudo, essas células-tronco musculares e neurais existem em número bem pequeno, são difíceis de ser isoladas e não são cultiváveis em laboratório. As células-tronco musculares e neurais que existem naturalmente em adultos são incapazes de substituir grandes massas de tecidos mortos ou que estão morrendo como resultado de doenças, como infartos do miocárdio ou acidentes vasculares cerebrais. Consequentemente, um objetivo da pesquisa com células-tronco é encontrar uma fonte de células pluripotentes ou multipotentes que possam ser cultivadas em laboratório e implantadas para o tratamento de doenças degenerativas, nas quais as células se degeneram e morrem. Um exemplo de doença degenerativa é a doença de Parkinson, em que certos tipos de células nervosas do cérebro morrem. Os tecidos fetais e embrionários são fontes ricas de células-tronco, mas seu uso é controverso e traz diversas questões éticas e legais. Alguns pesquisadores têm a expectativa de que as células-tronco adultas mostrem plasticidade - a capacidade de especializar-se em uma célula de um tipo diferente daquele para o qual foi destinada. Existem ainda muitos desafios que temos de enfrentar antes que a terapia com células-tronco se torne um tratamento padrão. Um deles é encontrar uma boa fonte de células-tronco. O segundo desafio é determinar os sinais químicos que dizem às células-tronco quando se diferenciar e em que tipo de célula se tornar. Mesmo que estes dois desafios sejam superados e as células-tronco doadas sejam implantadas, o corpo pode reconhecer estas novas células como tecidos estranhos e tentar rejeitá-las. As pesquisas com células-tronco são um excelente exemplo da natureza dinâmica e muitas vezes controversa da ciência. Para obter os últimos resultados das pesquisas, bem como a legislação pendente e as leis que regulamentam

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as pesquisas e o uso de células-tronco, acesse websites autorizados, como o financiado pelo Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (http://stemcells.nih.gov/).

ÓRGÃOS Grupos de tecidos que possuem funções relacionadas podem formar estruturas conhecidas como órgãos. Os órgãos do corpo contêm os quatro tipos de tecido em várias combinações. A pele é um exemplo excelente de um órgão que incorpora todos os quatro tipos de tecido em um todo integrado. Pensamos na pele como uma camada fina que recobre a superfície externa do corpo, mas na realidade ela é o órgão mais pesado, pesando aproximadamente 16% do peso total do de um adulto! Se ela fosse esticada, cobriria uma área de 2 superfície entre 1,2 e 2,3 m , aproximadamente do tamanho de uma mesa de jogo. Seu tamanho e peso fazem da pele um dos órgãos mais importantes do corpo. As funções da pele não se encaixam nitidamente em qualquer capítulo deste livro, e isto também é verdadeiro para outros órgãos. Salientaremos vários destes órgãos nos quadros Em foco ... órgão ao longo deste livro. Esses quadros ilustrados discutem a estrutura e as funções desses órgãos versáteis, de forma que você possa compreender de que modo diferentes tecidos se combinam para um único propósito. O primeiro destes quadros, Foco na Pele, aparece na página 86. ' A medida que considerarmos os sistemas do corpo nos capítulos seguintes, você verá como diversas células, tecidos e órgãos executam os processos do corpo vivo. Embora as células do corpo possuam estruturas e funções diferentes, elas possuem uma necessidade em comum: um contínuo suprimento de energia. Sem energia, as células não podem sobreviver nem executar todos os outros processos relacionados à vida diária. O próximo capítulo aborda o metabolismo celular: como as células capturam e usam a energia liberada pelas reações químicas.

O citopatológico de Papanicolau No problema dado, você aprendeu que o exame Papanicolau pode detectar mudanças celulares precoces que precedem o câncer cervical (câncer do colo do útero). O diagnóstico nem sempre é simples porque a mudança na citologia desde normal até o câncer ocorre ao longo de um contínuo e pode estar sujeita à interpretação individual. Além disso, nem todas as modificações celulares são cancerígenas. O papi lomavirus humano (HPV), uma infecção transmitida sexualmente comum, pode também causar displasia cervical. Na maioria dos casos, o sistema imun itário da mulher supera o vírus, e as células cervicais voltam ao normal.

Entretanto um pequeno número de mu lheres com infecção HPV persistentes têm um risco maior de desenvolver câncer cervical. Para aprender mais sobre a associação entre o HPV e o câncer cervical, acesse a página do National Center lnstitute (www.nci.nih.gov) e busque por "HPV" Este site também contém informação sobre o câncer cervical. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

3

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Por que o tratamento do câncer se concentra em matar as células cancerígenas?

As célu las cancerígenas d ividemse descontroladamente e falham em coordenar-se com as células normais. As células cancerígenas não se d iferenciam em célu las especializadas.

A menos que sejam removidas, as célu las cancerígenas substituirão as células normais. Isso pode causar a destruição dos tecidos normais. Adicionalmente, como as células cancerígenas não se especializam, e las não podem rea lizar as mesmas funções das células especializadas que elas substituíram.

2

Que propriedades das células cancerígenas explicam o grande tamanho do seu núcleo e a quantidade relativamente pequena do citoplasma?

As célu las cancerígenas se dividem descontroladamente. As célu las em divisão devem duplicar seu DNA antes da d ivisão celular. Tal duplicação do DNA ocorre no núcleo, levando ao aumento

As célu las que estão se divid indo ativamente provavelmente possuem mais DNA no seu núcleo quando se preparam para se d ividir, assim seus núcleos tendem a ser maiores. Cada d ivisão celular divide o citoplasma entre as duas células-fi lhas. Se a d ivisão está ocorrendo rapidamente, as células-fi lhas podem não ter tempo para sintetizar novo citoplasma, de modo que a quantidade de citoplasma é menor que em uma célula normal.

de tamanho desta organela [ ~ Apêndice C] .

3a

A que outros t ipo de dano ou trauma as célu las do epitél io cervical norma lmente estão sujeitas?

A cérvice (colo do útero) é a passagem entre o útero e a vagina.

O colo do útero está sujeito a trauma ou lesão, como o que pode ocorrer durante o ato sexual e o parto.

3b

Qual dos seus dois tipos de epitélio provavelmente é mais afetado pelo trauma?

O cólo do útero consiste em

O epitélio protetor é constituído de mú l-

epitél io secretor, com glându las secretoras de muco revestindo o interior e um epitélio protetor que recobre o lado externo.

tiplas camadas de célu las e é qual if icado para proteger áreas contra o estresse mecânico e químico [ ~ p. 72). Portanto, o epitélio secretor com sua única camada celular é mais faci lmente danificado.

O primeiro citopatológico de Jan

As célu las secretoras são do epitélio colunar o epitélio protetor é constitu ído de múltiplas camadas celulares.

O epitélio protetor com várias camadas

4

mostrou células escamosas atípicas de significado desconhecido {ASCUS). É mais provável que essas células tenham se orig inado da porção secretora do colo do útero ou do epitél io protetor?

5

6

A displasia de Jan melhorou ou piorou? Que evidências você tem para justificar a sua resposta?

A lâmina histológica do primeiro esfregaço de Papanicolau mostrou célu las anormais com núcleo grande e pequena quantidade de citoplasma. Estas células anormais não apareceram no segundo esfregaço.

Use sua resposta à questão 5 para dizer se a infecção por HPV persistiu ou foi el iminada pelo sistema imunitário de Jan.

No segundo citopatológico as células estão normais.

tem células que são achatadas {epitél io escamoso estratificado). A designação ASC se refere a essas células do epitélio protetor.

O desaparecimento das células anormais indica que a d isplasia de Jan foi resolvida. Jan retornará em seis meses para repetir o exame de esfregaço de Papan icolau . Se não aparecer d isplasia, suas células cervicais voltaram ao normal.

Uma vez que o corpo de Jan el iminou a infecção pelo HPV, suas célu las cervicais devem voltar ao normal. O segundo teste para o HPV não mostrou evidências de DNA do HPV.

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RESUMO DO CAPÍTULO A biologia celular e a histologia ilustram um dos principais temas ou conceitos básicos da fisiologia: compartimentalização. Neste capítulo, você aprendeu como uma célula é subdividida em dois compartimentos principais, o núcleo e o citoplasma. O citoplasma é sub dividido em três componentes: citosol, organelas e inclusões. Você também aprendeu como as células formam tecidos, que criam compartimentos maiores dentro do corpo. Um segundo conceito básico neste capítulo é as propriedades mecânicas das células e dos tecidos devido às proteínas fibrosas do citoesqueleto, das junções celulares e das moléculas que sintetizam a matriz extracelular, parte da "cola" que mantém os tecidos unidos.

Compartimentos funcionais do corpo Líquidos e eletrólitos: introdução aos líquidos do corpo

1. A célula é a unidade funcional da maioria dos organismos vivos (p. 55). 2. As principais cavidades do corpo humano são a cavidade craniana (crânio), a cavidade torácica (tórax) e a cavidade abdominopélvica. (p. 55; Fig. 3-1) 3. O lúmen de alguns órgãos ocos é parte do meio externo do corpo. (p. 55) 4. Os compartimentos líquidos corporais são o líquido extracelular (LEC), fora das células, e o intracelular (LIC), dentro das células. O LEC pode ser subdividido em líquido intersticial, que banha as células, e plasma, a porção líquida do sangue. (p. 55; Fig. 3-2)

Membranas biológicas 5. A palavra membrana é usada para membranas celulares e para tecidos epiteliais que revestem uma cavidade ou separam dois compartimentos. (p. 55; Fig. 3-3) 6. A membrana celular atua como uma barreira entre os líquidos intracelular e extracelular, fornece suporte estrutural e regula a troca e a comunicação entre as células e seu meio. (p. 55) 7. O modelo do mosaico fluido de uma membrana biológica mostra uma bicamada fosfolipídica com proteínas inseridas na bicamada. (p. 57; Fig. 3-4) 8. Os lipídeos da membrana incluem fosfolipídeos, esfingolipídeos e colesterol. (p. 5 7) 9. As proteínas integrais que atravessam a membrana são fortemente ligadas à bicamada fosfolipídica. As proteínas periféricas e as ancoradas a lipídeos ligam-se com menos força a um lado da membrana. (p. 58-59; Fig. 3-6) 10. Os carboidratos ligam-se à superfície extracelular da membrana celular. (p. 60-61)

Compartimentos intracelulares 11. O citoplasma consiste em um citosol semigelatinoso com nutrientes, íons e produtos residuais dissolvidos. Suspensos no citosol estão os outros dois componentes do citoplasma: inclusões insolúveis, que não são envolvidos por membrana, e organelas, que são corpos delimitados por membrana que realizam funções específicas. (p. 63; Fig. 3-11) 12. Inclusões importantes incluem ribossomos, os quais participam da síntese de proteínas; proteossomos para a degradação de proteínas; e proteínas fibrosas insolúveis em três tamanhos: fibras de actina (também chamadas de microfilamentos), filamentos intermediários e microtúbulos. (p. 63; Tbl. 3-2)

13. Centrossomos são o centro organizador dos microtúbulos da célula. (p. 65) 14. As células têm microtúbulos que formam três tipos de estruturas. Os centríolos ajudam o movimento dos cromossomos durante a divisão celular, os cílios movem líquidos ou secreções pela superfície celular, e os flagelos propelem o espermatozoide através de líquidos do corpo. (p. 65-66; Fig. 3-13) 15. O citoesqueleto fornece resistência, suporte e organização interna; ajuda a transportar materiais dentro da célula; une as células e dá a mobilidade de certas células. (p. 66-67; Fig. 3-14) 16. As proteínas motoras, como miosina, cinesina e dineína, estão associadas com as fibras do citoesqueleto para criar movimento. (p. 67; Fig. 3-15) 17. As membranas que envolvem as organelas dividem o citosol em compartimentos, cujas funções podem ser separadas. (p. 67) 18. As mitocôndrias geram a maior parte do ATP para a célula. (p. 67; Fig. 3-16) 19. O retículo endoplasmático liso é o local primário da síntese de lipídeos. O retículo endoplasmático rugoso é o local primário da síntese de proteínas. (p. 68; Fig. 3-17) 20. O aparelho de Golgi armazena as proteínas em vesículas. As vesículas secretoras liberam seus conteúdos no líquido extracelular. (p. 68; Fig. 3-18) 21. Os lisossomos e os peroxissomos são vesículas de armazenamento que contêm enzimas digestórias. (p. 69-70; Fig. 3-19) 22. O núcleo contém DNA, o material genético que controla todos os processos celulares, na forma de cromatina. A membrana dupla do envelope nuclear que circunda o núcleo possui complexos dos poros nucleares, que permitem a comunicação química controlada entre o núcleo e o citosol. Os nucléolos são áreas nucleares que controlam a síntese de RNA pelos ribossomos. (p. 70-71; Fig. 3-20)

Tecidos do corpo Músculos: revisão de anatomia -tecido muscular esquelético

23. Existem quatro tipos de tecidos básicos no corpo humano: epitelial, conectivo, muscular e nervoso. (p. 72) 24. A matriz extracelular secretada pelas células fornece suporte e meios de comunicação célula-célula. Ela é composta de proteoglicanas e proteínas fibrosas insolúveis. (p. 72) 25. As junções celulares são divididas em três categorias. As junções comunicantes permitem aos sinais elétricos e químicos passarem diretamente de uma célula a outra. As junções de oclusão impedem o movimento dos materiais entre as células. As junções de ancoragem mantêm unidas as células umas às outras ou à matriz extracelular. (p. 72-74; Fig. 3-21) 26. As proteínas de membrana denominadas moléculas de adesão celular (CAMs) são essenciais para a adesão celular e para as junções de ancoragem. (p. 72; Tabela 3-3) 27. Os desmossomos e as junções de adesão ancoram as células umas às outras. As adesões focais e os hemidesmossomos ancoram as células à matriz. (p. 74; Fig. 3-22) 28. O tecido epitelial protege o meio interno, regula a troca de material ou sintetiza e secreta substâncias químicas. Existem cinco tipos funcionais encontrados no corpo: de troca, transportador, ciliado, protetor e secretor. (p. 74)

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29. O epitélio de troca permite uma rápida troca de materiais, particularmente de gases. O epitélio transportador regula ativamente a troca seletiva de materiais não gasosos entre os meios interno e externo. O epitélio ciliado movimenta os líquidos e partículas pela superfície do tecido. O epitélio protetor ajuda a impedir trocas entre os meios interno e externo. O epitélio secretor libera produtos secretórios no meio externo ou no sangue. (p. 76-79; Fig. 3-24) 30. As glândulas exócrinas liberam suas secreções no meio externo por meio de duetos. As glândulas endócrinas são glândulas sem duetos que liberam suas secreções, chamadas de hormônios, diretamente no líquido extracelular. (p. 78-79; Fig.3-28) 31. Os tecidos conectivos possuem matriz extracelular extensa que fornece suporte estrutural e forma uma barreira física. (p. 80) 32. Os tecidos conectivos frouxos são os tecidos elásticos que ficam abaixo da pele. Os tecidos conectivos densos, incluindo tendões e ligamentos, possuem resistência ou flexibilidade pelo fato de serem feitos de colágeno. O tecido adiposo armazena gordura. O tecido conectivo que chamamos de sangue é caracterizado por uma matriz aquosa. A cartilagem é sólida e flexível e não possui suprimento de sangue. A matriz fibrosa do osso é endurecida pelos depósitos de sais de cálcio. (p. 81-82) 33. Os tecidos muscular e nervoso são chamados de tecidos excitáveis por causa de sua habilidade de gerar e propagar sinais

elétricos chamados de potenciais de ação. O tecido muscular possui a capacidade de contrair e produzir força e movimento. Existem três tipos de músculos: cardíaco, liso e esquelético. (p. 84) 34. O tecido nervoso inclui neurônios, os quais usam sinais elétricos e químicos para transmitir informações de uma parte do corpo a outra, e células de sustentação conhecidas como células da glia (neuroglia). (p. 84)

Remodelamento dos tecidos 35. A morte celular ocorre por necrose, a qual afeta de modo adverso as células vizinhas, e por apoptose, uma morte celular programada que não altera o tecido. (p. 84-85) 36. As células-tronco são células capazes de se reproduzir e se diferenciar em células especializadas. As células-tronco são mais abundantes nos embriões, mas também são encontradas no corpo adulto. (p. 85)

órgãos 37. Os órgãos são formados por grupos de tecidos que realizam funções relacionadas. Os órgãos do corpo contêm os quatro tipos de tecido em várias proporções. Por exemplo a pele é constituída principalmente de tecido conectivo. (p. 87)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Liste as quatro funções gerais da membrana celular. 2. Em 1972, Singer e Nicolson propuseram um modelo de membrana celular conhecido como modelo . De acordo com este modelo, a membrana é composta de uma bicamada de _ _ _ e várias inseridas, com na superfície extracelular. 3. Quais são os dois tipos primários de biomoléculas encontrados na membrana celular? 4. Defina e diferencie inclusões e organelas. Dê um exemplo de cada. 5. Defina citoesqueleto. Liste cinco funções do citoesqueleto. 6. Relacione cada termo com sua melhor descrição: (a) cílios

1. Em células humanas aparecem como uma cauda única, longa e semelhante a um chicote. 2. Estruturas curtas, como pelos, que (b) centríolo batem para produzir correntes em líquidos. (e) flagelo 3. Um feixe de microtúbulos que auxilia na mitose. (d) centrossomo 4. Centro organizador dos microtúbulos. 7. Relacione cada organela com sua função: (a) retículo endo1. A casa de força da célula onde a maior parte do ATP é produzida. plasmático (b) aparelho de 2. Degrada ácidos graxos de cadeia longa e moléculas tóxicas estranhas. Golgi (e) lisossomo 3. Rede de tubos membranosos que sintetizam as biomoléculas. 4. O sistema digestório da célula, degra(d) mitocôndria da ou recicla componentes. (e) peroxissomo 5. Modifica e armazena proteínas em vesículas.

8. Que processo ativa as enzimas dentro dos lisossomos? 9. As glândulas exócrinas produzem secreções aquosas (como lágrimas ou suor) chamadas de , ou soluções mais viscosas chamadas de . 10. As glândulas liberam hormônios, que entram no sangue e regulam as atividades dos órgãos ou sistemas. 11. Liste os quatro tipos principais de tecido. Dê um exemplo e a localização de cada um. 12. O órgão do corpo maior e mais pesado é a _______. 13. Relacione cada proteína à sua função. Uma função na lista pode ser usada mais de uma vez. (a) caderina 1. Proteína de membrana usada para (b) CAM formar junções celulares. (e) colágeno 2. Matriz glicoproteica usada para an• (d) conex1na corar células . (e) elastina 3. Proteína encontrada nas junções (f) fibrilina comunicantes. (g) fibronectina 4. Proteína da matriz encontrada no (h) integrina tecido conectivo. (i) ocludina 14. Quais tipos de glândulas podem ser encontrados na pele? Cite a secreção de cada tipo. 15. O termo matriz pode ser usado em referência a uma organela ou a tecidos. Compare o significado do termo nestes dois contextos.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 16. Exercício de mapeamento: Transforme esta lista de termos em um mapa da estrutura celular. Adicione funções quando for apropriado. actina aparelho de Golgi centro organizador dos centríolo microtúbulos centrossomo cílios citoesqueleto

Fisiologia Humana

17.

18.

19. 20. 21.

22.

citoplasma citosol filamento intermediário filamento grosso flagelo lisossomo matriz extracelular membrana celular microfilamento microtúbulo mitocôndria miosina organela núcleo partículas de ribonucle- organela sem membrana oproteínas (vaults) peroxissomo proteossomos queratina RE liso RErugoso ribossomo tubulina vesícula de vesícula secretora armazenamento Liste, compare e diferencie os três tipos de junções celulares e seus subtipos. Dê um exemplo onde cada tipo pode ser encontrado no corpo e descreva sua função nessa localização. Qual teria mais retículo endoplasmático rugoso: as células pancreáticas que sintetizam o hormônio proteico insulina, ou as células do córtex de supra-renal que sintetizam o hormônio esteroide cortisol? Algumas organelas podem ser consideradas vesículas. Defina vesícula e descreva pelo menos três exemplos. Explique por que um epitélio estratificado oferece mais proteção do que um epitélio simples. Desenhe uma série curta de células de epitélio colunar. Rotule as bordas basolateral e apical das células. Explique brevemente os diferentes tipos de junções encontrados nestas células. Organize os seguintes compartimentos na ordem em que a molécula de glicose, entrando no corpo no intestino, os encontraria: líquido intersticial, plasma, líquido intracelular. Qual(is) destes líquidos é/são considerado(s) líquido(s) extracelular(es)?

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23. Explique como o colesterol inserido na bicamada fosfolipídica da membrana celular diminui a permeabilidade da membrana. 24. Compare e diferencie a estrutura, as localizações e as funções do osso e da cartilagem. 25. Diferencie os termos em cada conjunto abaixo: (a) Lúmen/parede; (b) dtoplasma/citosol; (c) miosina/queratina. 26. Quando um girino se transforma em um sapo, sua cauda encolhe e é reabsorvida. Este é um exemplo de apoptose ou de necrose? Justifique a sua resposta. 27. Relacione as estruturas do capítulo aos temas fisiológicos básicos na coluna da direita e dê um exemplo ou explicação para cada um. Uma estrutura pode ser relacionada com mais dê um tema. (a) junções celulares 1. comunicação (b) membrana celular 2. interações moleculares (c) citoesqueleto 3. compartimentalização (d) organelas 4. propriedades mecânicas (e) cílios 5. uso da energia biológica 28. Algumas vezes, a matriz extracelular pode ser bem rígida. De que maneira os tecidos em desenvolvimento e em expansão enfrentam uma matriz rígida para criar espaço para si?

NIVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 29. Um dos resultados do hábito de fumar é a paralisia dos cílios que revestem as vias respiratórias. Que função eles têm? Com base no que você leu neste capítulo, por que é prejudicial quando os cílios não batem mais? Quais problemas de saúde você espera que apareçam? Como isso explica a tosse curta e seca comum entre os fumantes? 30. O câncer é a divisão celular anormal e descontrolada. Que propriedades do tecido epitelial podem torná-lo (e tornam) mais propenso a desenvolver o câncer? 31. O que pode acontecer à função fisiológica normal se as metaloproteinases da matriz forem inibidas por fármacos?

RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de

11

Revisando

conceitos·' Página 60 1. Os três tipos de lipídeos encontrados nas membranas celulares são os fosfolipídeos, os esfingolipídeos e o colesterol.

2. As proteínas integrais estão ligadas fortemente à membrana. As proteínas periféricas e as proteínas ancoradas a lipídeos estão ligadas frouxamente aos componentes da membrana. 3. As caudas dos fosfolipídeos são hidrofóbicas; uma camada única a colocaria em contato direto com os líquidos corporais aquosos. 4. Uma substância atravessa uma bicamada fosfolipídica para entrar na célula e duas bicamadas ao passar através do epitélio pericárdico. Página 67 5. As proteínas fibrosas citoplasmáticas são as fibras de actina (ou microfilamentos), os filamentos intermediários e os microtúbulos. 6. Sem um flagelo, um espermatozoide seria incapaz de nadar e encontrar um ovócito para fertilizar.

7. O citoplasma é tudo que está envolvido pela membrana celular, exceto o núcleo. O citosol é a substância semigelatinosa na qual as organelas e as inclusões estão suspensas. 8. Os cílios são curtos, normalmente são muito numerosos em uma célula e movem os líquidos ou as substâncias pela superfície celular. Os flagelos são mais longos, normalmente ocorrem isoladamente no espermatozoide humano e são usados para propelir uma célula através de um fluido. 9. As proteínas motoras usam energia para criar movimento. Página 70 10. As organelas são separadas do citosol por uma membrana; as inclusões não. 11. ORE rugoso possui ribossomos ligados ao lado citoplasmático de sua membrana; o RE liso não possui ribossomos. O RE rugoso sintetiza proteínas; o RE liso sintetiza lipídeos.

12. Os lisossomos contêm enzimas que degradam bactérias e organelas velhas. Os peroxissomos contêm enzimas que degradam ácidos graxos e moléculas estranhas. 13. As membranas das organelas criam compartimentos que isolam fisicamente seu lúmen do citosol. A membrana dupla da

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mitocôndria cria dois compartimentos diferentes dentro da organela. 14. Um grande número de mitocôndrias sugere que a célula tem uma grande exigência de energia, pois a mitocôndria é o local de maior produção de energia na célula. 15. Grandes quantidades de RE liso sugerem que o tecido sintetiza grandes quantidades de lipídeos, ácidos graxos ou esteroides ou que detoxificam moléculas estranhas. Página 74 16. As junções celulares são de ancoragem, de oclusão e comunicantes. 17. (a) De oclusão, (b) comunicantes, (e) de ancoragem (especificamente, desmossomos), (d) de ancoragem (especificamente, adesão focal). Página 80 18. Os cinco tipos funcionais de epitélio são protetor, secretor, transportador, ciliado e de troca. 19. A secreção é o processo pelo qual uma célula libera uma substância no meio. 20. As glândulas endócrinas não possuem duetos e secretam seus produtos no sangue. As glândulas exócrinas possuem duetos e secretam seus produtos no meio externo. 21. Os hemidesmossomos se fixam à laminina (ver Fig. 3-22). 22. Não, a pele possui várias camadas de células para proteger o meio interno. Um epitélio escamoso simples (que tem uma célula de espessura com células achatadas) não seria um epitélio protetor. 23. A célula é uma célula endócrina porque secreta seu produto no espaço extracelular para distribuição pelo sangue. Página 82 24. O tecido conectivo possui uma matriz extensa.

25. O colágeno fornece resistência e flexibilidade; a elastina e a fibrilina fornecem elasticidade; a fibronectina ajuda as células a se ancorarem na matriz. 26. Os tecidos conectivos incluem osso, cartilagem, sangue, tecido conectivo denso (ligamentos e tendões), tecido conectivo frouxo e adiposo. 27. O plasma, ou a porção líquida do sangue, pode ser considerado a matriz extracelular. 28. A cartilagem não possui suprimento sanguíneo; então, o oxigênio e os nutrientes necessários para o reparo devem chegar às células por difusão, um processo lento. Página 85 29. A apoptose é uma forma organizada de morte celular que remove as células sem afetar suas células vizinhas. Em contraste, a necrose libera enzimas digestórias que danificam as células vizinhas.

,....__ Respostas para a questão da figura Página 76 Fig. 3-24: 1. O epitélio de transporte (púrpura) é encontrado principalmente no trato digestório e nos rins, onde regula o movimento de substâncias para dentro e para fora do líquido extracelular. Os pulmões e os vasos sanguíneos são revestidos com um epitélio de troca (vermelho). O epitélio ciliado (azul) é encontrado nas vias aéreas do trato respiratório e em parte do sistema genital feminino. A superfície externa do corpo e as aberturas das cavidades do corpo são cobertas com epitélio protetor (marrom). 2. As glândulas endócrinas (sem duetos) secretam seus hormônios no sangue. 3. As glândulas exócrinas (com duetos) secretam seus produtos para fora do corpo - na superfície da pele ou no lúmen de um órgão que se abre para o meio externo do corpo (ver Fig. 1-2, p. 3).

•

ner 1a e

A energia nos sistemas biológicos 95

A energ ia é usada para realizar traba lho 96 Existem duas formas de energia: cinética e potencial 96 A energ ia pode ser convertida de uma forma em outra 97 A termodinâmica é o estudo do uso da energia

Reações químicas 97

A energ ia é transferida entre as moléculas durante as reações 98 A energ ia de ativação inicia a reação 98 A energ ia pode ser capturada ou liberada durante as reações 100 A variação líquida da energia livre determina a reversibilidade da reação

Enzimas 100 As enzimas são proteínas 101 As enzimas podem ser ativadas, inativadas ou moduladas 102 As enzimas diminuem a energ ia de ativação das reações 102 As taxas das reações são variáveis 102 As reações reversíveis obedecem à lei de ação das massas 103 As reações enzimáticas podem ser classificadas

Metabolismo 105

As células regulam suas rotas metabólicas 106 O ATP transfere energia entre reações

•

o ismo

109 O metabolismo anaeróbio produz lactato 11 O O piruvato entra no ciclo do ácido cítrico no metabolismo aeróbio 111 Os elétrons ricos em energia entram no sistema de transporte de elétrons 113 A síntese de ATP é acoplada ao movimento do íon hidrogênio 113 Uma molécu la de g licose pode produzir de 30 a 32 ATP 113 Biomoléculas grandes podem ser usadas para produzir ATP

Rotas de síntese 116 O glicogênio pode ser sintetizado a partir da glicose 116 A glicose pode ser sintetizada a partir de glicerol ou de aminoácidos 117 A acetil CoA é necessária para a síntese de lipídeos 117 As proteínas são a chave da função das células 119 O DNA cod ifica as proteínas 120 O DNA controla a síntese de RNA 122 A j unção alternativa gera múltiplas proteínas a partir de uma sequência de DNA 123 A tradução do RNAm produz uma sequência de aminoácidos 124 O direcionamento da proteína determina o seu destino 124 As proteínas sofrem modificação póstraducional 126 As proteínas são modificadas e empacotadas no aparelho de Golgi

Produção de ATP 108 A glicólise converte glicose em pi ruvato

CONHECIMENTOS BASICOS Formas de energia e t rabalho: Apêndice B DNA e RNA: Apêndice C Propriedades emergentes: 8 Ligações de hidrogênio: 26 Ligações covalentes: 24 ATP: 34 Organelas: 63 Elétrons: 21 Estrutura Proteica: 31 Carboidratos: 28 Nucleotídeos: 34 Representação por gráfico: 12 Lipídeos: 28.

Não existem boas evidências de que a vida {Uja da segunda lei da termodinâmica; entretanto, no curso descendente do {1.uxo de energia, a vida coloca uma barreira que a represa, produzindo um reservatório que fornece potencial para suas próprias atividades. -F. G. Hopkins, 1933

SOLUCIONANDO O PROBLEMA Propriedades dos organismos vivos

Doença de Tay-Sachs Em diversas comunidades de judeus americanos ultraortodoxos - nas quais os casamentos arranjados são a regra -, o rabino é encarregado de a importante tarefa de salvar vidas. Ele mantém um registro confidencial de indivíduos conhecidos por portarem o gene para a doença de Tay-Sachs, uma condição fatal herdada, que atinge um a cada 3.600 judeus norte-americanos descendentes do leste europeu. Os bebês que nascem com esta doença raramente vivem além dos quatro anos, e não há cura. Com base na árvore familiar que o rabino constrói, ele pode evitar a união de dois indivíduos portadores do gene mortal. Sarah e David, que se encontraram enquanto trabalhavam no jornal do seu colégio, não são judeus ortodoxos. Ambos estão c!entes, contudo, que sua ancestralidade judia pode aumentar o risco de que eles tenham um f il ho com doença de Tay-Sachs. Seis meses antes do seu casamento, eles decidiram fazer um aconselhamento genético para determinar se são portadores do gene para a doença de Tay-Sachs.

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126

2. Adquirem, transformam, armazenam e uti lizam energia. 3. Sentem e respondem aos meios externo e interno. 4. Mantêm a homeostase por meio dos sistemas de controle interno com retroalimentação. 5. Armazenam, utilizam e transmitem informação. 6. Reproduzem-se, desenvolvem-se, crescem e morrem. 7. Possuem propriedades emergentes que não podem ser previstas a partir da soma simples das partes. 8. Os indivíduos se adaptam e as espécies evoluem.

criaturas vivas. Se você fosse um cientista olhando para fotos e amostras enviadas de Marte, o que voce procuraria para determinar se há vida em outras partes do universo? Agora, compare sua lista com a fornecida na Tabela 4-1 e. Organismos vivos são entidades complexas extremamente organizadas. Até mesmo uma bactéria unicelular, embora ,, . . . pareça simples vista em um microscopio, possui uma incnvel complexidade no nível químico de organização. Ela usa reações bioquímicas intrincadamente interconectadas para adquirir, transformar, armazenar e usar energia e informação. Ela sente e responde às mudanças nos seus meios externo e interno, e se adapta de modo que possa manter a homeostase. Ela se reproduz, se desenvolve, cresce e morre, e com o passar do tempo, sua espécie evolui. A energia é essencial para estes processos que associamos com coisas vivas. Sem energia para o crescimento, o reparo e a manutenção do meio interno, a célula é como uma cidade fantasma cheia de edifícios que vão lentamente se transformando em ruínas. As células necessitam de energia para importar matéria-prima, sintetizar novas moléculas e reparar ou reciclar partes velhas. A capacidade das células de extrair energia do meio externo e usar esta energia para sua manutenção como uma unidade funcional organizada é uma das suas mais notáveis características. Neste capítulo, veremos os processos celulares por meio dos quais o corpo huma: no obtém energia e mantém seus sistemas ordenados. Voce aprenderá como as interações das proteínas descritas no Capítulo 2 ( $ p. 41) se aplicam à atividade enzimática e como os compartimentos subcelulares introduzidos no Capítulo 3 (i: p. 63) separam várias etapas do metabolismo energético. A

Dra. Christine Schmidt e seus estudantes de graduação cultivam células endoteliais isoladas em uma matriz sintética e observam seu crescimento. Eles sabem que, se o seu trabalho obtiver sucesso, o tecido que resultar pode algum dia ajudar a substituir um vaso sanguíneo no corpo. Do mesmo modo como uma criança que brinca com blocos de construção os junta para formar uma casa, a biotecnóloga e seus estudantes criam tecidos a partir de células. Em ambos os casos, alguém familiarizado com os componentes originais, blocos de construção ou células, pode prever qual será o produto final: blocos fazem edifícios, células fazem tecidos. Por que então os biólogos não podem explicar, conhecendo as características dos ácidos nucleicos, das proteínas, dos lipídeos e dos carboidratos, como as combinações destas moléculas adquirem os notáveis atributos de uma célula viva? Como é possível que as células vivas realizem processos que excedem muito o que seria previsto a partir do entendimento dos seus componentes individuais? A resposta é propriedades emergentes ( i: p. 8), aqueles traços característicos que não podem ser previstos a partir de uma soma simples das partes componentes. Por exemplo, se você tem uma coleção de peças e pedaços de metal de um motor de carro desmontado, você pode prever (sem conhecimento prévio) que, fornecendo uma fonte de energia, esta coleção corretamente arranjada poderia criar a força para mover milhares de quilos? As propriedades emergentes dos sistemas biológicos são de grande interesse para os cientistas que tentam explicar como um simples compartimento, tal como o lipossomo fosfolipídico ( $ p . 58), poderia ter evoluído e formado a primeira célula viva. Pare por um momento e ve1a se voce pode listar as propriedades da vida que caracterizam todas as •

1. Possuem uma estrutura complexa, cuja unidade básica de organização é a célu la.

A

•

~

A ENERGIA NOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

. , o ciclo da energia entre o ambiente e os organismos vivos e .

um dos conceitos fundamentais da biologia. Todas as células

Fisiologia Humana

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LEGENDA

Transferência de energia radiante ou térmica Sol Energia térmica

Perda de energia para o ambiente

Transferência da energia nas ligações químicas

Energia radiante Energia para o trabalho A fotossíntese

C02

•

• ocorre nas células das plantas, produzindo:

02 + Energia armazenada nas biomoléculas

+ A respiração ocorre nas células humanas, produzindo:

Energia armazenada nas biomoléculas

FIGURA 4-1 Transferência de energia no ambiente. As plantas capturam a energia radiante do sol e a utilizam para armazenar energia nas ligações químicas das biomoléculas. Os animais ingerem as plantas e usam esta ener• g1a ou a armazenam.

usam energia do seu ambiente para crescer, sintetizar novas partes e se reproduzir. As plantas capturam a energia radiante do sol e a armazenam como energia nas ligações químicas pelo processo da fotossíntese (Fig. 4-1 e ). Elas extraem carbono e oxigênio do dióxido de carbono, nitrogênio do solo e hidrogênio e oxigênio da água para sintetizar as biomoléculas, como glicose e aminoácidos. Os animais, por outro lado, não podem capturar energia do sol ou utilizar carbono e nitrogênio do ar e do solo para sintetizar biomoléculas. Eles têm de importar a energia das ligações químicas pela ingestão de biomoléculas de plantas ou de outros animais. No final, porém, a energia do sol que é capturada pela fotossíntese é a fonte de energia para todos os animais, incluindo os seres humanos. Os animais extraem energia das biomoléculas pelo processo da respiração, que consome oxigênio e produz dióxido de carbono e água. Se os animais ingerem mais energia do que necessitam para uso imediato, o excesso de energia é armazenado nas ligações químicas, exatamente como ela está nas plantas. O glicogênio (um polímero de glicose) e as moléculas lipídicas são os principais estoques de energia dos animais ( ~ p. 28). Estas moléculas de armazenamento estão disponíveis para uso quando as necessidades de energia do animal excedem sua injestão alimentar.

R VISANDO CONCEITOS 1. Quais biomoléculas sempre incluem nitrogênio na sua composição química? Resposta: p. 130

A energia é usada para realizar trabalho Todo organismo vivo obtém, armazena e usa energia para abastecer suas atividades. A energia pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho, mas o que é trabalho? Usamos esta palavra todos os dias para definir várias ações, desde martelar um prego até sentar e escrever um artigo. Nos sistemas biológicos, entretanto, a palavra significa uma de três coisas específicas: trabalho químico, trabalho de transporte ou trabalho mecânico. O trabalho químico, que forma e quebra ligações químicas, permite às células e aos organismos crescer, manter um meio interno apropiado e armazenar as informações necessárias para a reprodução e outras atividades. A formação das ligações químicas de uma proteína é um exemplo de trabalho químico. O trabalho de transporte permite às células mover íons, moléculas e partículas maiores através da membrana celular e através das membranas das organelas da célula. O trabalho de transporte é particularmente útil para criar gradientes de

4

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Dee Unglaub Silverthorn

concentração, a distribuição de moléculas em que a concentração de uma molécula é maior em um lado da membrana do que no outro. Por exemplo, certos tipos de retículo endoplasmático ( ~ p. 68) usam energia para importar íons cálcio do citosol. Este transporte do íon cria uma alta concentração de cálcio no interior da organela e uma concentração baixa no citosol. Se o cálcio é então liberado de volta para o citosol, é gerado um "sinal de cálcio" que induz a célula a realizar alguma ação, como a contração muscular. O trabalho mecânico em animais é utilizado para gerar movimento. Em nível celular, movimento inclui o movimento de organelas dentro de uma célula, mudança na forma das células e batimento de cílios e flagelos ( ~ p. 66). Em nível macroscópico nos animais, o movimento em geral envolve a contração muscular. A maior parte do trabalho mecânico é mediada por proteínas motoras que constituem certas fibras intracelulares e filamentos do citoesqueleto [ ~ p. 66].

Existem duas formas de energia: cinética e potencial A energia pode ser classificada de várias maneiras. Frequentemente pensamos na energia em termos do que lidamos diariamente: energia térmica, energia elétrica, energia mecânica. Aqui, estamos falando da energia armazenada nas ligações químicas. Cada tipo de energia possui suas próprias características. Porém, todo o tipo de energia tem em comum a capacidade de se apresentar de duas formas: como energia cinética ou como energia potencial. A energia cinética é a energia do movimento (kinetikos, movimento). Uma bola rolando colina abaixo, moléculas de perfume se espalhando pelo ar, cargas elétricas fluindo nas linhas de força, o calor aquecendo uma frigideira e moléculas cruzando através das membranas biológicas são exemplos de corpos que têm energia cinética. A energia potencial é a energia armazenada. Uma bola equilibrada no topo de uma colina possui energia potencial porque tem o potencial de iniciar o movimento de descida colina abaixo. Uma molécula posicionada no lado de alta concentração de um gradiente de concentração armazena

(a) O trabalho é utilizado para empurrar a bola rampa acima. A energia cinética do movimento rampa acima está sendo armazenada na energia potencial da posição da bola.

•

FIGURA 4-2

energia potencial porque ela possui energia potencial para mover-se a favor do gradiente. Nas ligações químicas, a energia potencial é armazenada na posição dos elétrons que formam a ligação ( $- p. 24). Para aprender mais sobre energia cinética e energia potencial, veja o Apêndice B. Uma característica fundamental de todos os tipos de energia é a capacidade da energia potencial de se converter em cinética e vice-versa.

A energia pode ser convertida de uma forma em outra Lembre-se de que a definição geral de energia é a capacidade de realizar trabalho. Trabalho sempre envolve movimento e por esta razão está associado com a energia cinética. A energia potencial também pode ser usada para realizar trabalho, mas precisa primeiro ser convertida em energia cinética. A conversão da energia potencial em energia cinética nunca é 100% eficiente, e certa quantidade de energia é perdida para o meio, usualmente como calor. A quantidade de energia perdida na transformação depende da efidênda do processo. Muitos processos fisiológicos no corpo humano não são muito eficientes. Por exemplo, 70% da energia usada no exercício físico são perdidos sob a forma de calor, em vez de ser transformada no trabalho da contração muscular. A Figura 4-2 • resume a relação entre energia cinética e energia potencial: 1. A energia cinética de mover a bola é transformada em energia potencial quando o trabalho é usado para empurrar a bola rampa acima (Fig. 4-2a). 2. A energia potencial é armazenada na bola parada no topo da rampa (Fig. 4-2b). Nenhum trabalho está sendo executado, mas a capacidade de realizar trabalho é armazenada na posição da bola. 3. A energia potencial da bola torna-se cinética quando a bola rola rampa abaixo (Fig. 4-2c). Alguma energia cinética é perdida para o ambiente como calor devido ao atrito entre a bola e o ar e a rampa.

{b) A bola situada no topo da rampa possui energia potencial, o potencial para realizar trabalho.

Relação entre energia cinética e energia potencial.

(e) A bola rolando rampa abaixo está convertendo energia potencial em energia cinética. Porém, a conversão não é totalmente eficiente, e alguma energia é perdida como calor devido ao atrito entre a bola e a rampa e o ar.

Fisiologia Humana

Em sistemas biológicos, a energia potencial é armazenada em gradientes de concentração e nas ligações químicas, sendo transformada em energia cinética quando é necessário realizar trabalho químico, de transporte ou mecan1co. A

'

A termodinâmica é o estudo do uso da energia Duas regras básicas governam a transferência de energia em sistemas biológicos e no universo como um todo. A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como a lei da conservação de energia, diz que a quantidade total de energia no universo é constante. O universo é considerado um sistema fechado - nada entra e nada sai. A energia pode ser convertida de uma forma em outra, mas a quantidade total de energia em um sistema fechado nunca muda. Porém, o corpo humano não é um sistema fechado. Como um sistema aberto, ele troca matéria e energia com o seu meio externo. Como o nosso corpo não pode criar energia, ele a importa do exterior, na forma de alimento. Além disso, nosso corpo perde energia, especialmente na forma de calor, para o meio externo. A energia que permanece dentro do corpo pode ser convertida de um tipo em outro ou pode ser usada para realizar trabalho. A segunda lei da termodinâmica postula que processos espontâneos naturais vão de um estado de ordem (não aleatório) para uma condição de aleatoriedade ou de desordem, também conhecida como entropia. Criar e manter a ordem em um sistema aberto como o corpo requer a entrada de energia. A desordem ocorre quando um sistema aberto perde energia para o seu meio externo sem recuperá-la. Quando isso acontece, dizemos que a entropia do sistema aberto aumentou. A analogia da cidade fantasma mencionada ilustra a segunda lei. Quando as pessoas colocam toda a sua energia em atividades fora da cidade, a cidade lentamente cai em abandono e se torna menos organizada (sua entropia aumenta). De forma similar, sem a entrada contínua de energia, a célula é incapaz de manter seu meio interno ordenado. Quando a célula perde a organização, sua capacidade de desempenhar suas funções normais desaparece e ela morre. No restante deste capítulo, você aprenderá como as células obtêm energia e a armazenam nas ligações químicas das biomoléculas. Usando reações químicas, as células transformam a energia potencial das ligações químicas em energia cinética para o crescimento, a subsistência, a reprodução e o movimento. REVISANDO CONCEITOS 2. Cite duas maneiras pelas quais os animais armazenam • energia nos seus corpos. 3. Qual a diferença entre energia potencial e energia cinética? 4. O que é entropia?

97

REAÇÕES QUÍMICAS Os organismos vivos são caracterizados por sua capacidade de extrair energia do meio externo e usá-la para sustentar os processos vitais. O estudo do fluxo de energia através dos sistemas biológicos é um campo conhecido como bioenergética (bios, vida+ en-, em + ergon, trabalho). Em um sistema biológico, as reações químicas são um meio crucial de transferência de energia de uma parte do sistema para outra.

A energia é transferida entre as moléculas durante as reações Em uma reação química, uma substância se torna uma substância diferente, usualmente pela ruptura e/ou formação de ligações covalentes. Uma reação inicia com uma ou mais moléculas chamadas de reagentes e termina com uma ou mais moléculas chamadas de produtos (Tabela 4-2 e ). Nesta discussão, consideramos uma reação que inicia com dois reagentes e termina com dois produtos: A + B-->C+D A velocidade na qual uma reação ocorre, a taxa da reação, é a taxa de desaparecimento dos reagentes (A e B) ou a taxa de aparecimento dos produtos (C e D). A taxa da reação é medida como a mudança na concentração durante certo período de tempo e é muitas vezes expressa em molaridade por segundo (MI s). O propósito das reações químicas nas células é transferir energia de uma molécula para outra ou usar a energia armazenada em moléculas reagentes para realizar trabalho. A energia potencial armazenada nas ligações químicas de uma molécula é conhecida como energia livre da molécula. Geralmente, moléculas complexas possuem mais ligações químicas e, portanto, mais energia livre. Por exemplo, uma grande molécula de glicogênio possui mais energia livre que uma única molécula de glicose, a qual por sua vez possui mais energia livre do que o dióxido de carbono e a água, a partir dos quais foi sintetizada. A alta energia livre de moléculas complexas como o glicogênio é a razão destas moléculas serem usadas para armazenar energia nas células.

Reações químicas

TIPO DE REAÇÃO

REAGENTES {SUBSTRATOS)

Combinação (síntese)

A

Decomposição

C

A+ B

Substituição (troca) simples*

L + MX

LX + M

Substituição (troca) dupla*

LX+ MY

LY + MX

+B

Respostas: p. 130

*X e Y representam átomos, íons ou grupos químicos.

PRODUTOS

e

4

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Dee Unglaub Silverthorn

elevação na qual uma bola deve ser empurrada antes que ela possa rolar ladeira abaixo por si mesma. Uma reação com baixa energia de ativação ocorre espontaneamente quando os reagentes são colocados juntos. Você pode demonstrar uma reação espontânea colocando vinagre sobre bicarbonato de sódio e observando os dois reagindo para formar dióxido de carbono. As reações com alta energia de ativação não ocorrerão espontaneamente ou ocorrerão muito lentamente para serem úteis. Por exemplo, se você colocar vinagre sobre uma pequena porção de manteiga, nenhuma reação visível " ocorrera.

A energia de ativação é o "empurrão" , . . . . necessano para 1n1c1ar uma reaçao

-

- - - - - Nível inicial de energia livre ~

º&' t?-0 o

~

~

Nível final de energia livre

A energia é capturada ou liberada durante ... as reaçoes

Produtos

-------------

° i-

tr,0 17;. tí"0 o

FIGURA 4-3 A energia de ativação é a energia que deve ser fornecida aos reagentes antes que uma reação possa ocorrer.

•

Para entender como as reações químicas transferem energia entre moléculas, devemos responder a duas questões. Primeiro, como as reações são iniciadas? A energia requerida para iniciar uma reação é conhecida como energia de ativação da reação. Segundo, o que acontece à energia livre dos produtos e reagentes durante a reação? A diferença na energia livre entre reagentes e produtos é conhecida como

variação da energia livre da reação.

A energia de ativação inicia a reação A energia de ativação é a entrada inicial de energia necessária para colocar os reagentes em uma posição que os permita reagir um com o outro. Este "empurrão" necessário para iniciar a reação é mostrado na Figura 4-3 • como uma pequena

Uma propriedade característica de qualquer reação química é a variação de energia livre que ocorre enquanto a reação ocorre. Os produtos de uma reação têm uma energia livre mais baixa do que os reagentes ou uma energia livre mais alta do que os reagentes. Uma variação no nível da energia livre significa que a reação libera ou capta energia. Se a energia livre dos produtos é menor do que a energia livre dos reagentes, como na Figura 4-4a e, a reação libera energia, sendo denominada reação exergônica (ex-, fora + ergon, trabalho). A energia liberada por uma reação exergônica, ou reação produtora de energia, pode ser usada por outras moléculas para realizar trabalho ou pode ser emitida como calor. Em alguns casos, a energia liberada em uma reação exergônica é armazenada como energia potencial em um gradiente de concentração. Um exemplo biológico importante de uma reação exergônica é a combinação de ATP e água para formar ADP, fosfato inorgânico (Pi) e H +. A energia é liberada durante esta reação quando a ligação fosfato rica em energia da molécula de ATP é quebrada: ATP + H 20 --> ADP + Pi + H + + energia

Energia de ativação

-:::Jrn

-rn

,g o

E rn

~~~

A+B

"O

Energia de ativação

---------

G+H

@

> rn ·-

Variação de • energia livre

~

(J)

e

w

rn ·-

E+F

LEGENDA

~

Variação de energia livre

(J)

e

w

C+D

Reagentes - - Ativação da reação - - Processo da reação - - Produtos

--Tempo

....

(a) Reações exergônicas liberam energia porque os produtos possuem menos energia do que os reagentes.

•

FIGURA 4-4

--Tempo

....

(b) Reações endergônicas capturam alguma energia de ativação nos produtos, que então possuirão mais energia livre do que os reagentes.

Reações exergônicas e endergônicas.

Fisiologia Humana

Reação exergônica

C+D +

A+B

Energia térmica

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ENERGIA CAPTURADA

ENERGIA

liberada

ENERGIA

Elétrons ricos • em energia

utilizada

+ E+F

G+H

Reação endergônica

• FIGURA 4-5 Energia transferida e armazenada nas reações biológicas. A energia liberada pelas reações exergônicas pode ser capturada nos elétrons de alta energia de NADH, FADH 2 ou NADPH. A energia que não é capturada é liberada como calor.

Agora compare a reação exergônica da Figura 4-4a com a reação representada na Figura 4-4b. Na segunda, os produtos retêm parte da energia de ativação que foi adicionada, tornando sua energia livre maior do que a dos reagentes. Estas reações que requerem entrada líquida de energia são denominadas endergônicas (end[o], por dentro+ ergon, trabalho), ou reações consumidoras de energia. Parte da energia adicionada a uma reação endergônica permanece nas ligações químicas dos produtos. Estas reações consumidoras de energia são frequentemente reações de síntese, nas quais moléculas complexas são sintetizadas a partir de moléculas menores. Por exemplo, uma reação endergônica une várias moléculas de glicose para criar o polímero de glicose glicogênio. A molécula complexa de glicogênio possui mais energia livre que as moléculas simples de glicose usadas para sintetizá-la. Se uma reação captura energia quando ocorre em uma direção (A + B ~ C + D), ela libera energia quando ocorre na direção contrária (C + D ~A + B). (A denominação da direção em um sentido e no sentido inverso é arbitrária). Por exemplo, a energia capturada nas ligações de glicogênio durante sua síntese será liberada quando o glicogênio for quebrado novamente em glicose.

Acoplamento de reações endergônicas e exergônicas De onde vem a energia de ativação para as reações metabólicas? A maneira mais simples para uma célula adquirir energia de ativação é acoplar uma reação exergônica a uma endergônica. Algumas das reações acopladas mais conhecidas são aquelas que utilizam a energia liberada pela quebra da ligação de alta energia do ATP para impulsionar uma reaçao exergon1ca: -

A

4

lulas vivas desenvolveram maneiras para capturar a energia liberada pelas reações exergônicas e poupá-la para ser usada depois. O método mais comum é capturar energia na forma de elétrons de alta energia conduzidos pelos nucleotídeos ( ~ p. 23). Todas as moléculas nucleotídicas NADH, FADH2 e NADPH capturam energia nos elétrons dos seus átomos de hidrogênio (Fig. 4-5 e ). O NADH e o FADH2 geralmente transferem a maior parte da sua energia para o ATP, o qual pode ser usado em reações endergônicas.

A variação líquida da energia livre determina a reversibilidade da reação A variação líquida da energia livre de uma reação desempenha um importante papel para determinar se a reação pode

A doença de Tay-Sachs é uma condição devastadora. Normalmente, os lisossomos contêm enzimas que digerem partes velhas ou gastas da célula. Na doença de Tay-Sachs, e doenças lisossomais de armazenamento, mutações genéticas resultam em enzimas lisossomais ineficazes ou austentes. Na doença de Tay-Sachs, os pacientes não possuem a hexosamin idase A, uma enzima que digere glicolipídeos denom inados gangl iosídeos. Como resultado, os gangliosídeos se acumulam nos neurônios do encéfalo causando seu edema e funcionamento anormal. Crianças com a doença de Tay-Sachs perdem lentamente o controle muscular e a função encefálica. Elas em geral morrem antes dos quatro anos de idade.

o

ATP E+ F

ADP +Pi

--~---=:::--__/=-----_...> G + H

Neste tipo de reação acoplada, as duas reações acontecem simultaneamente e no mesmo local, de modo que a energia do ATP pode ser usada imediatamente para impulsionar a reação endergônica entre os reagentes E e F. Porém, nem sempre é prático para as reações estarem diretamente acopladas deste modo. Consequentemente, as cé-

Questão 1: A hexosaminidase A também é necessária para remover os gangliosídeos das células do olho sensíveis à luz. Com base nesta informação, cite outro sintoma da doença de Tay-Sachs além da perda do controle muscular e da função encefálica.

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LEGENDA: Energia de ativação

-----

Reagentes Ativação da reação Proc esso da reação Produtos

7. Você acha que a reação da Questão 6 é endergônica ou exergônica? Ela é reversível? Justifique sua resposta . Respostas: p. 130

ENZIMAS A+B

Variação líquida na energia livre

co ·-

e> Q) e:

UJ

C+D - - - - T e m p o -- -- .

QUESTÃO DO GRÁFICO Esta é uma reação endergônica ou exergônica?

•

FIGURA 4-6 ativação.

Algumas reações têm grande energia de

ser revertida, porque a variação líquida da energia livre da reação em um sentido contribui para a energia de ativação da reação no sentido oposto. Uma reação química que pode ocorrer em ambas as direções é denominada reação reversível. Em uma reação reversível, a reação A + B ~ C + D e sua reação inversa C + D ~A + B são prováveis de acontecer. Se uma reação ocorre em uma direção, mas não na outra, ela é uma reação irreversível. Por exemplo, observe a energia de ativação da reação C + D ~A+ B na Figura 4-6 e . Esta reação é o contrário da reação mostrada na Figura 4-4a. Devido à grande liberação de energia ocorrida na reação A + B ~ C + D, a reação inversa (Fig. 4-6) tem uma grande energia de ativação. Quanto maior a energia de ativação, menor a probabilidade que a reação ocorra espontaneamente. Teoricamente, todas as reações podem ser revertidas com entrada de energia suficiente, mas algumas reações liberam tanta energia que são essencialmente irreversíveis. No seu estudo de fisiologia, você encontrará algumas reações irreversíveis. Porém, a maioria das reações biológicas é reversível: se a reação A + B ~ C + D é possível, a reação C + D ~ A + B também é. As reações reversíveis são mostradas com setas que apontam em ambas as direções: A + B , ' C + D. Uma das principais razões de muitas reações biológicas serem reversíveis é que são auxiliadas por proteínas especializadas conhecidas como enzimas. REVISANDO CONCEITOS 5. Qual é a diferença entre reação endergônica e exergônica? 6. Se você mistura bicarbonato de sódio e vinagre em uma tigela, a mistura reage e forma espuma, liberando gás dióxido de carbono. Dê o nome do(s) reagente(s) e do(s) produto(s) desta reação.

Como foi visto no Capítulo 2, enzimas são proteínas que aceleram a taxa das reações químicas. Durante essas reações, as moléculas das enzimas não são alteradas de nenhuma maneira, o que significa que são catalisadores biológicos. Sem as enzimas, a maioria das reações químicas em uma célula seriam tão lentas que a célula não poderia viver. Devido ao fato da enzima não ser permanentemente modificada ou consumida na reação que ela catalisa, poderíamos escrever a equação da reação deste como esta: A + B + enzima __, C + D + enzima Esta forma de escrever a reação mostra que a enzima participa com os reagentes A e B, mas permanece inalterada no final da reação. A forma simplificada mais comum de se escrever reações enzimáticas mostra o nome da enzima acima da seta da reação, como esta: •

enzima A +B - - -•C+D

Em reações catalisadas enzimaticamente, os reagentes são denominados substratos.

As enzimas são proteínas A maioria das enzimas são proteínas grandes com formas tridimensionais complexas, se bem que recentemente os pesquisadores descobriram que o RNA pode algumas vezes atuar como um catalisador. Como outras proteínas que se ligam a substratos, as proteínas enzimas apresentam especificidade, competição e saturação ( ~ p. 40ff) . Algumas enzimas apresentam-se em uma variedade de formas relacionadas (isoformas) e são conhecidas como isoenzimas (iso-, igual) uma da outra. Isoenzimas são enzimas que catalisam a mesma reação, mas sob condições diferentes ou em diferentes tecidos. As estruturas de isoenzimas relacionadas são ligeiramente diferentes umas das outras, o que ocasiona a variabilidade na sua atividade. Muitas isoen.zimas possuem estruturas complexas com múltiplas cadeias de proteínas. Por exemplo, a enzima lactato desidrogenase (LDH) possui dois tipos de subunidades, denominadas H e M, que são agrupadas em tetrâmeros - grupos de quatro. As isoenzimas LDH incluem H4, H2M 2 e M 4 • As diferentes isoenzimas LDH são específicas do tecido, incluindo a localizada principalmente no coração, e outra no músculo esquelético e no fígado. As isoenzimas têm um importante papel no diagnóstico de certas condições clínicas. Por exemplo, nas horas após um ataque do coração (infarto do miocárdio), as células do músculo cardíaco lesado liberam enzimas no sangue. Uma maneira de determinar se a dor no peito da pessoa realmente ocorreu devido a um ataque do coração é verificar se há níveis elevados de isoenzimas cardíacas no sangue. Algumas

Fisiologia Humana

Enzimas importantes em diagnósticos Níveis elevados destas enzimas no sangue são sujestivos dos distúrbios listados. ENZIMA

DOENÇAS RELACIONADAS

Fosfatase ácida*

Câncer de próstata

Fosfatase alcalina

Doenças dos ossos ou do fígado

Amilase

Doença pancreática

Creatina cinase (CK)

lnfarto do miocárdio (ataque do coração), doença muscular

Glutamato desidrogenase (GDH)

Doença hepática

Lactato desidrogenase (LDH)

lnfarto do miocárdio, doença hepática, degradação excessiva de eritrócitos

*Um exame mais novo para uma molécula denominada antígeno prostático específico (PSA) tem substituído o exame da fosfatase ácida no diagnóstico do câncer de próstata.

BIOTECNOLOGIA

101

enzimas importantes diagnosticamente e as doenças das quais elas são sugestivas são listadas na Tabela 3-4 e.

As enzimas podem ser ativadas, inativadas ou moduladas A atividade da enzima, assim como de outras proteínas solúveis, pode ser alterada por diversos fatores. Algumas enzimas são sintetizadas como moléculas inativas (proenzimas ou zimogênios) e ativadas quando necessário por ativação proteolítica ( $ p. 41]). Outras requerem a ligação de cofatores inorgânicos, como Ca2 + ou Mg2+, antes de se tomarem ativas. Cofatores orgânicos de enzimas são denominados coenzimas. As coenzimas não alteraram o sítio de ligação da enzima como os cofatores inorgânicos fazem. Ao invés disso, as coenzimas atuam como receptores e carregadores de átomos ou grupos funcionais que são removidos do substrato durante a reação. Embora as coenzimas sejam necessárias para algumas reações metabólicas acontecerem, elas não são requeridas em grandes quantidades. Muitas substâncias que denominamos vitaminas são precursores de coenzimas. As vitaminas solúveis em água como vitamina B, vitamina C, ácido fólico, biotina e ácido pantotênico se tornam coenzimas necessárias para diversas reações metabólicas. Por exemplo, a vitamina C é necessária para a síntese adequada de colágeno. As enzimas podem ser inativadas por inibidores ou por terem sido desnaturadas. A atividade enzimática pode ser modulada por fatores químicos ou por mudanças na temperatura e no pH. A Figura 4-7 • mostra como a atividade de uma enzima pode variar em uma faixa de valores de pH. Uma célula pode regular o fluxo de biomoléculas através de diferentes rotas de sintese e rotas produtoras de energia iniciando e finalizando as reações ou aumentando e diminuindo a taxa na qual as reações ocorrem.

SEPARAÇAO DE ISOENZIMAS POR ELETROFORESE Uma maneira de determinar qual isoenzima está presente em uma amostra de tecido é usar uma técn ica conhecida como eletroforese. Nesta técnica, uma solução derivada de uma amostra de tecido é colocada em uma extremidade de um recipiente preenchido com gel de poliacrilamida. Uma corrente elétrica passa através do gel, fazendo com que as proteínas negativamente carregadas se movam em direção à extrem idade posit ivamente carregada do gel. A velocidade na qual a proteína se move depende do seu tamanho, de sua forma e da carga elétrica dos seus aminoácidos. Conforme as proteínas se movem através do gel em diferentes velocidades, elas são separadas umas das outras, de modo que aparecem como bandas individuais coloridas quando coradas com um corante denominado " comassie blue ", ou com prata. A eletroforese pode ser usada para separar misturas de macromoléculas carregadas e também é usada para identif icar DNA.

5

6

7

8

9

pH A maioria das enzimas em humanos possui atividade ideal próximo ao pH interno do corpo de 7,4.

QUESTÃO DO GRÁFICO Se o pH diminui de 8 para 7,4, o que acontece com a atividade da enzima?

•

FIGURA 4-7

Efeito do pH na atividade enzimática.

4

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Dee Unglaub Silverthorn

Energia de ativação . sem a enzima >--

-

-

-

-

--.,.----

// I I I

-rn::::J '°'-o (.)

'

A energia de ativação - . . , diminui na presença '\ da enzima 1 1

~---~ /- - =r t ===== A+ B

E rn

"O

~

> rn ·-

e> Q)

e

LI.l

C+D

A doença de Tay-Sachs é uma doença genética recessiva causada por um defeito no gene que controla a síntese de hexosaminidase A. Recessiva significa que para uma criança nascer com a doença de Tay-Sachs, ela deve herdar dois genes defeituosos, um do pai e um da mãe. Pessoas com um gene de Tay-Sachs e um gene normal são denominadas portadoras da doença. Portadores não desenvolveram a doença, mas podem transm itir os genes defeituosos para seus filhos. Cerca de 1 em cada 27 descendentes de judeus da europa oriental nos Estados Unidos portam o gene TaySachs. Pessoas que possuem os dois genes normais apresentam quantidades normais de hexosamin idase A em seu sangue. Portadores apresentam níveis abaixo do normal desta enzima, mas esta quantidade é suficiente para impedir o acúmulo excessivo de gangliosídeos nas células.

----Tempo---+

LEGENDA -----

•

Substratos Ativação da reação Processo da reação Produtos

FIGURA 4-8 As enzimas diminuem a energia de ativação das reações. Na ausência da enzima, a reação (a linha curva tracejada) teria uma energia de ativação muito maior.

Questão2: Como você poderia testar se Sarah e David são portadores do gene Tay-Sachs?

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As taxas das reações são variáveis REVISANDO CONCEITOS 8. Qual é a vantagem biológica de se ter múltiplas isoenzimas para uma dada reação, ao invés de só uma forma da enzima? 9. As quatro cadeias proteicas de uma isoenzima LDH são um exemplo de qual nível de estrutura da proteína? a) Primário, b) Secundário, c) Terciário, d) Quaternário. Respostas: p. 130

As enzimas diminuem a energia de ativação das reações Como uma enzima aumenta a taxa de uma reação? Em termos termodinâmicos, ela diminui a energia de ativação, tornando mais provável que a reação inicie (Fig. 4-8 e ). As enzimas fazem isso ligando-se em seus substratos e colocando-os na melhor posição para reagirem entre si. Sem as enzimas, a reação dependeria de colisões randômicas entre as moléculas do substrato para colocá-los em alinhamento. A taxa da reação catalisada por uma enzima é muito mais rápida que a taxa da mesma reação acontecendo na ausência da enzima. Por exemplo, considere a enzima anidrase carbônica, a qual converte C0 2 e água em ácido carbônico. Uma única molécula de anidrase carbônica leva um segundo para catalisar a conversão de um milhão de moléculas de C02 e água em ácido carbônico. Na ausência da enzima, uma única molécula de C0 2 e de água levam aproximadamente 100 segundos para serem convertidas em ácido carbônico. Sem as enzimas nas células, as reações biológicas ocorreriam tão lentamente que a célula seria incapaz de viver.

Medimos a taxa de uma reação enzimática pelo monitoramento da velocidade na qual os produtos são sintetizados ou da velocidade na qual os substratos são consumidos. A taxa de reação pode ser alterada por vários fatores, incluindo mudanças na temperatura, quantidade de enzima presente e concentração do substrato ( $ p. 44). Nos mamíferos, consideramos a temperatura como sendo essencialmente constante. Assim, a quantidade da enzima e as concentrações dos substratos são as duas principais variáveis que afetam a taxa da reação. Uma estratégia que a célula utiliza para controlar a taxa da reação é a regulação da sua quantidade de enzima. Na ausência da enzima apropriada, muitas reações biológicas ocorrem muito lentamente ou não ocorrem. Se a enzima está presente, a taxa da reação é proporcional à quantidade da enzima e à quantidade do substrato, a não ser que haja tanto substrato que todos os sítios de ligação das enzimas estejam saturados e trabalhando na sua capacidade máxima ($ p. 45).

As reações reversíveis obedecem à lei de ação das massas Você aprendeu na discussão das interações de proteínas no Capítulo 2 que, se a quantidade de enzima é constante, a taxa da reação é proporcional à concentração do substrato ( $ p. 44). Isto parece simples até se considerar uma reação reversível que pode ocorrer em ambos os sentidos. Neste caso, o que determina o sentido da reação? A resposta, como mencionado no Capítulo 2, é que a reação reversível segue para um estado de equilíbrio, onde

Fisiologia Humana

K

Lei de ação das massas: quando uma reação está em equilíbrio, a relação entre os produtos e os substratos permanecerá constante.

(a) Reação em equilíbrio

C+D

A+B q

'2

1

1

[C] [D] = 1< [A] [B] ' -eq

_ taxa da reação Taxa da reação no sentido direto (r1) - no sentido inverso (r2 )

(b) Alteração do equilíbrio Adição de mais A + B no sistema ·--r--,--.

:... •r: . - :' •• :•

:

; ;

_ _ _ _ _ _]

\

J 1-

[C] [D] < 1< [A] [B] ' -eq

(c) A taxa da reação r 1 aumenta para converter A + B adicionados nos produtos C + O.

A+B .--- r--1--• ..

C+D

'

: . . l . . .• . . .'.

eq

[C][D] [A] [B]

O que acontece se algum fator perturba este equilíbrio aumentando a quantidade de A ou B no sistema (Fig. 4-9b)? Quando a concentração de A ou B sobe, a taxa da reação direta aumenta para converter o substrato adicionado nos produtos C e D (Fig. 4-9c), mantendo assim a razão produto-, substrato do equilíbrio original, que neste exemplo é 1: 1. A medida que a razão chega ao seu valor de equilíbrio novamente, a taxa da reação direta é reduzida até o sistema finalmente alcançar o equilíbrio de novo (Fig. 4-9d). A situação recém-descrita é um exemplo de uma reação reversível que obedece à lei de ação das massas, uma relação simples que incide sobre as reações químicas em um tubo de ensaio ou em uma célula. Você pode ter aprendido esta lei na química como o princípio de LeChâtelier. Em termos bem gerais, a lei de ação das massas diz que, quando uma reação está equilibrada, a razão entre os produtos e os substratos é sempre a mesma ( $ p. 102). Esta lei é importante na fisiologia porque a adição ou a remoção de um dos participantes em uma reação química resulta em um efeito de reação em cadeia que muda as concentrações dos outros participantes na reação. R VISANDO CONCEITOS Considere a reação da anidrase carbônica já descrita, a qual é reversível: C02 + H20 , ' H2C0 3 • Se a concentração de dióxido de carbono aumenta no corpo, o que acontece à concentração de ácido carbônico (H 2C03)? Resposta: P- 130

1

(d) O equilíbrio é restaurado quando [C] [O] = Keq ocorre mais uma vez. [A] [B]

A+B

C+D

1

1

A razão entre os produtos e os substratos é sempre a mesma no equilíbrio.

•

=

103

FIGURA 4-9 Lei de ação das massas. Esta figura mostra uma reação em que a proporção entre produto e substrato é 1 :1, a quantidade de A + B igual à quantidade de C + D no equilíbrio. A real proporção entre produtos e substratos depende da reação. Por exemplo, a proporção pode ser 1O:1 ou 1:4.

a taxa da reação direta (A + B ~ C + D) é igual à taxa da reação inversa (C + D ~A + B), como mostrado na Figura 4-9a e. No equilíbrio, não há modificação resultante na quantidade do substrato ou do produto. Assim que A e B se convertem em C e D a reação inversa ocorre, de modo que C e D voltam a formar A e B. No equilíbrio, a razão entre os substratos e os produtos é sempre a mesma, e é igual à constante de equilíbrio da reação, K eq ( $ p. 40). Para a reação dada acima,

As reações enzimáticas podem ser classificadas A maioria das reações catalisadas pelas enzimas pode ser classificada em quatro categorias: oxidação-redução, hidrólise-desidratação, adição-subtração-troca e ligação. A Tabela 4-4 • sintetiza estas categorias e enzimas comuns dos diferentes tipos de reação. O nome de uma enzima pode fornecer um indício importante do tipo de reação que ela catalisa. A maioria das enzimas é imediatamente reconhecida pelo sufixo -ase. A primeira parte do nome da enzima (tudo que precede o sufixo) geralmente se refere ao tipo de reação, ao substrato sobre o qual a enzima atua, ou ambos. Por exemplo, a glicocinase tem glicose como seu substrato, e como uma cinase ela adicionará um grupo fosfato ( $ p. 28) ao substrato. A adição de um grupo fosfato é denominada fosforilação. Algumas enzimas possuem dois nomes. Estas enzimas foram descobertas antes de 19 72, quando o padrão atual para denominar enzimas foi adotado. Consequentemente, tais enzimas possuem um nome novo e um antigo comumente usado. Pepsina e tripsina, duas enzimas digestórias, são exemplos de enzimas que possuem nomes antigos.

Reações de oxidação-redução As reações de oxidação-redução são as reações mais importantes na extração e na transferência de energia nas células. Estas reações transferem elétrons de uma molécula para outra. A molécula que ganha elétrons é denominada reduzida. Um modo de pen-

4

104

Dee Unglaub Silverthorn

Classificação das reações enzimáticas TIPO DE REAÇÃO

O QUE ACONTECE

ENZIMAS REPRESENTATIVAS

1. Oxidação-redução

Adiciona ou subtrai elétrons Transfere elétrons do doador para o oxigênio Remove elétrons e H+ Ganha elétrons

Class.: oxidorredutase Oxidase Desidrogenase Redutase

Adiciona uma molécula de água Subtrai uma molécula de água Quebra grandes moléculas pela adição de água Remove água para sintetizar uma molécula grande a partir de várias menores

Class.: hidrolase

Troca grupos entre moléculas Adiciona ou subtrai grupos Fosfato Grupo amino Fosfato Grupo amino Fosfato Grupo amino

Class.: transferases Class.: liases Cinase Transaminase Fosfori lase Aminase Fosfatase Desaminase

Une dois substratos utilizando energia do ATP

Class.: ligases Sintetase

{a) Oxidação {b) Redução 2. Hidrólise-desidratação {a) Hidrólise {b) Desidratação

3. Transferência de grupos quí• m1cos {a) Reação de troca {b) Adição {c) Subtração

4. Ligação

sar nisto é lembrar que a adição de elétrons que têm carga negativa reduz a carga elétrica na molécula. Inversamente, as moléculas que perdem elétrons são oxidadas.

Reações de hidrólise-desidratação As reações de hidrólise e desidratação são importantes na degradação e na síntese de biomoléculas grandes. Nas reações de desidratação [de-,fora + hydr-, água], uma molécula de água é um dos produtos. Em diversas reações de desidratação, duas moléculas se combinam formando uma, perdendo água no processo. Por exemplo, os monossacarídeos frutose e glicose juntam-se para formar uma molécula de sacarose ( $ p. 28). No processo, uma molécula do substrato perde um grupo hidroxila (- OH) e a outra molécula de substrato perde um hidrogênio para formar água, H20. Quando uma reação de desidratação resulta na síntese de uma nova molécula, o processo é conhecido como síntese por desidratação. Em uma reação de hidrólise [hidro, água + lise, soltar ou dissolver], um substrato se transforma em um ou mais produtos pela adição de água. Nestas reações, as ligações covalentes da molécula de água são quebradas ("lisadas") para que a água reaja como um grupo hidroxila (- OH) e um hidrogênio (- H). Por exemplo, um aminoácido pode ser removido de uma extremidade de um peptídeo com uma reação de hidrólise (ver Fig. 4-20a, p. 114). Quando o nome de uma enzima consiste no nome do substrato mais o sufixo -ase, a enzima causa uma reação de hidrólise. Um exemplo é a lipase, uma enzima que quebra grandes lipídeos em lipídeos menores por hidrólise. Uma peptidase é uma enzima que remove um aminoácido de um peptídeo. Reações de adição-subtração-troca Uma reação de adição adiciona um grupo funcional em um ou mais subs-

Peptidases, sacaridases, lipases, Desidratases

tratos. Uma reação de subtração remove um grupo funcional de um ou mais substratos. Grupos funcionais são trocados entre os substratos durante as reações de troca (ou substituição). Por exemplo, grupos fosfato podem ser transferidos de uma molécula para outra durante as reações de adição, subtração ou troca. A transferência dos grupos fosfato é um meio importante de modulação covalente ( $ p. 42), ativando ou desativando reações ou aumentando ou diminuindo suas taxas. Diversos tipos de enzimas catalisam reações que transferem grupos fosfato. As cinases transferem um grupo fosfato de um substrato para uma molécula de ADP gerando ATP, ou de uma molécula de ATP para um substrato. Por exemplo, a creatina cinase transfere um grupo fosfato do fosfato de creatina para o ADP, formando ATP e creatina. A adição, a subtração e a troca de grupos amino ( $ p. 28) também são importantes no uso dos aminoácidos pelo corpo. A remoção de um grupo amino de um aminoácido ou de um peptídeo é uma reação de desaminação, ilustrada na Figura 4-20b, p. 114. A adição de um grupo amino é denominada aminação, e a transferência de um grupo amino de uma molécula para outra é denominada transaminação.

Reações de ligação As reações de ligação unem duas moléculas usando enzimas conhecidas como sintetases e a energia do ATP. Um exemplo de uma reação de ligação é a síntese da acetil coenzima A (acetil CoA) a partir de ácidos graxos e da coenzima A. A acetil CoA é uma molécula importante do corpo, como voce vera na prox1ma seçao. A

-'

"

•

-

REVISANDO CONCEITOS Dê o nome do substrato para as enzimas lact ase, peptidase, lipase e sacarase.

105

Fisiologia Humana

12. Relacione o tipo de reação ou enzima na coluna da esquerda com o grupo ou partícula envolvida. (a) (b) (c) (d)

cinase oxidação hidrólise t ransaminase

1. grupo am ino 2. elétrons 3. grupo fosfato 4. água Respostas: p. 130

METABOLISMO O metabolismo refere-se a todas as reações químicas que ocorrem em um organismo. Essas reações (1) extraem energia das biomoléculas dos nutrientes (como proteínas, carboidratos e lipídeos) e (2) sintetizam ou degradam moléculas. O metabolismo frequentemente é dividido em catabolismo, reações que liberam energia por meio da degradação de biomoléculas grandes, e anabolismo, reações consumidoras de energia que resultam na síntese de biomoléculas grandes. As reações anabólicas e catabólicas ocorrem simultaneamente nas células por todo o corpo, de modo que, em qualquer momento dado, algumas biomoléculas estão sendo sintetizadas, ao passo que outras estão sendo degradadas. A energia liberada ou armazenada nas ligações químicas das biomoléculas durante o metabolismo é usualmente medida em quilocalorias (kcal). Uma quilocaloria é a quantidade de energia necessária para elevar a temperatura de 1 litro de água em 1 grau Celsius. Uma quilocaloria é o mesmo que uma Caloria, com C maiúsculo, usada para quantificar o conteúdo de energia do alimento. Uma quilocaloria também é igual a 1.000 calorias (c minúsculo). Muito da energia liberada durante o catabolismo é armazenada em ligações fosfato de alta energia do ATP ou em elétrons de alta energia do NADH, FADH2 ou NADPH. As reações anabólicas então transferem energia destes transportadores temporários para as ligações covalentes das biomoléculas. O metabolismo é uma rede extremamente coordenada de reações químicas na qual as atividades que ocorrem em uma célula em um dado momento são adaptadas às necessidades da célula. Cada passo em uma rota metabólica é uma reação enzimática diferente, e as reações de uma rota metabólica acontecem em sequência. O substrato A é modificado formando o produto B, o qual, então, se torna substrato para a próxima reação na rota, na qual B é convertido em C, e assim sucessivamente: A-->B-->C-->D Chamamos as moléculas de intermediários das rotas metabólicas porque os produtos de uma reação se tornam substratos para a próxima. Você às vezes verá as rotas metabólicas serem denominadas metabolismo intermediário. Certos intermediários, denominados intermediários-chave, participam em mais de uma rota metabólica e atuam como ponto de ramificação para canalizar o substrato em uma direção ou em outra. A glicose, por exemplo, é um intermediário-chave em várias rotas metabólicas. Em muitos aspectos, um grupo de rotas metabólicas é similar a um mapa rodoviário detalhado (Fig. 4-10 e ). Assim como um mapa mostra uma rede de rodovias que conectam várias cidades e vilas, o metabolismo pode ser visto como uma rede de reações químicas conectando vários produtos inter-

Em 1989, pesquisadores descobriram três mutações genéticas responsáveis pela doença de Tay-Sachs. Esta descoberta abriu caminho para um novo teste de triagem mais acurado do portador, que detecta a presença do gene com defeito nas células do sangue em lugar do teste que revela os níveis abaixo do normal da hexosaminidase A. David e Sarah serão submetidos a este novo teste genético.

Questão 3: Por que o novo teste para o gene Tay-Sachs é mais acurado do que o teste antigo, detecta uma queda na quantidade de hexosaminidase A?

94

99

102

•

116

126

mediários. Cada cidade ou vila é um intermediário químico diferente. Estradas de mão única são reações irreversíveis, e grandes cidades com rodovias para muitos destinos são intermediários-chave. Da mesma maneira que pode haver mais de um caminho para ir de um lugar a outro, podem existir várias rotas entre um determinado par de intermediários químicos.

As células regulam suas rotas metabólicas Como as células regulam o fluxo de moléculas em suas rotas metabólicas? As células o regulam por meio de cinco modos básicos: 1. Pelo controle das concentrações das enzimas. 2. Pela produção de moduladores alostéricos e covalentes. 3. Pelo uso de duas enzimas diferentes para catalisar rea- revers1ve1s. ,. . çoes 4. Pelo isolamento das enzimas em organelas intracelulares. 5. Pela manutenção de uma proporção ideal entre ATP e ADP.

Discutimos os efeitos da modificação na concentração de enzimas no Capítulo 2 ( $ p. 44). Nas próximas seções, examinaremos os quatro itens restantes da lista.

Modulação de enzimas Os moduladores, os quais alteram a atividade de uma proteína, foram apresentados no Capítulo 2 ( '$ p. 41). A modulação de enzimas frequentemente é controlada por hormônios e outros sinais vindos de fora da célula. Este tipo de regulação externa é um elemento-chave no controle integrado do metabolismo do corpo após uma refeição ou durante períodos de jejum. Além disso, algumas rotas metabólicas têm a sua própria forma de modulação, denominada inibição por retroalimentação. Nesta forma de modulação, o produto final da rota metabólica, mostrado como Z na Figura 4-11 e, atua ' como um modulador inibitório da rota. A medida que a rota metabólica prossegue e Z se acumula, a enzima que catalisa a

4

106

Dee Unglaub Silverthorn

Glicogênio

Glicose

Frutose 6-fosfato

9..ar

Frutose

Frutose 1-fosfato

Frutose 1,6-bifosfato

~

-•

Ribose 5-fosfato

--t'

8AN KHot.t

11 li

Glicerol DHAP

Glicose 3-fosfato

DHAP = di-hidroxiacetona fosfato

(a) Seção de um mapa rodoviário

(b) Rotas metabólicas desenhadas como um mapa rodoviário

• FIGURA 4-10 Um grupo de rotas metabólicas se parece com um mapa rodoviário. As cidades em um mapa são equivalentes aos intermediários do metabolismo. No metabolismo, pode haver mais de uma rota para ir de um intermediário ao outro, da mesma maneira que no mapa pode haver muitos caminhos para ir de uma cidade a outra.

conversão de A em B é inibida. A inibição da enzima diminui a produção de Z até que a célula possa consumi-lo. Uma vez que os níveis de Z diminuem, a inibição por retroalimentação sobre a enzima 1 é removida e a rota recomeça. Devido ao fato de Z ser o produto final da rota, este tipo de inibição por retroalimentação é muitas vezes denominado inibição pelo produto final.

Enzimas e reações reversíveis As células podem usar reações reversíveis para regular a taxa e a direção do metabolismo. Se uma única enzima pode catalisar a reação em qualquer direção, a reação tende a um estado de equilíbrio como determinado pela lei de ação das massas (Fig. 4-12a e ). Tal reação não pode ser rigorosamente regulada, exceto por moduladores e pelo controle da quantidade da enzima. Se uma reação reversível requer duas diferentes enzimas, contudo, uma para a reação direta e uma para a reação inversa, a célula pode regular a reação de forma mais rigorosa (Fig. 4-12b). Se não há enzima para a reação inversa na célula, a reação é irreversível (Fig. 4-12c).

Compartimentalização de enzimas na célula Muitas enzimas do metabolismo são isoladas em compartimentos subcelulares específicos. Algumas, como as enzimas do metabolismo dos carboidratos, são dissolvidas no citosol, ao passo que outras são isoladas dentro de organelas específicas. A mitocôndria, o retículo endoplasmático, o aparelho de Golgi e os lisossomos contêm enzimas que não são encontradas no citosol. Esta separação das enzimas significa que as rotas metabólicas controladas pelas enzimas também são separadas, o que permite à célula controlar o metabolismo pela regulação do movimento do substrato de um compartimento celular para outro. O isolamento de enzimas dentro

de organelas é um exemplo de compartimentalização estrutural e funcional ( $ p. 7).

Proporção entre ATP e ADP O estado de energia da célula é um mecanismo final que pode influenciar as rotas metabólicas. Por meio de uma regulação complexa, a proporção entre ATP e ADP na célula determina se a rota que resulta na síntese de ATP está ativada ou desativada. Quando os níveis de ATP são altos, a produção de ATP cai. Quando os níveis de ATP são baixos, a célula envia substratos por rotas que resultam em mais síntese de ATP. Na próxima seção, veremos o papel do ATP no metabolismo celular.

O ATP transfere energia entre reações A utilidade das rotas metabólicas como fornecedoras de energia muitas vezes é medida em termos da quantidade líquida de ATP que as rotas podem produzir. Lembre do Capítulo 2 que o ATP é um nucleotídeo que contém três grupos fosfato ( $ p. 34). Um dos três grupos fosfato é ligado ao ADP por uma ligação covalente em uma reação que requer energia. A energia é armazenada nesta ligação fosfato rica

A

Enzima 1 ----11 1

1

1 1 \

.,..

B

Enzima2

.,..

e

Enzima3

.,..

z 1 1 I

-----------------------------------; Inibição por retroalimentação

• FIGURA 4-11 Inibição por retroalimentação. O acúmulo do produto final Z inibe o primeiro passo da rota. Quando a célula consome Z em outra reação metabólica, a inibição é removida e a rota recomeça.

Fisiologia Humana

C02 Anidrase carbônica

+

( Glicose

H20 Anidrase carbônica

Hexocinase

Ácido carbônico {a) Algumas reações reversíveis . usam uma enzima para ambos os sentidos

J+ P0

( Glicose

4

Glicose 6-fosfatase

J+ P04

e

107

FIGURA4-12 Reações metabólicas reversíveis , • • e 1rrevers1ve1s.

Hexocinase

Glicose 6-fosfato

Glicose 6-fosfato

{b) As reações reversíveis que exigem duas enzimas permitem mais controle sobre a reação

{e) As reações irreversíveis não possuem enzima para o sentido inverso

QUESTÃO DA FIGURA Algumas células podem reverter a direção da reação mostrada em (c). Use a Tabela 4-4 para dar o nome à enzima que remove um grupo fosfato da glicose-6-fosfato.

em energia e depois liberada quando a ligação é rompida durante a remoção do grupo fosfato. Esta relação é mostrada pela seguinte reação: ADP + Pi + energia , '

ADP~ P

( = ATP)

O símbolo ~ indica uma ligação de alta energia, e Pi é a abreviação para um grupo fosfato inorgânico. A estimativa da quantidade de energia livre liberada quando uma ligação fosfato de alta energia é rompida varia entre 7 e 12 kcal por molde ATP. O ATP é mais importante como carreador de energia do que como molécula armazenadora de energia. Por uma razão, as células podem conter apenas uma quantidade limitada de ATP. Um humano adulto em repouso precisa 40 kg de ATP para suprir a energia necessária para sustentar um dia de atividade metabólica, muito mais do que nossas células poderiam armazenar. Ao invés disso, o corpo obtém a maior parte da sua necessidade diária de energia a partir das ligações químicas de biomoléculas complexas. As reações metabólicas transferem a energia dessas ligações químicas para as ligações de alta energia do ATP ou, em alguns casos, para ligações de alta energia do nucleotídeo relacionado trifosfato de guanosina, GTP. As rotas metabólicas que produzem a maioria das moléculas de ATP são as que necessitam de oxigênio - as vias aeróbias ou oxidativas. As vias anaeróbias (an-, sem + aer, ar) podem ocorrer sem oxigênio e também produzem moléculas de ATP, mas em quantidade muito menor. O menor rendimento de ATP das vias anaeróbias significa que a maioria dos animais (incluindo humanos) é incapaz de sobreviver por longos períodos apenas com o metabolismo anaeróbio. Na próxima seção, veremos como as biomoléculas são metabolizadas para transferir energia para o ATP. REVISANDO CONCEITOS 13. Cite cinco maneiras pelas quais a célula regula o movimento de substratos nas rotas metabólicas. 14. Em qual parte de uma molécula de ATP a energia é capturada e armazenada 7 Em qual parte de uma molécula de NADH a energia é armazenada 7 15. Qual a diferença entre rotas aeróbia e anaeróbia7 Respostas p. 130

4

PRODUÇÃO DE ATP As rotas catabólicas que extraem energia de biomoléculas e a transferem para o ATP são resumidas na Figura 4-13 e. A produção aeróbia de ATP a partir da glicose geralmente segue duas rotas: glicólise (glico, doce + lises, dissolver) e ciclo do ácido cítrico (também conhecido como ciclo do ácido tricarboxílico). Cada uma destas rotas produz pequena quantidade de ATP diretamente, mas sua contribuição mais importante para a síntese de ATP são os elétrons de alta energia transportados por NADH e FADH2 para o sistema de transporte de elétrons na mitocôndria. O sistema de transporte de elétrons, por sua vez, transfere a energia dos elétrons para as ligações fosfato de alta energia do ATP. Em vários pontos, o processo produz dióxido de carbono e água. A água pode ser usada pela célula, mas o dióxido de carbono é um produto residual e deve ser removido do corpo. Os carboidratos entram na glicólise na forma de glicose (topo da Figura 4-13). Os lipídeos são degradados formando glicerol e ácidos graxos ( $ p. 28), os quais então entram na rota metabólica em diferentes pontos: o glicerol alimenta a glicólise, e os ácidos graxos são metabolizados em acetil CoA. As proteínas são degradadas em aminoácidos, que também entram na rota em vários pontos. Como a glicose é a única molécula que segue ambas as rotas em sua totalidade, veremos primeiro o catabolismo da glicose e depois como o catabolismo de proteínas e o catabolismo de lipídeos diferem do catabolismo da glicose. As várias partes da via aeróbia para a produção de ATP são um bom exemplo da compartimentalização. As enzimas da glicólise estão localizadas no citosol, e as enzimas do ciclo do ácido cítrico estão nas mitocôndrias. REVISANDO CONCEITOS 16. Relacione cada componente indicado à esquerda com a molécula(s) da qual é parte: (a) (b) (c) (d)

aminoácidos ácidos graxos glicerol glicose

1. carboidratos 2. lipídeos 3. polissacarídeos 4. proteínas 5. triacilgliceróis Respostas: p. 130

108

Dee Unglaub Silverthorn

NAVEGADOR

( Glicose )

G L Glicerol

--~

1

c ó

L

ADP ATP

1

Aminoácidos --~

s

E

9 1

Aminoácidos - ---+

Ciclo do ácido cítrico

Piruvato

Citosol Ácidos _ __.,.. Acetil CoA graxos

Elétrons de alta • energia

Mitocôndria

[_ __.__)

Este ícone representa os diferentes passos do resumo metabólico na f igura. Localize-o nas figuras a seguir para ajudá- lo a navegar pelo metabolismo.

ADP Amino-// ácidos

CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

1

1 Acetil-CoA

ATP

•

Elétrons de alta energia e H+

FIGURA 4-13 Visão geral das vias aeróbias para a produção de ATP. O corpo usa a energia armazenada nas ligações químicas das biomoléculas para produzir ATP. A glicose e o glicerol entram na vias da glicólise, os aminoácidos entram em vários pontos ao longo da via e os ácidos graxos entram como acetil CoA.

ADP SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELÉTRONS

ATP

A glicólise converte glicose em piruvato Durante a glicólise, uma molécula de glicose é convertida por meio de uma série de reações catalisadas enzimaticamente em duas moléculas de piruvato*, produzindo uma liberação resultante de energia. Por essa razão, a glicólise é considerada uma via exergônica, embora alguns passos da via requeiram entrada de energia. A porção de energia liberada durante a glicólise é usada para fosforilar moléculas de ADP capturando a energia no ATP. Os eventos da glicólise podem ser resumidos como segue: Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ~ 2 Piruvatos + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H 20 *Sob condições celulares normais, muitos ácidos orgânicos, como o ácido pirúvico e o ácido láctico, são ionizados e por essa razão são nomeados como o ânion correspondente: piruvato e lactato. O sufixo -ato identifica o ânion de ácidos orgânicos e de alguns ácidos inorgânicos.

Observe que a glicólise não requer oxigênio. Por isso, atua como uma rota metabólica comum para o catabolismo aeróbio e anaeróbio da glicose. A Figura 4-14 • mostra as etapas da glicólise. Na primeira etapa, a glicose é fosforilada com a ajuda de ATP formando glicose 6-fosfato (O "6 11 na glicose 6-fosfato indica que o grupo fosfato está ligado ao carbono 6 de uma molécula de glicose). A glicose 6-fosfato é um intermediário-chave que conduz à glicólise, bem como a outras rotas metabólicas que não serão consideradas aqui. Observe que quando a molécula de glicose de 6 carbonos chega ao final da glicólise ela foi dividida em duas moléculas de piruvato, cada uma contendo três carbonos. Duas etapas da glicólise são endergônicas e requerem fornecimento de energia de dois ATP. Outras etapas são exergônicas e produzem quatro ATP e dois NADH para cada glicose que entra na rota. O rendimento líquido de energia para cada glicose é, portanto, 2 ATP e 2 NADH. REVISANDO CONCEITOS 17. A reação endergônica libera energia ou a captura nos produtos? 18. Globalmente, a glicólise é uma rota meta bólica exergônica ou endergônica? Respostas: p. 130

Fisiologia Humana

1

I

Frutose 6-fosfato

I

109

j

/ 1.....__,_I__,

I

ATP

I I I I

4

I

ADP

I I I I

Frutose 1,6-bifosfato

I I

,,/ 1

I

(

I

di-hidroxiacetona fosfato p

I

)

I I I I I I I I I I I

Gliceraldeído 3-fosfato

I I I

I

NAD+

LEGENDA

•

=Carbono o = Oxigênio ®=Grupo fosfato

I

I I

(grupos laterais não mostrados)

I I

NADH

I I I I

--® 1,3-bifosfoglicerato

2

I I I I I

ADP

I I I I

ATP

3-Fosfog 1icerato

2

2

Esta parte acontece duas vezes para cada molécula de glicose que inicia a glicólise

2-Fosfoglicerato

Fosfoenol pi ruvato ADP

O metabolismo anaeróbio produz lactato O piruvato é um ponto de intersecção de rotas metabólicas, como as cidades centrais em mapa rodoviário. Dependendo das necessidades e condições das células, o piruvato pode ser direcionado para uma das duas rotas (Fig. 4-15 e ). Se a célula contém oxigênio adequado, o piruvato continua no ciclo do ácido cítrico. Se a célula não tem oxigênio suficiente para rotas aeróbias (uma condição que pode ser causada por inúmeros fatores, incluindo exercício vigoroso), o piruvato é convertido em lactato com a ajuda da enzima lactato desidrogenase mencionada anteriormente: NADH

ATP

2 ••• •

l~P-ir-uv-a-to~I ~

FIGURA 4-14 Glicólise. A via da glicólise converte a glicose, um açúcar de seis carbonos, em duas moléculas de piruvato de três carbonos. O piruvato é o ponto de intersecção entre o metabolismo aeróbio e anaeróbio da glicose. A glicólise aeróbia tem um rendimento líquido de energia de dois ATP e dois NADH.

Piruvato

NAD+

----~---==--=/''------.. Lactato Lactato desidrogenase

A conversão de piruvato em lactato transforma um NADH novamente em NAD+, quando um átomo de hidrogênio e um elétron são transferidos para a molécula de lactato. Como resultado, o rendimento líquido de energia do metabolismo anaeróbio de uma molécula de glicose é dois ATP e nenhum NADH.

11 O

Dee Unglaub Silverthorn

N A V E G A D O R

•

FIGURA 4-15 Metabolismo do piruvato. O metabolismo anaeróbio do piruvato forma lactato (ácido láctico). Sob condições aeróbias, o piruvato é transportado para dentro da mitocôndria e convertido em acetil CoA. A unidade acil da acetil CoA então alimenta o ciclo do ácido cítrico.

R - VISANDO CONCEITOS Usando a Figura 4-14, identifique as etapas da glicólise que sao:

-

(a) (b) (c) (d) (e)

obviamente exergônica obviamente endergônica catalisadas por cinases catalisadas por desidrogenases (Dica : ver Tabela 4-4) Reações de desidratação

20. A lactato desidrogenase atua sobre o lactato (adie um . Este cionando ou removendo?) um (oxidação ou redução?). processo é denominado Respostas: p. 130

O piruvato entra no ciclo do ácido cítrico no metabolismo aeróbio Se a célula possui oxigênio adequado para o metabolismo aeróbio as moléculas de piruvato, formadas a partir da glicose durante a glicólise, são transportadas para o interior da mitocôndria (Fig. 4-15). Uma vez na matriz mitocondrial, o piruvato é convertido em um intermediário-chave, a acetil CoA. Como seu nome sugere, esta molécula possui duas partes: uma unidade adl com dois átomos de carbono, derivada do piruvato, e uma coenzima.

A coenzima A é sintetizada a partir da vitamina áddo pantotênico. Como as enzimas, a coenzima A não é consumida durante as reações metabólicas e pode ser reutilizada. A síntese de acetil CoA a partir de piruvato e coenzima A é uma reação exergônica que produz um NADH. Durante a reação, um dos três átomos de carbono do piruvato se combina com o oxigênio e é liberado como dióxido de carbono (C0 2), originando acetil CoA com apenas dois carbonos. A acetil CoA libera sua unidade acil de dois carbonos no ciclo do ácido cítrico (Fig. 4-16 e ) Esta rota metabólica foi descrita pela primeira vez por Hans A. Krebs, de modo que é também conhecida como ciclo de Krebs. Como Krebs descreveu outros ciclos metabólicos, vamos evitar confusões usando o termo ciclo do ácido cítrico. O ciclo do ácido cítrico gera uma rota circular, adicionando carbonos de uma acetil CoA em cada volta do ciclo e produzindo ATP, elétrons de alta energia e dióxido de carbono. A unidade acetil de dois carbonos entra no ciclo do ácido cítrico combinando-se com uma molécula de oxaloacetato de quatro carbonos, que é o último intermediário do ciclo. A molécula resultante de citrato com seis carbonos, então, passa por uma série de reações até completar o ciclo como outra molécula de oxaloacetato. A maioria da energia liberada pelas

Fisiologia Humana

111

Acetil CoA • • CoA

N A V E G A O O R

(

·-·

Citrato (6C)

• 1

·-·-·-·-·

)

NADH

lsocitrato (6C)

•

4

1

·-·-·-·-·

NAD+ Maiato (4C)

·-·-·-·

CICLQ DO ÁCIDO CITRICO

Ciclo do ácido cít rico

.... ....

....................

•-•=•-•

. . 1-------~

~~~~~~---r~~N

....

.... ....

....

....

.... ....

....

....

....

~

LEGENDA

•

·-·-·-·-·

Fumarato (4C)

.... ....

[~~-----..]

,, • o o //

a-Cetoglutarato (5C)

Elétrons de ...-----.. alta energia ~--....--

NADH

C02

• = Carbono

~ = Coenzima A

O = Oxigênio

Os grupos laterais não são most rados

FIGURA 4-16 Ciclo do ácido cítrico. Uma unidade acil de dois carbonos da acetil CoA se combina com uma molécula de oxaloacetado de quatro carbonos para formar citrato. Cada volta completa do ciclo libera dois carbonos como dióxido de carbono e produz um ATP, três NADH e um FADH 2 •

reações do ciclo é capturada como elétrons de alta energia em três NADH e um FADH2 • Contudo, parte da energia é usada para as ligações fosfato de alta energia de um ATP, e o restante é liberado como calor. Em duas destas reações, carbono e oxigênio são removidos sob a forma de dióxido de carbono. Ao final do ciclo, a molécula restante de oxaloacetado de quatro carbonos está pronta para iniciar o ciclo novamente. Na próxima etapa do metabolismo aeróbio, NADH e FADH2 transferem seus elétrons de alta energia para o sistema transportador de elétrons e retomam ao ciclo do ácido cítrico como NAD+ e FAD+.

Os elétrons ricos em energia entram no sistema de transporte de elétrons A etapa final da produção aeróbia do ATP é a transferência de energia dos elétrons de alta energia do NADH e do FADH2

para o ATP (Fig. 4-17 e ). Esta transferência de energia é possível devido a um grupo de proteínas mitocondriais conhecido como sistema de transporte de elétrons, localizado na membrana interna mitocondrial ( $ p . 67). O complexo de proteínas do sistema transportador de elétrons inclui enzimas e proteínas que contêm ferro conhecidas como citocromos. O movimento de elétrons através do sistema transportador de elétrons é descrito por um modelo denominado teoria quimiosmótica. De acordo com este modelo, à medida que os pares de elétrons de alta energia passam de complexo em complexo ao longo do sistema de transporte, uma parte da energia liberada por estas reações é usada para bombear H+ da matriz mitocondrial para dentro do espaço intermembrana (passo ® da Fig. 4-17). Este movimento de H+ para dentro do espaço intermembrana gera um gradiente

112

Dee Unglaub Silverthorn

NAVEGADOR

CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

Matriz mitocondrial

o

Membrana mitocondrial interna

ATP

49 -

létrons de alta energi

ADP + p.1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

(

l

1 1 1 1 1 1

)

' '

1---- -----1

~-'--~

H+

Espaço intermembrana

Elétrons de alta energia

~~~

~----'-----~

Sistema

(~----~) transpor-

/. / /

/

/

tadorde elétrons

/

/ /

H+

Membrana mitocondrial externa Elétrons de alta energia provenientes da glicólise

A energia liberada durante o metabolismo é capturada por elétrons de alta energia carregados por NADH e FADH2 •

•

FIGURA 4-17

Citosol

A energia dos elétrons de alta energia move-se ao longo do complexo de proteínas do sistema transportador de elétrons bombeando H+ da matriz para dentro do espaço intermembrana.

Os elétrons no final do sistema transportador de elétrons retornam ao seu estado de energia normal. Eles se combinam com H+ e oxigênio para formar água.

A energia potencial capturada no gradiente de concentração do H+ é convertida em energia cinética quando os íons H+ passam através da ATP sintase. Parte da energia cinética é capturada como ATP.

Sistema transportador de elétrons e síntese de ATP via fosforilação oxidativa.

de concentração de H+. Então, como o H+ se move de volta através da membrana (a favor do seu gradiente de concentração) para dentro da matriz mitocondrial, a energia potencial armazenada no gradiente de concentração é transferida para as ligações de alta energia do ATP (passo @). A síntese de ATP usando o sistema transportador de elétrons é denominada fosforilação oxidativa, pois o sistema transportador de elétrons requer oxigênio para atuar como aceptor final de elétrons e de H+. Ao final da cadeia transportadora de elétrons, os elétrons de alta energia cederam a porção utilizável de sua energia armazenada. Neste ponto, cada par de elétrons que passa pelo sistema transportador se combina com dois H+ do pool de íons H+ da matriz. Os átomos de hidrogênio resultantes, então, associam-se com um átomo de oxigênio, gerando uma molécula de H20 (passo @ da Fig. 4-17).

R

VISANDO CONCEITOS O que é fosforilação? O que é fosforilado na f osf orilação oxidativa?

22. O moviment o dos elétrons através do sistema tra nsport ador de elétrons é endergônico ou exergôn ico? Respostas: p. 130

A síntese de ATP é acoplada ao movimento do íon hidrogênio Vimos que a energia liberada pelos elétrons movendo-se através do sistema transportador de elétrons é armazenada como energia potencial pelo H+ concentrado no espaço intermembrana. Esta energia armazenada é convertida em energia de ligação química quando os íons se movem de volta para o interior da matriz mitocondrial através de uma proteína

Fisiologia Humana

conhecida como F1FcfiTPase, ou ATP sintase (Fig. 4-17, ©). Como o H+ retorna para o interior da matriz mitocondrial através de um poro na enzima, a sintase transfere sua energia cinética para a ligação fosfato de alta energia do ATP. Como a conversão de energia nunca é completamente eficiente, uma porção de energia é liberada na forma de calor. Para cada três H+ que são lançados através da enzima, o máximo de um ATP é formado.

METABOLISMO AERÓBIO

( 1 Glicose ) G

,.,.. 6 C02 + 6 H20

CsH120s + 6 02

-------

NADH

113

ATP

FADH2

C02

L 1

e

+4

ó

2*

L

-2

1

s

E • '

Uma molécula de glicose pode produzir de 30 a 32ATP

V

1

Se calcularmos o rendimento potencial máximo de energia para o catabolismo de uma molécula de glicose pelas rotas aeróbias, o total será de 30 a 32 ATP (Fig. 4-18 e ). Por que dissemos rendimento potencial? Porque frequentemente a mitocôndria não trabalha na sua capacidade máxima. Existem várias razões para isso, incluindo o fato de que certo número de íons H+ escapa do espaço intermembrana de volta para o interior da matriz mitocondrial. A segunda fonte de variabilidade no número de ATPs produzidos por glicose vem das duas moléculas de NADH citosólico produzidas durante a glicólise. Estas moléculas de NADH são incapazes de entrar na mitocôndria e devem transferir seus elétrons por meio de transportadores de membrana. Dentro da mitocôndria, alguns destes elétrons vão para FADH2, o qual tem um rendimento potencial de apenas 1,5 ATP, ao invés dos 2,5 ATP formados pelo NADH mitocondrial. Se, ao contrário, os elétrons citosólicos vão para o NADH mitocondrial, duas moléculas adicionais de ATP podem ser produzidas. Apesar da variabilidade, em todas as condições, o rendimento de ATP a partir do metabolismo aeróbio da glicose excede de longe o fraco rendimento de dois ATP que são formados na conversão anaeróbia de glicose em lactato (Fig. 4-18). A baixa eficiência do metabolismo anaeróbio limita bastante sua utilidade na maioria das células dos vertebrados, cuja demanda de energia metabólica é maior do que o metabolismo anaeróbio pode fornecer. Algumas células, como as células do músculo em exercício, podem tolerar o metabolismo anaeróbio por um período limitado de tempo. Finalmente, porém, elas precisam voltar ao metabolismo aeróbio. REVISANDO CONCEITOS 23 . Descreva duas diferenças ent re metabolismo aeróbio e anaeróbio da glicose. 24. Qual é o papel do oxigênio na fosforilação oxidativa 7 25. Como a separação da mitocôndria em dois compartimentos é essencial para a teoria quimiosmótica da síntese de ATP? Respostas: p. 131

Biomoléculas grandes podem ser usadas para produzir ATP Examinamos como a glicose é usada para a produção de ATP, mas como as grandes biomoléculas como proteínas, lipídeos

·-----

2 Piruvato

12

1

+

2

Acetil CoA 1

t

2

-----

Ciclo do ácido cítrico

4 6

-----......

2

2

4

J -~ • Elétrons de alta I

1

602~

r .~

energia e H+

SISTEMA TRANSPORTADOR DE ELÉTRONS

,

.....

26-28 ·1

"\ ,

TOTAIS

6 H20

1

1

1

30-32 ATP

6 C02

* O NADH citoplasmático algumas vezes produz apenas 1,5 ATP/ NADH em vez de 2,5 ATP/ NADH.

METABOLISMO ANAERÓBIO CsH120s

,.,.. 2 C3Hs03 (ácido láctico)

'

( 1 Glicose ) G

------

NADH

FADH2

ATP

C02

L 1

e

4

ó

2

L 1

-2

s '

E •

V

·-----

-

2 Piruvato ,

-2

./

2 Acido láctico

--------TOTAIS

•

o NADH

2 ATP

FIGURA 4-18 Resumo do rendimento de energia a partir do catabolismo de uma molécula de glicose. Uma glicose metabolizada aerobiamente no ciclo do ácido cítrico produz 30-32 ATP. Uma glicose metabolizada anaerobiamente produz apenas 2 ATP.

e glicogênio são usadas para produzir ATP? A resposta é uma série de rotas metabólicas que convertem estas biomoléculas em intermediários que então participam da glicólise e do ciclo do ácido cítrico (ver Fig. 4-13, p. 108).

114

Dee Unglaub Silverthorn

Glicogênio

(a) Catabolismo de proteínas As proteínas podem ser degradadas em aminoácidos pela hidrólise de suas ligações peptídicas. P·1

H 20

H

10%

o

Glicose

90%

;;

~ ADP

ATP

OHHOHH

//º · · · - C - C - N- C - C - N-C-C 1

p

li

1

1

>

li

1

1

1

1

R

R R Proteína ou peptídeo

Glicose 6-fosfato

" oH

1

-

Hidrólise da ligação peptídica

•

para a glicólise A conversão direta de glicogênio em glicose 6-fosfato (mostrada à direita) economiza para a célula um ATP por glicose.

H H 1

•

As proteínas podem ser catabolizadas para produzir ATP A primeira etapa no catabolismo das proteínas é a digestão de uma proteína em polipeptídeos menores por enzimas denominadas proteases. Uma vez que isso tenha sido realizado, as enzimas conhecidas como peptidases rompem as ligações peptídicas nas extremidades do polipeptídeo, liberando aminoácidos individuais (Fig. 4-20a e ). A maioria dos aminoácidos usados para a síntese do ATP não vem da degradação das proteínas na célula, mas sim de aminoácidos excedentes da dieta.

1

Aminoácido

~

H"

//O N - C- C H/ ~1 " oH

//

1

" OH

R

BJ

(b) Desaminação Remoção de um grupo amino de um aminoácido gera amônia e um ácido orgânico. H

o glicogênio,

um polímero de glicose, é a principal molécula de armazenamento de carboidratos em animais. Quando o suprimento de glicose vindo de fora do corpo é menor do que o corpo necessita para sintetizar ATP, as células inicialmente contam com a energia armazenada nas ligações químicas do glicogênio. A degradação do glicogênio, ou glicogenólise, está sob o controle de vários hormônios, como será visto no Capítulo 22. Na glicogenólise, o glicogênio é degradado formando intermediários da glicólise. Apenas cerca de 10% do glicogênio armazenado são hidrolisados gerando moléculas de glicose. Antes que possam entrar na rota da glicólise, estas moléculas de glicose precisam ser fosforiladas originando glicose 6-fosfato com o auxílio de um ATP (Fig. 4-19 e, acima). A maioria das moléculas de glicogênio que sofrem glicogenólise é convertida diretamente em glicose 6-fosfato em uma reação que separa uma molécula de glicose do polímero com a ajuda de um fosfato inorgânico do citosol (Fig. 4-19, lado direito). Como a fosforilação direta do glicogênio em glicose 6-fosfato economiza um ATP, esta rota metabólica tem um rendimento líquido de uma molécula adicional de ATP por glicose (máximo de 31 a 33 ATP pelo metabolismo aeróbio).

O

· · ·C- N - C - C

FIGURA 4-19 Glicogenólise, a degradação do glicogênio. O glicogênio pode ser convertido diretamente em glicose 6-fosfato pela adição do fosfato. O glicogênio que é convertido primeiro em glicose e depois é fosforilado "custa" à célula um ATP extra.

O glicogênio é convertido em glicose

+

Peptídeo

"

H

O

H /

NAD + H20

N -C1 - C // 1

"

OH

\

NADH + H+

"' "'--- _,/" ~-

Desaminação

+

> NH3 Amônia

R Aminoácido

,

Acido orgânico

i Glicólise ou ciclo do ácido cítrico

-

(e) A amônia é tóxica e deve ser convertida em ureia. H+ NH3 _ _\..~---> NH4+ --+> Ureia Amônia Amôn io

QUESTÕES DA FIGURA 1. O uso de água na reação (b) produz uma reação de: •Hidratação •Hidrólise • Desidratação 2. Dê o nome da famíl ia de enzimas que catalisa a reação mostrada em (a).

•

FIGURA 4-20 nas.

Desaminação e catabolismo de proteí-

Os aminoácidos podem ser convertidos em intermediários da glicólise ou do ciclo do ácido cítrico. A primeira etapa nesta conversão é a desaminação, gerando uma molécula de amônia e um ácido orgânico (Fig. 4-20b). Entre os ácidos orgânicos gerados pela desaminação estão o piruvato, a acetil CoA e vários intermediários do ciclo do ácido cítrico. Os aminoácidos entram assim na rota do metabolismo aeróbio e se tornam parte do processo de produção de ATP previamente descrito.

Fisiologia Humana

Triacilglicerol Lipases digerem os tracilgliceróis formando glicerol e três ácidos graxos.

115

( Glicose )

O

G

L -----~

1

Glicerol

c

O glicerol torna-se um substrato para a glicólise.

ó

L

o

1

• • • • • •

s

~c / '•/V '~'./ '•/

HO/

E

Ácido graxo

Piruvato

Citosol

·-·-·

A B-oxidação cliva unidades acil de dois carbonos dos ácidos graxos. 1

B-oxidação

·-·

A unidade acil torna-se acetil CoA e pode ser usada no ciclo do ácido cítrico.

Unidade acil

Matriz mitocondrial

e

FIGURA 4-21

1

O

Acetil CoA • - • - CoA CoA ,.__....--

·-· CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

Lipólise.

Os grupos amino dos aminoácidos são removidos na forma de amônia (NH3). Eles então rapidamente capturam íons hidrogênio (H+) tornando-se íons amônio (NH4 +),como indicado na Figura 4-20c. Como a amônia e os íons amônio são tóxicos, as células do fígado rapidamente os convertem em ureia (CH4 N20). A ureia é o principal resíduo de nitrogênio do corpo e é excretada pelos rins.

Os lipídeos produzem mais energia por unidade de peso que a glicose ou as proteínas Os lipídeos são as principais moléculas de armazenamento de combustível do corpo porque possuem maior conteúdo de energia do que as proteínas ou os carboidratos. Quando o corpo necessita usar a energia armazenada, as lipases degradam lipídeos formando glicerol e ácidos graxos por uma série de reações coletivamente conhecidas como lipólise (Fig. 4-21 e ). O glicerol entra na glicólise aproximadamente na metade da rota e passa, a partir daí, a sofrer as mesmas reações que a glicose. ( $ Fig. 4-13, p. 108).

As longas cadeias de carbono dos ácidos graxos não são fáceis de se transformar em ATP, como a glicose ou os aminoácidos. A maioria dos ácidos graxos deve ser transportada do citosol para o interior da matriz mitocondrial. Lá são lentamente desmontados à medida que unidades de dois carbonos são removidas da extremidade da cadeia, uma unidade por vez, em um processo denominado ~-oxidação. (Fig 4-21, @) Na maioria das células, as unidades de dois carbonos dos ácidos graxos são convertidas em acetil CoA, cuja unidade acil com dois carbonos alimenta diretamente o ciclo do ácido cítrico [ i: Fig. 4-13, p. 108]. Uma vez que muitas moléculas de acetil CoA podem ser produzidas a partir de um único ácido graxo, os lipídeos contêm 9 kcal de energia armazenada por grama, comparados com 4 kcal por grama das proteínas e dos carboidratos. No fígado, se a produção de acetil CoA excede a capacidade do ciclo do ácido cítrico de metabolizar as unidades acil, o excesso de acetil CoA é convertido em corpos cetônicos, que são ácidos metabóli-

4

116

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO ,,

ENERGIA E EXERCICIO O exercício é a principal atividade consumidora de energia do corpo, e a fa lta de energia para a contração muscular é a principal causa de fadiga no exercício prolongado. Os carboidratos são o combustível preferido do músculo esquelético. Em qualquer dado momento, um humano adu lto possu i aproximadamente 4.000 kca l de energ ia armazenada como glicogênio (3.000 kca l no fígado e 1.000 kcal no músculo esquelético), o qual fornece energia suficiente para o exercício de intensidade moderada por cerca de três horas. Em comparação, o corpo armazena cerca de 10.000 kcal de energia em lipídeos no tecido adiposo, os quais fornecem energia suficiente para correr 100 mi lhas (161 km). Então, com esse tremendo estoque de energia, por que os atletas entram em fadiga? A fadiga ocorre quando os estoques de carboidratos são depletados porque os lipídeos não podem ser convertidos em ATP tão rapidamente como os carboidratos. Por essa razão, quando os estoques de carboidratos são depletados, o corpo conta com seu estoque de li pídeos. Metabolizar os li pídeos exige que o atleta se exercite em um ritmo mais lento, que corresponda à taxa na qual a energia dos li pídeos é convertida em energia no ATP.

cos fortes que podem afetar seriamente o equilíbrio do pH corporal. Veremos os detalhes do metabolismo dos ácidos graxos no Capítulo 22. REVISANDO CONCEITOS 26. A digestão das proteínas em polipeptídeos é mais provável

que seja uma reação de desidratação ou uma reação de hidrólise? 27. Com base no que você aprendeu sobre os nomes das enzimas, que nome você daria à enzima que remove um aminoácido de uma molécula? Respostas: p. 131

ROTAS DE SÍNTESE As reações metabólicas discutidas até este ponto têm sido processos catabólicos que degradam moléculas grandes em moléculas menores para armazenar energia nas ligações fosfato de alta energia do ATP. Porém, e as reações anabólicas que sintetizam polissacarídeos, lipídeos e proteínas? Para executar reações sintéticas, uma célula precisa ter um suprimento adequado de nutrientes orgânicos, bem como energia na forma de ATP.

O glicogênio pode ser sintetizado a partir da glicose O glicogênio, a principal forma de armazenamento de glicose

no corpo, é encontrado em todas as células, porém o fígado e o músculo esquelético contêm concentrações especialmente

altas. O glicogênio no músculo esquelético fornece uma fonte imediata de energia para a contração muscular. O glicogênio no fígado atua como a principal fonte de glicose para o corpo nos períodos entre as refeições. Estima-se que o fígado mantenha aproximadamente quatro horas de suprimento de glicose armazenada como glicogênio. Uma vez que o glicogênio tenha se esgotado pelo catabolismo, as células precisam usar lipídeos e proteínas como sua fonte de energia. A síntese de glicogênio é essencialmente o inverso da degradação do glicogênio (discutida em seções prévias). Moléculas individuais de glicose podem ser unidas formando o glicogênio, e a glicose 6-fosfato proveniente da glicólise pode sintetizar glicogênio pela remoção do grupo fosfato (ver Fig. 4-19). Uma única partícula de glicogênio no citoplasma pode conter cerca de 55.000 moléculas de glicose unidas!

A glicose pode ser sintetizada a partir de glicerol ou de aminoácidos A glicose é um intermediário metabólico chave do corpo por muitas razões. Como você já aprendeu, o metabolismo aeróbio da glicose é o modo mais eficiente de produzir ATP, por isso a glicose é o substrato primário para a produção de energia em todas as células. Mais importante ainda, a glicose normalmente é o único substrato usado para síntese de ATP pelo tecido nervoso. Se o encéfalo é privado da glicose por algum período de tempo, suas células começam a morrer. Por essa razão, o corpo possui múltiplas rotas metabólicas que podem ser utilizadas para produzir glicose, assegurando um suprimento contínuo para o encéfalo. A fonte mais simples de glicose é a rota da glicogenólise discutida anteriormente. Mas o que acontece quando todo o estoque de glicogênio no corpo é consumido? Neste caso, a célula pode converter lipídeos e proteínas em intermediários necessários para produzir glicose.

David e Sarah coletaram seu sangue para realizar testes genéticos há várias semanas e esperaram ansiosamente o resultado. Hoje, eles voltaram ao hospital para ouvir as notícias. O teste mostrou que Sarah é portadora do gene para a doença de Tay-Sachs, mas David não. Isto significa que embora alguns dos seus filhos possam ser portadores do gene para a doença de Tay-Sachs como Sarah, nenhuma delas desenvolverá a doença. Questão 4: O gene Tay-Sachs é um gene recessivo (t). Se Sarah é uma portadora do gene (Tt) mas David não é (TT), qual é a chance de que qualquer um de seus filhos seja um portador? (Consulte um livro de biologia geral ou de genética se você necessitar de ajuda para resolver este problema.)

94

99

102

105

li

126

117

Fisiologia Humana

N A V E G A D O R

A produção de glicose a partir de precursores não glicose, como as proteínas ou a porção glicerol dos lipídeos, é um processo conhecido como gliconeogênese, literalmente "nascimento de uma nova glicose" (Fig. 4-22 e ). A rota é similar à glicólise ocorrendo em sentido reverso, mas utiliza enzimas diferentes para algumas etapas. A gliconeogênese pode iniciar com glicerol, com vários aminoácidos ou com lactato. Em todas as células, o processo pode ir até a glicose 6-fosfato (G-6-P). Porém, somente as células do fígado e dos rins possuem quantidades significativas de glicose 6-fosfatase, a enzima que remove o grupo fosfato da G-6-P para produzir glicose. Durante períodos de jejum, o fígado é a fonte primária da síntese de glicose, produzindo cerca de 90o/o da glicose gerada pela degradação de lipídeos e de proteínas.

( Glicose ) ---------'

(,-----..)

Fígado, rim Síntese da glicose

Glicose 6-fosfato

1

,''ó

G L 1

I

I I

4

I I I

I I

G

I I

Ê N

I I I I

~

AM INOÁCIDOS /

'

I

o

Resposta : p. 131

1

I

N E

R E'V 1s A N Do e o N e E 1Tos 28. Qual é a diferença entre hexocinase e glicose 6-fosfatase?

,'

I

e o GLICEROL

(Dica : ver Tabela 4-4.)

.

--- ---

[_

_____,)

I I I I I

E

I I I

A acetil CoA é necessária para a síntese de lipídeos Os lipídeos são tão diversos que generalizações sobre a sua síntese são difíceis. A maioria dos lipídeos são sintetizados por enzimas no retículo endoplasmático liso e no citosol. O glicerol, componente dos triacilgliceróis, pode ser produzido a partir da glicose ou de intermediários da glicólise (Fig. 4-23 e , ©). Os ácidos graxos são sintetizados a partir da Acetil CoA quando os grupos acil de dois carbonos são unidos em cadeias de carbono por uma enzima citosólica chamada de ácido graxo sintase @.Este processo também requer hidrogênios e elétrons de alta energia do NADPH. A combinação de glicerol e ácidos graxos formando triacilgliceróis ocorre no retículo endoplasmático liso. (Fig. 4-23, @). As etapas de fosforilação que convertem triacilgliceróis em fosfolipídeos também ocorrem no retículo endoplasmático liso. O colesterol ( $ Fig. 2-8, p. 30) é um importante componente lipídico das membranas celulares e forma o esqueleto dos hormônios esteroides. O colesterol em geral é obtido de produtos animais na dieta, mas ele é uma molécula tão importante para a célula que o corpo irá sintetizá-lo se adieta for deficiente. Até mesmo vegetarianos que não comem nenhum produto animal possuem quantidades substanciais de colesterol em suas células. O colesterol pode ser produzido a partir da acetil CoA. Depois é uma questão de adicionar ou subtrair grupos funcionais dos anéis de carbono para transformar o colesterol em diversos hormônios e outros esteroides.

As proteínas são a chave da função das células As proteínas são as moléculas que mantêm a célula no dia a dia. As proteínas que são enzimas controlam a síntese e a degradação de carboidratos, de lipídeos, de proteínas estruturais e de moléculas sinalizadoras. As proteínas transportadoras e as que formam poros na membrana celular e na membrana das organelas regulam o movimento de molécu-

....._P_ir_uv_a_to__.l , ,'1 AM INOÁCIDOS _ ;

•

L

LACTATO

FIGURA 4-22 Gliconeogênese. Glicerol, aminoácidos e lactato podem ser usados para produzir glicose por uma série de reações que são similares à via da glicólise ocorrendo em sentido inverso. Apenas o fígado e os rins são capazes de converter glicose 6-fosfato em glicose.

las para dentro e para fora dos compartimentos. Outras proteínas formam o esqueleto estrutural das células e tecidos. Por essas e por outras razões, a síntese de proteínas é crucial para a função celular. O poder das proteínas surge da sua grande variabilidade e especificidade. A síntese das proteínas utilizando 20 aminoácidos pode ser comparada à criação de uma linguagem com um alfabeto de 20 letras. As "palavras" da "linguagem" das proteínas variam em comprimento, de três a centenas de letras, resultando em milhares de proteínas diferentes com diferentes funções. Como uma linguagem, um "erro de ortografia" durante a síntese da proteína pode mudar sua função, da mesma forma que mudando apenas uma letra a palavra "pura" torna-se "cura". Em muitas doenças herdadas, a substituição de um único aminoácido altera bastante a estrutura da proteína. Um exemplo clássico é a anemia falciforme. Nesta doença herdada, uma mudança de um aminoácido altera a forma da hemoglobina o suficiente para que os eritrócitos adquiram a forma de uma foice, o que faz com que eles se agreguem e bloqueiem os vasos sanguíneos pequenos.

O ''Alfabeto'' das Proteínas inicia com o DNA Um dos mistérios da biologia até 1960 era a questão de como somente quatro bases nitrogenadas da molécula de DNA - adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T) - poderiam codificar mais de 20 tipos diferentes de aminoáci-

118

Dee Unglaub Silverthorn

N A V E G A D O R

) - - - - - - - - - - - - - - - - - -( Glicose

(

J QUESTÃO DA FIGURA

G

Síntese de lipídeos

L

•

1

e ó

1

'

•

L

'' '

Por que a maioria dos ácidos graxos possui um número par (12 a 24) de átomos de carbono?

1

''

s ''

''

•

E

''

''

Glicerol

''

~

''

['--_~)

''

1 Piruvato

''

''

''

i '

Acetil CoA Triacilglicerol

Acido graxo

sintase

·-· --o

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./

Unidade acil

FIGURA 4-23

e

A

G

-

e

uuu}Phe u c u u cc 1- Ser u uuc UCA UUAJUUG Leu UCG

-

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e

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A UU Q) A UC 1-lle E A A LIA ..... CL (A-UG Met ~

GUU G GUC 1-Val GUA GUG-

•

-

ccu ccc i-Pro CCA CCG-

-

AC U ACC i- Thr ACA AC G lniciacão -

-

Um glicerol mais três ácidos graxos formam um triacilglicerol.

Síntese de lipídeos.

Segunda base do códon

o

•

~

..........

As unidades acil de dois carbonos da acetil CoA são unidas pela enzima ácido graxo sintase para formar ácidos graxos.

dos. Se cada base controlasse a síntese de um aminoácido, uma célula poderia sintetizar somente quatro aminoácidos diferentes. Se pares de bases representassem diferentes ami-

u

•

..........~

Ácidos graxos

O glicerol pode ser produzido a partir da glicose via glicólise.

•

•. . . . . . / •. . . . .. /......._~ • •. . . . .. / •

-

GCU GCC i-Ala GCA GCG-

UA U} UAC

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GGU Asp GGC - Gly GGA A GAAJGAG Glu GGG G -

GAU} GAC

e

FIGURA 4-24 O código genético como aparece nos códons de RNAm. As abreviaturas de três letras colocadas à direita dos colchetes indicam o aminoácido que cada códon representa. Os códons de iniciação e de terminação também são identificados.

noácidos, a célula poderia produzir 4 2 ou 16 aminoácidos diferentes. Como temos 20 aminoácidos, isso ainda não é satisfatório. Entretanto, se o conjunto de três bases (trincas ou tripletes) codificam diferentes moléculas, o DNA poderia criar 4 3 ou 64 aminoácidos diferentes. Essas trincas, denominadas códons, são na verdade, o modo como a informação é codificada no DNA e no RNA. A Figura 4-24 • mostra o código genético como ele aparece em uma forma de RNA. Lembre-se de que o RNA substitui a base timina (T) pela uracila (U) ( ~ p. 34). Das 64 possíveis combinações de trincas, um códon de DNA (TAC) age como um iniciador ou "códon de iniciação" que marca o início de uma sequência codificadora. Três códons são reconhecidos como finalizadores ou "códons de terminação", que mostram onde a sequência termina. Todas as 60 trincas restantes codificam aminoácidos. A metionina e o triptofano possuem um único códon cada um, mas os outros aminoácidos possuem entre dois e seis códons diferentes cada um. Desse modo, como letras de palavras soletradas, a sequência do DNA determina a sequência de aminoácidos das proteínas. Como a informação é traduzida do DNA em uma cadeia de aminoácidos? Primeiro, a sequência de bases do DNA é usada para criar um segmento de RNA no processo conhecido como transcrição (trans, sobre + scribe, escrever). As células humanas possuem três formas principais de RNA: RNA mensageiro (RNAm), RNA transportador (RNAt) e RNA ribossômico (RNAr). O RNAm transcrito a partir do DNA deixa o

Fisiologia Humana

FOCO CLINICO UI

....UI

INSULINA E METABOLISMO

m Por que as pessoas com diabete possuem níveis eleva~ dos de glicose no sangue ("açúcar no sangue")? Parte e da resposta está na alteração do metabolismo da glicose que ocorre quando a insu lina está ausente ou quando as células não respondem a ela. Em uma pessoa normal, a insulina promove captação de glicose pela célula e seu metabolismo estimulando as enzimas apropriadas. A glicose absorvida pelo sistema digestório entra na glicólise para produzir ATP ou é armazenada como glicogênio. Os ácidos graxos são armazenados como lipídeos, e os aminoácidos são usados para sintetizar proteínas. Na ausência de insuli na, as enzimas associadas com as rotas catabólicas são mais ativas do que aquelas associadas com as rotas anabólicas. Nestas rotas catabólicas hiperativas, os lipídeos sofrem í3-oxidação, os aminoácidos são direcionados para a gliconeogênese para produzir glicose e o glicogênio armazenado volta a formar glicose. O aumento de produção de gl icose pelas células junto com a incapacidade de muitas células de remover glicose do sangue gera os elevados níveis "de açúcar no sangue", que é a principal característica do diabete.

núcleo e entra no citosol, onde trabalha junto com o RNAt e o RNAr para realizar a tradução, a união de aminoácidos formando proteínas.

O DNA codifica as proteínas Como uma célula pode saber quais dos milhares de bases presentes no seu DNA usar para fazer uma proteína? A informação que a célula necessita para fazer uma proteína em particular está contida em um segmento de DNA conhecido como gene. O que exatamente é um gene? A definição está sempre mudando, mas para este texto diremos que um gene é a região do DNA que contém a informação necessária para produzir u.m segmento de RNA funcional. Um mapa resumido das principais etapas percorridas do gene até o RNA e à proteína funcional é mostrado na Figura 4-25 e. Primeiro, uma porção de DNA contendo um gene deve ser ativado de maneira que seu código possa ser lido ©. Os genes que estão continuamente sendo transcritos são ditos constitutivamente ativos. Em geral, estes genes codificam proteínas que são essenciais para a continuidade das funções celulares. Outros genes são regulados, isto é, sua atividade pode ser estimulada (induzida) ou inibida (reprimida) por proteínas reguladoras. Uma vez que um gene é ativado, a transcrição converte sua sequência de bases do DNA em um segmento de RNA. (Fig. 4-25, ®) ORNA mensageiro que será traduzido em uma proteína é então processado no núcleo @. Ele pode sofrer uma junção alternativa (discutido em breve) antes de deixar o núcleo ou é "silenciado" e destruído por enzimas por meio

119

CONCEITOS EMERGENTES

RNA DE INTERFERÊNCIA Quem poderia pensar que a pesquisa para desenvolver uma petúnia ma is púrpura levaria ao caminho de uma das mais interessantes áreas de pesquisa da biologia molecular? O RNA de interferência (RNAt) foi primeiramente observado em 1990, quando botânicos que introduziram genes de pigmento púrpura em petúnias acabaram obtendo plantas que eram brancas ou listradas de branco, ao invés da cor púrpura mais intensa que eles esperavam. Esta observação não chamou atenção até 1998, quando cientistas pesquisando em biologia animal e medicina tiveram um problema parecido com a expressão do gene em experimentos com um verme nematoide. Agora o RNAi é uma das áreas mais "quentes" da pesquisa biotecnológica. Muitos detalhes do RNAi ainda não estão bem entendidos. Em termos bem simples, o RNA "si lencionador" de um RNAm é um fenômeno que ocorre naturalmente pela produção ou introdução de moléculas pequenas de RNA, como o RNA de interferência pequeno (RNAsi) ou microRNA (RNAmi). O RNAsi começa como segmentos de f ita dupla de RNA que são clivados por uma enzima denominada Dicer, formando segmentos menores (20 a 25 nucleotídeos). Os segmentos de f ita dupla se combinam com proteínas e perdem uma fita de RNA, tornando-se um complexo si lenciador induzido por RNA, ou RISC. O RISC e a fita ún ica do RNAmi se ligam aos segmentos complementares do RNAm sintetizado pela célula . A ligação de RISC ou RNAmi bloqueia a tradução do RNAm ou leva à destruição do RNAm. O RNAi é um mecanismo de processamento do RNA que ocorre naturalmente e que pode ter evoluído como um meio para bloquear a replicação do RNA virai. Hoje, contudo, os pesqu isadores estão tentando aprender como usá-lo para bloquear seletivamente a produção de uma única dentro de uma célula. O objetivo final dos cientistas é criar tecnologias que possam ser usadas para o diagnóst ico e tratamento de doenças.

do RNA de interferência. O RNAm processado deixa o núcleo e entra no citoplasma. Uma vez no citoplasma, o RNAm atua junto com o RNA transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr) no processo conhecido como tradução para transformar a mensagem do RNAm na sequência de aminoácidos de uma cadeia proteica (Fig. 4-25, ©). Proteínas recentemente sintetizadas estão sujeitas à modificação pós-traducional @ . Elas se dobram em formas complexas, são clivadas por enzimas em peptídeos menores, ou têm vários grupos químicos adicionados a elas. O restante deste capítulo explica a transcrição, a tradução, o processamento do RNA e as modificações pós-traducionais com mais detalhes.

4

120

Dee Unglaub Silverthorn

Proteínas regulatórias

Gene ATIVAÇÃO DO GENE

Atividade regulada

Ativo constitutivamente

1

Indução TRANSCRIÇÃO

-

Repressão

'

RNAm

RNAsi

'•

PROCESSAMENTO DO RNAm

Junção alternativa

Interferência

--

•

RNAm "silenciado"

RNAm processado

Núcleo

'

• RNAr nos ribossomos . - • RNAt • Aminoácidos

TRADUÇÃO

Citoplasma

Cadeia proteica

MODIFICAÇÃO PÓS-TRADUCIONAL

•

•

Dobramento e ligações cruzadas

Clivagem formando peptídeos menores

•

Adição ,de grupos: •açucares • lipídeos •-CH 3 •fosfato

Reunidas em proteínas poliméricas

FIGURA 4-25 Visão geral dos principais passos necessários para converter o código genético do DNA em uma proteína funcional.

O DNA controla a síntese de RNA Os primeiros passos na síntese das proteínas são compartimentalizados dentro do núcleo, pois o DNA é uma molécula muito grande que não pode passar através do envelope nuclear. A transcrição usa o DNA como um molde para criar uma fita simples pequena de RNA que pode deixar o núcleo. A síntese de RNA a partir de uma fita dupla de DNA molde requer uma enzima conhecida como RNA polimerase, mais

íons de magnésio ou manganês e energia na forma de ligações fosfato de alta energia: DNA molde+ nucleotídeos A, U, C, G RNA polimerase, Mg2+ou Mn2+

e energia RNAm + DNA molde

Fisiologia Humana

121

RNA polimerase

A RNA polimerase liga-se ao DNA.

O segmento de DNA que contém o gene se desenrola.

>~

Bases de RNA

As bases de RNA ligam-se ao DNA formando uma fita única de RNAm. Fita codificadora

(sense) DNA

Sítio de montagem de nucleotídeos .----1-~ -

---- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

-~;:..;----~--.......

Alongamento da fita de RNAm RNAm transcrito

Fita não codificadora (antisense)

RNA polimerase

O RNAm e a RNA polimerase se separam do DNA, e o RNAm vai para o citoplasma. 1 1 11-4

.L'''''J.J

Fita de RNAm liberada

RNA polimerase

Deixa o núcleo após processamento

•

FIGURA 4-26 Transcrição. Um gene é um segmento de DNA que pode produzir um segmento funcional de RNA. O pareamento de bases é o mesmo que ocorre na síntese de DNA, exceto pelo fato de uma base uracila (U) substituir a timina (T).

Cada gene no DNA é precedido por uma região promotora que deve ser ativada antes que a transcrição possa iniciar. As proteínas regulatórias fatores de transcrição se ligam ao DNA e ativam o promotor, que indica onde a RNA polimerase deve se ligar ao DNA (Fig. 4-26 e, ©). A polimerase se move ao longo da molécula de DNA e "desenrola" a fita dupla clivando as ligações de hidrogênio entre os pares de bases @. Uma fita de DNA, denominada fita codificadora (sense*), atua como um guia para a síntese *N. de T. Muitos textos em Língua Portuguesa mantêm o nome das fitas codificadoras como sense, e não codificadoras como antisense.

do RNA, enquanto a outra, a fita não codificadora (antisense *), permanece ociosa @ . A região promotora não é transcrita em RNA. Durante a transcrição, cada base na fita codificadora do DNA pareia com a base complementar do RNA. Esse pareamento de bases complementares é similar ao processo pelo qual uma fita dupla de DNA se forma (ver Apêndice C para uma revisão da síntese de DNA). Por exemplo, um segmento de DNA contendo a sequência de bases AGTAC é transcrito na sequência UCAUG do RNA.

4

122

Dee Unglaub Silverthorn

Fita codificadora

(sense)

....

....

....

....

Fita não codificadora

....

....

(antisense) Promotor

~------- Segmento

transcrito

....

....

....

....

....

....

------~

........ >

a

DNA

e

b

•

g

f

1

TRANSCRIÇÃO

l

RNAm j 1 1 1 1 1 1 não processado ~-A-~~B~ __C _ _~-º~--E-~F~_ _ G_~_H~ __ I __

e

O processamento do RNAm pode produzir duas proteínas a partir de um gene por junção alternativa.

G ,

lntrons removidos

E Éxons para a proteína 1

A

,

lntrons removidos

e

E ,

G

1

,

Exons para a prote1na 2

FIGURA 4-27 Genes e processamento do RNA. O segmento promotor de DNA é necessário para iniciar a transcrição, mas não é transcrito em RNA. No processamento do RNAm, segmentos de fitas de RNAm recém-criadas, denominados íntrons, são removidos. Os éxons restantes são novamente unidos para formar

o RNAm que codifica uma proteína funcional. A remoção diferencial de íntrons do RNAm permite que um único gene codifique várias proteínas. Para a proteína 1, os íntrons A, C, G e 1 foram removidos. Para a proteína 2, os segmentos B, D, F e H se tornaram os íntrons.

' A medida que as bases do RNA se ligam à fita codificadora do DNA, elas também se ligam umas com as outras para criar uma única fita de RNA. Durante a transcrição, as bases são ligadas em uma taxa média de 40 por segundo. Em humanos, os maiores RNAs podem conter até 5.000 bases, e sua transcrição pode levar mais de um minuto - um longo tempo para um processo celular. Quando a RNA polimerase alcança o códon de terminação, ela para de adicionar bases na fita de RNA crescente e libera a fita (Fig. 4-26, ©).

(Fig. 4-25, @). No RNA de interferência, o RNAm recémsintetizado é inativado ou destruído antes que possa ser traduzido em proteínas (ver o quadro Conceitos Emergentes). Na junção alternativa, enzimas cortam segmentos do meio ou das extremidades da fita do RNAm. Outras enzimas então emendam novamente os segmentos restantes da fita. A junção alternativa é necessária, porque um gene contém os segmentos que codificam proteínas (éxons) e os segmentos não codificadores denominados íntrons (Fig. 4-27 e ). Isto significa que o RNAm sintetizado a partir do DNA do gene também contém segmentos não codificadores que devem ser removidos antes que o RNAm deixe o núcleo. O resultado da junção alternativa é um segmento menor de RNAm do que foi inicialmente sintetizado, um segmento que agora contém apenas a sequência codificadora de uma proteína específica. Uma vantagem da junção alternativa é que ela permite que uma única sequência de bases do DNA codifique mais de uma proteína. A designação de um segmento como codificador ou não codificador não é fixa para um determinado gene. Os segmentos de RNAm que são removidos em um

•

R VISANDO CONCEITOS Use o código genético na Figura 4-24 para escrever os códons de DNA que correspondem aos três códons de terminação do RNAm. 30. O que o nome RNA polimerase diz a você sobre a função desta enzima? Respostas: p. 131

A junção alternativa gera múltiplas proteínas a partir de uma sequência de DNA A próxima etapa do processo da síntese de proteínas é o processamento do RNAm, o qual ocorre de duas formas

Fisiologia Humana

e DNA

Transcrição

123

Resumo da transcrição e da tradução. O RNAm é transcrito a partir do DNA e então sujeito ao processamento. O RNAm processado deixa o núcleo e se associa com os ribossomos para iniciar o processo de tradução para sintetizar uma molécula de proteína. FIGURA 4-28

1 RNA polimerase

Processamento do RNArn

lt"(.......,~"""

4

Membrana nuclear

r

4 Ligação das subunidades ribossômicas

Tradução

-------

--------

-------

----t--

Cadeia do peptídeo em crescimento

~ Trp

RNAt "vazio"saindo

--- --- --- ---

RNAt chegando ligado a um aminoácido

--- ------ --RNAm

("("-.....__,,,,,,, 4 ' mRNA

Ribossomo ~­

~--""'

Terminação

Subunidades __.. ribossômicas

Peptídeo completo

momento podem ser deixados em outro, produzindo um RNAm final com uma sequência diferente. Formas estreitamente relacionadas de uma única enzima conhecidas como isoenzimas são, provavelmente, produzidas a partir de uma junção alternativa de um único gene. Após o RNAm ter sido processado, ele deixa o núcleo pelos poros nucleares e se dirige para os ribossomos no citosol, onde o RNAm promove a construção da proteína. REVISANDO CONCEITOS 31 . Explique em uma ou duas frases a relação entre RNAm, bases nitrogenadas, íntrons, éxons, processamento do RNAm e proteínas. Resposta : p. 131

Cada molécula de RNAt é ligada em uma extremidade a um aminoácido específico. O anticódon da molécula de RNAt pareia com o códon apropriado do RNAm , permitindo que os aminoácidos sejam ligados na ordem especificada pelo código do RNAm.

A tradução do RNAm produz uma sequência de aminoácidos A síntese de proteínas requer cooperação e coordenação entre três tipos de RNA: RNAm, RNAr e RNAt. Chegando ao citosol, o RNAm processado liga-se aos ribossomos, que são pequenas partículas de proteína e a vários tipos de RNAr ($ p. 63). Cada ribossomo possui duas subunidades, uma grande e uma pequena, que permanecem juntas quando a síntese de proteínas inicia (Fig. 4-28 e , @). A subunidade ribossomal pequena liga-se ao RNAm e então adiciona a subunidade grande, de forma que o RNAm fica intercalado no meio. Agora o complexo ribossomo-RNAm está pronto para iniciar a tradução.

124

Dee Unglaub Silverthorn

Durante a tradução, os códons do RNAm são pareados aos aminoácidos apropriados. Este pareamento é feito com o auxílio de uma molécula de RNAt (Fig. 4-28, ©). Uma região de cada RNAt contém uma sequência de três bases denominada anticódon, que é complementar a um códon do RNAm. Uma região diferente da molécula de RNAt é ligada a um aminoácido específico. ' A medida que a tradução inicia, o anticódon do RNAt que carrega o aminoácido liga-se ao códon complementar do RNAm no ribossomo. Por exemplo, um RNAt com um anticódon de sequência UUU carrega o aminoácido lisina. O anticódon UUU pareia com um códon AAA no RNAm, um dos dois códons para a lisina no RNAm (Fig. 4-24). O pareamento entre RNAm e RNAt coloca os aminoácidos recém-chegados em uma orientação correta para se ligarem à cadeia do peptídeo em crescimento. A síntese por desidratação une aminoácidos gerando uma ligação peptídica entre o grupo amino ( - NH2) do aminoácido recém-chegado e a carboxila terminal (- COOH) da cadeia peptídica ( $ p. 114). Uma vez que isto aconteça, o RNAt "vazio" é liberado do RNAm. Este RNAt pode então ser ligado a outra molécula de aminoácido com a ajuda de uma enzima citosólica e ATP. Quando o último aminoácido for adicionado à cadeia peptídica recém-sintetizada, o estágio de terminação foi alcançado (Fig. 4-28, ®). O RNAm, o peptídeo e as subunidades ribossômicas separam-se. Os ribossomos estão prontos para uma nova rodada de síntese proteica, mas o RNAm é degradado por enzimas conhecidas como ribonucleases. Algumas formas de RNAm são degradadas bem rapidamente, ao passo que outras podem permanecer por algum tempo no citosol e ser traduzidas várias vezes.

O direcionamento da proteína determina o seu destino Um dos aspectos impressionantes da síntese proteica é o modo pelo qual proteínas específicas vão diretamente dos,, ribossomos para o local onde são necessárias na célula. E como se cada proteína tivesse um rótulo dizendo à célula para onde ela deve ir. Proteínas destinadas para uma das organelas da célula são identificadas por um segmento especial de aminoácidos conhecido como sequência-sinal ou sequência-alvo. Esta etiqueta direciona a proteína para a organela adequada e permite que ela seja transportada através da membrana da organela. Algumas proteínas sintetizadas nos ribossomos citosólicos e polirribossomos ( $ p. 63) não possuem sequências-sinal e permanecem no citosol quando liberadas do ribossomo (Fig. 4-29 e, @). As proteínas que possuem uma sequência-sinal são direcionadas para as mitocôndrias ou para os peroxissomos ( $ p. 70). Diversos peptídeos são sintetizados em ribossomos ligados ao retículo endoplasmático ' rugoso. A medida que estas proteínas estão sendo sintetizadas, a sequência-sinal as direciona através da membrana do RE rugoso e para o lúmen desta organela @ .

As proteínas sofrem modificação pós-traducional A sequência de aminoácidos que vem de um ribossomo é a estrutura primária de uma proteína recém-sintetizada ( $ p. 31). Contudo, a proteína está longe da sua forma final porque agora a cadeia de aminoácidos pode: 1. dobrar-se em várias formas tridimensionais; 2. criar ligações cruzadas entre regiões diferentes da sua cadeia de aminoácidos; 3. ser clivada (cortada) gerando fragmentos; 4. ligar-se a outras moléculas ou grupos; 5. reunir-se com outras cadeias de aminoácidos formando uma proteína polimérica (que possui várias partes). O dobramento das proteínas cria a sua estrutura terciária. A clivagem da cadeia de aminoácidos, a ligação de moléculas ou grupos e as ligações cruzadas são os três tipos gerais de modificação pós-traducional, que são as mudanças que ocorrem na molécula da proteína depois da tradução. Mais de 100 tipos diferentes de modificação pós-traducional já foram descritos. A união de proteínas em polímeros cria a estrutura quaternária da proteína.

Dobramento da proteína Os peptídeos liberados dos ribossomos são livres para assumir sua forma tridimensional final. Cada peptídeo primeiro forma sua estrutura secundária, que pode ser uma ex-hélice ou uma folha í3-pregueada ( $ p. 31). A molécula então se dobra em sua forma final quando ligações de hidrogênio, ligações covalentes e iônicas se formam entre os aminoácidos da cadeia. Estudos mostram que alguns dobramentos das proteínas ocorrem espontaneamente, mas muitas vezes são facilitados por proteínas auxiliares denominadas chaperonas moleculares. A forma tridimensional das proteínas muitas vezes é essencial para sua função adequada. As proteínas desdobradas, junto com outras proteínas que a célula deseja destruir, são marcadas com uma proteína denominada ubiquitina e enviadas aos proteossomos, complexos enzimáticos citoplasmáticos cilíndricos que degradam proteínas ( $ p. 63). Ligação cruzada Alguns dobramentos das proteínas são mantidos no lugar por ligações de hidrogênio e ligações iônicas relativamente fracas. Contudo, outras proteínas formam ligações covalentes fortes entre diferentes partes da cadeia de aminoácidos. Estas ligações muitas vezes são ligações dissulfeto (S-S) entre dois aminoácidos que contêm átomos de enxofre (metionina e cisteína). Por exemplo, as três cadeias da enzima digestória quimotripsina são mantidas unidas por ligações dissulfeto ( $ Fig. 2-17, p. 41). Clivagem Algumas proteínas biologicamente ativas, como enzimas e hormônios, são inicialmente sintetizadas como moléculas inativas que devem ter segmentos removidos antes de tornarem-se ativas. A enzima quimotripsina, apresentada na Figura 2-17 ($ p. 41), deve ter dois pequenos fragmentos de peptídeos removidos antes de poder catalisar uma reação. O processamento pós-traducional de hormônios peptídeos é discutido no Capítulo 7.

Fisiologia Humana

125

Núcleo Ribossomo Peroxissomos RNAm

O

DNA-

Proteína direcionada

Cadeia de aminoácidos em crescimento

Mitocôndria Proteína citosólica

Poro nuclear

O RNAm é transcrito a partir dos genes do DNA.

O RNAm deixa o núcleo e liga-se aos ribossomos citosólicos, iniciando a tradução e a síntese proteica.

Retículo endoplasmático

Algumas proteínas são liberadas por ribossomos livres no citosol ou são direcionadas para organelas específicas.

Vesícula transportadora

Ribossomos ligados ao RE rugoso direcionam as proteínas destinadas a serem empacotadas para o lúmen do RE rugoso.

Aparelho de Golgi eis Transporte Golgi-RE retrógrado

As proteínas são modificadas à medida que passam pelo lúmen do RE.

As vesículas transportadoras levam as proteínas do RE para o aparelho de Golgi.

As cisternas do Golgi migram da face eis em direção à membrana celular.

Vesícula Lisossomo ou vesícula de armazenamento

Algumas vesículas brotam da cisterna e movem-se de um modo retrógrado.

Aparelho de Golgi trans

Na face trans, algumas vesículas brotam para formar lisossomos.

Citosol • Membrana celular

•

FIGURA 4-29

Espaço extracelular

Modificação pós-traducional e a rota secretora.

Outras vesículas tomam-se vesículas secretoras que liberam seus conteúdos no lado externo da célula.

4

126

Dee Unglaub Silverthorn

Adição de outras moléculas ou grupos As proteínas podem ser modificadas pela adição de açúcares (glicosilação) formando glicoproteínas, ou por combinação com os lipídeos para formar lipoproteínas ( ~ p. 33). Os dois grupos químicos mais comuns adicionados às proteínas são o grupo fosfato, P04 2 - e o grupo metila, - CH3 • (A adição de um grupo metila é denominada metilação.) Combinação para formar proteínas poliméricas Muitas proteínas complexas têm uma estrutura quaternária com várias subunidades, na qual as cadeias de proteínas são reunidas formando dímeros, trímeros ou tetrâmeros. Um exemplo é a enzima lactato desidrogenase, descrita na página 100. Outro exemplo é a hemoglobina, molécula que possui quatro cadeias de proteína, mostrada na Figura 2-9 ( ~ p. 31). R VISANDO CONCEITOS Como a remoção de um grupo fosfato é denominada? 33. Liste três tipos gerais de modificação pós-traducional das proteínas. 34. A hemoglobina é um monômero, dímero, trímero ou tetrâmero 7 Respostas: p. 131

As proteínas são modificadas e empacotadas no aparelho de Golgi Muitas proteínas sofrem modificação pós-traducional no retículo endoplasmático. Uma vez que uma proteína entra no lúmen do RE, a sequência-sinal é removida enzimaticamente. A proteína então está pronta para ser modificada (Fig. 4-29, @).Depois dos segmentos terem sido clivados ou adicionadas moléculas, as proteínas são empacotadas em pequenas vesículas transportadoras delimitadas por membrana que brotam do retículo endoplasmático @ . Essas vesículas cruzam o citosol para a face ds (eis-, deste lado de) do apare-

lho de Golgi, onde elas se fundem em sacos achatados denominados cisternas (dsterna, um reservatório) e liberam seus conteúdos no lúmen das cisternas. As cisternas individuais com suas proteínas incluídas migram afastando-se do núcleo, da face-eis para a face-trans [trans, através] do aparelho de Golgi (Fig. 4-29, ®). Durante este período de trânsito, as proteínas podem continuar sendo modificadas por enzimas no lúmen do Golgi. Quando finalmente a cisterna alcança a face trans do Golgi, a vesícula preenchida com a proteína brota (Fig. 4-28, etapas 9 e 10). Algumas vesículas se movem para trás (da face-trans para a face-eis) para entregar proteínas ao retículo endoplasmático ou para outra cisterna (Fig. 4-29, @).Outras vesículas são destinadas a se tornarem lisossomos, vesículas de armazenamento intracelular ou vesículas secretoras, dependendo dos seus conteúdos. As vesículas de armazenamento e os lisossomos afastam-se do aparelho de Golgi em direção a outras partes do citoplasma @ . As vesículas secretoras movem-se para a membrana celular, onde se fundem e liberam seus conteúdos no espaço extracelular @. Os diversos modos pelos quais as proteínas podem ser modificadas depois da síntese aumentam a complexidade do proteoma humano. Devemos saber não apenas a sequência da proteína, mas também como ela é processada, onde a proteína está presente, dentro ou fora da célula, e o que ela faz. Cientistas que trabalharam no Projeto Genoma Humano previram inicialmente que nosso DNA codificaria cerca de 30.000 proteínas, mas eles não estavam levando em consideração a junção alternativa ou as modificações pós-traducionais. Cientistas que estão trabalhando no Human Proteomics Initiative estão prevendo que encontraremos mais do que um milhão de proteínas diferentes. A magnitude deste projeto significa que ele continuará por muitos anos no futuro.

Doença de Tay-Sachs No problema apresentado, você aprendeu que a doença de Tay-Sachs é um distúrbio genético recessivo incurável no qual a enzima que degrada os gangliosídeos está ausente nas células. Um em cada 27 norte-americanos descendentes de judeus da Europa Oriental são portadores do gene dessa doença. Você também aprendeu que um exame de sangue pode detectar a presença deste gene mortal.

1

Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir. Para ler mais sobre a doença de Tay-Sachs, veja a página de referência do NIH (www.ninds.nih.gov/disorders/taysechs/taysachs.html) ou o website da National Tay Sachs & Allied Diseases Associat ion (www.ntsad.org).

QUESTÃO

FATO

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Cite outro sintoma da doença de Tay-Sachs além da perda do controle muscular e da função cerebral?

A hexosaminidase A quebra os gangliosideos. Na doença de Tay-Sachs, esta enzima está ausente, e os gangliosídeos se acumulam nas células, incluindo células do olho sensíveis à luz, e causam o seu funcionamento anormal.

Danos às células do olho sensíveis à luz podem causar problemas de visão e até cegueira.

127

Fisiologia Humana

2

QUESTÃO

FATO

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Como você poderia testar se Sarah e David são portadores do gene de Tay-Sachs?

Portadores do gene possuem níveis mais baixos que o normal da hexosaminidase A.

Realizar testes para determinar o nível médio das enzi mas em portadores conhecidos da doença (ou sej a, pessoas que são pais de crianças com doença de Tay-Sachs) e em pessoas que possuem pequena probabilidade de serem portadores. Comparar os níveis das enzimas dos portadores suspeitos com as médias dos portadores conhecidos e não portadores.

3

Por que o novo teste para o gene Tay-Sachs é mais preciso do que o teste antigo?

O novo teste detecta o gene defeituoso. O teste antigo analisa os níveis da enzima que é codificada pelo gene.

O novo teste é um modo direto de verif icar se uma pessoa é portadora. O teste antigo era um modo indireto. É possível que outros fatores, que não o gene defeituoso, alterem os níveis da enzima de uma pessoa. Você consegue pensar em a lgum? (Ver respostas no final do capítulo.)

4

O gene Tay-Sachs é um gene recessivo (t). Qual é a chance do fi lho de um portador (Tt) e de um não portador (TT) ser portador?

Tt x TT resu lta na seguinte prole: TT Tt TTTt

Cada filho tem 50% de chance de ser um portador (Tt).

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RESUMO DO CAPÍTULO O tema principal deste capítulo é a energi.a nos sistemas biológi.cos e como ela é adquirida, transferida e utilizada para realizar trabalho biológico. A energia é armazenada em biomoléculas grandes, como as gorduras e o glicogênio, e é extraída delas por processos do metabolismo. Reações e processos que requerem energia muitas vezes a extraem da ligação de alta energia do ATP, um padrão que você verá ser repetido à medida que aprender mais sobre os sistemas de órgãos do corpo. Outros temas no capítulo envolvem dois tipos de relação estrutura-função: as interações moleculares e a compartimentalização. As interações moleculares são importantes para as enzimas, onde a habilidade de uma enzima de se ligar ao seu substrato influencia a atividade da enzima. A compartimentalização permite às células direcionarem o fluxo de energia. A glicólise ocorre no citosol da célula, mas o ciclo do ácido cítrico é isolado dentro das mitocôndrias, requerendo o transporte de materiais através da membrana mitocondrial. A modulação da atividade enzimática e a separação das rotas em compartimentos subcelulares são essenciais para a organização e separação dos processos metabólicos.

A energia nos sistemas biológicos 1. A energia é a capacidade de realizar trabalho. O trabalho químico possibilita que as células e o organismo cresçam, reproduzam e realizem suas atividades normais. O trabalho de transporte permite que as células movimentem moléculas para criar

gradientes de concentração. O trabalho mecânico é usado para o movimento. (p. 95-96) 2. A energia cinética é a energia do movimento. A energia potencial é a energia armazenada. (p. 96; Fig. 4-2)

Reações químicas 3. Uma reação química inicia com um ou mais reagentes e termina com um ou mais produtos (Tabela 4-2). A taxa da reação é medida como a mudança na concentração dos produtos com o tempo. (p. 97) 4. A energia armazenada nas ligações químicas de uma molécula e disponível para realizar trabalho é a energia livre da molécula. (p. 97) 5. A energia de ativação é o aporte inicial de energia exigido para começar uma reação. (p. 98; Fig. 4-3) 6. As reações exergônicas são produtoras de energia. As reações endergônicas são consumidoras de energia. (p. 98-99; Fig. 4-4) 7. As rotas metabólicas acoplam reações exergônicas às reações endergônicas. (p. 99; Fig. 4-5) 8. A energia necessária para as reações endergônicas é armazenada no ATP. (p. 99) 9. Uma reação que pode ocorrer em ambas as direções é denominada reação reversível. Se uma reação pode ocorrer em uma

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direção, mas não em outra, ela é uma reação irreversível. A variação líquida da energia livre de uma reação determina se essa reação pode ser revertida. (p. 100)

Produção de ATP Muscular: metabolismo do músculo 21. Na glicólise, uma molécula de glicose é convertida em duas mo-

Enzimas 10. As enzimas são catalisadores biológicos que aceleram a taxa das

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reações químicas sem serem modificadas. Em reações catalisadas por enzimas, os reagentes são denominados substratos. (p. 100) Como outras proteínas que se unem a ligantes, as enzimas exibem saturação, especificidade e competição. Isoenzimas relacionadas podem ter atividades diferentes. (p. 100) Algumas enzimas são produzidas como precursores inativos e precisam ser ativadas. Isso pode necessitar a presença de um cofator. Cofatores orgânicos são denominados coenzimas. (p. 101) A atividade enzimática é alterada por temperatura, pH e moléculas moduladoras. (p. 101) As enzimas trabalham diminuindo a energia de ativação de uma reação. (p. 102; Fig. 4-8) Reações reversíveis tendem a um estado de equilíbrio, no qual a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa. (p. 102; Fig. 4-9) As reações reversíveis obedecem à lei de ação das massas: quando uma reação está em equilíbrio, a proporção entre substratos e produtos é sempre a mesma. Se a concentração de um substrato ou produto muda, o equilíbrio será alterado. (p. 103; Fig. 4-9) Muitas reações podem ser classificadas como reações de oxidação-redução, hidrólise-desidratação, adição-subtração-troca ou reações de ligação. (p. 103-104; Tabela 4-4)

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léculas de piruvato, dois ATP, dois NADH e dois H+. A glicólise não requer a presença de oxigênio. (p. 107-108; Fig. 4-14) No metabolismo anaeróbio, o piruvato é convertido em lactato com um rendimento líquido de dois ATP para cada molécula de glicose. (p. 109; Fig. 4-15) O metabolismo aeróbio do piruvato no ciclo do ácido cítrico produz ATP, dióxido de carbono, água e elétrons de alta energia capturados por NADH e FADH2 • (p. 110-111; Fig. 4-16) Elétrons de alta energia de NADH e FADH2 liberam sua energia à medida que passam através do sistema transportador de elétrons. Sua energia é armazenada nas ligações de alta energia do ATP. (p. 111-112; Fig. 4-17) As proteínas podem ser degradadas em aminoácidos, os quais são então desaminados para produzir intermediários que entram nas rotas aeróbias para produção de ATP. (p. 114; Fig. 4-19)

26. O glicogênio e os lipídeos são as principais moléculas de armaze-

namento de energia nos animais. Os lipídeos são degradados para produzir de ATP no processo de ~-oxidação. (p. 115; Fig. 4-20)

Rotas de síntese 27. Na gliconeogênese, os aminoácidos e o glicerol podem ser convertidos em glicose. (p. 116-117; Fig. 4-22) 28. A síntese de lipídeos e de colesterol requer acetil CoA. (p. 117; Fig. 4-23) 29. A síntese de proteínas é controlada por genes nucleares cons-

Metabolismo 18. Todas as reações químicas no corpo são conhecidas coletiva-

mente como metabolismo. As reações catabólicas liberam energia e degradam biomoléculas grandes. As reações anabólicas requerem um aporte líquido de energia e sintetizam grandes biomoléculas. (p. 105) 19. As células regulam o fluxo de moléculas em suas rotas metabólicas por (1) controlar a concentração de enzimas, (2) produzir moduladores alostéricos e covalentes, (3) usar diferentes enzimas para catalisar reações reversíveis, (4) isolar enzimas em organelas intracelulares, ou (5) manter uma proporção ideal entre ATP e ADP. (p. 105-106) 20. As rotas aeróbias requerem oxigênio e produzem a maior parte do ATP. As rotas anaeróbias podem ocorrer sem a presença de oxigênio, porém produzem ATP em quantidades muito menores. (p. 107)

tituídos de DNA. O código representado por uma sequência de bases no gene é transcrito em um código de bases complementares no RNA mensageiro. A junção alternativa do RNAm no núcleo permite que um gene codifique múltiplas proteínas. (p. 122-123; Fig. 4-27) 30. O RNAm deixa o núcleo e vai para o citosol onde, com o auxílio do RNA transportador e do RNA ribossômico, agrupa aminoácidos em uma sequência designada. Este processo é denominado tradução. (p. 123; Fig. 4-28) 31. A modificação pós-traducional converte a proteína recém-sintetizada em sua forma final. (p. 124) 32. As proteínas podem ser modificadas no retículo endoplasmático rugoso ou no aparelho de Golgi. No aparelho de Golgi, elas são empacotadas dentro de vesículas membranosas que se tornam lisossomos, vesículas de armazenamento ou vesículas secretoras. (p. 126; Fig. 4-29)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

4. A soma de todos os processos químicos pelos quais as células obtêm e armazenam energia é denominada .

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS

5. Na reação C02 + H20 ~ H2C0 3, água e dióxido de carbono são os e H 2C03 é o produto. Como esta reação é catalisada por uma enzima, também é apropriado denominar a água e o dióxido de carbono . A velocidade na qual esta reação ocorre é denominada da reação, muitas vezes expressa como molaridade/segundo.

1. Liste as três formas básicas de trabalho e dê um exemplo fisiológico de cada um.

2. Explique a diferença entre energia potencial e energia cinética. 3. Explique as duas leis da termodinâmica com suas próprias palavras.

Fisiologia Humana

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são moléculas de proteína que aceleram as reações químicas por (aumentar ou diminuir?) a energia de ativação da reação. Relacione cada definição na coluna da esquerda com o termo correto na coluna da direita (você não usará todos os termos): (a) exergônica 1. reação que pode ocorrer em (b) endergônica qualquer direção 2. reação que libera energia (c) energia de ativação 3. capacidade de uma enzima de (d) reversível (e) irreversível catalisar uma reação, mas não outra (f) especificidade 4. impulso energético necessário (g) energia livre para que a reação inicie (h) saturação Desde 1972, as enzimas têm sido designadas pela adição do suao seu nome. fixo Moléculas orgânicas que devem estar presentes para que a enzima funcione são denominadas . Os precursores destas da nossa dieta. moléculas orgânicas vêm das Em uma reação de oxidação-redução, em que os elétrons são transferidos entre as moléculas, a molécula que ganha um elétron é denominada , e a que perde um elétron é denominada . A remoção de H20 das moléculas reagentes é denominada ____ . O uso de H 20 para degradar polímeros, como o amido, é denominado . A remoção de um grupo amino (-NH2) de uma molécula (como um aminoácido) é denominada . A transferência de um grupo amino de uma molécula para o esqueleto de carbono de uma outra molécula (para formar um aminoácido diferente) . O que acontece com o grupo amino é denominada removido de um aminoácido? No metabolismo, reações liberam energia e resultam na quebra de biomoléculas grandes, e reações requerem entrada líquida de energia e resultam na síntese de grandes biomoléculas. Em que unidades podemos medir a energia do metabolismo? A regulação metabólica na qual o último produto de uma rota metabólica (o produto final) se acumula e reduz a velocidade ou interrompe a reação num passo inicial da via é denominada ----· Explique como o movimento do H+ através da membrana mitocondrial interna resulta na síntese de ATP. Liste as duas moléculas transportadoras que entregam os elétrons de alta energia ao sistema transportador de elétrons. A degradação dos lipídeos para obter energia é denominada _ _ _ _ _ . A cadeia longa dos ácidos graxos é degradada em moléculas de acetil COA de dois carbonos por uma rota denominada . Em que rota as moléculas de acetil CoA se unem para produzir ATP? Quantas quilocalorias por grama são armazenadas em carboidratos, proteínas e lipídeos? Quais organelas celulares estão envolvidas na síntese de lipídeos?

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 20. Crie mapas usando os seguintes termos.

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Mapa 1: Metabolismo Mapa 2: Síntese de proteínas bases (A, C, G, T, U) acetil CoA ácidos graxos códon de iniciação água códon de terminação aminoácidos DNA ATP éxon ciclo do ácido cítrico fatores de transcrição citosol fita codificadora C02 gene elétrons de alta energia íntron junção alternativa FADH2 glicerol pareamento de bases glicogênio promotor glicólise RNA polimerase gliconeogênese RNA glicose Processamento do RNA transcrição lactato mitocôndria NADH ox1gen10 piruvato sistema transportador de elétrons - qu1m1ca, , . 21. Quando as ligações são rompidas durante uma reaçao quais são os três possíveis destinos da energia potencial encontrada nestas ligações? 22. Relacione cada processo metabólico com o tema biológico que melhor descreve o processo: (a) uso da energia bio1. A glicólise ocorre no citosol; a fosforilação oxidativa ocorre na lógica mitocôndria. (b) compartimentali2. O sistema transportador de zação elétrons captura energia em um (c) interações molecugradiante de concentração do lares íon hidrogênio. 3. As proteínas são modificadas no retículo endoplasmático. 4. As reações metabólicas muitas vezes são acopladas à reação ATP ~ ADP + Pi. 5. Algumas proteínas possuem ligações S- S entre aminoácidos não adjacentes. 6. As enzimas catalisam as reações biológicas. 23. Explique por que é vantajoso para uma célula armazenar ou secretar uma enzima em uma forma inativa. 24. Compare o rendimento de energia da quebra aeróbia da glicose em C0 2 e H 20 com o rendimento de uma glicose degradada pela glicólise anaeróbia terminando com lactato. Quais são as vantagens de cada rota? 25. Qual é a vantagem de converter glicogênio em glicose 6-fosfato, ao invés de em glicose? 26. Descreva brevemente o processo de transcrição e tradução. Que organelas estão envolvidas em cada processo? 27. Em quais moléculas aparecem os anticódons? Explique o papel desta molécula na síntese proteica. 28. A energia de uma ligação fosfato de ATP é um exemplo de energia potencial ou de energia cinética? 29. Se o ATP libera energia para impulsionar uma reação química, você suspeitaria que a energia de ativação desta reação é grande ou pequena? Explique. •

A

'

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NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 30. As células epiteliais de transporte no intestino não usam a glicose como sua fonte primária de energia. Ao invés disso, que moléculas elas podem usar? 31. Dada a seguinte fita de DNA, liste toda a sequência de bases que apareceriam no pareamento com o RNAm. Para as trincas sublinhadas, sublinhe o códon do RNAm correspondente. Então dê os anticódons do RNAt apropriados e os aminoácidos para os quais estas quatro trincas são o código. DNA:CGCTACAAGTCAGGTACCGTAACG RNAm: Anticódons: Aminoácidos:

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 32. O gráfico mostra a variação de energia livre para a reação A + B -7 D. Esta é uma reação endergônica ou exergônica?

t

~

A+B

>

D

~

·[2l Q)

e: w

Tempo - 33. Se a porção codificadora de proteína de um segmento de RNAm processado tem 450 bases, quantos aminoácidos estarão no polipeptídeo correspondente? (Dica: o códon de iniciação é traduzido em um aminoácido, mas o códon de terminação, não.)

RESPOSTAS

J"Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 95 1. Aminoácidos e nucleotídeos sempre contêm nitrogênio. Página 97 2. A energia no corpo é armazenada em ligações químicas e em gradientes de concentração. 3. A energia cinética é a energia do movimento: alguma coisa está acontecendo. A energia potencial é a energia armazenada: alguma coisa está esperando para acontecer. 4. A entropia é um estado de aleatoriedade ou desordem. Página 100 5. As reações endergônicas consomem energia; as reações exergônicas liberam energia. 6. Os reagentes são o bicarbonato de sódio e o vinagre; o produto é o dióxido de carbono. 7. A efervescência indica que a energia está sendo liberada, então esta é uma reação exergônica. A grande quantidade de energia liberada indica que a reação não é facilmente reversível. Página 102 8. A presença de isoenzimas permite que uma reação possa ser catalisada em uma variedade de condições. 9. As quatro cadeias de proteínas representam o nível quaternário da estrutura da proteína. Página 103 10. A concentração de ácido carbônico aumenta. Página 104 11. Os substratos são lactose (lactase), peptídeos (peptidase), lipídeos (lipase) e sacarose (sacarase). 12. (a) 3; (b) 2; (c) 4; (d) 1. Página 107 13. As células regulam o movimento dos substratos (1) controlando a quantidade de enzimas, (2) produzindo moduladores alostéricos e covalentes, (3) usando duas enzimas diferentes para catalisar reações reversíveis, (4) isolando enzimas dentro de organelas

intracelulares e (5) alterando a proporção entre ADP e ATP na célula. 14. No ATP, a energia é retida e armazenada em uma das três ligações fosfato. No NADH, a energia é armazenada em elétrons de alta energia. 15. As rotas aeróbias requerem quantidades suficientes de oxigênio molecular (02 ) na célula. As rotas anaeróbias podem ocorrer sem ox1gen10. •

A

•

Página 107 16. (a) 4; (b) 2, 5; (c) 2, 5; (d) 1, 3. Página 108 17. As reações endergônicas retêm energia nos produtos. 18. A glicólise é uma via endergônica líquida. Página 110 19. (a) As reações obviamente exergônicas liberam energia que pode ser capturada pelo ATP ou NADH: gliceraldeído 3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato; 1,3-bifosfoglicerato em 3-fosfoglicerato; fosfoenolpiruvato em piruvato. (b) As reações obviamente endergônicas requerem aporte de energia do ATP: glicose em glicose 6-fosfato; frutose 6-fosfato em frutose 1,6-bifosfato. (c) As cinases adicionam um grupo fosfato: glicose em glicose 6-fosfato; frutose 6-fosfato em frutose 1,6 bifosfato; gliceraldeído 3-fosfato em 1,3 bifosfoglicerato. (d) Desidrogenases removem um elétron e um átomo de hidrogênio. Na etapa de gliceraldeído 3-fosfato em 1,3-bifosfoglicerato, o NAD+ adquire um elétron e um H, sugerindo que esta etapa é catalisada por uma desidrogenase. (e) As reações de desidratação produzem água como um dos produtos: 2-fosfoglicerato em fosfoenolpiruvato. 20. A lactato desidrogenase atua no lactato removendo um elétron e um átomo de hidrogênio. Este processo é chamado de oxidação.

Página 112 21. A fosforilação é a adição de um grupo fosfato. A fosforilação oxidativa adiciona um grupo fosfato ao ADP com uma ligação de alta energia. 22. A transferência de elétrons é exergônica.

Fisiologia Humana

Página 113 23. O metabolismo anaeróbio da glicose pode acontecer na ausência de oxigênio; o metabolismo aeróbio requer oxigênio. O metabolismo anaeróbio produz dois ATP por glicose; o metabolismo aeróbio tem um rendimento máximo de 30 a 32 ATP. 24. O oxigênio atua como um aceptor de elétrons e de íons hidrogênio no ponto final do sistema transportador de elétrons. 25. De acordo com a teoria quimiosmótica, a energia é retida em um gradiante de concentração do íon hidrogênio e liberada seletivamente à medida que os íons atravessam a membrana que separa a matriz mitocondrial do espaço intermembrana. Página 116 , 26. E mais provável que a digestão seja uma reação de hidrólise porque grandes moléculas são divididas em moléculas menores pela adição de água. 27. As desaminases removem aminoácidos. Página 117 28. A hexocinase adiciona um grupo fosfato; a glicose 6-fosfatase remove um grupo fosfato. Página 122 29. As trincas do DNA são ATT, ATC e ACT. 30. A RNA polimerase produz polímeros de RNA. Página 123 31. Durante o processamento do RNAm, as sequências de bases chamadas de íntrons são removidas do RNAm. Os segmentos restantes, os éxons, são unidos novamente e fornecem o código para uma proteína. Página 126 32. A remoção de um grupo fosfato é uma desfosforilação. 33. Os três tipos de modificação pós-traducional são clivagem, adição de grupos e ligação cruzada. 34. A hemoglobina é um tetrâmero porque contém quatro cadeias de proteínas.

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Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 100 Fig. 4-6: O gráfico mostra uma reação endergônica. Página 101 Fig. 4-7: Quando o pH diminui de 8 para 7,4, a atividade da enzima aumenta. Página 107 Fig. 4-12: A enzima é a glicose-6-fosfatase. Página 114 Fig. 4-20: 1. A reação (b) é uma reação de hidrólise, assim como a reação (a). 2. Hidrolases adicionam água. Página 118 Fig. 4-23: Em sua maioria, os ácidos graxos possuem um número par de carbonos porque são constituídos de unidades acil de dois carbonos. Alguns ácidos graxos com números de carbonos incomuns são encontrados em organismos marinhos.

Respostas para a questão de ··solucionando o problema'' Página 127 Questão 3. Fatores além do defeito no gene que podem alterar os níveis da enzima incluem a diminuição da síntese da proteína ou o aumento da degradação da proteína na célula. Tais mudanças ocorreriam mesmo que o gene fosse normal.

4

•

A

•

1nam1ca ranas

Balanço de massa e homeostase 133

A excreção remove as substâncias do corpo 134 Homeostase não significa equ ilíbrio 136 O transporte ocorre dentro e entre os compartimentos

Difusão 136 A difusão utiliza somente a energ ia do movimento molecular 139 As molécu las lipofílicas podem difundir-se através da bicamada f osfo 1i p ídica

Transporte mediado por proteínas 141

143 144

145 146

148

As proteínas da membrana funcionam como proteínas estruturais, enzimas, receptores e transportadores As proteínas canal formam passagens abertas preenchidas com água As proteínas carreadoras mudam a sua conformação para transportar moléculas A difusão faci litada utilizada proteínas carreadoras O transporte ativo transporta substâncias contra seus gradientes de concentração O transporte mediado por carreadores apresenta especif icidade, competição e saturação

Transporte vesicular

154 A exocitose libera moléculas mu ito grandes para as proteínas transportadoras

Transporte epitelial 155

O transporte epitelial pode ser paracelular ou transcelular 156 O transporte transcelular da glicose util iza proteínas de membrana 157 A transcitose utiliza vesícu las para atravessar um epitélio

Osmose e tonicidade 158

O corpo é constitu ído principa lmente por água 159 O corpo está em equilíbrio osmótico 159 A osmolaridade descreve o número de partículas em uma solução 161 A ton icidade de uma solução descreve a mudança de volume de uma célula colocada nesta solução

Potencial de membrana em repouso 164 Revisão de eletricidade 165 A membrana celular permite a separação de cargas elétricas 167 O potencia l de membrana em repouso é devido principalmente ao potássio 169 Mudanças na permeabilidade iôn ica alteram o potencial de membrana

Processos integrados da membrana: secreção de insulina

152 A fagocitose forma vesículas usando o citoesq u e 1eto 152 A endocitose forma vesícu las menores

CONHECIMENTOS BÁSICOS Molécu las polares e apoiares: 25 Estrutura de lipídeos e proteínas: 31 Junções celulares: 72 Molaridade: 37 Soluções: 36 Estrutura da membrana: 56 Citoesqueleto: 66 Tipos de epitélio: 74 Enzimas: 100

Existem controvérsias sobre o arranjo preciso das moléculas nas membranas celulares.

-Robert D. DeVoe, em

Mountcastle~sMedical

Physiology, 1974

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

133

Entrada

Fibrose cística Há cerca de 100 anos, parteiras realizavam um teste incomum em crianças que elas ajudaram a nascer: a parteira lambia a testa do recém-nascido. Um sabor salgado significava que a criança estava destinada a morrer de uma doença misteriosa que emagrecia e dificultava a respiração. Hoje, um "teste de suor" parecido será real izado em um grande hospital - desta vez com técnicas sofisticadas - em Daniel Biller, uma criança de dois anos de idade com uma história de perda de peso e problemas respiratórios. O nome da misteriosa doença? Fibrose cística.

li

Para manter o nível constante, a saída deve ser igual à entrada.

5 144

156

161

165

171 Saída

•

os anos de 1960, um grupo de historiadores obtiveram um cacho do cabelo de Napoleão Bonaparte e o enviaram para análise química na tentativa de demostrar que ele tinha morrido envenenado. Em algum lugar no bairro Little Italy em Manhattan, um grupo de amigos saboreava um delicioso jantar e brincava sobre o odor de alho .... em seus hálitos. A primeira vista, estes dois cenários parecem ter pouco em comum, mas na realidade o cabelo de Napoleão e o hálito de alho são demonstrações de como o corpo humano funciona para manter o balanço que denominamos homeostase.

BALANÇO DE MASSA E HOMEOSTASE Você aprendeu no capítulo anterior que o corpo é um sistema aberto que troca calor e materiais com o meio externo. Para manter um estado de homeostase - que significa um meio interno relativamente constante-, o corpo utiliza o princípio do balanço de massa. A lei do balanço de massa diz que, se a quantidade de uma substância no corpo deve ser mantida constante, qualquer ganho deve ser compensado por uma perda igual (Fig. 5-1 e ). Por exemplo, para manter a concentração do corpo constante, a perda de água para o meio externo (saída) deve ser compensada pela ingestão de água do meio externo e pela produção metabólica de água (entrada). Outras substâncias, cujas concentrações são mantidas pelo balanço de massa, incluem oxigênio e dióxido de carbono, sais e íons hidrogênio (pH). A lei do balanço de massa é resumida pela seguinte equação: Quantidade total (ou massa) da substância x no corpo = ingestão + produção - excreção - metabolismo Embora a maioria das substâncias que entram no corpo seja proveniente do meio externo, algumas (como o dióxido de carbono) podem ser produzidas internamente pelo metabolismo (Fig. 5-2 e ). Em geral, a água e os nutrientes entram no corpo como comida e bebida absorvidas no intestino. O oxigênio e outros gases e as moléculas voláteis

FIGURA 5-1

O balanço de massa é um sistema aberto.

entram pelos pulmões, e poucas substâncias químicas lipossolúveis chegam ao meio interno penetrando a barreira da pele [ $ p. 86]. Para manter o balanço de massa, o corpo tem duas opções para a saída. A opção mais fácil é simplesmente excretar o material. A excreção é definida como a eliminação de material do corpo, e em geral ocorre pela urina, pelas fezes, pelos pulmões ou pela pele. Por exemplo, o dióxido de carbono produzido durante o metabolismo é excretado pelos pulmões. Muitas substâncias estranhas que entram no corpo, como medicamentos e aditivos artificiais dos alimentos, são excretados pelo fígado e pelos rins. Qualquer substância estranha no corpo é chamada de xenobiótica da palavra grega xenos, um estranho. Uma segunda opção para manter o balanço de massa é metabolizar a substância transformando-a em uma substância diferente. Os nutrientes que entram no corpo se tornam substratos iniciais em rotas metabólicas, como você aprendeu no Capítulo 4. O metabolismo converte o nutriente original em uma substância diferente mas ao fazer isso cria um novo desequilíbrio do balanço de massa por adicionar mais do metabólito ao corpo. (Metabólito é um termo geral para qualquer produto produzido em uma rota metabólica.)

A excreção remove as substâncias do corpo A taxa na qual uma molécula desaparece do corpo por excreção, metabolismo ou ambos é denominada depuração da molécula. A expressão quantitativa da depuração será apresentada no Capítulo 19, mas será mais fácil entender esta discussão se você já sabe que o rim é apenas um órgão dos vários que removem solutos do corpo. O fígado é o outro principal órgão envolvido na remoção de materiais, especialmente os xenobióticos. Os hepatócitos (hepaticus, pertencente ao fígado + cito, célula), ou células do fígado, metabolizam diversos tipos diferentes de moléculas, incluindo hormônios e medicamentos. Os metabólitos resultantes podem ser se-

134

Dee Unglaub Silverthorn

Entrada

Excreção

(através do intestino, dos pulmões, da pele)

(pelos rins, fígado, pulmões, pele)

50 g de glicose/1.000 mL de solução x 2 mL de solução/min = 0,1 g de glicose/min

MASSA ........,.., CORPORAL

Metabolismo gerando uma substância nova

Produção metabólica

Lei do Balanço de Massa

Balanço de massa

•

Massa existente no corpo

+

Entrada ou produção metabólica

Excreção ou remoção metabólica

FIGURA 5-2 Balanço de massa corporal. Os materiais entram no corpo por várias rotas ou são produzidos pelo metabolismo. Os materiais deixam o corpo via excreção ou pelo metabolismo.

cretados no intestino e excretados nas fezes ou liberados no sangue e excretados pelos rins. A saliva, o suor, o leite materno e o cabelo também contêm solutos que foram removidos do corpo. A secreção do hormônio cortisol na saliva fornece uma fonte fácil não invasiva do hormônio para monitoramento do estresse crônico. Medicamentos e álcool excretados no leite materno são importantes, porque um bebê amamentado ingerirá estas substâncias. A análise do cabelo pode ser usada para testar se existe arsênico no corpo, e as análises feitas nos anos de 1960 mostraram que o cabelo de Napoleão Bonaparte continha concentrações significativas deste veneno. (A questão que permanece é se Napoleão foi assassinado, envenenado acidentalmente ou morreu de câncer no estômago.) Os pulmões removem materiais voláteis lipossolúveis do sangue quando estas substâncias passam para as vias aéreas e são expelidas durante a respiração. Um exemplo cotidiano da remoção realizada pelo pulmão é o "hálito de alho". O etanol também é removido pelos pulmões, e o álcool exalado é a base do teste do "bafômetro" usado pela polícia. A depuração em geral é expressa como um volume de plasma sanguíneo do qual foi removida a substância x por unidade de tempo. Por essa razão, a depuração é apenas uma meção indireta de quanto da substância x foi eliminado. Uma maneira mais direta é o fluxo de massa: Fluxo de massa (quantidade x/min)

O fluxo de massa pode ser usado para determinar a taxa de entrada, saída ou produção de x. Por exemplo, suponha que uma pessoa recebe uma infusão intravenosa de uma solução de glicose tendo uma concentração de 50 gramas de glicose por litro. Se esta infusão é dada a uma taxa de 2 mililitros por minuto, o fluxo de massa de glicose é:

concentração fluxo de volume (quantidade x/vol) x (vol/min)

O fluxo de massa aplica-se não apenas para a entrada, produção e remoção de substâncias, mas também para o movimento de substâncias de um compartimento do corpo para outro. Recorde do Capítulo 3 [$ p. 54], que podemos dividir o corpo em dois compartimentos principais: os líquidos extracelular e intracelular. Os materiais entram no corpo atravessando um epitélio, e em seguida se tornam parte do líquido extracelular. Como a substância será distribuída depois disso depende de se ela pode cruzar ou não a barreira da membrana celular e entrar na célula. REVISANDO CONCEITOS 1. Se uma pessoa ingere 12 miligramas de sal em um dia e excreta 11 miligramas dele na urina, o que acontece com o 1 miligrama restante? 2. A glicose é aerobiamente metabolizada em C02 e água. Explique o efeito deste metabolismo da glicose no balanço de massa no corpo. Respostas: p. 176

Homeostase não significa equilíbrio Quando os fisiologistas falam em homeostase, eles estão, muitas vezes, falando da estabilidade do meio interno do corpo - em outras palavras, a estabilidade do compartimento líquido extracelular (LEC), que consiste no plasma sanguíneo e no líquido intersticial [ ~ Fig. 3-2, p. 56]. Uma razão para enfocar a homeostase do líquido extracelular é que este é relativamente fácil de monitorar. É muito mais difícil acompanhar o que está acontecendo no líquido intracelular (LIC), embora as células mantenham a homeostase celular. Em um estado de homeostase a composição de ambos os compartimentos do corpo é relativamente estável. Po, rem, se compararmos os solutos individuais nos dois compartimentos, nós encontraremos que as concentrações são diferentes no LEC e no LIC. Devido a esses gradientes de concentração os compartimentos líquidos geralmente existem em um estado que poderia ser chamado de desequilíbrio

dinâmico. A água é essencialmente a única molécula que se move livremente entre as células e o líquido extracelular. Por causa desse movimento livre da água, os compartimentos extracelular e intracelular podem chegar a um estado de equilíbrio osmótico (osmos, empurrar ou empurrão), no qual a quantidade total de soluto por volume de líquido é igual nos dois lados da membrana celular. Ao mesmo tempo, entretanto, o corpo está em um estado de desequilíbrio químico, no qual certos solutos estão mais concentrados em um dos dois compartimentos. (Fig. 5-3 e ). A Figura 5-3 mostra a distribuição desigual dos principais solutos nos compartimentos líquidos do corpo. Por

Fisiologia Humana

135

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LEC

LIC

(a) Compartimentos líquidos do corpo

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Plasma

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Líquido intersticial

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Líquido intracelular

P

Na+

1

e

P

1

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HC03 -

K+

(b) Dist ribuição de solutos

LEGENDA

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1

1

P

1

e

Proteínas e ânions grandes

QUESTÕES DO GRÁFICO • De que maneira o plasma difere do líquido intersticial? • Quais são as principais d iferenças entre os compartimentos extracelular e o intracelular?

FIGURA 5-3 Distribuição de solutos nos compartimentos líquidos do corpo. O líquido extracelular (LEC) é composto do plasma sanguíneo mais o líquido intersticial. Os compartimentos do corpo estão em um estado de desequilíbrio químico.

exemplo, os íons sódio, cloreto e bicarbonato (HC0 3 -) são mais concentrados no líquido extracelular do que no líquido intracelular, ao passo que os íons potássio são mais concentrados dentro da célula. O cálcio (não mostrado na figura) é mais concentrado no líquido extracelular do que no citosol, embora muitas células armazenem Ca2 + dentro de organelas, como o retículo endoplasmático e a mitocôndria. Até mesmo o líquido extracelular não está em equilíbrio entre seus dois subcompartimentos [$ Fig. 3-2, p. 56]. Proteínas e outros ânions grandes são concentrados no plasma mas são quase ausentes no líquido intersticial porque são incapazes de atravessar o endotélio [ $ p. 76]. As diferenças de concentração do desequilíbrio químico são uma característica de um organismo vivo, visto que apenas a entrada contínua de energia mantém o corpo neste estado. Se escapam solutos através da membrana celular que divide os compartimentos intracelular e extracelular, é necessário energia para fazê-los retornar aos compartimentos nos quais eles estavam. Por exemplo, os íons K+ que escapam para fora da célula e os íons Na+ que escapam para dentro da célula retornam aos seus compartimentos originais pela ação de uma enzima que utiliza energia conhecida como Na+-K+-ATPase. Quando as células morrem e não podem usar energia, elas obedecem à segunda lei da termodinâmica [$ p. 97], retornando a um estado de desordem (aleatório) marcado pela perda do desequilíbrio químico. Muitos dos solutos do corpo mencionados até agora são íons, e por essa razão também devemos considerar a

distribuição da carga elétrica entre os compartimentos intracelular e extracelular. Embora o corpo como um todo seja eletricamente neutro, alguns íons negativos extras são encontrados no líquido intracelular, ao passo que seus íons positivos correspondentes estão localizados no líquido extracelular. Consequentemente, o interior das células é ligeiramente negativo em relação ao líquido extracelular. Este desequilíbrio iônico gera um estado de desequilíbrio elétrico, e alterações neste desequilíbrio criam sinais elétricos. Discutimos este tópico com maiores detalhes mais adiante neste capítulo. Resumindo, homeostase não é o mesmo que equilíbrio. Os compartimentos intracelular e extracelular do corpo estão em equilíbrio osmótico, mas estão em desequilíbrio químico e elétrico. Além disso, o equilíbrio osmótico e os dois desequilíbrios são estados estacionários dinâmicos. O modificador dinâmico indica que os materiais estão se movendo constantemente de um lado para outro entre os dois compartimentos, mas em um estado estacionário, não há movimento resultante de materiais entre os compartimentos. O objetivo da homeostase é manter os estados estacionários dinâmicos dos compartimentos do corpo. No restante deste capítulo, discutiremos como os mecanismos de transporte e a permeabilidade seletiva das membranas celulares são responsáveis por um corpo no qual os compartimentos intra e extracelular são quimica e eletricamente diferentes, mas possuem a mesma concentração total de solutos.

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REVISANDO CONCEITOS 3. Clinicamente nós mon itoramos a homeostase de várias substâncias, como íons, gases sanguíneos e solutos orgânicos coletando uma amostra de sangue e analisando seu plasma. Para cada uma das seguintes substâncias, diga se o fato de saber sua concentração plasmática também diz a você sua concentração no LEC e no LIC. Justifique sua resposta.

(a) Na+ (b) K+ (c) água (d) proteínas

seguintes incluem a difusão, o transporte mediado por proteínas, o transporte vesicular e a osmose. R VISANDO CONCEITOS 4. Usando o que você aprendeu sobre as convenções da nomenclatura das enzimas [ $ p.103], explique o que o nome Na+ -!C -ATPase diz a você sobre as ações desta en. z1ma. 5. O líquido intracelular pode ser distinguido do líquido extracelular pela alta concentração no compartimento intracelular do íon e baixa concentração dos íons

Resposta: p. 176

O transporte ocorre dentro e entre os compartimentos Os humanos são organismos complexos grandes, e o movimento de material dentro e entre os compartimentos do corpo é necessário para a comunicação. Este movimento requer vários mecanismos de transporte. Alguns necessitam de uma fonte externa de energia, como aquela armazenada nas ligações de alta energia do ATP [ $ p. 34], ao passo que outros processos de transporte usam apenas a energia potencial ou cinética presente no sistema [ $ p. 96]. O movimento entre compartimentos usualmente significa que uma molécula deve atravessar uma ou mais membranas celulares. O movimento dentro de um compartimento é menos restrito. Por essa razão, o transporte biológico é outro tema que você encontrará muitas vezes ao estudar os sistemas de órgãos. A forma mais geral de transporte biológico é o fluxo de massa (fluxo global) de fluidos dentro de um compartimento. Embora muitas pessoas equiparem fluidos a líquidos, na física tanto gases como líquidos são considerados fluidos porque eles fluem*. A principal diferença entre os dois fluidos é que os gases são compressíveis porque suas moléculas estão bastante afastadas no espaço. Os líquidos, especialmente a água, não são compressíveis. (Pense em apertar um balão com água.) No fluxo de massa, um gradiente de pressão faz o fluido fluir de regiões de maior pressão para regiões de menor pressão. À medida que o fluido flui, ele carrega todas as suas partes componentes, incluindo as substâncias dissolvidas ou suspensas nele. O sangue se movendo pelo sistema circulatório é um excelente exemplo de fluxo de massa. O coração atua como uma bomba que gera uma região de alta pressão, empurrando o plasma com seus solutos dissolvidos e as células sanguíneas suspensas pelos vasos sanguíneos. O fluxo de ar nos pulmões é outro exemplo de fluxo de massa que você encontrará ao estudar fisiologia. Outras formas de transporte são mais específicas do que o fluxo de massa e quando falamos deles, devemos dar o nome da molécula ou moléculas que estão se movendo. Os mecanismos de transporte que você aprenderá nas seções

* N. de R. T. Como em português fluido e líquido são sinônimos, a palavra líquido também expressa algo que flui, e há predomínio de líquidos em vez de gases nos compartimentos corporais, neste livro os fluidos serão chamados de líquidos. Por exemplo, líquido intersticial, líquido extracelular, líquido intracelular, líquido cerebrospinal, etc.

Respostas: p. 176

DIFUSAO Embora diversos materiais se movam livremente dentro de um compartimento, a troca de materiais entre os compartimentos intracelular e extracelular é limitada pela membrana celular. Se uma substância entra ou não em uma célula, depende das propriedades da membrana celular e das propriedades da substância. As membranas celulares são seletivamente permeáveis; isto é, a composição de lipídeos e de proteínas de uma determinada membrana celular determina quais moléculas entrarão na célula e quais sairão [ $ p. 56]. Se uma membrana permite que uma substância a atravesse, a membrana é per1neável àquela substância (permeare, passar através). Se uma membrana não permite que uma substância a atravesse, ela é dita impermeável (im-, não) para aquela substância. A permeabilidade da membrana é variável e pode ser modificada alterando as proteínas ou os lipídeos da membrana. Algumas moléculas, como oxigênio, dióxido de carbono e lipídeos, se movem facilmente através da maioria das membranas celulares. Por outro lado, os íons, a maioria das moléculas polares e as moléculas muito grandes (como as proteínas) entram nas células com mais dificuldade ou podem não entrar de modo algum. Duas propriedades de uma molécula influenciam seu movimento através das membranas celulares: o seu tamanho e a sua solubilidade em lipídeos [$ p. 25]. As moléculas muito pequenas e aquelas que são solúveis em lipídeos podem atravessar diretamente através da bicamada fosfolipídica. Moléculas maiores ou menos solúveis em lipídeos usualmente não entram ou saem de uma célula, a menos que a célula tenha proteínas de membrana específicas para transportá-las através da bicamada lipídica. Moléculas lipofóbicas muito grandes não podem ser transportadas por proteínas e devem entrar e deixar a célula em vesículas [$ p. 68]. Existem dois modos de classificar como as moléculas se movem através das membranas. Um esquema já descrito classifica o movimento de acordo com as exigências físicas: se ele ocorre através da bicamada fosfolipídica com a ajuda de uma proteína de membrana ou usando vesículas (Fig. 5-4, em baixo e ). Um segundo esquema classifica o movimento de acordo com a sua necessidade de energia (Fig. 5-4, parte superior). O transporte passivo não necessita de entrada de energia. O transporte ativo necessita da entrada de energia a partir de alguma fonte externa, como a ligação de alta energia do fosfato no ATP.

Fisiologia Humana

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EXIG~NCIA ENERGÉTICA

• /

Usa energia do movimento molecular, não requer ATP

TRANSPORTE DE MEMBRANA

Necessita de energia doATP

•

Difusão

Endocitose

,,.

•

Difusão simples

Cria um gradiente de concentração

Transporte ativo secundário

Difusão facilitada

para o

•

A molécula atravessa a bicamada lipídica

---

•

Exocitose

Transporte ativo • ' . pnmano

Fagocitose '

•

Usa uma vesícula envolvida por membrana

O transporte mediado necessita de uma proteína de membrana

-

-

EXIG~NCIA FÍSICA

e

FIGURA 5-4 Mapa do transporte através da membrana. O movimento de substâncias através da membrana celular pode ser classificado pela necessidade de energia para o transporte (parte superior do mapa) ou se o transporte ocorre por difusão, ou usa uma proteína de membrana ou uma vesícula (parte inferior do mapa).

A difusão utiliza somente a energia do movimento molecular O transporte passivo através das membranas usa a energia cinética [ $ p. 96] inerente às moléculas. Moléculas gasosas e moléculas em solução se movem constantemente de um lugar para outro, chocando-se com outras moléculas ou com as paredes do recipiente que as contém. Quando as moléculas estão concentradas em um espaço fechado, seus movimentos fazem com que elas se espalhem gradualmente até ficarem uniformemente distribuídas por todo o espaço disponível. Este processo é conhecido como difusão. A difusão (diffundere, despejar, espalhar) pode ser definida como o movimento de moléculas de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração de moléculas*. Se você deixa um frasco de perfume aberto e depois percebe sua fragrância pela sala, é porque as moléculas aromáticas do perfume se difundiram de onde estavam mais concentradas (no frasco) para onde estavam menos concentradas (na sala). *Alguns textos usam o termo difusão para definir qualquer movimento randômico de moléculas e chamam o movimento molecular ao longo de um gradiente de concentração de difusão líquida ou resultante. Para simplificar o tema, usaremos o termo difusão para expressar o movimento a favor de um gradiente de concentração.

A difusão tem as seguintes propriedades: 1. A di{Usão é um processo passivo. Por passivo queremos dizer que a difusão não necessita de energia de alguma fonte externa. A difusão usa somente a energia cinética que todas as moléculas possuem. 2. As moléculas movem-se de uma área de maior concentração para uma área de menor concentração. Uma diferença na concentração de uma substância entre dois lugares é denominada gradiente de concentração [ $ p. 95], também conhecido como gradiente químico. Dizemos que as moléculas se difundem a favor do gradiente, da concentração mais alta para a concentração mais baixa (Fig. 5-5 e ). A taxa da difusão depende da magnitude do gradiente de concentração. Quanto maior a diferença de concentração mais rápida a difusão. Por exemplo, quando você abre um frasco de perfume, a taxa de difusão é mais rápida à medida que as primeiras moléculas são liberadas no ar. Depois, quando o perfume se espalhou de modo uniforme por toda a sala, a taxa de difusão caiu para zero porque não há mais um gradiente de concentração. 3. O movimento resultante de moléculas ocorre até a concentração ficar igu.al em todo lugar. Uma vez que as moléculas de uma dada substância se tenham distribuído uni-

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Difusão de moléculas corantes a favor do seu gradiente de concentração.

•

O equilíbrio ocorre quando a concentração é uniforme.

FIGURA 5-5 Difusão. Quando um cristal de corante (como permanganato de potássio) é colocado na água, o cristal se dissolve, e as moléculas corantes se espalham por difusão.

formemente, o sistema alcança o equilíbrio e a difusão é interrompida. As moléculas individuais ainda estão se movendo no estado de equilíbrio, mas para cada molécula que deixa uma área, outra entra. O estado de equilíbrio dinâmico na difusão significa que a concentração se igualou em todo o sistema, mas as moléculas continuam a mover-se. 4. A difüsão é rápida em curtas distâncias, mas muito mais lenta em longas distâncias. Albert Einstein estudou a difusão das moléculas em solução e observou que o tempo necessário para uma molécula se difundir do ponto A ao ponto B é proporcional ao quadrado da distância de A a B. Em outras palavras, se a distância duplica, de 1para2, o tempo necessário para a difusão aumenta de 12 para 22 • O que significa para os sistemas biológicos o fato da taxa de difusão ser lenta em longas distâncias? Em humanos, os nutrientes levam cinco segundos para difundirem-se do sangue para uma célula que está a 100 µm do capilar mais próximo. A essa velocidade, levaria anos para os nutrientes difundirem-se do intestino delgado até as células do primeiro dedo do pé (hálux), e as células morreriam de inanição. Para superar as limitações da difusão em relação à distância, os organismos desenvolveram vários mecanismos de transporte que aceleram o movimento das moléculas. A maioria dos organismos multicelulares possui alguma forma de sistema circulatório para levar o oxigênio e os nutrientes rapidamente desde o ponto no qual eles entram no corpo até as células. 5. A difüsão é diretamente relacionada com a temperatura. Nas temperaturas mais altas, as moléculas movem-se mais rapidamente. Como a difusão resulta do movimento molecular, a taxa de difusão aumenta à medida que a temperatura aumenta. Em geral, as mudanças na temperatura não afetam significativamente a taxa de difusão

em humanos porque nós mantemos uma temperatura corporal relativamente constante. 6. A taxa de difitsão é inversamente relacionada ao tamanho molecular. Einstein mostrou que o atrito entre a superfície de uma partícula e o meio através do qual a mesma se difunde é uma fonte de resistência ao movimento. Ele calculou que a difusão é inversamente proporcional ao raio da molécula: quanto maior a molécula, mais lenta será a sua difusão em um determinado meio. 7. A difüsão pode acontecer em um sistema aberto ou através de uma divisória que separa dois sistemas. A difusão do perfume dentro de uma sala é um exemplo de difusão que ocorre em um sistema aberto. Não há barreiras ao movimento molecular, e as moléculas se espalham até ocupar o sistema inteiro. A difusão também pode ocorrer entre dois sistemas, como os compartimentos intracelular e extracelular, mas apenas se a divisória que divide os dois compartimentos permitir que as moléculas a atravessem.

Por exemplo, se você fecha um frasco de perfume, as moléculas não podem difundir-se para a sala porque nem o frasco nem a tampa são permeáveis ao perfume. Porém, se você substitui a tampa de metal por um saco plástico que possui orifícios minúsculos, você começará a sentir o cheiro do perfume na sala porque o saco é permeável às moléculas. Similarmente, se a membrana celular é permeável a uma molécula, esta pode entrar ou deixar a célula por difusão. Se a membrana não é permeável a esta molécula particular, a molécula não pode atravessar a membrana. A Tabela 5-1 • resume estes pontos. Um ponto importante a ser observado: íons não se movem por difusão, embora você leia e ouça sobre íons difündindo-se através das membranas. Difusão é um movimento molecular randômico a favor de um gradiente de concentração. O movimento dos íons é influenciado por gradientes

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Regras para a difusão de moléculas não carregadas Propriedades Gerais da Difusão

1. A difusão utiliza a energia cinética do movimento molecular e não necessita de uma fonte externa de energia. 2. As moléculas difundem-se de uma área de concentração mais alta para uma área de concentração mais baixa. 3. A difusão continua até as concentrações alcançarem o equilíbrio. Entretanto, o movimento molecu lar continua após o equilíbrio ter sido alcançado. 4. A difusão é mais rápida -

com gradientes de concentração maiores; em distâncias mais curtas; em temperaturas mais altas; para moléculas menores.

5

5. A difusão pode acontecer em um sistema aberto ou através de uma divisória que separa dois sistemas. Difusão Simples Através de uma Membrana

6. A taxa de difusão através de uma membrana é mais rápida se -

a área da superfície da membrana é maior; a membrana é mais fina; o gradiente de concentração é maior, a membrana é mais permeável à molécu la.

7. A permeabi lidade da membrana a uma molécula depende - da lipossolubi lidade da molécu la; - do tamanho da molécula; - da composição de lipídeos da membrana.

elétricos devido à atração das cargas opostas e repulsão das cargas iguais. Por essa razão, os íons movem-se em resposta a gradientes elétrico e de concentração combinados, ou gradiente eletroquímico. Este movimento eletroquímico é um processo mais complexo do que a difusão, que resulta somente de um gradiente de concentração, e os dois processos , não devem ser confundidos. lons e gradientes eletroquímicos são discutidos em mais detalhes no final deste capítulo. Em resumo, a difusão é o movimento passivo de moléculas não carregadas a favor do seu gradiente de concentração, devido ao movimento molecular randômico. A difusão é mais lenta para longas distâncias e para moléculas grandes. Quando a concentração de moléculas a serem difundidas é a mesma ao longo de todo um sistema, o sistema está em equilíbrio químico, embora o movimento randômico das moléculas continue. R VISANDO CONCEITOS 6. Se a distância pela qual uma molécula deve difundir-se triplica de 1 para 3, a difusão levará quantas vezes mais tempo? Resposta: p. 176

As moléculas lipofílicas podem difundir-se através da bicamada fosfolipídica A difusão através das membranas é um pouco mais complicada do que a difusão em um sistema aberto. A água é o solvente primário do corpo, e muitos nutrientes vitais, íons

e outras moléculas dissolvem-se nela devido a sua natureza polar. Contudo, substâncias que são hidrofílicas e se dissolvem em água, via de regra, são lipofóbicas: elas não se dissolvem facilmente em lipídeos. Por essa razão, o núcleo lipídico hidrofóbico da membrana celular atua como uma barreira que impede que moléculas hidrofílicas a cruzem. Substâncias que podem passar através do centro lipídico de uma membrana se movem por difusão. A difusão direta através da bicamada fosfolipídica de uma membrana é denominada difusão simples e tem as seguintes propriedades, além das listadas anteriormente. 1. A taxa de di{Usão depende da capacidade da molécula a ser

di{Undida de se dissolver na camada lipídica da membrana. Outra maneira de dizer isso é que a taxa de difusão depende do quanto a membrana é permeável à molécula a ser difundida. Muitas moléculas em solução podem combinar-se com as cabeças polares de glicerol-fosfato da bicamada [$ p. 56], mas apenas as moléculas apoiares, que são lipossolúveis (lipofílicas), podem se dissolver no núcleo lipídico central da membrana. Em geral, apenas lipídeos, esteroides e pequenas moléculas lipofílicas podem mover-se através da membrana por difusão simples. Uma exceção importante para esta afirmação diz respeito à água. A água, embora seja uma molécula polar, pode difundir-se lentamente através de algumas membranas fosfolipídicas. Durante anos, pensou-se que a natureza polar da molécula de água a impedia de mover-se

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Líquido extracelular Área de superfície da membrana

Lipossolubilidade

Tamanho da molécula

Concentração fora da célula

o

Fatores que afetam a taxa de difusão através de uma membrana celular: Espessura da membrana

Gradiente de concentração

l

Composição ~ da camada lipídica

Permeabilidade da membrana

A lei da difusão de Fick diz: área de gradiente de superfície • concentração •

Solubilidade lipídica Tamanho molecular Espessura da membrana Gradiente de concentração , Area de superfície da membrana Composição da camada lipídica

Concentração dentro da célula

Líquido intracelular

Taxa de difusão oc

• • • • • •

permeabilidade da membrana

- - - - -- - - - - - -- - - - - -

'l'd d d b Permeab 11 a e a mem rana oc

solubilidade lipídica tamanho da molécula

-------

espessura da membrana Mudanças na composição da bicamada lipídica podem aumentar ou diminuir a permeabilidade da membrana.

•

FIGURA 5-6 Lei de difusão de Fick. Esta lei relaciona matematicamente fatores que influenciam a taxa da difusão simples através de uma membrana.

através do centro lipídico da bicamada, mas experimentos realizados com membranas artificiais mostraram que o pequeno tamanho da molécula de água permite que ela deslize entre as caudas lipídicas de algumas membranas. O quão facilmente a água passa através da membrana depende da composição da bicamada fosfolipídica. Membranas com alto conteúdo de colesterol são menos permeáveis à água do que aquelas com baixo conteúdo de colesterol, presumivelmente porque as moléculas lipossolúvel de colesterol ocupam os espaços entre as caudas dos ácidos graxos da bicamada lipídica e deste modo exclui a água. Por exemplo, a membrana celular de alguns segmentos dos túbulos renais é essencialmente impermeável à água, a menos que as células insiram canais proteicos de água especiais na bicamada fosfolipídica. A maior parte do movimento da água através das membranas ocorre por proteínas-canal.

2. A taxa de difüsão através da membrana é diretamente proporcional à área de superfície da membrana. Em outras palavras, quanto maior a área da superfície da membrana, mais moléculas podem difundir-se através dela por unidade de tempo. Este fato pode parecer óbvio, mas tem importantes implicações na fisiologia. Um exemplo notável de como uma mudança na área de superfície afeta ' a difusão é a doença pulmonar denominada enfisema. A medida que o tecido pulmonar é destruído, a área de superfície disponível para a difusão do oxigênio diminui. Consequentemente, menos oxigênio pode mover-se para dentro do corpo. Em casos graves, o oxigênio que alcança as células não é suficiente para sustentar qualquer atividade muscular e o paciente fica confinado à cama. 3. A taxa de difüsão através de uma membrana é inversamente proporcional à espessura da membrana. Quanto mais espes-

sa a membrana, mais lenta é a taxa na qual a difusão ocorre. Para a maioria das membranas biológicas, a espessura é essencialmente constante. Entretanto, a distância da difusão é importante em certas condições pulmonares nas quais o epitélio de troca dos pulmões é espessado devido a um tecido de cicatrização. Isto diminui a difusão de modo que o oxigênio que entra no corpo não é suficiente para satisfazer as necessidades metabólicas. As regras para a difusão simples através das membranas são resumidas na Tabela 5-1. Elas podem ser combinadas matematicamente em uma equação conhecida como lei de difusão de Fick, uma relação que envolve os três fatores já mencionados para a difusão através da membrana mais o fator do gradiente de concentração da nossa discussão geral anterior sobre difusão. De uma forma abreviada, a lei de Fick diz que: área de taxa de superfí c1e .

X

gradiente de concentraçao

X

permeabilidade d a memb rana

difusão~ -------------------~

espessura da membrana A Figura 5-6 • ilustra os prinápios da lei de Fick. A permeabilidade da membrana é o mais complexo dos quatro termos da lei de Fick porque vários fatores o influenciam: (1) o tamanho da molécula a ser difundida, (2) a lipossolubilidade da molécula e (3) a composição da bicama-, da lipídica através da qual a molécula está se difundindo. A medida que o tamanho molecular aumenta, a permeabilida, de da membrana diminui. A medid.a que a lipossolubilidade da molécula aumenta, a permeabilidade da membrana a esta molécula aumenta. Alterações na composição dos lipídeos da membrana mudam o quão facilmente as moléculas que estão se difundindo podem deslizar entre os fosfolipídeos indivi-

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duais. Por exemplo, as moléculas de colesterol da membrana se inserem nos espaços entre as caudas de ácidos graxos e retardam a passagem de moléculas através destes espaços [$ Fig. 3-4, p. 58], tomando a membrana menos permeável. Na maioria das situações fisiológicas, a espessura da membrana é uma constante. Nesse caso, podemos remover a espessura da membrana da nossa equação da lei de Fick e rearranjar a equação: taxa de difusão área de superfície

gradiente de concentraçao

X

permeabilidade da memb rana

Esta equação agora descreve o fluxo de uma molécula através da membrana, porque o fluxo é definido como a taxa de difusão por unidade de área de superfície da membrana: fluxo

=

gradiente de _ concentraçao

X

permeabilidade da membrana

Em outras palavras, o fluxo de uma molécula através de uma membrana depende do gradiente de concentração e da permeabilidade da membrana à molécula. Um ponto a ser lembrado é que os princípios da difusão se aplicam a todas as membranas biológicas, não só à membrana celular. A difusão de materiais para dentro e para fora de organelas segue as mesmas regras. R VISANDO CONCEITOS 7. De onde vem a energia para a difusão? 8. Quem cruza mais provavelmente uma membrana celular por difusão simples: uma molécula de ácido graxo ou uma molécula de glicose? 9. O que acontece com a taxa de difusão em cada um desses casos? (a) a espessura da membrana aumenta (b) o gradiente de concentração aumenta (c) a área de superfície diminui 1O. Dois compartimentos são separados por uma membrana que é permeável apenas à água e a moléculas de tinta amarela. O compartimento A está cheio com uma solução aquosa de tinta amarela, e o compartimento B está cheio com uma solução aquosa de uma concentração igual de tinta azul. Se o sistema é deixado em repouso por um longo período, que cor terá o compartimento A: amarelo, azul ou verde? (Lembre-se, amarelo mais azul forma verde.) Que cor terá o compartimento B? 11. O que impede o oxigênio atmosférico de se difundir para dentro do nosso corpo através da pele? (Dica: que tipo de epitélio é a pele?) Respostas: p. 176

TRANSPORTE MEDIADO POR PROTEÍNAS No corpo, a difusão simples através das membranas é limitada a moléculas lipofílicas. Em sua maioria, as moléculas do corpo são lipofóbicas ou são eletricamente carregadas e por isso não podem cruzar a membrana por difusão simples. Em vez disso, a grande maioria dos solutos atravessa as membranas com a ajuda de proteínas da membrana, em um processo denominado transporte mediado.

141

Se o transporte mediado é passivo e transporta as moléculas a favor de seus gradientes de concentração, e se o transporte resultante cessa quando as concentrações são iguais em ambos os lados da membrana, o processo é conhecido como difusão facilitada. Se o transporte mediado por proteínas requer energia do ATP ou de outra fonte externa e transporta uma substância contra seu gradiente de concentração, o processo é conhecido como transporte ativo.

As proteínas da membrana funcionam como proteínas estruturais, enzimas, receptores e transportadores O transporte mediado por proteínas através da membrana é realizado por proteínas transmembrana conhecidas como transportadores. Para os fisiologistas, classificar as proteínas da membrana de acordo com sua função é mais útil do que classificá-las por sua estrutura. Nosso esquema de classificação funcional reconhece quatro amplas categorias de proteínas da membrana: (1) proteínas estruturais, (2) enzimas, (3) receptores e (4) transportadores. Esses agrupamentos não são completamente distintos e, como você verá, algumas proteínas de membrana têm mais que uma função, como os receptores acoplados a canais e os receptores enzimáticos. A Figura 5-7 • é um mapa que compara as classificações estrutural e funcional das proteínas da membrana. Proteínas estruturais As proteínas estruturais possuem três papéis principais. O primeiro é conectar amembrana ao citoesqueleto para manter a forma da célula [$ Fig. 3-6, p. 60]. As microvilosidades do epitélio de transporte são um exemplo de membrana moldada pelo citoesqueleto [$ Fig. 3-14, p. 66]. O segundo papel é criar junções celulares que mantêm os tecidos unidos, como junções de oclusão e junções comunicantes [$ Fig. 3-21, p. 73]. Finalmente, o terceiro papel é ligar as células à matriz extracelular unindo fibras do citoesqueleto ao colágeno extracelular e a outras proteínas fibrosas [ $ p. 80]. Enzimas As enzimas da membrana catalisam as reações químicas que ocorrem na superfície externa ou interna da célula. Por exemplo, enzimas na superfície externa das células que revestem o intestino delgado são responsáveis pela digestão de peptídeos e carboidratos. Enzimas ligadas à superfície intracelular de várias membranas celulares desempenham um importante papel na transferência de sinais do meio extracelular ao citoplasma, como você aprenderá no Capítulo 6. Receptores As proteínas receptoras da membrana são parte do sistema de sinalização química do corpo. A ligação de um receptor com seu ligante geralmente desencadeia outro evento na membrana, como a ativação de uma enzima (Fig. 5-8 e ). Os receptores da membrana desempenham um importante papel em algumas formas de transporte vesicular. Transportadores O quarto grupo de proteínas da membrana - transportadores - movem moléculas através das membranas. Podemos subdividir as proteínas transportadoras em duas categorias: canais e carreadores. As proteínas canal criam passagens preenchidas com água que ligam

5

142

Dee Unglaub Silverthorn

PROTEÍNAS DA MEMBRANA 1

podem ser classificadas de acordo com 1

•

•

Estrutura

•

Função

•

Proteínas ancoradas a lipídeos

•

Proteínas integrais

•

Transportadores da membrana

Proteínas periféricas

Proteínas estruturais

Enzimas da membrana

ativam

Receptores >--da membrana 1

são ativos na

são enconJradas em •

Proteínas carreadoras

Proteínas canal

são ativas no(a) •

mudam de conformação

1

formam

Junções celulares

Endocitose mediada por receptor

Citoesqueleto

Canais abertos 1 Canais com portão

Metabolismo

Transferência de sinal abrem e fecham

Canais controlados mecanicamente

•

Canais controlados por voltagem

FIGURA 5-7 Mapa das proteínas da membrana. As categorias funcionais das proteínas da membrana incluem transportadores, proteínas estruturais, enzimas e receptores.

diretamente os compartimentos intracelular e extracelular (Fig. 5-9 e ). As proteínas carreadoras ligam-se ao substrato que elas transportam, mas nunca formam uma conexão direta entre o líquido intracelular e o líquido extracelular. Como mostra a Figura 5-9, os carreadores estão abertos para um lado da membrana ou para o outro, mas não para ambos os lados simultaneamente, como nas proteínas canal. Por que as células precisam tanto de canais quanto de carreadores? A resposta está nas diferentes propriedades dos dois tipos de transportadores. As proteínas canal permitem

Ligantes se ligam a

O complexo receptor-ligante desencadeia a resposta intracelular.

uma proteína receptora da membrana celular. 1

Líquido extracelular

Receptor -----( Membrana celular

Líquido intracelular

•

Canais controlados 1 . . . . . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ' por 1igantes

( Eventos na célula )

As proteínas receptoras da membrana celular se ligam a ligantes para iniciar uma resposta na célula. FIGURA 5-8

um transporte mais rápido através da membrana, mas geralmente são limitadas a transportar pequenos íons e água. Os carreadores, embora mais lentos, são melhores na discriminação entre moléculas estreitamente relacionadas. Os carrea-

CONCEITOS EMERGENTES ,

FAMILIAS DE GENES TRANSPORTADORES Um resu ltado do Projeto Genoma Humano tem sido o reconhecimento de que muitas proteínas são intimamente relacionadas entre si, dentro e entre espécies. Consequentemente, os cientistas descobriram que a maioria dos transportadores de membrana para solutos orgân icos pertencem a uma ou duas " superfamílias" de genes: a superfamília ABC (ATP-binding cassete) ou a superfamília carreadora de solutos (SLC). A familia de transportadores ABC usa energia do ATP para transportar pequenas moléculas orgân icas através das membranas. É interessante notar que o canal de cloreto CFTR também é um membro da família ABC e é o único canal iôn ico conhecido desta família. As 43 famílias da superfamília SLC incluem a maioria dos t ransportadores da difusão faci litada, como os GLUTs, bem como os transportadores do transporte ativo secundário mostrados na Tabela 5-3 .

Fisiologia Humana

143

TRANSPORTADORES DE MEMBRANA

As proteínas transportadoras nunca formam um canal aberto entre os dois lados da membrana

As proteínas canal criam um poro preenchido com água

LEC Membrana celular Transportador aberto para o LIC

L/C

Mesmo transportador aberto para o LEC

5

podem ser classificadas

podem ser classificadas

Cotransportadores 1

Canais abertos ou poros estão usualmente abertos

Canais com portão abrem e fecham em resposta a sinais

Transportadores de uniporte transportam apenas um tipo de substrato

Transportadores de simporte movem duas ou mais substâncias na mesma direção através da membrana

i Transportadores de antiporte movem substratos em direções opostas

ATP

Aberto

~

Fechado

~

r

--r

ATP

J---:

~

•

FIGURA 5-9 Resumo das proteínas de membrana transportadoras. Os transportadores de membrana são desenhados neste livro vistas de perto (duas fileiras de cima) e de longe (fileira de baixo). O transporte ativo primário é indicado pelo ATP sobre a proteína.

dores podem transportar moléculas maiores do que os canais transportam, embora sejam mais lentos.

As proteínas canal formam passagens abertas preenchidas com água As proteínas canal são constituídas de subunidades proteicas transmembrana que formam um agrupamento de cilindros com um túnel ou poro através do seu centro. Os complexos dos poros nucleares [e p. 71] e as junções comunicantes [ ~ Fig. 3-21c, p. 73] podem ser considerados formas muito grandes de canais. Neste livro, o uso do termo "canal" será limitado aos canais menores cujos centros são estreitos poros preenchidos com água (Fig. 5-10 e ). O movimento através desses canais menores é limitado principalmente à água e

aos íons. Quando os canais iônicos preenchidos com água são abertos, dezenas de milhões de íons por segundo podem mover-se através deles sem impedimento. As proteínas canal são denominadas de acordo com a(s) substância(s) que elas permitem passar. A maioria das células possui canais de água constituídos por uma proteína denominada aquaporina. Além disso, mais de 100 tipos de canais iônicos foram identificados. Os canais iônicos podem ser específicos para um íon ou podem permitir a passagem de íons com tamanho e carga similares. Por exemplo, existem canais de Na+, canais de K+ e canais de cátions monovalentes ("uma carga") não específicos que transportam Na+, K+ e íons lítio (Li+). Outros canais iônicos que você encontrará frequentemente neste texto são os canais de Ca+ e os canais de Cl-.

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Dee Unglaub Silverthorn

Muitos canais são constituídos de múltiplas subunidades de proteína que se reúnem na membrana.

1

1 1

1 1 ;..,... I 1 1 1

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O canal através do centro da proteína de membrana.

•

FIGURA 5-10

subunidade da proteína canal. O canal através do centro da proteína de membrana (visto de cima).

por ligante são controlados por moléculas mensageiras intracelulares ou por ligantes extracelulares. Os canais com portão controlados por voltagem abrem e fecham quando o estado elétrico da célula muda. E os canais com portão controlados mecanicamente respondem a forças físicas, como um aumento de temperatura ou pressão que aplica tensão na membrana e faz com que o portão do canal se abra. Você encontrará muitas variações destes tipos de canais à medida que você estudar fisiologia. REVISANDO CONCEITOS 12. fons positivamente carregados são denominados _______ , e íons negativamente carregados são denominados . Resposta: p. 176

Estrutura das proteínas canal.

Os aminoácidos hidrofíl icos da proteína revestem o cana l, criando uma passagem preenchida com água que permite que íons e moléculas muito pequenas, como a água, atravessem .

A seletividade de um canal é determinada pelo diâmetro do seu poro central e pela carga elétrica dos aminoácidos que revestem o canal. Se os aminoácidos do canal são carregados positivamente, os íons positivos são repelidos e os íons negativos podem passar através do canal. Por outro lado, um canal de cátions deve ter uma carga negativa que atraia cátions, mas que impeça a passagem de c1- ou de outros ânions. As proteínas canal são como portas estreitas para a célula. Se a porta está fechada, nada pode passar através dela. Se a porta está aberta, há uma contínua passagem entre as duas salas conectadas por ela. O estado aberto ou fechado de um canal é determinado por regiões das moléculas das proteínas que atuam como "portões" de vaivém. De acordo com modelos atuais, os portões dos canais assumem várias formas. Algumas proteínas canal têm portões no meio do poro da proteína. Outros portões são parte da superfície citoplasmática da proteína de membrana (Fig. 5-9 e ). Tal portão pode ser imaginado como uma bola em uma corrente que balança para cima e bloqueia a entrada do canal. Um tipo de canal nos neurônios tem dois portões diferentes. Os canais podem ser classificados de acordo com seus portões, se estão geralmente abertos ou fechados. Os canais abertos passam a maior parte do tempo com o seu portão aberto, permitindo aos íons moverem-se de um lado a outro através da membrana, sem regulação. Esses portões podem ocasionalmente fechar, mas a maior parte desses canais se comporta como se eles não tivessem portões. Os canais abertos são muitas vezes denominados canais de vazamento ou poros, como em poros de água. Os canais com portão passam a maior parte do tempo em um estado fechado, o que permite que esses canais regulem o movimento de íons que passam através deles. Quando um canal com portão se abre, os íons se movem através do canal exatamente como se movem através dos canais abertos. Quando um canal com portão está fechado, o que pode ocorrer na maior parte do tempo, ele não permite o movimento de íons entre os líquidos extracelular e intracelular. O que controla a abertura e o fechamento dos canais com portão? O portão dos canais com portão controlados

As proteínas carreadoras mudam a sua conformação para transportar moléculas O segundo tipo de proteína de transporte é a proteína carreadora ou transportadora. As proteínas carreadoras ligam-se com substratos específicos e os transportam através da membrana pela modificação da sua conformação. Pequenas moléculas orgânicas (como glicose e aminoácidos) que são muito grandes para passar através de canais, cruzam as membranas utilizando carreadores. Os íons, como Na+ e K+, podem moverse via carreadores, bem como através de canais. As proteínas carreadoras transportam solutos e íons para dentro e para fora das células bem como das organelas como as mitocôndrias. Algumas proteínas carreadoras transportam somente um tipo de molécula e são conhecidas como carreadores de uniporte (Fig. 5-12a e ). Contudo, é comum encontrar carreadores que transportam dois ou até três tipos de molécula. Uma proteína carreadora que transporta mais de um tipo de molécula simultaneamente é denominada cotransportador. Se as moléculas que estão sendo transportadas estão se movendo na mesma direção, tanto para dentro como para fora da célula, as proteínas carreadoras são denominadas carreadores de simporte (sim, junto + portare, carregar). Se as

A fibrose cística é uma doença debilitante causada por um defeito em um canal com portão que normalmente transporta íons cloreto (C I-). A proteína canal - denominada regulador de condutância transmembrana da f ibrose cística, ou CFTR - é localizada no epitélio que reveste as vias aéreas, as glândulas sudoríferas e o pâncreas. O canal CFTR abre quando o nucleotídeo ATP liga-se em regiões específicas da proteína canal. Em pessoas com f ibrose cística, o CFTR não é funcional ou está ausente. Consequentemente, o transporte do cloreto através do epitélio fica prejud icado.

Questão 1: O CFTR é um canal com portão controlado por ligante, controlado por voltagem ou controlado mecanicamente?

133

156

161

165

171

Fisiologia Humana

145

Portão fechado

Líquido intracelular

Líquido extracelular .......

Oceano

11 '~"::::

Pacífico~LJ::::::;;;

~ L

..

-

Oceano Atlântico

u . .......

\ . -----

Oceano Pacífico

....... .......

Passagem aberta para um lado

Molécula ~ .,

'>'<---

,.....__4.

a ser \ti transportada

~

-+--

Oceano Atlântico

Portão fechado Carreador Membrana

Estado de transição com ambos os portões fechados

5

)

Oceano Pacífico

.......

:2Jh ~ +

_,,_

.......

.......

Oceano Atlântico

Passagem aberta para o outro lado

(a)

•

'I'}--.... Portão fechado

-)><"

.---

~ ...__,, (b}

FIGURA 5-11 Difusão facilitada por meio de uma proteína carreadora. As proteínas carreadoras, assim como o canal ilustrado, nunca formam uma passagem contínua entre os líquidos extracelular e intracelular.

moléculas estão sendo transportadas em direções opostas, as proteínas carreadoras são denominadas carreadores de antiporte (anti, oposto + portare, carregar). Carreadores de simporte e de antiporte são mostrados na Figura 5-9. As proteínas carreadoras são proteínas grandes e complexas, com múltiplas subunidades. A mudança de conformação requerida por uma proteína carreadora torna este modo de transporte transmembrana muito mais lento que o movimento através das proteínas canal. Somente 1.000 a 1.000.000 de moléculas por segundo podem ser transportadas por uma proteína carreadora, ao passo que dezenas de milhões de íons por segundo se movem através de uma proteína canal. As proteínas carreadoras diferem das proteínas canal em outro aspecto: as proteínas carreadoras nunca criam uma passagem contínua entre o lado interno e o lado externo da célula. Se os canais são como portas, então os carreadores são como portas giratórias que permitem o movimento entre o lado interno e o lado externo sem nunca formar uma passagem aberta. As proteínas carreadoras podem transportar moléculas através da membrana em ambas as direções, como uma porta giratória de um hotel, ou elas podem restringir seu transporte a uma direção, como uma catraca em um parque de diversão que permite que você saia do parque mas não permite que entre. Sempre um lado da proteína carreadora cria uma barreira que impede a troca livre através da membrana. Neste aspecto, as proteínas carreadoras funcionam como o Canal do Panamá (Fig. 5-lla e ). Imagine o canal com apenas dois portões, um para o lado do Atlântico e um para o lado do Pacífico. Apenas um portão por vez é aberto. Quando o portão do Atlântico é fechado, o canal do Pacífico é aberto. Um barco entra no canal vindo do Pacífico, e o portão fecha atrás dele. Agora o canal está isolado de ambos os oceanos com o barco preso no meio. Então o portão do Atlântico se abre,

tornando o canal contínuo com o Oceano Atlântico. O barco navega para fora do portão e para dentro do Atlântico, tendo cruzado a barreira de terra sem que o canal tenha formado uma conexão contínua entre os dois oceanos. O movimento através da membrana por uma proteína carreadora é similar (Fig. 5-llb). A molécula a ser transportada liga-se ao carreador em um lado da membrana (o lado extracelular em nosso exemplo). A ligação muda a conformação do carreador de forma que a abertura fecha. Depois de uma transição breve na qual ambos os lados são fechados, o lado oposto do carreador se abre no outro lado da membrana. O carreador então libera a molécula transportada no compartimento oposto, tendo a molécula sido conduzida através da membrana sem formar uma conexão contínua entre os compartimentos extracelular e intracelular. R VISANDO CONCEITOS 13. Cite quatro funções das proteínas da membrana. 14. Quais os tipos de partícula que passam através dos canais abertos? 15. Cite dois aspectos pelos quais os canais diferem dos carreadores. 16. Se um canal é revestido com aminoácidos que possuem uma carga resultante positiva, qual(is) dos seguintes íons é mais provável que se mova livremente através do canal? Na+, CI-, K+, Ca2 +. 17. Por que a glicose não cruza a membrana através dos canais abertos? Respostas: p. 176

A difusão facilitada utiliza proteínas carreadoras Como já mencionado, a difusão facilitada é um transporte mediado por proteínas no qual nenhuma fonte externa

146

Dee Unglaub Silverthorn

Alta concentração de glicose

Alta [Gl icose]fora

[ Glicose]fora =

1

~licose]dentf'

[Glicose] dentro

permanece baixa

- ATP

li

}~

ADP Glicogênio

CI

Glicólise

a (a) A difusão facilitada traz a glicose para dentro da célula a favor do seu gradiente de concentração.

•

G-6-P

(b) A difusão alcança o equilíbrio quando a concentração de glicose dentro e fora da célula são iguais.

a (e) A conversão da glicose importada em glicose-6-fosfato (G-6-P) mantém a concentração intracelular de glicose baixa de modo que a difusão nunca atinge o equi líbrio.

FIGURA 5-12 Difusão facilitada da glicose para dentro das células. Esta figura mostra o transporte da glicose usando uma proteína carreadora GLUT.

de energia é necessária para mover as moléculas através da membrana celular. O transporte ativo é um transporte mediado por proteínas que requer uma fonte externa de energia. Vamos examinar primeiro a difusão facilitada. Algumas moléculas polares parecem mover-se para dentro e para fora das células por difusão, embora saibamos a partir de suas propriedades químicas que elas não poderiam atravessar facilmente o núcleo lipídico da membrana celular. A solução para esta aparente contradição é que estas moléculas polares cruzam a membrana celular por difusão facilitada, com o auxílio de carreadores específicos. Açúcares e aminoácidos são exemplos de moléculas que entram ou deixam as células usando a difusão facilitada. Por exemplo, uma família de proteínas carreadoras conhecidas como transportadores GLUT* transportam glicose e açúcares hexases relacionados através das membranas. A difusão facilitada tem as mesmas propriedades que a difusão simples (Tabela 5-1). As moléculas transportadas se movem a favor do seu gradiente de concentração, o processo não requer gasto de energia e o movimento resultante cessa quando atinge o equihôrio, quando a concentração dentro da célula é igual à concentração fora da célula (Fig. 5-12 e ): [glicose]LEc

=

[glicose]Lic

Observe que neste livro a presença do nome do soluto entre colchetes indica concentração. As células onde ocorre a difusão facilitada podem evitar que o equilíbrio seja alcançado mantendo baixa a concentração do substrato na célula. Com a glicose, por exemplo, isto é realizado pela fosforilação (Fig. 5-12c e ). Assim que uma molécula de glicose entra na célula, ela é fosforilada formando glicose 6-fosfato, o primeiro passo da glicólise [$ p. 107]. A adição do grupo fosfato impede o acúmulo de glicose dentro da célula e também impede que a glicose deixe a célula. *N. de T. GLUcose Transporter.

REVISANDO CONCEITOS 18. As célu las do fígado são capazes de converter glicogênio em glicose, de tal modo que tornam a concentração intracelular de glicose mais alta do que a concentração extracelular de glicose. O que você acha que acontece com a difusão facilitada da glicose quando isso ocorre? Resposta: p. 176

O transporte ativo transporta substâncias contra seus gradientes de concentração O transporte ativo é um processo que transporta as moléculas contra seus gradientes de concentração - isto é, de áreas de concentração mais baixa para áreas de concentração mais alta. Ao invés de criar um estado de equilíbrio, quando a concentração da molécula é igual em todo o sistema, o transporte ativo cria um estado de desequilíbrio, tornando a diferença de concentração mais pronunciada. Transportar as moléculas contra seu gradiente de concentração requer gasto de energia externa, assim como empurrar uma bola colina acima requer energia [$ Fig. 4-2, p. 96]. A energia para o transporte ativo vem direta ou indiretamente das ligações fosfato ricas em energia do ATP. O transporte ativo pode ser dividido em dois tipos. No transporte ativo primário (direto), a energia que empurra as moléculas contra seus gradientes de concentração vem diretamente das ligações fosfato de alta energia do ATP. O transporte ativo secundário (indireto) usa a energia potencial [$ p. 96] armazenada no gradiente de concentração de uma molécula para empurrar outras moléculas contra seus gradientes de concentração. Todo transporte ativo secundário depende em última análise do transporte ativo primário, pois o gradiente de concentração que impulsiona o transporte secundário é criado usando a energia do ATP. O mecanismo para ambos os tipos de transporte ativo parece ser similar ao da difusão facilitada. Para que possa ser transportado, o substrato liga-se a um carreador de membrana que então muda a sua conformação, liberando o subs-

147

Fisiologia Humana

trato no compartimento oposto. O transporte ativo difere da difusão facilitada porque a mudança de conformação da proteína carreadora requer entrada de energia.

Transporte ativo primário Pelo fato de o transporte ativo primário usar ATP como sua fonte de energia, diversos transportadores ativos primários são conhecidos como ATPases. Você pode recordar do Capítulo 4 que o sufixo -ase significa uma enzima, e o radical (ATP) é o substrato sobre o qual a enzima está atuando[ $ p. 104]. Estas enzimas hidrolisam ATP em ADP e fosfato inorgânico (Pí), liberando no processo a energia utilizável. A maioria das ATPases que você encontrará no seu estudo de fisiologia estão listadas na Tabela 5-2 e. As ATPases são algumas vezes chamadas de bombas, como a bomba sódio-potássio, Na+-K+-ATPase, mencionada anteriormente neste capítulo. A bomba sódio-potássio provavelmente é a proteína transportadora mais importante nas células animais porque mantém os gradientes de concentração de Na+ e K+ através da membrana celular (Fig. 5-13 e ). O transportador é arranjado na membrana celular de modo que bombeie três Na+ para fora e dois K+ para dentro da célula a cada ATP consumido. Em algumas células, a energia necessária para mover esses íons utiliza 30o/o de todo ATP produzido pela célula. O modelo atual de como a Na+ -K+-ATPase funciona está ilustrado na Figura 5-14 e ). Transporte ativo secundário O gradiente de concentração do sódio, com a concentração de Na+ alta no líquido extracelular e baixa dentro da célula, é uma fonte de energia potencial que a célula pode aproveitar para outras funções. Por exemplo, os neurônios usam o gradiente de sódio para transmitir sinais elétricos, e as células epiteliais o utilizam para captação de nutrientes, íons e água. Os transportadores de membrana que usam energia potencial armazenada em gradientes de concentração para transportar moléculas são denominados transportadores ativos secundários. O transporte ativo secundário utiliza a energia cinética de uma molécula que se move a favor do seu gradiente de concentração para empurrar outras moléculas contra seus gradientes de concentração. As moléculas cotransportadas podem ir na mesma direção através da membrana (simporte) ou em direções opostas (antiporte). Os sistemas de transporte ativo secundário mais comuns são impulsionados pelo gradiente de concentração do sódio.

Transportadores ativos primários NOMES

TIPO DE TRANSPORTE

Na+-K+-ATPase ou bomba sód ia-potássio

Antiporte

Ca 2 +-ATPase

Uni porte

H+-ATPase ou bomba de próton

Uni porte

H+-K+-ATPase

Antiporte

o

•

o

o

o

o

o o

o

o

•

o

Líquido extracelular: Alta [Na+] Baixa [K+]

•

•

Líquido intracelular: Baixa [Na+] ~ Alta [K+]

o o

1

• • • o • o •• • + • o • • • • o • • • • • o • o

o

Na+

+-! ~-""'- K+

o

o o

o o

o

o

o

o o

o

o o o

o

+

5

o o o o

A Na+-K+-ATPase usa energia do ATP para bombear Na+ para fora e K+ para dentro da célula.

•

FIGURA 5-13 Bomba sódio-potássio, Na+ -K+ -ATPase. Neste livro, as proteínas carreadoras que hidrolisam o ATP têm as letras ATP escritas sobre a proteína de membrana.

À medida que o Na+ se move para dentro da célula, ele traz uma ou mais moléculas com ele ou troca de lugar com as moléculas existentes na célula. Os principais transportadores dependentes de Na+ estão listados na Tabela 5-3 e. Observe que as subtâncias cotransportadas podem ser outros íons ou moléculas sem carga, como a glicose. O mecanismo do transportador ativo secundário Na+-glicose (SGLT) está ilustrado na Figura 5-15 e. Na+ e glicose ligam-se à proteína SGLT na superfície voltada para o líquido extracelular. O sódio liga-se primeiro e causa uma mudança conformacional na proteína que cria um sítio de ligação de alta afinidade para a glicose. Quando a glicose ligase ao SGLT, a proteína muda de conformação novamente e abre seu canal para o lado do líquido intracelular. O sódio é liberado à medida que se move a favor do seu gradiente de concentração. A perda de Na+ da proteína faz com que o sítio de ligação para a glicose volte a ser de baixa afinidade, então a glicose é liberada e segue o Na+ para dentro do citoplasma. O resultado final é a entrada de glicose na célula contra seu gradiente de concentração, acoplada ao movimento de Na+ para a célula a favor do seu gradiente de concentração. O transportador SGLT pode transportar a glicose apenas para dentro das células porque a glicose tem que seguir o gradiente do Na+. Em contraste, transportadores GLUT são reversíveis e podem transportar a glicose para dentro ou para fora das células, dependendo do gradiente de concentração. Por exemplo, quando os níveis de glicose no sangue são altos, os transportadores GLUT levam a glicose para dentro das células do fígado. Durante os períodos de jejum, quando os níveis de glicose no sangue diminuem, as células do fígado (hepatócitos) convertem o glicogênio armazenado em glicose. Quando a concentração de glicose dentro dos hepatóci-

148

Dee Unglaub Silverthorn

o

LEC

ADP

o Ligação de 3 Na+ provenientes do líquido intracelular. L/C

o AATPase é fosforilada com Pi do ATP.

9

2 K+ liberados para o líquido intracelular. A proteína muda sua conformação.

o

Ligação de 2 K+ provenientes do líquido extracelular.

A proteína muda sua conformação. 3 Na+ liberados para o líquido extracelular.

\

.----...

, o o o

o

•

)

FIGURA 5-14 Mecanismo da Na+-K+-ATPase. Esta figura apresenta um modelo de como a Na+-K+-ATPase utiliza a energia e o fosfato inorgânico (PJ do ATP para transportar os íons através da membrana.

tos aumenta e excede a concentração plasmática de glicose, a glicose deixa os hepatócitos pelo transportador reversível GLUT. Os transportadores GLUT são encontrados em todas as células do corpo. Então, por que o corpo precisa do simportador Na+ -glicose SGLT? A resposta é que tanto o SGLT quanto os GLUTS são necessários para transportar a glicose de um lado para o outro de um epitélio. Consequentemente, os transportadores SGLT são encontrados em certas células epiteliais, como as células intestinais e renais, que levam a glicose do meio externo para as células. O processo do transporte transepitelial da glicose será discutido mais adiante neste capítulo . O uso de energia para impulsionar o transporte ativo é resumido na Figura 5-16 e. O organismo importa energia do meio externo nas ligações químicas dos nutrientes, como a glicose. Esta energia é transferida para as ligações de alta energia do ATP pela fosforilação oxidativa na mitocôndria [$ p. 112]. A energia no ATP é então usada para abaste-

cer o transporte ativo primário ou para criar gradientes de concentração de íons para o transporte ativo secundário. Por exemplo, a Na+-K+-ATPase bombeia o sódio para fora da cé, lula e o potássio para dentro. A medida que isto acontece, a energia do ATP é transformada em energia potencial armazenada nos gradientes de concentração iônica. Esta energia potencial pode ser aproveitada por diversos cotransportadores dependentes de sódio, como o transportador Na +-K+-2cz(NKCC). A energia cinética do Na+ deslocando-se para dentro da célula a favor do seu gradiente de concentração é associada ao movimento contra gradiente de K+ e Cl- para dentro da célula. Quando você estudar os diferentes sistemas do corpo, você encontrará estes transportadores secundários ativos participando de muitos processos fisiológicos. · VISANDO CONCEITOS Cite duas maneiras pelas quais o transporte ativo pela Na+ -K+-ATPase (Fig. 5-14) difere do transporte secundário pelo SGLT (Fig. 5-15). Resposta: p. 176

Fisiologia Humana

O Na+ liga-se ao carreador.

Exemplos de transportadores ativos secundários comuns SIM PORTE

149

Líquido intracelular Lúmen do intestino ou do túbulo renal

ANTIPORTE

Transportadores dependentes de sódio Na+-K+-2 c1- (NKCC) Na+-glicose (SGLn [Na+j alta [Glicose] baixa

Na+-aminoácidos (vários tipos)

[Na+j baixa [Glicose] alta

Na+-sais biliares (intestino delgado)

5

captação de Na +-colina (neurônios) A ligação do Na+ cria um sítio de ligação para a glicose.

captação do Na+ -neurotransmissor (neurônios)

Na

Transportadores não dependentes de sódio HCO3 - -Cl-

O transporte mediado por carreadores apresenta especificidade, competição e saturação Ambas as formas passiva e ativa do transporte mediado por carreadores apresentam três propriedades: especificidade, competição e saturação. Estes conceitos foram introduzidos na discussão sobre interação de proteínas [ $ p. 40] e a ligação de um substrato com a proteína. Especificidade Como visto no Capítulo 2, especificidade refere-se à capacidade de um carreador de transportar apenas uma molécula ou apenas um grupo de moléculas estreitamente relacionadas. Um exemplo de especificidade é encontrado na família de transportadores GLUT, os quais transportam apenas açúcares de seis carbonos (hexoses), tais como glicose, manose, galactose e frutose [ $ p. 28], através da membrana celular. Os transportadores GLUT possuem sítios de ligação que reconhecem e transportam hexoses, mas não transportarão o dissacarídeo maltose ou qualquer forma de glicose que não é encontrada normalmente na natureza. Dessa forma, podemos dizer que os transportadores GLUT são específicos para monossacarídeos de seis carbonos que existem naturalmente. Por muitos anos, os cientistas admitiam que deveria haver diferentes isoformas de carreadores de difusão facilitada da glicose porque eles tinham observado que o transporte de glicose era regulado por hormônios em algumas células, mas não em outras. Porém, não foi antes dos anos de 1980 que o primeiro transportador de glicose foi isolado. Até hoje, aproximadamente 12 genes GLUT foram identificados. As proteínas GLUT importantes que você encontrará neste livro incluem o GLUTl, encontrado na maioria das células do corpo; o GLUT2, encontrado no fígado e no epitélio intestinal e renal; o GLUT3, encontrado nos neurônios; o GLUT4, o transportador regulado pela insulina do músculo esquelético; e o GLUTS, o transportador intestinal de frutose. A

A ligação da glicose muda a conformação do carreador.

Na+

O Na+ é liberado dentro do citosol. A glicose o segue.

•

FIGURA 5-15 Mecanismo do transportador SGLT. Este transportador utiliza a energia potencial armazenada no gradiente de concentração do Na+ para transportar a glicose contra o seu gradiente de concentração.

limitação de diferentes transportadores GLUT a diferentes tecidos é uma importante característica do metabolismo e da homeostase da glicose. Competição A propriedade da competição é intimamente relacionada à especificidade. Um transportador pode transportar vários membros de um grupo de substratos relacionados, mas esses substratos competirão um com o outro pelos sítios de ligação do transportador. Por exemplo, os transportadores GLUT transportam açucares da família das

150

Dee Unglaub Silverthorn

Glicose

A energia é importada para dentro da célu la como energia armazenada nas ligações químicas dos nutrientes, como a glicose.

Glicose Glicólise

Piruvato Metabolismo A energia das ligações químicas é convertida em ligações de alta energia do ATP pelo processo do metabolismo.

""\./'calor~ ~

Ciclo AC

1

\_;.

Transporte ativo primário

...

ADP+Pi

A energia da ligação fosfato de alta energia do ATP é usada para transportar K+ e Na+ contra seus gradientes de concentração. Isto gera energia potencial armazenada nos gradientes de concentração dos íons.

ATP

Alta [K+] Baixa [Na+]

Baixa [K+] A lta [Na+] Transporte ativo secundário

Na+ ~-t--K+

2 c1-

LEGENDA

•

FIGURA 5-16

.

C~~o

= Ciclo do ácido cítrico ( STE )

=Sistema transportador de elétrons

Transferência de energia em células vivas.

Q)

~ (.)

.--Apenas glicose

O> ~

"O

,. -- Glicose e ,, ,, " galactose (1 mM)

Q)

t::

o

a. cn e

-

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/

~

~

/ /

1-

5

10

15

Concentração de glicose (mM)

•

A energia do gradiente de Na+ pode ser usada para mover outras moléculas através da membrana celular contra seus gradientes de concentração.

FIGURA 5-17 Gráfico da competição no transporte. Este gráfico mostra a taxa de transporte da glicose como uma função da concentração da glicose. No primeiro experimento, apenas a glicose está presente. No segundo experimento, uma concentração constante de galactose também está presente.

hexases, mas cada GLUT diferente tem uma "preferência" por uma ou mais hexases, com base na sua afinidade de ligação. Os resultados de um experimento demonstrando a competição são mostrados na Figura 5-17 e. O gráfico mostra a taxa de transporte da glicose como uma função da concentração da glicose. A linha de cima mostra o transporte quando apenas a glicose está presente; a linha inferior mostra o quanto o transporte da glicose diminui se a galactose também estiver presente. A galactose compete pelos sítios de ligação nos transportadores GLUT e desloca algumas moléculas de glicose. Com menos glicose disponível para ligar na proteína GLUT, a taxa de transporte da glicose para dentro da célula diminui. Algumas vezes, a molécula competidora não é transportada, mas meramente bloqueia o transporte de outro substrato. Neste caso, a molécula competidora é um inibidor competitivo [ $ p. 42]. No sistema de transporte da glicose, o dissacarídeo maltose é um inibidor competitivo (Fig. 5-18 e ). Ela compete com a glicose pelo sítio de ligação, mas quando ligada ela é muito grande para ser transportada através da membrana.

Fisiologia Humana

• Líquido extracelular (

)

C)

Glicose

Glicose ~Maltose

151

FIGURA 5-18 Inibição competitiva do transporte da glicose. O inibidor neste caso é o dissacarídeo maltose, uma molécula muito maior do que a glicose.

Transportador GLUT

Líquido intracelular

(a) O transportador GLUT carrega a glicose através da membrana celular.

(b) A maltose é um inibidor competitivo que se liga ao transportador GLUT, mas ela não é transportada através da membrana.

A competição entre substratos transportados tem sido aplicada na medicina. Um exemplo é a gota, uma doença causada por níveis elevados de ácido úrico no plasma. Uma maneira de diminuir o ácido úrico no plasma é aumentar sua excreção na urina. Normalmente, o transportador de ânions orgânicos dos rins (OAT) recupera o ácido úrico da urina e o leva de volta para o plasma. Porém, se um ácido orgânico denominado probenecide é administrado ao paciente, o OAT se liga ao probenecide, ao invés de se ligar ao ácido úrico, impedindo a reabsorção do ácido úrico. Consequentemente mais ácido úrico deixa o corpo na urina, diminuindo sua concentração plasmática.

Saturação A taxa de transporte do substrato depende tanto da sua concentração quanto do número de moléculas carreadoras, uma propriedade que é compartilhada pelas enzimas [$ p. 45]. Para um número fixo de carreadores, entretanto, à medida que a concentração do substrato aumenta a taxa de transporte aumenta até chegar ao máximo, que é o ponto no qual todos os sítios de ligação dos carreadores estão ocupados com substrato. Neste ponto, se diz que os carreadores atingiram a saturação. Na saturação, os carreadores estão funcionando na sua taxa máxima, e um aumento adicional na concentração do substrato não tem efeito. A Figura 5-19 • mostra a saturação representada graficamente. Como analogia, pense nos carreadores como portas em uma sala de concerto. Cada porta tem um número máximo de pessoas que ela pode permitir que entrem na sala em um dado período de tempo. Suponha que todas as portas juntas permitam que um máximo de 100 pessoas por minuto entrem na sala. Esta é a taxa máxima de transporte, também denominada transporte máximo. Quando a sala de concerto está vazia, três pessoas da manutenção entram a cada hora. A taxa de transporte é de 3 pessoas/60 minutos, ou 0,05 pessoas/minuto, bem abaixo do máximo. Para um recital de dança local, cerca de 50 pessoas por minuto passam pelas portas, ainda bem abaixo do máximo. Entretanto, quando o grupo de rock mais popular do momento faz um show, milhares de pessoas amontoam-se do lado de fora. Quando as portas se abrem, milhares de pessoas estão querendo entrar, mas as

5

portas permitirão a entrada de apenas 100 pessoas/minuto. As portas estão trabalhando a uma taxa máxima, assim não importa se há 1.000 ou 3.000 pessoas tentando entrar. A taxa de transporte é saturada em 100 pessoas/minuto. Como as células podem aumentar sua capacidade de transporte e evitar a saturação? Uma maneira é aumentar o número de carreadores na membrana. Isto seria como a abertura de mais portas na sala de concerto. Sob algumas circunstâncias, as células são capazes de inserir carreadores adicionais em suas membranas. Sob outras circunstâncias, a célula pode retirar carreadores para diminuir o movimento de uma molécula para dentro ou para fora da célula. Todas as formas de transporte mediado por carreadores apresentam especificidade, competição e saturação, mas como você aprendeu, elas também diferem em um aspecto importante: o transporte mediado passivo - conhecido como difusão facilitada - não requer entrada de energia de uma fonte externa. O transporte ativo requer entrada de energia do ATP, direta ou indiretamente.

QUESTÕES DO GRÁFICO No eixo x, indique a concentração do substrato na qual os carreadores se tornam saturados. Transporte máximo

------------:.,.-;.

-~---~---i

Concentração extracelular do substrato

•

A taxa de transporte é proporcional à concentração do substrato até que os carreadores estejam saturados.

•

FIGURA 5-19 Gráfico mostrando a saturação de um transporte mediado por carreador.

152

Dee Unglaub Silverthorn dentro da sala. Usando a mesma analogia, você pode pensar de que outra maneira uma célula pode aumentar sua taxa de transporte máximo? Respostas: p. 176

---..--- Fagócito T-------"tr---

Lisossomo

TRANSPORTE VESICULAR

O leucócito fagocítico encontra uma bactéria que se liga à membrana celular.

O que acontece às macromoléculas que são muito grandes para entrar ou deixar as células através das proteínas canal ou dos carreadores? Elas se movem para dentro e para fora da célula com a ajuda de vesículas semelhantes a bolhas [$ p. 68] criadas a partir da membrana celular. As células usam dois processos básicos para importar partículas e moléculas grandes: fagocitose e endocitose. A fagocitose era considerada um tipo de endocitose, mas à medida que os cientistas compreenderam mais sobre os mecanismos que determinam os dois processos, ficou claro que a fagocitose é fundamentalmente diferente da endocitose. O material deixa a célula pelo processo conhecido como exocitose, um processo que é similar à endocitose, mas que ocorre na direção contrária.

O fagócito usa seu citoesqueleto para projetar sua membrana celular ao redor da bactéria, criando uma grande vesícula, o fagossoma.

A fagocitose forma vesículas usando o citoesqueleto

O fagossomo contendo a bactéria separa-se da membrana celular e move-se para dentro do citoplasma.

O fagossomo se funde com os lisossomos, os quais contêm enzimas digestivas.

Se você estudou uma Amoeba no laboratório de biologia, você pode ter assistido a estas criaturas unicelulares ingerindo seu alimento circundando o alimento e o encerrando em uma vesícula que é levada para o citoplasma. Fagocitose (phagein, comer + cite, célula + -sis, processo) é um processo mediado pela actina no qual a célula engolfa uma bactéria ou outra partícula dentro de uma grande vesícula delimitada por membrana denominada fagossomo (soma, corpo). O fagossomo se separa da membrana celular e move-se para o interior da célula, onde se funde com um lisossomo [ $ p. 69], cujas enzimas digestórias destroem a bactéria. A fagocitose requer energia do ATP para o movimento do citoesqueleto e para o transporte intracelular das vesículas. Em humanos, a fagocitose ocorre apenas em certos tipos de leucócitos denominados fagócitos, os quais se especializaram em "comer" bactérias e outras partículas estranhas (Fig. 5-20 e ).

A endocitose forma vesículas menores A bactéria é morta e digerida dentro da vesícula.

e

FIGURA 5-20

Fagocitose.

REVISANDO CONCEITOS 20. Como você chamaria um carreador que move dois substratos em direções opostas através de uma membrana? 21. Na analogia da porta da sala de concerto, descrevemos como a taxa máxima de transporte pode ser aumentada aumentando o número de portas que conduzem para

A endocitose, o segundo processo pelo qual grandes moléculas ou partículas se movem para dentro das células, difere da fagocitose em dois aspectos importantes. Primeiro, na endocitose a superfície da membrana se retrai, ao invés de se projetar para fora. Segundo, a vesícula formada pela endocitose é muito menor. Além disso, a endocitose pode ser constitutiva; ou seja, uma função essencial que está sempre acontecendo. Em contraste, a fagocitose deve ser iniciada pela presença de uma substância a ser ingerida. A endocitose é um processo ativo que requer energia do ATP. Ela pode ser não seletiva, permitindo que o líquido extracelular entre na célula - um processo denominado pinocitose (pino, beber) - ou pode ser extremamente seletiva, permitindo que apenas moléculas específicas entrem na célula. Dois tipos de endocitose requerem um ligante que se

Fisiologia Humana

O ligante liga-se ao receptor de membrana.

153

Líquido extracelular

O complexo receptor-ligante migra para a depressão recoberta por clatrina. Vesícula de transporte e membrana celular fundem-se (reciclagem da membrana).

Depressão recoberta por clat rina

Endocitose.

Receptor

5

A vesícula de transporte com receptores move-se para a membrana celular.

Para o lisossomo ou para o aparelho de Golgi

e

Receptores e ligantes separam-se.

~-­

• Os ligantes vão para o lisossomo ou para o aparelho de Golgi para processamento.

As vesícu las perdem o revestimento de clatrina.

Endossomo

Líquido intracelular

FIGURA 5-21 Endocitose mediada por receptor e exocitose. As etapas 1 a 4 ilustram a endocitose e as etapas 7 a 9 mostram a exocitose. Segmentos da membrana celular são removidos como vesículas e reinseridos durante a exocitose em um processo conhecido como reciclagem da membrana.

ligue a uma proteína receptora da membrana: a endocitose mediada por receptor e a potocitose.

Endocitose mediada por receptor A endocitose mediada por receptor ocorre em regiões da membrana celular conhecidas como depressões recobertas por clatrina, invaginações onde o lado citoplasmático da membrana possui alta concentração de proteínas. A proteína mais comum encontrada nas depressões recobertas é a clatrina (Fig. 5-21 e ). Na primeira etapa do processo, ligantes extracelulares que serão trazidos para dentro da célula se ligam aos seus receptores de membrana (©, Fig. 5-21). O complexo receptorligante migra ao longo da superfície até encontrar uma depressão recoberta @.Uma vez que o complexo receptorligante esteja na depressão recoberta, a membrana é puxada para dentro, ou invagina @;então, essa porção da membrana celular se solta e torna-se uma vesícula citoplasmática. As moléculas de clatrina são liberadas e recicladas de volta para a membrana @. Na vesícula, o receptor e os ligantes separam-se, deixando o ligante dentro de um endossomo ®.

O endossomo move-se para um lisossomo se o ligante deve ser destruído, ou para o aparelho de Golgi se o ligante deve ser processado @ . Enquanto isso, os receptores do ligante podem ser reutilizados em um processo conhecido como reciclagem da membrana. A vesícula com os receptores move-se para a membrana celular ® e funde-se com ela @. A membrana da vesícula é então incorporada novamente na membrana celular por exocitose @. Observe na Figura 5-21 que a face citoplasmática da membrana permanece a mesma durante toda a endocitose e a reciclagem. A superfície extracelular da membrana celular se torna a face interna da membrana da vesícula. ,. . A endocitose mediada por receptor transporta varias substâncias para dentro da célula, incluindo hormônios proteicos, fatores de crescimento, anticorpos e proteínas plasmáticas que atuam como carreadores de ferro e colesterol. Anormalidades na remoção de colesterol do sangue mediada por receptor são associadas com níveis elevados de colesterol plasmático e doenças cardiovasculares.

154

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLfNICO

_, e_,

A LIPOPROTEÍNA LETAL Embora as moléculas de colesterol sejam essenciais para a estrutura da membrana e para a síntese de hormônios esteroides (como os hormônios sexuais), níveis elevados de colesterol no corpo podem causar doenças do coração. Uma das razões para algumas pessoas terem muito colesterol no sangue (hiperco/esterolemia) é a falha das células em transportar o colesterol para dentro delas. O colesterol é insolúvel em soluções aquosas e por isso é ligado a uma molécula de lipoproteína carreadora para seu transporte no sangue. A forma mais comum de carreador é a lipoproteína de baixa densidade (LDL). O complexo LDL-colesterol (LDL-C) é captado para dentro da célula por endocitose quando os receptores de LDL se ligam ao LDL-c nas cavéolas. Pessoas que herdam um defeito genético que diminu i o número de receptores de LDL em suas membranas celulares não podem transportar o colesterol normalmente para dentro das suas células. Consequentemente, o LDL-C permanece no plasma. Níveis anormalmente altos de LDL-C no sangue predispõem estas pessoas ao desenvolvimento da aterosclerose, comumente conhecida como endurecimento das artérias (ateroma, um tumor + se/eras, rígido + -sis, condição). Nesta condição, o acúmulo de colesterol nos vasos sanguíneos bloqueia o fluxo de sangue e contribui para os ataques do coração (infartos do miocárdio).

Potocitose e cavéolas A forma de endocitose conhecida como potocitose é distinguida da endocitose mediada por receptor pelo fato de a potocitose usar cavéolas ("pequenas cavernas") em lugar das vesículas recobertas por clatrina para concentrar e levar moléculas ligadas a receptores para dentro da célula. Cavéolas são regiões da membrana com balsas lipídicas [;;: p. 60], proteínas receptoras de membrana e uma cobertura de proteínas de membrana denominadas caveolinas. Os receptores nas cavéolas são proteínas ancoradas a lipídeos [ $ p. 59]. Em muitas células, as cavéolas aparecem como pequenas bolsas inseridas na membrana celular, razão da origem do seu nome. As cavéolas possuem muitas funções: concentrar e internalizar pequenas moléculas, ajudar na transferência de macromoléculas através do endotélio capilar (ver Fig. 5-24) e participar na sinalização celular. As cavéolas parecem estar envolvidas em alguns processos patológicos, incluindo infecções virais e parasitárias. Duas formas da doença distrofia muscular são associadas com anormalidades na proteína caveolina. Os cientistas atualmente estão tentando descobrir mais detalhes sobre o papel das cavéolas na fisiologia normal e na fisiopatologia.

A exocitose libera moléculas muito grandes para as proteínas transportadoras A exocitose é o oposto da endocitose. Na exocitose, as vesículas intracelulares se movem em direção à membrana

celular, fundindo-se com ela (Fig. 5-21, @), e então liberam seu conteúdo no líquido extracelular @ . As células usam a exocitose para exportar grandes moléculas lipofóbicas, como as proteínas sintetizadas na célula, e para se livrar dos resíduos da digestão intracelular deixados nos lisossomos. O processo pelo qual as membranas da célula e da vesícula se fundem é similar em vários tipos de células, de neurônios a células endócrinas. A exocitose envolve duas famílias de proteínas: Rabs, as quais ajudam a ancorar as vesículas na membrana, e SNAREs, as quais facilitam a fusão das membranas. Na exocitose regulada, o processo geralmente inicia com um aumento na concentração intracelular de Ca2 + que atua como um sinal. O Ca2 + interage com uma proteína sensível ao cálcio, a qual por sua vez inicia o ancoramento da vesícula secretora e a fusão. Quando a área fundida da membrana se abre, o conteúdo da vesícula difunde-se para o líquido extracelular enquanto a membrana da vesícula se torna parte da membrana celular. A exocitose, assim como a endocitose, requer energia na forma de ATP. A exocitose ocorre continuamente em algumas células, caracterizando um processo constitutivo. Por exemplo, as células caliciformes [ $ p. 79] do intestino liberam continuamente muco por exocitose, e os fibroblastos do tecido conectivo liberam colágeno [ ~ p. 80]. Em outros tipos de células, a exocitose é um processo intermitente que é iniciado por um sinal. Em muitas células endócrinas, os hormônios são armazenados em vesículas secretoras no citoplasma e liberados em resposta a um sinal de fora da célula. As células também usam a exocitose para inserir proteínas na membrana celular, como mostrado na Figura 5-21. Você encontrará muitos exemplos de exocitose no seu estudo de fisiologia. REVISANDO CONCEITOS De que maneira a fagocitose difere da endocitose? 23. Cite as duas famílias de proteínas de membrana associadas com a endocitose. 24. Como as células transportam proteínas grandes para dentro da célula? E para fora da célula? Respostas: p. 176

TRANSPORTE EPITELIAL Todos os processos de transporte descritos nas seções anteriores tratam do movimento de moléculas através de uma única membrana, a membrana celular. Entretanto, as moléculas que entram e saem do corpo ou que se deslocam entre certos compartimentos dentro do corpo devem atravessar uma camada de células epiteliais [ ~ p. 74] que são conectadas umas às outras por meio de junções de adesão e junções de oclusão [ ~p.75].

As junções de oclusão dos epitélios separam a membrana celular em duas regiões, ou polos. A superfície da célula epitelial voltada para o lúmen de um órgão é denominada membrana apical (apex, o ponto mais alto) (Fig. 5-22 e ). Ela frequentemente é dobrada formando microvilosidades que aumentam a sua área de superfície. Abaixo das junções de

Fisiologia Humana

Lúmen do intestino • • ou do rim

"' • J • • •

•

•

•

155

• •

Membrana apical - -em contato com o lúmen. Junções de oclusão -----impedem o movimento de substâncias entre as células. Células epiteliais _ ____..... de transporte.

Membrana basolateral em contato com o líquido extracelular.

- ---4<- - '' - - '""---'

• Líquido extrace/u/ar

•

• • • Proteínas transportadoras • •

•

•

•

O epitélio polarizado possui diferentes proteínas transportadoras nas membranas apical e basolateral. Isto permite o transporte direcional seletivo através do epitélio. O transporte do lúmen para o líquido extracelular é chamado de absorção. O transporte do líquido extracelular para o lúmen é chamado de secreção.

•

FIGURA 5-22 Células polarizadas do epitélio de transporte. A membrana apical e a membrana basolateral são os dois polos da célula.

oclusão as três superfícies da célula que estão voltadas para o líquido extracelular são coletivamente denominadas membrana basolateral (basal, base + latus, lado). A membrana apical também é denominada membrana mucosa; o termo correspondente para a membrana basolateral é membrana

serosa. As células epiteliais de transporte são ditas polarizadas porque suas membranas apical e basolateral possuem propriedades muito diferentes. Certas proteínas de transporte, como a Na+ -K+ -ATPase, quase sempre são encontradas apenas na membrana basolateral. Outras, como o transportador do simporte Na+ -glicose SGLT, são localizados na membrana apical. Esta distribuição polarizada de transportadores permite um movimento em um único sentido de certas moléculas através do epitélio. O transporte de material do lúmen de um órgão para o líquido extracelular é denominado absorção. Quando o material é transportado do LEC para o lúmen, o processo é chamado de secreção. Note que o termo secreção também é usado mais amplamente para significar a liberação de uma substância de uma célula.

O transporte epitelial pode ser paracelular ou transcelular O movimento através de um epitélio, ou transporte epitelial, pode ocorrer através das junções entre células adjacentes (transporte paracelular [para-, ao lado de] ou através das próprias células epiteliais (transporte transcelular). No epitélio "impermeável" as junções célula-célula atuam como barreiras para minimizar a difusão não regulada de material entre as células, de modo que há muito pouco transporte paracelular. Entretanto, recentemente os cientistas descobriram que alguns epitélios possuem a capaci-

dade de alterar a "permeabilidade" de suas junções. Parece que algumas proteínas juncionais como as claudinas podem formar grandes orifícios ou poros que permitem que água, íons, e alguns solutos pequenos sem carga se movam pela via paracelular. Em certos estados patológicos, o aumento no movimento através da via paracelular é uma característica da doença. Em contraste, as substâncias que se movem pela via transcelular devem atravessar duas membranas celulares. As moléculas cruzam a primeira membrana quando se movem para dentro da célula epitelial a partir de um compartimento, e cruzam a segunda membrana quando deixam a célula epitelial para entrar no segundo compartimento. O transporte transcelular usa uma combinação de mecanismos de transporte ativo e passivo. O transporte transcelular mediado por proteína é usualmente um processo de duas etapas, com uma etapa "ladeira acima" que requer energia e uma etapa "ladeira abaixo", na qual a molécula se move passivamente a favor do seu gradiente. Você verá essas etapas no exemplo do transporte da glicose, a seguir. As moléculas que são muito grandes para se mover pelas proteínas da membrana podem ser transportadas através da célula em vesículas. As células do epitélio de transporte podem alterar sua permeabilidade inserindo ou retirando seletivamente proteínas na membrana. Os transportadores retirados da membrana podem ser destruídos nos lisossomos, ou podem ser armazenados em vesículas dentro da célula, prontos para serem reinseridos na membrana em resposta a um sinal (outro exemplo de reciclagem da membrana). A maior parte do transporte epitelial que você estudará neste livro envolve o epitélio de transporte do intestino e do rim, que são especializados em transportar seletivamente moléculas para dentro e para fora do corpo.

5

156

Dee Unglaub Silverthorn

[Glicose] baixa@

Na

[Na+] alta

Lúmen do rim ou do intestino

O transportador do simporte Na+-glicose leva a glicose para dentro da célula contra seu gradiente usando a energia armazenada no gradiente de concentração do Na+ .

o Membrana a picai

[Glicose] alta @

9

O transportador GLUT transfere a glicose para o líquido extracelular por difusão facilitada. [Na1baixa A Na+-K+-ATPase bombeia Na+ para fora da célula, mantendo baixa a concentração de Na+ no líquido intracelular.

Célula epitelial

Membrana basolateral

@

QUESTÕES DA FIGURA

~

Na

• Relacione cada transportador com sua localização. 1. GLUT (a) membrana apical 2. transportador do simporte Na+-glicose (b) membrana basolateral 3. Na+-K+-ATPase • O movimento da glicose através da membrana basolateral é ativo ou passivo? Explique. • Por que o movimento do Na+ na membrana apical não requer ATP?

o Líquido extracelular [Glicose] baixa@

•

FIGURA 5-23 Transporte transepitelial da glicose. Este processo envolve o transporte ativo indireto (secundário) da glicose através da membrana apical e a difusão da glicose através da membrana basolateral.

O transporte transcelular da glicose utiliza proteínas de membrana O teste que Daniel irá realizar analisa os níveis de NaCI no suor. O suor - uma mistura de íons e água - é secretado dentro dos duetos sudoríferos pelas células epiteliais das glândulas sudoríferas. A medida que o suor se move em direção à superfície da pele pelos duetos sudoríferos, o CFTR e canais de Na+ movem íons cloreto e Na+ para fora do suor e de volta para o corpo. Esta porção do epitélio da glândula sudorífera não é permeável à água, e assim a reabsorção normal do NaCI gera um suor com baixo conteúdo de sal. Porém, na ausência dos CFTRs no epitélio, o sal não é reabsorvido. " Geralmente, o suor contém cerca de 120 milimoles de sal por litro", diz Beryl Rosenstein, M.D., do Cystic Fibrosis Center do Johns Hopkins Medical lnstitutions. "Na fibrose cística, a concentração de sal no suor pode ser quatro vezes maior que a quantidade normal." Questão2: Com base na informação dada, o CFTR está na superfície apical ou basolateral do epitélio da glândula sudorífera?

133

144

161

165

171

O movimento da glicose do lúmen dos túbulos renais ou do intestino para o líquido extracelular é um importante exemplo de movimento direcional através de um epitélio de transporte. O movimento transepitelial da glicose envolve três sistemas de transporte: o transporte ativo secundário mediado pelo SGLT da glicose com Na+ do lúmen para a célula epitelial na membrana apical, seguido pelo movimento de Na+ e glicose da célula epitelial para o líquido extracelular na superfície basolateral da célula. O sódio é transportado para fora por transporte ativo primário pela Na+ -K+-ATPase, e a glicose deixa a célula por difusão facilitada pelos transportadores GLUT. A Figura 5-23 • mostra o processo em detalhes. A concentração de glicose na célula epitelial de transporte é mais alta que a concentração de glicose no líquido extracelular ou no lúmen dos túbulos renais ou do intestino. Por essa razão, o movimento da glicose do lúmen para dentro da célula requer entrada de energia - neste caso, a energia armazenada no gradiente de concentração do Na+. Os íons sódio no lúmen ligam-se ao transportador SGLT, como previamente descrito (ver Fig. 5-15), e levam a glicose com eles para den-

Fisiologia Humana

•

•

•

•

•

•

•

• • • Proteínas plasmáticas ~_. • • • • • •

•

• • •

•

•

•

Endotélio capilar

•

•

•

•

• •

•

Eritróci

•

•

• • • • • • • • • • • • • • • • •

•

•


Transporte vesicular

157

•••• •••

e::i:: •

Exocitose

•

As proteínas plasmáticas são concentradas em cavéolas, as quais então sofrem endocitose e formam vesículas.

As vesículas atravessam as células com ajuda do citoesqueleto.

5 Os conteúdos das vesículas são liberados no líquido intersticial por exocitose.

Líquido intersticial

•

FIGURA 5-24 Transcitose através do endotélio capilar.

tro da célula. A energia necessária para transportar a glicose contra seu gradiente de concentração é proveniente da energia cinética do Na+ movendo-se a favor do seu gradiente de concentração (CD Fig. 5-23). Após a entrada da glicose na célula epitelial, ela sai na membrana basolateral a favor do seu gradiente de concentração por difusão facilitada mediada pelo transportador GLUT (® Fig. 5-23). O Na+ é bombeado para fora da célula na superfície basolateral pela Na+_K+-ATPase @ . O sódio é mais concentrado no líquido extracelular do que na célula; portanto, este passo requer energia fornecida pelo ATP. A remoção do Na+ da célula é essencial se a glicose deve continuar sendo absorvida a partir do lúmen. A energia para impulsionar o transportador SGLT vem do gradiente de concentração do Na+, o qual depende da baixa concentração intracelular do Na+. Se a Na+ -K+-ATPase basolateral é envenenada com ouabaína * (um composto relacionado com o fármaco cardiotônico digital), o Na+ que entra na célula não pode ser bombeado para fora. A concentração de Na+ dentro da célula aumenta gradualmente até ficar igual àquela que existe no lúmen. Sem um gradiente de sódio, não há fonte de energia para o transportador do simporte Na+-glicose (SGLT), e o movimento de glicose através do epitélio cessa. O transporte transepitelial pode usar o movimento de íons através de canais além do transporte mediado por um carreador. Por exemplo, a membrana apical de um epitélio de transporte pode usar o transportador do simporte Na+ -K+ -2 Cl- (NKCC) para levar K+ para dentro da célula contra seu gradiente de concentração, usando a energia do gradiente de Na+. Como a concentração de K+ dentro da célula é mais alta do que no líquido extracelular, o K+ pode mover-se para fora da célula na superfície basolateral através de canais de *N. de T. A ouabaína é uma substância orgânica inibidora específica da Na+ -K+ -ATPase, extraída a partir de sementes de plantas africanas, cujo papel fisiológico ainda não é bem compreendido.

vazamento de K+. O Na+ deve ser bombeado para fora pela Na+-K+-ATPase. Por este mecanismo simples, o corpo pode absorver Na+ e K+ ao mesmo tempo do lúmen do intestino ou dos túbulos renais. R VISANDO CONCEITOS Por que o movimento de Na+ do citoplasma para o líquido extracelular requer energia? 26. A ouabaína, um inibidor da Na+-K+ -ATPase, não pode passar através das membranas celulares. O que aconteceria ao transporte transepitelial de glicose mostrado na Figura 5-23 se a ouabaína fosse aplicada na superfície apicai do epitélio? E na superfície basolateral do epitélio? 27. Que transportador GLUT é ilustrado na Figura 5-23? Respostas: p. 176

A transcitose utiliza vesículas para atravessar um epitélio Algumas moléculas, como as proteínas, são muito grandes para atravessar o epitélio pelos transportadores de membrana. Em vez disso, elas se movem através do epitélio por transcitose, que é uma combinação de endocitose, transporte vesicular através da célula, e exocitose (Fig. 5-24 e ). Neste processo, a molécula é levada para dentro da célula epitelial via endocitose mediada por receptor ou potocitose. Avesícula resultante se fixa aos microtúbulos do citoesqueleto celular e é transportada através da célula por um processo conhecido como transporte vesicular. No lado oposto do epitélio, o conteúdo da vesícula é liberado para o líquido intersticial por exocitose. A transcitose torna possível que grandes proteínas se movam através de um epitélio e permaneçam intactas. Esta é a maneira pela qual os bebês absorvem os anticorpos da mãe no leite materno. Os anticorpos são absorvidos na superfície apical do epitélio intestinal da criança e depois liberados no líquido extracelular.

158

Dee Unglaub Silverthorn

100%

QUESTÕES DO GRÁFICO

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• Usando o volume de líquido extracelular mostrado, calcule os volumes do plasma e do líquido intersticial. • Qual o volume total de água do corpo desta pessoa? • Use suas respostas das duas questões anteriores para calcular a percentagem do total de água corporal presente no plasma e no líquido intersticial.

I•

Líquido intracelular (LIC)

Plasma (25% do líquido extracelular) Líquido intersticial (75% do líquido extracelular) Líquido extracelular (LEC)

REVISANDO CONCEITOS 28. Se um veneno que desmonta os microtúbulos é aplicado em uma célula endotelial capilar, o que acontece com a Resposta: p. 176 transcitose?

Agora que já sabemos como os solutos se movem entre os compartimentos do corpo, veremos o movimento da " agua.

OSMOSE E TONICIDADE A distribuição de solutos no corpo depende da substância poder atravessar a membrana celular por difusão simples, por t ransporte mediado por proteína ou por t ransporte vesicular. A água, por outro lado, pode mover-se livremente para dentro e para fora de quase todas as células, atravessando canais iônicos cheios de água e canais especiais de água criados pela proteína aquaporina. Nesta seção, examinamos arelação entre o movimento do soluto e o movimento da água através das membranas celulares. O conhecimento profundo deste tópico fornece a base para o uso clínico da terapia intravenosa (IV) de líquidos.

•

FIGURA 5-25 Distribuição do volume de água nos três compartimentos líquidos do corpo. Esta figura mostra os volumes dos compartimentos para o homem de 70 kg "padrão".

de água tem o volume de 1 litro; então, seu total de água corporal é de 42 litros. Isto é o equivalente a 21 garrafas de dois litros! As mulheres possuem menos água por quilograma de massa corporal do que os homens, pois têm mais tecido adiposo. Reveja a Figura 3-31 [i: p. 83] e observe como as grandes gotículas de gordura no tecido adiposo ocupam a maior parte da célula, deslocando o citoplasma mais aquoso. A idade também influencia o conteúdo de água corporal. Os bebês possuem relativamente mais água que os adultos, e o conteúdo de água diminui quando as pessoas ultrapassam os 60 anos. A Tabela 5-4 • mostra o conteúdo de água como uma porcentagem do peso total do corpo em pessoas com diversas idades e em ambos os sexos. Na prática clínica, é necessário considerar a variabilidade do conteúdo de água corporal para a adequada prescrição de medicamentos. Pelo fato de mulheres e pessoas idosas possuírem menos água no corpo, eles terão uma concentração maior de um medicamento no plasma do que teriam jovens do sexo masculino se a todos fosse dada uma dose igual por quilograma de massa corporal. A distribuição de água entre os compartimentos do corpo é menos variável. Quando consideramos os volumes

O corpo é consituído principalmente por água A água é a molécula mais importante no corpo humano porque é o solvente para toda matéria viva. Quando buscamos vida em planetas distantes do sistema solar, uma das primeiras perguntas que os cientistas fazem sobre um planeta é "ele tem água?". Sem água, a vida como conhecemos não pode existir. Quanta água há no corpo humano? Pelo fato de um indivíduo diferir do outro, não há uma única resposta. Contudo, na fisiologia humana muitas vezes falamos de valores-padrão para as funções fisiológicas, com base em um "homem de 70 kg". Esses valores-padrão são derivados de dados obtidos pelo estudo de jovens brancos do sexo masculino com uma média de peso de 70 kg. Assim, quando você ouvir alguém falar de valores-padrão ou médios em fisiologia, lembre-se que estes números precisam ser ajustados para a idade, sexo, peso e origem étnica do indivíduo. O homem "padrão" de 70 kg possui 60o/o do seu peso corporal total, ou 42 kg na forma de água. Cada quilograma

Conteúdo de água como porcentagem do peso total do corpo por idade e sexo MASCULINO

FEMININO

Bebê

65%

65%

1-9

62%

62%

10-16

59%

57%

17-39

61%

51%

40-59

55%

47%

60+

52%

46o/o

IDADE

Adaptada de Edelman e Leibman, American Journal of Medicine 27; 256-277, 1959.

159

Fisiologia Humana

A solução B é mais concentrada do que a solução A.

FOCO CLINICO

A

,

B Aumento de volume

ESTIMANDO A QUANTIDADE DE AGUA CORPORAL Os clínicos estimam a perda de líquido de uma pessoa na desidratação equiparando a perda de peso com a perda de água. Como 1 litro de água pura pesa 1 qui lograma, um decréscimo no peso do corpo de 1 quilograma é considerado equivalente à perda de 1 litro de líquido corporal. Um bebê com diarreia pode facilmente ser pesado para estimar sua perda de líquido. Uma redução de 0,5 kg do peso do corpo sign if ica uma perda estimada de 500 ml de líquido. Este cálculo fornece uma rápida estimativa de quanto líquido é necessário ser reposto.

-

Membrana

• • :

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• seletiva~ente ••• • • • ••• • •• • •

•

Diminuição de volume

permeavel

•

1

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~ Moléculas de glicose

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1

Dois compartimentos são separados por uma membrana que é permeável à água, mas não à glicose.

A água se move por osmose para a solução mais concentrada.

A força é aplicada a B para opor-se exatamente à osmose de A para B.

relativos dos compartimentos corporais, o compartimento intracelular contém cerca de dois terços (67%) da água do corpo (Fig. 5-25 e ). O terço restante (33%) é dividido entre o líquido intersticial (que contém cerca de 75% da água extracelular) e o plasma (que contém cerca de 25% da água extracelular).

Volumes

·------- - - ;- - -. - - - ....::::::::::;;;1 •

O corpo está em equilíbrio osmótico A água é capaz de mover-se livremente entre as células e o líquido extracelular e se distribui até as concentrações de água estarem iguais por todo o corpo - em outras palavras, até o corpo estar em um estado de equilíbrio osmótico. O movimento da água através de uma membrana em resposta a um gradiente de concentração de um soluto é denominado osmose. Na osmose, a água se move para diluir a solução mais concentrada. Uma vez que as concentrações são iguais, o movimento resultante da água cessa. Veja o exemplo mostrado na Figura 5-26 e, em que dois compartimentos de volumes iguais são separados por uma membrana com permeabilidade seletiva, que é permeável à água, mas que não permite que a glicose a atravesse. Em CD, os compartimentos A e B contêm volumes iguais da solução de glicose. O compartimento B tem mais soluto (glicose) por volume de solução e consequentemente é a solução mais concentrada. Há um gradiente de concentração através da membrana para a glicose, mas a membrana não é permeável a ela, então a glicose não pode difundir-se para igualar sua distribuição. A água, por outro lado, pode atravessar a membrana livremente. Ela se moverá por osmose do compartimento A, que contém a solução de glicose diluída, para o compartimento B, que contém a solução de glicose mais concentrada. Assim, a água move-se para diluir a solução mais concentrada (Fig. 5-26, @). Como podemos fazer uma mensuração quantitativa da osmose? Um método é mostrado na Figura 5-26, @.Coloque um pistão no compartimento B, que possui uma concentração de soluto maior do que o compartimento A. Ao pressionar o pistão para baixo, você pode impedir o fluxo de água

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A pressão osmótica é a pressão que deve ser aplicada em B para opor-se à osmose.

•

FIGURA 5-26

Osmose e pressão osmótica.

de A para B. A pressão que deve ser aplicada ao pistão para opor-se exatamente ao movimento osmótico da água para o compartimento B é conhecida como pressão osmótica da solução B. As unidades usadas para a pressão osmótica, da mesma forma que outras pressões fisiológicas, são atmosferas (atm) ou milímetros de mercúrio (mm Hg). Uma pressão de 1 mm Hg é equivalente à pressão hidrostática exercida em uma área de 1 cm2 por uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura.

A osmolaridade descreve o número de partículas em uma solução Um outro modo de prever quantitativamente o movimento osmótico da água é conhecer as concentrações das soluções com as quais estamos lidando. Em química, as concentrações geralmente são expressas em molaridade (M), que é definida como o número de moles do soluto dissolvido por litro de solução (mol/L). Recorde do Capítulo 2 que um mol contém 6,02 x 1023 moléculas[ $ p. 37].

5

160

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Comparando osmolaridades

=

=1

SOLUÇÃO A= 1 OsM GLICOSE

SOLUÇÃO B 2 OsM GLICOSE

SOLUÇÃO C OsM NaCI

A é h i posmótica em relação a B

B é hiperosmótica em relação a A

e é isosmótica

A é isosmótica em relação a

B é hiperosmótica em relação a

e é hiposmótica

e

e

em relação a A

em relação a B

Contudo, usar a molaridade para descrever as concentrações biológicas pode ser um erro. O fator importante para a osmose é o número de partículas em um determinado volume de solução, não o número de moléculas. Pelo fato de algumas moléculas se dissociarem em íons quando se dissolvem em uma solução, o número de partículas na solução não é sempre o mesmo que o número de moléculas. Por exemplo, uma molécula de glicose dissolvida em água produz uma partícula, mas um NaCl dissolvido em água produz dois íons (partículas): Na+ e c1-. A água se move por osmose em resposta à concentração total de partículas na solução. As partículas podem ser íons, moléculas sem carga ou uma mistura de ambos. Consequentemente, expressamos a concentração das soluções biológicas como osmolaridade, o número de partículas (íons ou moléculas intactas) por litro de solução. A osmolaridade é expressa em osmoles por litro (osmol/L ou OsM) ou, para soluções fisiológicas muito diluídas, miliosmoles/litro (mOsM) . Para a conversão entre molaridade e osmolaridade, utilize a seguinte equação: Molaridade (mol/L) x número de partículas/molécula = osmolaridade (osmol/L) Vejamos dois exemplos, glicose e cloreto de sódio, e comparemos suas molaridades com suas osmolaridades. Um mol de moléculas de glicose dissolvidas em água suficiente para preparar um litro de solução gera uma solução 1 molar (1 M). Como a glicose não se dissocia em solução, a solução possui apenas um mol de partículas osmoticamente ativas: 1 M glicose x 1 partícula por molécula de glicose = 1 OsM glicose Diferente da glicose, o cloreto de sódio dissocia-se em dois íons quando colocado em solução*. Deste modo, um mol de NaCl se dissocia em solução produzindo dois moles de partículas: um molde Na+ e um de c1-. O resultado é uma solução 2 OsM: 1 M NaCl x 2 íons por NaCl = 2 OsM NaCl *Para o propósito desta discussão, assumiremos que todos os solutos que podem dissociar-se o fazem completamente (dissociação completa). A constante de dissociação real para o NaCl é cerca de 1,8.

A osmolaridade descreve apenas o número de partículas em uma solução. Não diz nada sobre a composição das partículas. Uma solução 1 OsM pode ser composta de glicose pura ou de Na+ e Cl- puros ou uma mistura dos três. A osmolaridade normal do corpo humano encontra-se em uma faixa entre 280 e 296 miliosmoles por litro (mOsM). Neste livro, para simplificar os cálculos arredondaremos este número para 300 mOsM. Um termo relacionado com osmolaridade que pode ser usado é osmolalidade. A osmolalidade é a concentração expressa como osmoles de soluto por quilograma de água. Como as soluções biológicas são diluídas e pouco do seu peso é preveniente do soluto, os fisiologistas algumas vezes utilizam o termo osmolaridade e osmolalidade de forma intercambiável. A osmolalidade geralmente é usada em situações clínicas porque é fácil estimar o conteúdo de água corporal da pessoa por meio do seu peso. R , VISANDO CONCEITOS 29. Uma mãe traz seu bebê à sala de emergência porque ele perdeu líquido por diarreia e vômito há dois dias. A equipe pesa o bebê e descobre que ele perdeu 1 kg de peso. Se você assume que a redução de peso é devida à perda de água, que volume de água o bebê perdeu? Resposta: p. 177

Comparando a osmolaridade de duas soluções A osmolaridade é uma propriedade de cada solução. Você pode comparar a osmolaridade de diferentes soluções desde que as concentrações sejam expressas na mesma unidade - por exemplo, como miliosmoles por litro. Se duas soluções contêm o mesmo número de partículas de soluto por unidade de volume, dizemos que as soluções são isosmóticas (iso-, igual). Se a solução A possui uma osmolaridade maior (contém mais partículas por unidade de volume, é mais concentrada) que a solução B, dizemos que a solução A é hiperosmótica em relação à solução B. No mesmo exemplo, a solução B, com menos osmoles por unidade de volume, é hiposmótica em relação à solução A. A Tabela 5-5 • mostra alguns exemplos de osmolaridades comparativas. A osmolaridade é uma propriedade coligativa da solução, isto é, depende estritamente do número de partículas por litro de solução. A osmolaridade nada diz sobre que partículas são ou como se comportam. Antes de podermos dizer se a osmose vai ocorrer entre duas soluções quaisquer separadas por uma membrana, temos de saber as propriedades da membrana e dos solutos de cada lado dela. Se a membrana é permeável apenas à água e não aos solutos, a água se moverá por osmose da solução menos concentrada (hiposmótica) para a solução mais concentrada (hiperosmótica), como ilustrado na Figura 5-26. Muitos sistemas biológicos, contudo, não são tão simples assim. As membranas biológicas são seletivamente permeáveis e permitem que alguns solutos a atravessem, além da água. Para predizer o movimento da água para dentro e para fora das células, você deve saber a toniddade da solução, explicada na ,, . proxima seçao.

Fisiologia Humana

161

Tonicidade de soluções O registro médico de Daniel traz uma história assustadora de problemas clínicos quase constantes desde o seu nascimento: infecções respiratórias de repetição, disfunções digestórias e, nos últimos seis meses, uma história de perda de peso. Assim, quando na semana passada Daniel começou a ter problemas respiratórios, sua mãe correu com ele para o hospital. Uma cultura de material retirado dos pulmões de Daniel alertou para a possibilidade de fibrose cística: o muco das vias respiratórias estava anormalmente espesso e desidratado. Na fibrose cística, este muco espesso causa congestão respiratória grave e fornece um meio de cultura perfeito para as bactérias. O muco espesso é resultado direto dos CFTRs defeituosos. Normalmente, estas proteínas nos pulmões transportam íons cloreto das células epiteliais para dentro das vias aéreas.

Questão 3: Por que a falha no transporte de Cf para dentro do lúmen das vias aéreas torna o muco secretado mais espesso? (Dica: lembre-se que a água se move para diluir regiões mais concentradas.)

133

144

156

165

171

A tonicidade de uma solução descreve a mudança de volume de uma célula colocada nesta solução A tonicidade (tonikos, relacionado à elasticidade) é um termo fisiológico utilizado para descrever uma solução e como esta solução afeta o volume da célula. Se a célula colocada na solução ganha água e incha, dizemos que a solução é hipotônica para a célula. Se a célula perde água e murcha quando colocada na solução, ela é dita hipertônica. Se a célula não muda de tamanho em uma solução, a solução é isotônica (Tabela 5-6 e ). Por convenção, sempre descrevemos a tonicidade da solução em relação à célula. A tonicidade descreve o volume da célula logo que a célula entra em equilíbrio com a solução. Então, de que maneira a tonicidade difere da osmolaridade? 1. A osmolaridade descreve o número de partículas de soluto dissolvidas em um volume de solução. Ela tem unidades, como osmoles/litros. A osmolaridade de uma solução pode ser mensurada por um equipamento denominado osmômetro. Já a tonicidade não tem unidades; ela é apenas um termo comparativo. 2. A osmolaridade pode ser usada para comparar duas soluções quaisquer, e a relação é recíproca (a solução A é hiperosmótica em relação à solução B; portanto, a solução B é hiposmótica em relação à solução A). A tonicidade sempre compara uma solução e uma célula e, por convenção, a tonicidade é usada para descrever apenas a solução - por exemplo, "A solução A é hipotônica para os eritrócitos". 3. A osmolaridade sozinha não diz a você o que acontece com uma célula colocada em uma solução. A tonicidade

SOLUÇÃO

COMPORTAMENTO DA CÉLULA QUANDO DESCRIÇÃO DA COLOCADA NA SOLUÇÃO EM SOLUÇÃO RELAÇÃO À CÉLULA

A

A célula incha

Solução A é hipotônica

B

A célula não muda o tamanho

Solução B é isotônica

e

A célula encolhe

Solução C é hipertônica

5 por definição diz a você o que acontece com o volume da célula quando ela é colocada na solução. Este terceiro ponto é um dos que mais confundem os estudantes. Por que a osmolaridade não pode ser usada para predizer a tonicidade? A razão é que a tonicidade de uma solução depende não apenas de sua concentração (osmolaridade), mas também da natureza dos solutos na solução. Por natureza dos solutos, queremos dizer se as partículas do soluto podem ou não atravessar a membrana celular. Se as partículas de soluto (íons ou moléculas) podem entrar na célula, são denominadas solutos penetrantes. Chamamos as partículas que não podem atravessar a membrana celular de solutos não penetrantes. A tonicidade depende apenas da concentração de solutos não penetrantes. Vejamos por que isto é verdade. Inicialmente, algumas informações preliminares. O soluto não penetrante mais importante na fisiologia é o NaCl. Se uma célula é colocada em uma solução de NaCl, o Na+ e o c 1- não atravessarão a membrana para dentro da célula. (Na realidade, alguns íons Na+ podem vazar para dentro, mas são imediatamente transportados de volta para o líquido extracelular pela Na+ -K+ -ATPase. Por esta razão o NaCl é considerado um soluto fündonalmente não penetrante.) Por convenção, assumimos que as células possuem outros tipos de solutos não penetrantes. Em outras palavras, os solutos dentro das células são incapazes de sair desde que a membrana celular permaneça intacta. Agora estamos prontos para ver por que a osmolaridade sozinha não pode ser usada para predizer a tonicidade. Suponha que você conhece a composição e a osmolaridade de uma solução. Como você pode calcular a tonicidade da solução sem colocar realmente uma célula nela? A chave está em conhecer

a concentração relativa dos solutos não penetrantes na célula e na solução. Aqui estão as regras para predizer a tonicidade: 1. Se a célula possui uma concentração maior de solutos não penetrantes do que a solução, haverá um movimento resultante de água para dentro da célula. A célula incha, e a solução é hipotônica. 2. Se a célula tem uma concentração de solutos não penetrantes mais baixa do que a solução, haverá um movimento resultante de água para fora da célula. A célula murcha e a solução é considerada hipertônica.

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(à esquerda da Fig. 5-27b). Com base apenas na osmolari-

(a) A célula tem 6 N/L. A solução tem 3 N/L. A água se move para dentro da célula.

® ® ®

®

(b) Uma célula artificial com 4 P/L é colocada em 1 L de água pura.

•

No equilíbrio, a célula ganhou volume. Portanto, a solução era hipotônica.

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Os solutos penetrantes deixam a célula por difusão, alcançando o equilíbrio em 2 P/L. Sem movimento de água, então a solução é isotônica.

FIGURA 5-27 A tonicidade depende da concentração relativa dos solutos não penetrantes. A água e os solutos penetrantes (P) podem atravessar a membrana celular e chegar ao equilíbrio, mas os solutos não penetrantes (N) não podem atravessá-la. A "célula" e a solução têm cada uma 1 litro nas figuras à esquerda.

3. Se as concentrações de solutos não penetrantes são as mesmas na célula e na solução, não haverá movimento resultante de água no equilíbrio. A solução é isotônica para a célula. Vamos ver três exemplos de como isto acontece. Os primeiros dois exemplos são simples porque usam somente solutos não penetrantes ou solutos penetrantes. O terceiro exemplo mostra como a combinação dos solutos penetrantes e não penetrantes pode complicar a situação. A célula artificial à esquerda da Figura 5-27a e contém seis partículas do soluto não penetrante em um litro devolume celular. Um litro da solução contém três partículas do soluto não penetrante por litro. Como no exemplo mostrado na Figura 5-26, há um gradiente de concentração para o soluto, mas o soluto não pode atravessar a membrana celular para equilibrar-se. Contudo, também há um gradiente osmótico, e como a água pode atravessar a membrana, ela se move para dentro da célula até as concentrações do soluto ficarem equilibradas (à direita da Fig. 5-27a). A célula ganha volume no equilíbrio, o que significa que a solução era hipotônica para a célula. Poderíamos prever isto usando a regra 1: se a célula tem uma concentração mais alta de solutos não penetrantes do que a solução, haverá o movimento resultante de água para dentro da célula e a solução é hipotônica. Agora vamos considerar uma situação em que uma célula artificial com um volume de 1 litro tem quatro partículas de soluto penetrante e é colocada em um 1 litro de água pura

dade, você pode achar que a água se moveria para dentro da célula por que a célula é mais concentrada. Contudo, há um gradiente de concentração para o soluto, e o soluto pode atravessar a membrana celular. O soluto então se move para fora da célula por difusão até as concentrações de soluto na célula e na solução alcançarem o equilíbrio (à direita da Fig. 5-27b). Uma vez que o soluto penetrante esteja em equilíbrio, a célula e a solução têm a mesma osmolaridade (duas partículas/litro), e o movimento resultante de água é zero. A solução neste exemplo é isotônica. Você poderia ter previsto isso a partir da regra 3: se as concentrações dos solutos não penetrantes são as mesmas na célula e na solução, não haverá movimento resulta.n te de água no equilíbrio e a solução é isotônica. Neste exemplo, as concentrações de soluto não penetrante na célula e na solução são ambas zero. Lembre-se, contudo, que assumimos que as células verdadeiras sempre contêm apenas solutos não penetrantes. Agora vamos ver um exemplo complexo que mistura solutos penetrantes e não penetrantes. Na Figura 5-28a e, a célula artificial contêm seis partículas de soluto não penetrante em um volume de 1 litro. O 1 litro de solução também contém seis partículas de soluto: três não penetrantes e três penetrantes. Pelo fato de a célula e a solução possuírem as mesmas concentrações (seis partículas por litro), elas são isosmóticas, e a água não se move inicialmente quando as duas são colocadas juntas (Fig. 5-28b). Usando as regras da tonicidade mencionadas, vamos comparar as concentrações de solutos não penetrantes na solução e na célula. Os solutos não penetrantes são mais concentrados na célula do que na solução (seis contra três). Por essa razão, podemos prever que a água irá se mover da solução para dentro da célula, aumentando o volume celular. Contudo, a solução é isosmótica em relação à célula, então o que causará a osmose? Você aprendeu que os solutos penetrantes se movem livremente para dentro e para fora das células. Neste exemplo, há um gradiente de concentração para o soluto penetrante: 3/L na solução contra O/L na célula. O soluto penetrante, então, se difundirá a favor do seu gradiente de concentração e se move para dentro da célula. Assim que uma partícula se move para dentro, temos um total de cinco solutos do lado externo da célula, mas sete do lado de dentro. Este desequilíbrio dos solutos altera o equilíbrio osmótico e cria um gradiente osmótico (Fig. 5-28c). Uma vez que este gradiente osmótico existe, a água se move para dentro da célula e o volume da célula aumenta (o movimento do soluto não tem efeito significativo no volume da célula). O movimento de água continua até as concentrações dos solutos não penetrantes serem iguais, como na Figura 5-28d. Assim, neste exemplo, uma solução isosmótica é hipotônica porque o volume celular aumenta (regra 1). Se aceitar as regras deixa você desconfortável, vamos ver este exemplo matematicamente. Iniciamos com 1 L de solução na célula e 1 L do lado de fora, um total de 2 L, e um total de 12 partículas, resultando em uma concentração de 6 partículas/L. O sistema não ganha ou perde solutos ou água, então a concentração global permanece

Fisiologia Humana

®® ®®

163

Regras para osmolaridade e tonicidade

®

1. Assuma que todos os solutos intracelulares são não penetrantes.

Célula

®

®

(a) A célula e a solução possuem concentrações iguais, ou seja, são isosmóticas.

2. Compare as osmolaridades antes da célula e da solução serem colocadas juntas. (No equilíbrio, a célula e a solução são sempre isosmóticas).

®

®

Solução

3. A tonicidade de uma solução descreve a mudança de volume de uma célula em equilíbrio (Tabela 5-6). 4. Determine a tonicidade comparando as concentrações dos solutos não penetrantes na célula e na solução. O movimento resultante da água será para o compartimento que possui a maior concentração de solutos não penetrantes.

(b) Quando a célula é colocada na solução, a água não se move inicialmente porque a célula e a solução estão em equilíbrio osmótico.

5. As soluções hiposmóticas são sempre hipotônicas.

O volume celular no equilíbrio é de 1,33 litros: 8 partículas/1,33 L = 6 partículas/L. A solução perdeu 0,33 litro de água que moveu-se para dentro da célula:

(e) Contudo, há um gradiente de concentração para o soluto penetrante ®, que se difunde para dentro da célula. Isto rompe o equilíbrio osmótico, e então a água segue o soluto para dentro da célula.

®® ®1~ ~-~;

® ® @

@

®

~

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®

(d) O equilíbrio é restaurado quando as concentrações de solutos não penetrantes@ são iguais na célula e na solução. A célula ganhou volume no equilíbrio; consequentemente, a solução era hipotônica.

QUESTÕES

DA FIGURA

Usando a mesma célula, dê a osmolaridade relativa e a tonicidade das soluções seguintes, se a solução tem (a) 6 partículas não penetrantes (b) 6 partículas não penetrantes e 3 penetrantes ou (c) 3 partículas não penetrantes e 6 penetrantes

•

FIGURA 5-28 Em uma solução de solutos misturados, somente a concentração de solutos não penetrantes contribui para a tonicidade da solução.

6 partículas/L. Quando a célula é colocada na solução, os dois solutos penetrantes movem-se para dentro da célula, alterando o equilíbrio osmótico. A água tem de entrar na célula para que a concentração permaneça 6 partículas/L: 8 partículas/? litros

=

6 partículas/L

4 partículas/(1 - 0,33) L = 6 partículas/L No equilíbrio, as concentrações na célula e na solução são sempre as mesmas. Aprender as regras, em vez de depender de cálculos matemáticos, é importante para as situações clínicas, quando você não sabe o volume exato de líquido que a pessoa necessita. A Tabela 5-7 • lista algumas regras para ajudar você a distinguir osmolaridade e tonicidade. O entendimento da diferença entre as duas propriedades é crítico para tomar decisões clínicas acertadas sobre terapia intravenosa de líquidos (IV). A escolha do líquido depende de como o médico quer que os solutos e a água se distribuam entre os compartimentos extracelular e intracelular. Se o problema é células desidratadas, as células precisam de líquido e a solução IV apropriada é hipotônica. Se a situação requer líquido que permaneça no líquido extracelular para repor o sangue perdido, é usada uma solução IV isotônica. Na medicina, a tonicidade de uma solução é usualmente a consideração importante. A Tabela 5-8 • lista as soluções IV mais comuns e suas osmolaridades e tonicidades aproximadas em relação à célula humana normal. R VISANDO CONCEITOS Qual das seguintes soluções tem mais água por un idade de volume: 1 M de glicose, 1 M de NaCI ou 1 OsM de NaCI? 31. Dois compartimentos são separados por uma membrana que é permeável à água e à ureia, mas não ao NaCI. Para onde a água irá se mover quando as seguintes soluções forem colocadas nos dois compartimentos? Compartimento A (a) 1 M de NaCI (b) 1 M de ureia (c) 1 OsM de NaCI

Membrana 1 1

Compartimento B 1 OsM de NaC I 2 M de ureia 1 OsM de ureia

5

164

Dee Unglaub Silverthorn

Soluções intravenosas SOLUÇÃO

TAMBÉM CONHECIDA COMO

OS MOLARIDADE

TONICIDADE

Salina a 0,9o/o *

Salina normal

lsosmótica

lsotônica

Dextrose a 5% em salina 0,9%

0 5 - salina normal

Hiperosmótica

lsotônica

lsosmótica

Hipotônica

**

Dextrose a 5 % em água Salina a 0,45°/o

Meia salina

Hiposmótica

Hipotônica

Dextrose a 5% em salina 0,45%

0 5-meia salina

H i perosmótica

Hipotônica

*Salina = NaCI

** Dextrose

=

glicose

32. Você tem um paciente que perdeu 1 litro de sangue, e você precisa repor o volume rapidamente enquanto espera que uma transfusão chegue do banco de sangue. (a) O que seria melhor de administrar: So/o de dextrose (outro nome para a glicose) em água ou 0,9% de NaC I em água? (Dica: pense em como esses solutos estão distribuídos no corpo.) Justifique a sua escolha . (b) Quanto da sua solução escolhida teria de ser administrada para o volume de sangue voltar ao normal? Respostas: p. 177

POTENCIAL DE MEMBRANA EM REPOUSO Diversos solutos do corpo, incluindo componentes orgânicos como o piruvato e o lactato, são íons e portanto carregam uma carga elétrica líquida. O potássio (K+) é o principal cátion dentro das células, e o sódio (Na+) predomina no líquido extracelular (ver Fig. 5-3, p. 135). Quanto aos ânions, os íons cloreto (Cl-) ficam principalmente com o Na+ no líquido extracelular. Os íons fosfato e as proteínas negativamente carregadas são os principais ânions do líquido intracelular. Contudo, o compartimento intracelular não é eletricamente neutro: existem algumas proteínas aniônicas dentro das células que não possuem cátions correspondentes, dando às células uma carga líquida negativa. Ao mesmo tempo, o compartimento extracelular tem uma carga líquida positiva: alguns cátions do líquido extracelular não possuem ânions correspondentes. Uma consequência desta distribuição desigual de íons é que os compartimentos intracelular e extracelular não estão em equilíbrio elétrico. Ao invés disso, os dois compartimentos existem em um estado de desequilíbrio elétrico [$ p. 135]. O conceito de desequilíbrio elétrico tradicionalmente tem sido ensinado em capítulos de fisiologia dos nervos e dos músculos por que esses tecidos geram sinais elétricos conhecidos como potenciais de ação. Todavia, uma das descobertas recentes mais interessantes da fisiologia é a de que outros tipos de células também usam sinais elétricos na sua comunicação. De fato, todos os organismos vivos, incluindo as plantas, utilizam sinais elétricos! Esta seção revisa os princípios básicos da eletricidade e discute o que gera o desequilíbrio elétrico no corpo. O capítulo termina mostrando como as células ~ do pâncreas

usam a modificação na distribuição de íons através da membrana celular para desencadear a secreção de insulina.

Revisão de eletricidade Os átomos são eletricamente neutros [ $ p. 21]. Eles são compostos de prótons positivamente carregados, elétrons negativamente carregados e nêutrons sem carga, mas em proporções equilibradas, de forma que um átomo não é positivo nem negativo. A remoção ou adição de elétrons em um átomo gera partículas carregadas denominadas íons. Foram mencionados vários íons que são importantes para o corpo humano, como Na+, K+ e H+. Para cada um destes íons positivos, em algum lugar no corpo há um elétron correspondente, usualmente encontrado como parte de um íon negativo. Por exemplo, quando o Na+ entra no corpo na forma de NaCl, o elétron "perdido" do Na+ pode ser encontrado no c1-. Lembre dos seguintes princípios importantes quando você tratar da eletricidade nos sistemas fisiológicos: 1. A lei de conservação da carga elétrica diz que a quantidade líquida de carga elétrica produzida em qualquer processo é zero. Isso significa que para cada carga positiva em um íon, há um elétron em outro íon. No total, o corpo humano é eletricamente neutro. 2. Cargas opostas ( + e -) são atraídas uma para a outra, mas duas cargas do mesmo tipo ( + e +, ou - e - ) se repelem. Os prótons e os elétrons em um átomo apresentam esta atração. 3. Separar as cargas positivas das cargas negativas requer energia. Por exemplo, é necessário energia para separar os prótons e os elétrons de um átomo. 4. Se as cargas positivas e negativas separadas podem se mover livremente em direção uma da outra, o material através do qual elas se movem é denominado condutor. A água é um bom condutor de carga elétrica. Se as cargas separadas são incapazes de mover-se pelo material que as separa, o material é conhecido como isolante. A bicamada de fosfolipídeos da membrana celular é um bom isolante, assim como a capa de plástico em tomo dos fios elétricos. A palavra eletriddade vem da palavra grega elektron e significa âmbar, que é uma resina fossilizada de árvores. Os gregos descobriram que se eles esfregassem um bastão de âm-

165

Fisiologia Humana

bar com um pano, o âmbar adquiria a capacidade de atrair cabelo e pó. Esta atração (chamada de eletricidade estática) surge da separação de cargas elétricas que ocorre quando os elétrons se movem dos átomos do âmbar para o pano. Para separar estas partículas carregadas, energia (trabalho) deve ser colocada no sistema. No caso do âmbar, o trabalho foi feito esfregando o bastão. No caso dos sistemas biológicos, o trabalho em geral é realizado pela energia armazenada no ATP e em outras ligações químicas.

(a) A célula e a solução estão elétrica e quimicamente em equilíbrio

G

+

G

+

G

+

G

G

+

~

G G

G

156

161

Ili

171

G

G

+

G G

G

+

G

G

+

5

G

,-,

+

G

1

'

G

G

+ +

1

-,

G

8 +

G

+

+

G

+

G

G

+

G

+

G +

+

G

G

Líquido int racelular

Líquido extracelular

.

-2

,, ,, ,,

-1 ,, ,, ,,

,, ,, . Líquido intracelular

144

+

+

(b) A célu la e a solução estão em desequilíbrio químico e elétrico. É usada energia para bombear um cátion para fora da célula, deixando uma carga resultante de -1 na célula e +1 fora dela.

,, ,, ,,

133

G

G

G

No corpo, a separação das cargas elétricas acontece através da membrana celular. Este processo é apresentado na Figura 5-29 e. O diagrama mostra uma célula artificial preenchida com moléculas que se dissociam em íons positivos e negativos, representados pelos sinais mais e menos. Como as moléculas eram inicialmente eletricamente neutras, há número igual de íons positivos e negativos dentro da célula. A célula é colocada em uma solução aquosa, também eletricamente neutra, que contém os mesmos tipos de cátions e ânions. A bicamada fosfolipídica da célula artificial, assim como a bicamada de uma célula real, não é permeável a íons. A água pode atravessar livremente esta membrana celular, igualando as concentrações extracelular e intracelular de íons. Na Figura S-29a, o sistema está em equilíbrio osmótico, químico e elétrico. Na Figura S-29b, uma proteína carreadora de transporte ativo é inserida na membrana. Este carreador usa energia para mover íons positivos para fora da célula contra seu gradiente de concentração. Os íons negativos da célula tentam seguir os íons positivos devido à atração entre as cargas positivas e negativas. Entretanto, como a membrana é impermeável a íons negativos, eles permanecem retidos na célula. Os íons positivos presentes fora da célula podem tentar passar para dentro dela, atraídos pela carga negativa resultante do líquido intracelular, mas a membrana não permite que estes cátions vazem através dela.

Questão 4: Por que Daniel morrerá de inanição se não tomar enzimas pancreáticas artificiais?

G G

+

+

G

G

A membrana celular permite a separação de cargas elétricas no corpo

Três dias após o teste do suor de Daniel, o laboratório apresentou resultados assustadores: os níveis de sal no seu suor são mais do que o dobro da concentração normal. O diagnóstico de Daniel foi f ibrose cística . Agora, junto com os antibióticos para preven ir infecções pulmonares e tratamento para soltar o muco nas suas vias aéreas, Daniel tem de começar um regime de enzimas pancreáticas que devem ser ingeridas sempre que ele comer, pelo resto de sua vida. Na f ibrose cística, o muco espesso nos duetos pancreáticos bloqueia a secreção de enzimas digestórias no intestino. Sem as enzimas artificiais, ele morreria de inan ição.

G

+

o ,, Escala de carga ,, ,, ,, ,, absoluta ,, ,, ,, . Líquido extracelular

-t.1 ,, ,,

+2

+1

+2

t

t 1

1

-2

-1

1

o

Escala de carga relativa - líquido extracelular fixado em O (terra) (c) Em uma escala de carga absoluta, o líquido extracelular teria +1 e o líquido intracelular teria -1. As mensurações fisiológicas, porém, sempre estão em uma escala relativa, na qual é atribuído um valor zero ao líquido extracelular. Isso desloca a escala para a esquerda e dá ao interior da célula uma carga relativa de -2.

•

FIGURA 5-29 Separação de carga elétrica. A membrana celular atua como um isolante para impedir o movimento livre de íons entre os compartimentos intracelular e extracelular.

166

Dee Unglaub Silverthorn

Um eletrodo de registro é colocado dentro da célula.

-30

o

O volt ímetro mede a diferença de cargas elétricas entre o interior de uma célula e a solução que a circunda. Este valor é a diferença de potencial da membrana, ou Vm. Saída

'------+--1-

Célula

O terra ( _ ) ou eletrodo de referência é colocado no banho e é dado a ele um valor de O milivolts (mV).

Banho contendo salina

O registrador de sinais registra as mudanças no potencial de membrana com o passar do tempo.

•

FIGURA 5-30 Medindo a diferença de potencial da membrana. No laboratório, um voltímetro mede a diferença de carga elétrica entre o interior de uma célula e a solução que a circunda.

Assim que o primeiro íon positivo deixa a célula, o equilíbrio elétrico entre o líquido extracelular e o líquido intracelular é rompido: o interior da célula tem uma carga líquida de - 1, o exterior da célula tem uma carga líquida de + 1. O aporte de energia para transportar íons através da membrana criou um gradiente elétrico - isto é, uma diferença de carga líquida entre as duas regiões. Neste exemplo, o interior da célula torna-se negativo em relação ao exterior. O transporte ativo de íons positivos para fora da célula também cria um gradiente de concentração: agora há mais íons positivos fora da célula do que dentro. A combinação do gradiente elétrico e do gradiente de concentração é chamada de gradiente eletroquímico. A célula permanece em equilíbrio osmótico porque a água pode mover-se livremente através da membrana em resposta ao movimento dos solutos. Um gradiente elétrico entre os líquidos extracelular e intracelular é conhecido como diferença de potencial da membrana em repouso, ou potencial de membrana para simplificar. Apesar do nome parecer complicado, podemos dividi-lo em partes para ver o que ele significa. 1. A parte em repouso do nome vem do fato de que este gradiente elétrico está presente em todas as células vivas, inclusive naquelas que parecem não ter atividade elétrica. Nestas células em "repouso", o potencial de membrana alcançou um estado estacionário e não está mudando. 2. A parte potendal do nome vem do fato de que o gradiente elétrico criado pelo transporte ativo de íons através da membrana celular é uma forma de energia armazenada, ou potencial, da mesma forma que os gradientes de concentração são uma forma de energia potencial. Quando moléculas com cargas opostas se unem, elas liberam energia que pode ser usada para realizar trabalho, da mesma forma que as moléculas se movendo a favor

dos seus gradientes de concentração podem realizar trabalho. O trabalho feito pela energia elétrica inclui a abertura de canais controlados por voltagem na membrana e o envio de sinais elétricos. 3. A parte diferença do nome é para lembrar a você que o potencial de membrana representa uma diferença na quantidade de carga elétrica dentro e fora da célula. A palavra diferença normalmente é retirada do nome, como visto anteriormente. Nos sistemas vivos, medimos os gradientes elétricos em uma escala relativa no lugar de uma escala absoluta. A Figura 5-29c compara as duas escalas. Na escala absoluta, o líquido extracelular em nosso exemplo simples possui uma carga resultante de + 1 devido ao íon positivo que foi ganho, e o líquido intracelular possui uma carga resultante de -1 devido ao íon negativo agora não balanceado que permaneceu na célula. Contudo, na vida real, não podemos medir as cargas elétricas como número de elétrons ganhos ou perdidos. Ao invés disso, usamos um aparelho que mede a diferença de cargas elétricas entre dois pontos. Este aparelho mantém artificialmente a carga elétrica resultante de um lado da membrana em zero e mede a carga resultante do outro lado com relação ao primeiro. Em nosso exemplo, reajustar a carga resultante do líquido extracelular para zero dá ao líquido intracelular uma carga resultante de -2, e este valor é chamado de potencial de membrana em repouso da célula. O equipamento para a medição do potencial de membrana da célula é descrito na Figura 5-30 e. Os eletrodos são produzidos a partir de tubos de vidro ocos tracionados formando pontas muito finas. Estas micropipetas são preenchidas com um líquido que conduz eletricidade e conectadas a um voltímetro, o qual mede a diferença elétrica

Fisiologia Humana

•

Célula artif icial {a) Uma célula artificial cuja membrana é impermeável aos íons é preenchida com K+ e grandes proteínas aniônicas. Esta célula é colocada em uma solução de Na+ e CI-. A célula e a solução são eletricamente neutras.

9

9 @

@

9 9

167

FIGURA 5-31 Potencial de equilíbrio do potássio. O potencial de equilíbrio do potássio, ou EK, é o potencial de membrana no qual os gradientes químico e elétrico são iguais em magnitude e opostos em direção, resultando na ausência de movimento líquido de K+.

@

@

5

Canal de vazamento de K+ {b) Um canal de vazamento de K+ é inserido na membrana. O K+ vaza para fora da célula porque há um gradiente de concentração do K+.

{b) O potencial de membrana negativo atrai o K+ de volta para dentro da célula. Quando o gradiente elétrico se opõe exatamente ao gradiente de concentração do K+, o potencial de membrana em repouso é o potencial de equilíbrio para o K+.

QUESTÃO DA FIGURA Nas caixas brancas, escreva a carga elétrica líquida dos compartimentos intracelular e extracelular como mostrado.

~ ~

Gradiente de concentração

entre dois pontos em unidades como volts (V) ou milivolts (mV). Um eletrodo de registro é inserido através da membrana celular no citoplasma da célula. Um eletrodo de referência é colocado no banho externo, que representa o líquido extracelular. Nos sistemas vivos, por convenção, o líquido extracelular é designado como terra e lhe é atribuída uma carga de O mV (Fig. 5-29c). Quando o eletrodo de registro é colocado dentro de uma célula viva, o voltímetro mede o potencial de membrana - em outras palavras, a diferença elétrica entre o líquido extracelular e o líquido intracelular. Um registrador de sinais conectado ao voltímetro pode fazer um registro do potencial de membrana ao longo do tempo. Nas células nervosas e musculares, o voltímetro registrará um potencial de membrana em repouso entre - 40 e - 90 mV, indicando que o líquido intracelular é negativo em relação ao líquido extracelular (O mV). (Ao longo desta discussão, lembre-se de que o líquido extracelular não é realmente neutro porque possui as cargas positivas em excesso que contraba-

~

V

QUESTÃO DA FIGURA Por que o Na+, o c1-, e as proteínas (Pr -) não atravessam a membrana?

lançam exatamente as cargas negativas em excesso dentro da célula, como mostrado na Figura 5-29c. O corpo como um todo permanece sempre eletricamente neutro.)

O potencial de membrana em repouso é devido principalmente ao potássio Quais íons geram o potencial de membrana em repouso nas células animais? A célula artificial mostrada na Figura 5-29b usou o transporte ativo para mover um íon não especificado com carga positiva através de uma membrana que era impermeável a íons. Mas que processos acontecem nas células vivas para criar um gradiente elétrico? As células reais não são completamente impermeáveis a todos os íons. Elas possuem canais abertos e proteínas transportadoras que permitem aos íons se moverem entre o citoplasma e o líquido extracelular. Podemos usar uma célula artificial diferente para mostrar como o potencial de membrana em repouso surge em uma célula viva típica.

168

Dee Unglaub Silverthorn

a+

15mM +60 mV

~---- 150mM

O mV

Na+

Em uma célula permeável a apenas um íon, como a célula artificial recém-descrita, o potencial de membrana que se opõe exatamente ao gradiente de concentração do íon é conhecido como potencial de equilíbrio, ou Eíon (onde o íon subscrito é substituído pelo símbolo de qualquer íon que estiver sendo estudado). Por exemplo, quando o gradiente de concentração é de 150 mM de K+ dentro e 5 mM de K+ fora da célula, o potencial de equilíbrio para o potássio, ou EK, é -90 m V. O potencial de equilíbrio para qualquer íon a 3 7ºC (temperatura do corpo humano) pode ser calculado usando a equação de Nernst: ~on =

61 Z

[íon]tora log ['1on]dentro

onde 61é2,303 RT/F a 37ºC,* O gradiente de concentração do Na+ mostrado é exatamente oposto pelo potencial de membrana de +60 mV. Portanto, +60 mV é o ENa ou potencial de equilíbrio do Na+.

e

FIGURA 5-32 Potencial de equilíbrio do sódio. Neste livro, os canais iônicos serão representados por poros abertos na membrana.

A célula artificial da Figura 5-31a • possui uma membrana impermeável aos íons. A célula contém K+ e proteínas grandes carregadas negativamente, representadas por Pr-. A célula é colocada em uma solução de Na+ e c1-. A célula e a solução são neutras eletricamente, e o sistema está em equilíbrio elétrico. Contudo, não está em equilíbrio químico. Existem gradientes de concentração para todos os quatro tipos de íons no sistema, e todos se difundiriam a favor dos seus respectivos gradientes de concentração se eles pudessem atravessar a membrana celular. Na Figura 5-31b, um canal de vazamento de K+ é inserido na membrana, tornando-a permeável somente ao K+. Como não há K+ inicialmente no líquido extracelular, algum K+ sairá da célula, a favor do seu gradiente de concentração. À medida que o K+ deixa a célula, as proteínas de carga negativa, Pr-, são incapazes de segui-lo porque a membrana celular não é permeável a elas. As proteínas estabelecem gradativamente uma carga negativa dentro da célula, à medida que mais e mais K+ se difunde para fora da célula. Se a única força que atua no K+ fosse o gradiente de concentração, o K+ sairia da célula até que a concentração de K+ dentro da célula fosse igual à concentração de K+ fora dela. Contudo, a perda de íons positivos da célula cria um gradiente elétrico. Pelo fato de cargas opostas atraírem-se umas às outras, as proteínas de carga negativa dentro da célula tentam puxar o K+ de volta para dentro dela. Em algum ponto desse processo, a força elétrica que atrai o K+ para dentro da célula se torna igual em magnitude ao gradiente de concentração química que empurra o K+ para fora da célula. Neste ponto, o movimento resultante de K+ através da membrana cessa (Fig. 5-31c). A taxa na qual os íons K+ se movem para fora da célula a favor do seu gradiente de concentração é ... exatamente igual à taxa na qual os íons K · se movem para dentro da célula a favor do gradiente elétrico.

zé a carga elétrica do íon (+ 1 para o K+),

[íon]fora e [íonlctentro é a concentração do íon fora e dentro da célula, e Eíon é dado em m V. Agora usaremos a mesma célula artificial (K+ e Pr- dentro, Na+ e c1- fora), mas desta vez tornaremos a membrana permeável somente ao Na+ (Fig. 5-32 e ). Pelo fato de o Na+ ser mais concentrado fora da célula, algum Na+ se move para dentro da célula e se acumula ali. Enquanto isso, o Cl- que fica no líquido extracelular confere ao compartimento uma carga negativa resultante. Este desequilíbrio cria um gradiente elétrico que tende a levar o Na+ de volta para fora da célula. Quando a concentração de Na+ é de 150 mM fora e 15 mM dentro, o potencial de equilíbrio para o Na+ (~ª) é + 60 m V. Em outras palavras, o gradiente de concentração que move o Na+ para dentro da célula (150 mM fora, 15 mM dentro) é contraposto exatamente por um potencial de membrana positivo de + 60 m V. Na realidade, as células vivas não são permeáveis asomente um íon. A situação em células reais é similar à combinação dos dois sistemas artificiais recém-descritos. Se uma célula é permeável a vários íons, não podemos usar a equação de Nemst para calcular o potencial de membrana. No lugar dela, devemos usar uma equação relacionada denominada equação de Goldman que considera os gradientes de concentração dos íons permeáveis e a permeabilidade relativa da célula para cada íon. Para mais detalhes sobre a equação de Goldman, ver Capítulo 8. A célula ilustrada na Figura 5-33 • tem um potencial de membrana em repouso de - 70 m V. A maioria das células é aproximadamente 40 vezes mais permeável ao K+ do que ao Na+, e consequentemente, o potencial de membrana da célula em repouso está mais perto do EK+ de -90 m V do que do ENa de +60 mV. Uma quantidade pequena de Na+ vaza para dentro da célula, tornando o interior da célula menos negativo do que ele seria se o Na+ fosse totalmente excluído. O Na+ adicional que vaza para dentro é prontamente bombeado para fora pela Na+-K+ -ATPase, como descrito anteriormente. Ao mesmo tempo, os íons K+ que vazam para fora da célula são bombeados de volta. A bomba contribui *Ré a constante dos gases, T é a temperatura absoluta e Fé a constante de Faraday. Para mais informações, ver Apêndice B.

Fisiologia Humana

169

+40 +20

Diferença de potencial da membrana (Vm)

>E

-"' e

8

....

"'E

.o Q)

E Q)

"'O

•• Líquido intracelular -70mV

4-.- t - -1---r

-...........

8

-60

"'e

·5 -80 Q)

ATP ~

~ •

-120

Despolarização

Repolarização

Hiperpolarização

Tempo (ms)

•

•••••

vm

aumenta._

-40

õ-100 a.

••

V drminui

-20 ---+--

•

Líquido extracelular OmV

•

FIGURA 5-34 Terminologia associada com as mudanças no potencial de membrana. Se o potencial de membrana torna-se menos negativo, a célula despolariza. Se o potencial de membrana torna-se mais negativo do que o potencial em repouso, a célula hiperpolariza.

QUESTÕES DA FIGURA • Que força(s) promove(m) o vazamento do Na+ para dentro da célula? • Que força(s) promove(m) o vazamento do K+ para fora da célula?

•

FIGURA 5-33 Potencial de membrana em repouso em uma célula real. A maioria das célu las no corpo humano é cerca de 40 vezes mais permeável ao K+ do que ao Na+, e o potencial de membrana em repouso é cerca de -70 mV.

para o potencial de membrana pelo bombeamento de 3 Na+ para fora a cada 2 K+ bombeados para dentro. Pelo fato de a Na+ _K+-ATPase ajudar a manter o gradiente elétrico, ela é chamada de bomba eletrogênica. Nem todo o transporte de íons cria um gradiente elétrico. Diversos transportadores, como o transportador do simporte Na+ -K+ -2 Cl- (NKCC), são eletricamente neutros. Alguns realizam uma troca equilibrada: para cada carga que entra na célula, a mesma carga sai. Um exemplo é o transportador do antiporte HC03 - -Cl- dos eritrócitos, que transporta esses íons em uma troca eletricamente neutra um-para-um. Os transportadores eletricamente neutros têm pouco efeito no potencial de membrana em repouso da célula. R VISANDO CONCEITOS Adicione um canal de vazamento de c 1- na célula artificial mostrada na Figura 5-31 a, e então calcule de que forma o CI- se moverá ao longo dos seus gradientes de concentração e elétrico. O potencial de equilíbrio do c1- será positivo ou negativo? 34. O que aconteceria ao potencial de membrana em repouso de uma célula envenenada com ouabaína (um inibidor da Na+-K+ -ATPase)? Respostas: p. 176

Mudanças na permeabilidade iônica alteram o potencial de membrana Como você já aprendeu, dois fatores influenciam um potencial de membrana celular: (1) os gradientes de concentração de diferentes íons através da membrana e (2) a permeabilidade

da membrana para estes íons. Se a permeabilidade da célula para um íon muda, o potencial de membrana da célula muda. Monitoramos as mudanças no potencial de membrana usando os mesmos eletrodos de registro intracelular que usamos para registrar o potencial de membrana em repouso (Fig. 5-30). A Figura 5-34 • mostra um registro do potencial de membrana ao longo do tempo. O eletrodo extracelular é ajustado em O mV e o eletrodo intracelular registra a diferença de potencial da membrana. O potencial de membrana (Vm) inicia no valor estacionário de repouso de - 70 m V. Quando o traço se move para cima (se torna menos negativo), a diferença de potencial entre o interior e o exterior da célula (O mV) diminui, e a célula é considerada despolarizada. Um retorno para o potencial de membrana em repouso é denominado repolarização. Se o potencial de repouso afasta-se do O mV, o potencial de membrana se torna mais negativo, a diferença de potencial aumenta e a célula está hiperpolarizada. A principal confusão que existe quando falamos sobre as mudanças no potencial de membrana é o uso de frases como "o potencial de membrana diminui" ou "o potencial de membrana aumenta". Geralmente, associamos "aumento" com tornar-se mais positivo e "diminuição" com tornar-se mais negativo - o oposto do que está realmente acontecendo em nossa célula. Um meio de evitar a confusão é acrescentar a palavra diferença antes de potendal de membrana. Se a diferença de potencial da membrana está aumentando, o valor de Vm deve estar afastando do valor de referência O e tornando-se mais negativo. Se a diferença de potencial da membrana está diminuindo, o valor de Vm aproxima-se do valor de referência de O mV, tornando-se menos negativo. O que causa as modificações no potencial de membrana? Na maior parte dos casos, o potencial de membrana muda em resposta ao movimento de qualquer um destes quatro íons: Na+, Ca2 +, c1- e K+. Os três primeiros são mais concentrados no líquido extracelular do que no citosol, e a célula em repouso é minimamente permeável a eles. Se a célula repentinamente se torna mais permeável a qualquer um destes íons, então eles irão se mover através da membrana

5

170

Dee Unglaub Silverthorn

• Baixos níveis de glicose no sangue.

O metabo!ismo diminui.

O ATP diminui.

Os canais de KATP se abrem.

Célula no potencial de membrana em repouso; nenhuma insulina é liberada.

FIGURA 5-35 Secreção de insulina e os processos de transporte através da membrana.

OK+ K-f

t Glicose -

- -- - ~-!-Metabolismo

vaza para fora da célula

O canal de ca2+ controlado por voltagem está fechado

t ATP

Transportador GLUT Sem secreção de insulina

Insulina nas ""---- vesículas secretoras

(a) Célula ~ em repouso. O canal KATP está aberto e a célula stá no seu potencial de membrana em repouso.

Altos níveis de glicose no sangue.

O metabolismo aumenta.

O ATP aumenta.

Os canais de KATP se fecham.

A célula despolariza e os canais de cálcio se abrem.

o Ca2+ entra atuando com um sinal intracelular.

Ca2+

t Glicose •l====i-t~ t

Glicólise e ciclo do ácido cítrico

Ca2 +

Transportador GLUT

• •

-~ · O sinal • • • de Ca2+

• •• •

•

"-"' . • dispara • a exocitose e a insulina é secretada.

(b) Célula Jl secreta insulina. O fechamento do canal KATP despolariza a célula, desencadeando a exocitose da insulina.

para dentro da célula. A entrada de Ca2+ ou de Na+ despolariza a célula (torna o potencial de membrana mais positivo). A entrada do Cl- hiperpolariza a célula (torna o potencial de membrana mais negativo). A maioria das células em repouso é bastante permeável ao K+, mas se elas se tornam mais permeáveis ao K+, permitem que mais K+ vaze para fora. A célula hiperpolariza até chegar ao potencial de equilíbrio do K+. Já a célula que se tor-

na menos permeável ao K+ permite que menos K+ vaze para fora. Quando a célula retém K+, ela se torna mais positiva e despolariza. Você encontrará exemplos de todas estas mudanças de permeabilidade à medida que estudar fisiologia. ,, E importante saber que uma mudança significativa no potencial de membrana requer o movimento de muito poucos íons. O gradiente de concentração não precisa reverter para mudar o potencial de membrana. Por exemplo, para mudar o potencial

Fisiologia Humana

de membrana em 100 mV, apenas um de cada 100.000 K+ precisa entrar ou deixar a célula. Esta é uma fração tão pequena do número total de íons K+ na célula que o gradiente de concentração do K+ permanecerá essencialmente inalterado.

PROCESSOS INTEGRADOS DA MEMBRANA: SECREÇAO DE INSULINA

-

O movimento de Na+ e K+ através das membranas celulares tem sido conhecido, por muitos anos, por desempenhar um papel na geração de sinais elétricos em tecidos excitáveis. Você estudará estes processos em detalhe nos capítulos dos sistemas nervoso e muscular. Recentemente, contudo, começamos a entender que pequenas mudanças no potencial de membrana atuam como sinais em tecidos não excitáveis, como as células endócrinas. Um dos exemplos mais bem estudados deste processo envolve as células í3 do pâncreas. A liberação do hormônio insulina pelas células í3 mostra como processos de membrana - como difusão facilitada, exocitose e abertura e fechamento de canais iônicos por ligantes e por potenciais de membrana - trabalham juntos para regular a função celular. As células í3 do pâncreas sintetizam um hormônio peptídeo, a insulina, e o armazenam em vesículas secretoras no citoplasma [ $ p. 68). Quando os níveis de glicose no sangue aumentam, como após uma refeição, as células í3 liberam insulina por exocitose. A insulina então estimula outras células do corpo a aumentar a captação e o uso da glicose, diminuindo sua concentração no sangue até os níveis pré-refeição. Uma questão-chave sobre este processo que, até recentemente, estava sem resposta, era "Como uma célula í3 'sabe' que os níveis de glicose aumentaram e que ela precisa liberar insulina?". A resposta, agora sabemos, associa o metabolismo das células í3 com sua atividade elétrica. A Figura 5-35a • mostra uma célula í3 em repouso. Lembre das seções anteriores deste capítulo que os portões dos canais de membrana podem ser abertos ou fechados

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por sinais químicos ou elétricos. As células í3 possuem dois tipos de canais que ajudam a controlar a liberação de in2 sulina. Um é o canal de Ca + controlado por voltagem. Este canal está fechado durante o potencial de membrana em repouso da célula(® na Fig. 5-35a). O outro é um canal de vazamento do K+ (isto é o canal que está usualmente aberto) que fecha quando o ATP se liga a ele. Este é chamado de canal de K+ controlado pelo ATP, ou canal KATP· Na célula em repouso, quando as concentrações de glicose são baixas, a célula produz menos ATP CD a @. Existe pouco ATP para se ligar ao canal KATP' e o canal permanece aberto, permitindo que o K+ vaze para fora da célula @. No potencial de membrana em repouso, os canais de Ca2 + controlados por voltagem estão fechados, e não há secreção de insulina @. A Figura 5-35b mostra uma célula í3 secretando insulina. Após uma refeição, os níveis de glicose no plasma aumentam à medida que a glicose é absorvida do intestino CD. A glicose que alcança a célula í3 se difunde para dentro dela com a ajuda de um transportador GLUT. O aumento da glicose na célula estimula as rotas metabólicas glicólise e ciclo do ácido cítrico ($ p. 107), aumentando a produção de ATP @, @. Quando o ATP se liga ao canal de KATP, o portão do canal se fecha, impe
Fibrose Cística Neste problema, você aprendeu sobre a f ibrose cística, uma das doenças herdadas mais comuns nos Estados Unidos. Embora não exista cura para esta doença, os tratamentos têm melhorado de modo que a expectativa de vida dos pacientes com f ibrose cística continua a aumentar. Hoje a sobrevida média é de cerca de 37 anos. A fibrose cística é causada por um defeito na proteína canal conhecida como CFTR, a qual regula o transporte de íons cloreto para fora das células epiteliais. Pelo fato de os CFTRs serem encontrados nas membranas das células epitel iais de diversos órgãos - glândulas sudoríferas, pulmões e pâncreas -, a fibrose cística pode afetar muitos processos diferentes no corpo. Algumas das pesquisas an imais mais interessantes sobre fibrose cística usam camun-

dongos modificados geneticamente. Estes modelos an imais podem ser criados para ter canais CFTRs totalmente não funcionais ou CFTRs com funções alteradas correspondentes às mutações do gene CFTR em humanos. Um excelente artigo de revisão, "The CF mouse: an important too/ for studying cystic fibrosis", pode ser encontrado no jornal onl ine Expert Reviews in Molecular Medicine em http://www-ermm.cbcu. cam.ac.uk/01002551 h.htm (12 de Março de 2001 ). Para saber mais sobre a pesquisa atual desta doença, acesse a página da Cystic Fibrosis Foundation (www.cff.org) e clique no link para Research Overview. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

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O CFTR é um canal com portão controlado por ligante, controlado por voltagem ou controlado mecanicamente?

Canais controlados por ligante abrem quando um ligante se liga a eles. Os canais controlados por voltagem se abrem devido a uma mudança no potencial de membrana da célula. Os canais controlados mecanicamente se abrem quando uma força física abre o canal. O CFTR se abre quando o ATP se liga à proteína cana l.

O ATP é um ligante químico; portanto, os CFTRs são canais com portão controlado por ligante.

2

Com base na informação dada, o CFTR está na superfície apical ou basolateral do epitélio da g lândula sudorífera?

Nas pessoas normais, o CFTR transporta o c1- do suor para dentro das células epiteliais.

A superfície do epitél io voltada para o lúmen da g lândula sudorífera, que contém o suor, é a membrana apica l. Portanto, os CFTRs estão na superfície a pica i.

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Por que a fa lha no transporte de íons cloreto para dentro do lúmen das vias aéreas torna o muco secretado mais espesso? (Dica: lembrese que a água se move para d iluir a região mais concentrada.)

Se o c1- (seguido pelo Na+) é secretado dentro do lúmen das vias aéreas, a concentração dos solutos no líquido das vias aéreas aumenta. A água segue em resposta aos gradientes de concentração.

Normalmente, o movimento de Cle Na+ cria um gradiente osmótico de modo que a água também entre no lúmen da via aérea, criando uma solução sa lina que torna mais f ino o muco espessado. Se o c1- não pode ser secretado nas vias aéreas, não haverá movimento de líquido para afinar o muco.

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Por que Daniel morrerá de inanição se ele não tomar enzimas pancreáticas artificiais?

O pâncreas secreta muco e as enzimas d igestórias dentro de duetos que desembocam no intestino delgado. Na f ibrose cística, o muco nos duetos é espesso por causa da fa lta de c1- e da secreção líquida. Este muco espesso b loqueia os duetos e impede que as enzimas d igestórias alcancem o intestino delgado.

Sem as enzimas digestórias, Daniel não pode digerir a comida que ele ingere. Sua perda de peso nos últ imos seis meses sugere que isto já se tornou um problema. Ingerindo enzimas artif iciais ele será capaz de d igerir a comida.

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RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, vários conceitos básicos ou temas foram abordados. Você aprendeu como a membrana celular atua como uma barreira para criar distintos compartimentos, intracelular e extracelular, repetindo o tema da compartimentalização que foi introduzido nos Capítulos 3 e 4. Embora os conteúdos dos compartimentos intracelular e extracelular sejam diferentes, a h omeostase os mantém em um estado estacionário dinâmico. O movimento de materiais entre e dentro dos compartimentos é necessário para a comunicação e é realizado por fluxo de massa e transporte biológico. O fluxo de massa através da membrana celular ocorre em resposta aos gradientes osmótico, químico (concentração) ou elétrico. A membrana celular seletivamente permeável gera resistência ao fluxo de massa, a qual pode ser superada pela mudança na composição dos lipídeos da membrana ou pela inserção de proteínas de membrana que atuam como canais ou como transportadores. O transporte biológico no corpo requer energia de fontes diferentes: mo-

vimento molecular, gradientes de concentração ou ligações químicas. Finalmente, o tema das interações das proteínas é exemplificado na ligação dos substratos aos transportadores.

Balanço de massa e homeostase Líquidos e eletrólitos: introdução aos líquidos do corpo 1. A lei do balanço de massa diz que, se quantidade de uma substância no corpo deve permanecer constante, qualquer entrada deve ser compensada por uma saída igual. (p. 133; Fig. 5-1) 2. A entrada de uma substância no corpo vem do metabolismo ou do meio externo. A saída ocorre por meio do metabolismo ou da excreção. (p. 133; Fig. 5-2)

Fisiologia Humana

3. A depuração é a taxa na qual um material é removido do sangue por excreção, metabolismo, ou ambos. O fígado, os rins, os pulmões e a pele removem substâncias do sangue. (p. 133) 4. A taxa de entrada, produção ou saída de uma substância x é expressa como fluxo de massa, onde fluxo de massa = concentração x fluxo de volume. (p. 134) 5. As células e o líquido extracelular mantêm a homeostase, mas sem estarem em equilíbrio um com o outro. A maioria dos solutos está concentrada em um compartimento ou no outro, criando um estado de desequilíbrio químico. (p. 134, Fig. 5-3) 6. Os cátions e os ânions não estão distribuídos igualmente entre os compartimentos do corpo, criando um estado de desequilíbrio elétrico. (p. 135) 7. A água se move livremente entre as células e o líquido extracelular, resultando em um estado de equilíbrio osmótico. (p. 135) 8. No fluxo de massa (fluxo global) o gradiente de pressão move um fluido junto com seus materiais dissolvidos e suspensos. (p. 136).

Difusão 9. A membrana celular é uma barreira seletivamente permeável que restringe o livre intercâmbio entre a célula e o líquido intersticial. O movimento de uma substância através da membrana depende da permeabilidade da membrana para aquela substância. (p. 136) 10. O movimento de moléculas através das membranas pode ser classificado pela necessidade de energia ou pelos meios físicos que as moléculas usam para atravessar a membrana. (p. 136; Fig. 5-4) 11. As substâncias lipossolúveis podem difundir-se através da bicamada fosfolipídica. As moléculas menos lipossolúveis necessitam da ajuda de uma proteína de membrana para atravessar a membrana. (p. 136) 12. O transporte passivo não requer a entrada de energia. (p. 136) 13. A difusão é o movimento passivo de moléculas a favor de um gradiente químico (concentração) de uma área de concentração mais alta para uma área de concentração mais baixa. O movimento resultante cessa quando o sistema alcança o equilíbrio, embora o movimento molecular continue. (p. 137; Fig. 5-5) 14. A taxa de difusão depende da magnitude do gradiente de concentração. A difusão é lenta em longas distâncias, é diretamente relacionada à temperatura e é inversamente relacionada ao tamanho da molécula. (p. 138) 15. A difusão simples através de uma membrana é diretamente proporcional à área de superfície da membrana, ao gradiente de concentração e à permeabilidade da membrana, e inversamente proporcional à espessura da membrana. (p. 139; Fig. 5-6)

Transporte mediado por proteínas 16. A maioria das moléculas atravessa as membranas com a ajuda das proteínas de membrana. (p. 141) 17. As proteínas de membrana possuem quatro papéis funcionais: as proteínas estruturais mantêm a forma celular e formam junções celulares; as enzimas associadas à membrana catalisam as reações químicas e ajudam a transferir sinais através da membrana; as proteínas receptoras são parte do sistema de sinalização do corpo; e as proteínas transportadoras movem muitas moléculas para dentro ou para fora da célula. (p. 141-142; Fig. 5-7) 18. As proteínas canal formam canais preenchidos com água que conectam os compartimentos intracelular e extracelular. Os canais com portão regulam o movimento de substâncias através deles abrindo e fechando. Os canais com portão são regulados por ligantes, pelo estado elétrico da célula ou por mudanças físicas, como a pressão. (p. 141-144; Fig. 5-9)

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19. As proteínas carreadoras nunca formam uma conexão contínua entre os líquidos extracelular e intracelular. Elas ligam-se aos substratos e mudam a conformação. (p. 144; Fig. 5-11) 20. A difusão mediada por proteínas é chamada de difusão facilitada. Ela tem as mesmas propriedades da difusão simples. (p. 145; Tabela. 5-1; Figuras 5-12) 21. O transporte ativo move a molécula contra seu gradiente de concentração e necessita de uma fonte externa de energia. No transporte ativo primário (direto), a energia vem diretamente do ATP. O transporte ativo secundário (indireto) usa a energia potencial armazenada em um gradiente de concentração e é impulsionado indiretamente pela energia do ATP. (p. 146-148) 22. O transportador ativo primário mais importante é a sódio-potássio ATPase (Na+-K+-ATPase), que bombeia o Na+ para fora e o K+ para dentro da célula (p. 147; Fig. 5-13) 23. A maioria dos sistemas de transporte ativo secundário é impulsionada pelo gradiente de concentração do sódio. (p. 147; Tabela. 5-3; Fig. 5-15) 24. Todo transporte mediado por carreadores apresenta especificidade, competição e saturação. A especificidade se refere à habilidade de um transportador de transportar apenas uma molécula ou um grupo de moléculas estreitamente relacionadas. As moléculas relacionadas podem competir por um único transportador. A saturação ocorre quando um grupo de transportadores de membrana está trabalhando na sua taxa máxima. (p. 148-151; Fig. 5-17, 5-19)

Transporte vesicular 25. Macromoléculas grandes e partículas são levadas para dentro das células por fagocitose e endocitose. O material deixa a célula por exocitose. Quando as vesículas que entram no citoplasma por endocitose voltam à membrana celular, o processo é chamado de reciclagem da membrana. (p. 152; Fig. 5-20, 5-21) 26. Na endocitose mediada por receptor, os ligantes ligam-se a receptores de membrana que se concentram nas depressões recobertas por clatrina, o local da endocitose. Na potocitose, os receptores estão localizados nas cavéolas, que possuem revestimento de caveolina. (p. 153-154; Fig. 5-21) 27. Na exocitose, a membrana vesicular se funde com a membrana celular antes de liberar seus conteúdos no espaço extracelular. A exocitose requer ATP. (p. 154)

Transporte transepitelial 28. O epitélio de transporte possui diferentes proteínas de membrana nas suas superfícies apical e basolateral. Esta polarização permite o movimento em uma única direção das moléculas que cruzam o epitélio. (p. 154-155; Figs. 5-22, 5-23) 29. As moléculas cruzam os epitélios movendo-se entre as células (via paracelular) ou através das células (via transcelular). (p. 155) 30. Grandes moléculas cruzam o epitélio por transcitose, que inclui o transporte vesicular. (p. 157; Fig. 5-24)

Osmose e tonicidade 31. O movimento de água através de uma membrana em resposta a um gradiente de concentração é chamado de osmose. (p. 159; Fig. 5-26) 32. Para comparar as concentrações das soluções, expressamos a concentração em termos de osmolaridade, o número de partículas (íons ou moléculas intactas) por litro de solução, expressa como miliosmoles por litro (mOsM). (p. 160) 33. A tonicidade de uma solução descreve a mudança do volume celular que ocorre se a célula é colocada nesta solução. A célula

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incha em soluções hipotônicas e encolhe em soluções hipertônicas. Se a célula não muda de tamanho no equilíbrio, a solução é isotônica. (p. 161) 34. A osmolaridade de uma solução não pode ser usada para determinar a tonicidade da solução. As concentrações relativas dos solutos não penetrantes na célula e na solução determinam a tonicidade. Os solutos penetrantes contribuem para a osmolaridade de uma solução, mas não para sua tonicidade. (p. 162; Fig. 5-27, 5-28)

O potencial de membrana em repouso Nervoso 1: o potencial de membrana 35. Apesar de o total do corpo ser eletricamente neutro, a difusão

e o transporte ativo de íons através da membrana celular criam um gradiente elétrico, com o interior das células negativo em relação ao líquido extracelular. (p. 165; Fig. 5-30) 36. O gradiente elétrico entre o líquido extracelular e o intracelular é conhecido como a diferença de potencial da membrana em repouso. (p. 166)

37. O movimento de um íon através da membrana celular é influenciado pelo gradiente eletroquímico daquele íon. (p. 166) 38. O potencial de membrana que se opõe exatamente ao gra-

diente de concentração de um íon é conhecido como potencial de equilíbrio (Eí0 J. O potencial de equilíbrio para qualquer íon pode ser calculado usando a equação de Nemst. (p. 168; Fig. 5-31) 39. Na maioria das células vivas, o K+ é o principal íon que determina o potencial de membrana em repouso. (p. 168) 40. Mudanças na permeabilidade da membrana aos íons, como K+, Na+, Ca2+ ou c1-, alteram o potencial de membrana e criam sinais elétricos. (p. 169)

Processos integrados da membrana: secreção de insulina 41. O uso de sinais elétricos para iniciar uma resposta celular é uma

propriedade universal das células vivas. As células ~ pancreáticas liberam insulina em resposta a uma modificação no potencial de membrana. (p. 171; Fig. 5-35)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Liste as quatro funções das proteínas de membrana e dê um 2. 3.

4. 5.

6. 7.

exemplo de cada uma. Diferencie transporte ativo e transporte passivo. Quais dos processos seguintes são exemplos de transporte ativo e quais são exemplos de transporte passivo? Difusão simples, fagocitose, difusão facilitada, exocitose, osmose, endocitose, potocitose. Liste quatro fatores que aumentam a taxa de difusão no ar. Relacione os canais de membrana com a(s) descrição(ões) apropriada(s). As respostas podem ser usadas uma vez, mais de uma vez, ou nenhuma. (a) canal controlado 1. Canal que passa a maior parte do por ligante tempo no estado aberto (b) poro aberto 2. Canal que se abre em resposta a (c) canal controlado um sinal por voltagem 3. Canal que se abre quando o po(d) canal controlado tencial de membrana de repouso muda mecanicamente 4. Canal que se abre quando um ligante se liga a ele 5. Canal que se abre em resposta ao estiramento da membrana 6. Canal pelo qual a água pode passar Liste os três métodos físicos pelos quais os materiais entram nas células. Um cotransportador é uma proteína que move mais de uma molécula simultaneamente. Se as moléculas são movidas na mesma direção, os cotransportadores são chamados de carrea; se as moléculas são transportadas em diredores de ções opostas, os cotransportadores são chamados de carreadores de . Uma proteína transportadora que move somente um substrato é chamada de carreadora de .

8. Os dois tipos de transporte ativo são que obtém energia diretamente do ATP, e , que acopla a energia cinética de uma molécula se movendo a favor do seu gradiente de concentração com o movimento de outra molécula contra seu gradiente de concentração. 9. Uma molécula que se move livremente entre os compartimentos intracelular e extracelular é conhecida como soluto . Uma molécula que não é capaz de entrar nas células é chamada de soluto . 10. Ordene os seguintes indivíduos em ordem de quantidade de água no corpo que eles contêm, da maior à menor (a) 25 anos, 70 kg masculino; (b) 25 anos, 50- kg feminino; (c) 65 anos, 50 kg feminino; (d) um bebê de 1 ano masculino. 11. O que determina a osmolaridade de uma solução? Em que uni12.

13. 14.

15.

16.

dade normalmente a osmolaridade do corpo é expressa? O que significa dizer que uma solução é hipotônica para uma célula? E hipertônica para a mesma célula? O que determina a tonicidade de uma solução em relação a uma célula? Com suas próprias palavras, relate os quatro princípios da eletricidade importantes para a fisiologia. Relacione cada um dos seguintes itens com seu papel primário na atividade celular. (a) Na+-K+-ATPase 1. canal iônico (b) proteínas 2. cátion extracelular (c) unidade de medida para o 3. fonte de energia 4. ânion intracelular potencial de membrana (d) K+ 5. cátion intracelular (e) c16. milivolts (f) ATP 7. bomba eletrogênica (g) Na+ 8. ânion extracelular 9. miliosmoles O potencial de membrana no qual o gradiente elétrico se opõe exatamente ao gradiente de concentração para um íon é conhecido como . Um material que permite o movimento livre de cargas elétricas é chamado de , ao passo que um que impede este movimento é chamado de .

Fisiologia Humana

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 17. Crie um mapa de transporte através das membranas celulares usando os seguintes termos. Você pode adicionar outros termos se você desejar. Água Molécula polar grande Bicamada fosfolipídica Molécula polar pequena Canal Na+-K+-ATPase Carreador Osmose Cavéola Potocitose Cavidades revestidas por clatrina Receptor Transcitose Difusão facilitada Transportador GLUT Difusão simples Transporte ativo Endocitose mediada por receptor Transporte ativo secunExocitose Glicose dário Transporte passivo Gradiente de concentração Transporte vesicular Gradiente eletroquímico Vesícula Ion Ligante 18. Desenhe um grande retângulo para representar o volume total do corpo. Usando a informação da Figura 5-25, divida o retângulo proporcionalmente em compartimentos para representar os diferentes compartimentos do corpo. Use a informação da Figura 5-3 e adicione solutos aos compartimentos. Use letras grandes para os solutos com altas concentrações, e letras pequenas para os solutos com baixas concentrações. Indique a membrana celular e a membrana endotelial. 19. Que fatores influenciam a taxa de difusão através de uma membrana? Explique resumidamente cada um. 20. Defina os termos seguintes e explique como eles diferem um do outro: especificidade, competição, saturação. Aplique estes termos em uma curta explicação da difusão facilitada da glicose. 21. Os eritrócitos estão suspensos em uma solução de NaCl. As células têm uma osmolaridade de 300 mOsM, e a solução tem uma osmolaridade de 250 mOsM. (a) A solução é (hipertônica, isotônica ou hipotônica) em relação às células? (b) A água se moveria (para dentro das células, para fora das células ou para nenhum lugar)? 22. Dois compartimentos estão separados por uma membrana permeável à glicose. Cada compartimento é preenchido com 1 M de glicose. Depois de seis horas, o compartimento A contém 1,5 M de glicose e o compartimento B contém 0,5 M de glicose. Que tipo de transporte ocorreu? 23. Uma solução de 2 M de NaCl é colocada no compartimento A e uma solução de 2 M de glicose é colocada no compartimento B. Os dois compartimentos são separados por uma membrana permeável à água, mas não ao NaCl ou à glicose. Complete as seguintes afirmações. Defenda cada resposta. (a) A solução salina é osmótica em relação à solução de glicose. (b) Verdadeiro ou falso? A água se moverá de um compartimento para o outro. Se a água se move, ela irá do compartimento para o compartimento . 24. Explique as diferenças entre um gradiente químico, um elétrico e um eletroquímico. ~

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 25. As glândulas sudoríferas secretam dentro do seu lúmen um líquido que é idêntico ao líquido intersticial. Como o líquido se move através do lúmen no seu caminho para a superfície da pele, as células do epitélio das glândulas sudoríferas tornam o líquido hipotônico removendo o Na+ e deixando a água. Dese-

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nhe uma célula epitelial que reabsorverá o Na+, mas não a água. Você pode colocar poros de água, canais de vazamento de Na+, canais de vazamento de K+e a Na+-K+-ATPase na membrana apical, na membrana basolateral, ou em ambas. 26. A insulina é um hormônio que promove o movimento da glicose para dentro de vários tipos de células, diminuindo assim a concentração de glicose no sangue. Proponha um mecanismo que explique como isso ocorre, usando seus conhecimentos sobre o transporte através da membrana celular. 27. Os seguintes termos têm sido aplicados para os transportadores da membrana: especificidade, competição, saturação. Estes termos também podem ser aplicados às enzimas. Como a aplicação destes termos muda nas duas situações? Que características químicas as enzimas e os transportadores compartilham permitem que estes termos sejam aplicados a ambas? 28. O NaCl é um soluto não penetrante e a ureia é um soluto penetrante para as células. Os eritrócitos são colocados em cada uma das soluções a seguir. A concentração intracelular dosoluto não penetrante é 300 mOsM. O que acontecerá com o volume celular em cada solução? Indique em cada solução todos os termos que se aplicam: hipertônico, isotônico, hipotônico, hiperosmótico, hiposmótico, isosmótico. Preste atenção nas unidades! (a) 150 mM de NaCl mais 150 mM de ureia (b) 100 mM de NaCl mais 50 mM de ureia (c) 100 mM de NaCl mais 100 mM de ureia (d) 150 mM de NaCl mais 100 mM de ureia (e) 100 mM de NaCl mais 150 mM de ureia 29. As glicoproteínas integrais de membrana têm seus açúcares acrescentados à medida que as proteínas passam pelo lúmen do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi [$ p. 124]. Com base nesta informação, onde você esperaria encontrar as "caudas" de açúcar das proteínas: no lado citoplásmico da membrana, no lado extracelular, ou em ambos? Explique seu raciocínio.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 30. A adição de solutos dissolvidos na água baixa o ponto de congelamento da água. Uma solução 1 OsM baixa o ponto de congelamento da água 1,86ºC. Se o plasma de uma paciente mostra uma redução no ponto de congelamento de 0,550°C, qual a osmolaridade do seu plasma? (Considere que 1 kg de água= 1 L.)

31. A paciente na questão anterior encontra-se com o volume total de água no corpo de 42 L, o volume do líquido extracelular de 12,5 L e o volume do plasma de 2, 7 L. (a) Qual o volume do seu líquido intracelular? Qual o volume do seu líquido intersticial? (b) Quanto de soluto (osmoles) existe em todo o corpo? No Líquido extracelular? No Líquido intracelular? No Plasma? (Dica: concentração = quantidade de soluto/volume da solução.) 32. Qual a osmolaridade de meia salina normal(= 0,45o/o de NaCl)? [$ p. 37] Considere que todas as moléculas de NaCl dissociamse em dois íons. 33. Se você administra 1 L de meia salina meio normal (ver Questão 32) para a paciente da Questão 31, o que acontece com os seguintes parâmetros, no equilíbrio? (Dica: o NaCl é um soluto não penetrante.) (a) volume total do seu corpo (b) osmolaridade total do seu corpo (c) volume dos líquidos extracelular e intracelular (d) osmolaridade dos líquidos extracelular e intracelular

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34. O gráfico seguinte mostra o resultado de um experimento em que uma célula foi colocada em uma solução de glicose. A célula não tem glicose inicialmente e sua membrana pode transportar a glicose. Qual(is) dos seguintes processos é/são ilustrado(s) neste experimento? (a) difusão simples (b) saturação (c) competição (d) transporte ativo

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RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 134 1. O 1 mg de sal restante permanece no corpo. 2. O metabolismo da glicose adiciona C02 e água no corpo, alternando o balanço de massa dessas duas substâncias. Para manter o balanço de massa, ambos os metabólitos devem ser excretados ou mais metabolizados. 3. O plasma é parte do LEC, então conhecer a concentração plasmática de (a) Na+ e (b) K+ diz a você a concentração desses íons no LEC. As concentrações iônicas do LIC são diferentes das concentrações do LEC, então a concentração plasmática não diz nada sobre os valores do LIC. (c) O corpo está em equilíbrio osmótico, então a concentração de água é a mesma em todos os compartimentos. (d) As protínas estão no plasma mas não no líquido intersticial, então a concentração plasmática de proteínas nada diz sobre a concentração de proteínas no LEC e no LIC. Página 136 4. O radical que precede o sufixo -ase é o nome do substrato no qual a enzima atua; portanto, o ATP é um substrato para esta enzima. 5. O líquido intracelular possui uma alta concentração de K+ e baixa concentração de Na+, c1- e Ca2 +. Página 139 6. Se a distância triplica, a difusão leva nove vezes mais tempo. Página 141 7. A energia para a difusão vem do movimento molecular. 8. Pelo fato de ser lipofílico, é mais provável que o ácido graxo atravesse por difusão simples. 9. A taxa de difusão (a) diminui, (b) aumenta, (c) diminui. 10. O compartimento A permanece amarelo, e o B se torna verde. 11. A matriz extracelular espessa da pele geralmente é impermeável ao oxigênio. Também, o oxigênio necessita de uma superfície úmida para difundir-se efetivamente através de uma membrana. Página 144 12. Os íons positivos são os cátions, e os negativos são os ânions. Página 145 13. As proteínas de membrana atuam como proteínas estruturais, receptores, enzimas e transportadores. 14. Os íons e as moléculas de água movem-se através de canais abertos.

15. Os canais formam conexões contínuas entre os dois lados de uma membrana e transportam as moléculas mais rapidamente. 16. Um canal revestido com cargas positivas irá atrair ânions, que neste exemplo significa o c1- . 17. A glicose é muito grande para atravessar um canal. Página 146 18. A direção da difusão facilitada da glicose inverte, e a glicose deixa a célula. Página 148 19. A ATPase é um transportador de antiporte, mas o SGLT é um transportador de simporte. A ATPase requer energia do ATP para mudar sua conformação, ao passo que o SGLT usa a energia armazenada no gradiente de concentração do Na+. Página 152 20. Um transportador de antiporte move os substratos em direções opostas. 21. Portas grandes transportariam mais pessoas. Esta seria uma analogia para uma célula que sintetiza uma nova isoforma do transportador que o deixaria transportar mais substratos por segundo. Página 154 22. Na fagocitose, o citoesqueleto empurra a membrana para fora para engolfar uma partícula em uma vesícula grande. Na endocitose, a superfície da membrana invagina e a vesícula é bem menor. 23. As proteínas associadas com a endocitose são a clatrina e a caveolina. 24. As proteínas movem-se para dentro da célula por endocitose e para fora por exocitose. Página 157 25. O movimento do sódio para fora da célula requer energia porque a direção do fluxo do íon é contra o gradiente de concentração. 26. A ouabaína aplicada ao lado apical não teria efeito porque não há moléculas de Na+ -K+ -ATPase neste lado. A ouabaína aplicada no lado basolateral inibiria a bomba. O transporte de glicose continuaria por um tempo até que o gradiente de Na+ entre a célula e o lúmen desapareça devido à entrada de Na+ na célula. 27. O transportador ilustrado é o GLUT2. Página 158 28. A transcitose cessará porque o transporte vesícular pelo citoesqueleto depende do funcionamento dos microtúbulos.

Fisiologia Humana

Página 160 29. O bebê perdeu 0,91 kg de água, que é 0,91 litro. Página 163 30. 1 M de NaCl = 2 OsM de NaCl. 1 M (= 1 OsM) de glicose e 1 OsM de NaCl possuem mais água. 31. (a) A água move-se para A porque A é 2 OsM; (b) não há movimento resultante porque a ureia se difundirá através da membrana até que alcance o equilíbrio; (c) a água move-se para A, porque A possui uma concentração mais alta de solutos não penetrantes. 32. (a) A solução de NaCl é melhor, mesmo que ambas soluções sejam isosmóticas para o corpo (Tabela 5-8), pois como o sangue é perdido do compartimento extracelular, a melhor solução de reposição permaneceria no líquido extracelular. Por essa razão, a glicose não é uma escolha tão boa porque entra lentamente nas células, levando a água com ela. (b) Se 1 L foi perdido, você terá de repor no mínimo 1 L. Página 169 33. O c1- se moverá para dentro da célula a favor do seu gradiente de concentração, o que tornaria o interior da célula negativo. As cargas positivas deixadas no lado de fora atrairiam o Cl- de volta para fora. O potencial de equilíbrio seria negativo. 34. Com o passar do tempo, o Na+ escoaria para dentro da célula, e o potencial de membrana em repouso se tornaria mais positivo.

Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 135 Fig. 5-3: 1. O plasma contém proteínas e grandes ânions que não estão presentes no líquido intersticial. 2. O compartimento extracelular contém mais Na+, c1- e bicarbonato do que o compartimento intracelular, e menos K+.

177

Página 151 Fig. 5-19: Você deveria marcar no eixo x o ponto onde a curva se assemelha a uma linha horizontal. Página 156 Fig. 5-23: (a) 1 = b; 2 = a; 3 = b. (b) O transporte de glicose basolateral é passivo porque a glicose se move a favor do seu gradiente de concentração. (c) O movimento de Na+ através da membrana apical não requer ATP porque o Na+ se move a favor do seu gradiente de concentração. Página 158 Fig. 5-25: (1) 25o/o de 14 L = 3,5 L de plasma. 75% = 10,5 L de líquido intersticial. (2) Total de água no corpo = 42 L. (3) 3,5 L/42 L = 8,3% de plasma; 10,5 L/42 L = 25% de volume intersticial. Página 163 Fig. 5-28: (a) Isosmótica e isotônica; (b) hiperosmótica e isotônica; (c) hiperosmótica e hipotônica. Página 167 Fig. 5-31: líquido intracelular = - 1 e líquido extracelular = + 1. A membrana celular não é permeável a Na+, c1- e proteínas. Página 169 Fig. 5-33: (1) O vazamento de Na+, para dentro da célula é promovido pelos gradientes de concentração e elétrico. (2) O vazamento de K+ para fora da célula é promovido pelo gradiente de concentração.

5

•

,,,,

omun1ca ao, e Comunicação célula-célula 179 Junções comun icantes criam pontes citoplasmáticas 180 Sinais dependentes de contato necessitam do contato célu la-célula 180 Sinais parácrinos e autócrinos fazem a comun icação local 180 A comun icação de longa distância pode ser elétrica ou química 180 As citocinas podem atuar tanto como sinalizadores locais como de longa distância

Vias de sinalização 182 As proteínas receptoras estão localizadas dentro da célula ou na membrana celular 182 As proteínas de membrana faci litam a transdução do sinal 186 Os receptores enzimáticos têm atividade guanilato ciclase ou proteína cinase 186 A ma ior parte da transdução de sinal util iza as proteínas G 187 Muitos hormônios lipofóbicos usam as vias RPG-AMPc 187 Os receptores acoplados à proteína G também usam segundos mensageiros derivados de lipídeos 187 Os receptores integrina transferem informação originada na matriz extracelular 189 As vias de sinalização mais rápidas mudam o fluxo iônico através dos canais

Novas moléculas sinalizadoras 190 O cálcio é um importante sinalizador intracelular 191 Os gases são moléculas sinalizadoras efêmeras

192 Alguns lipídeos são sinalizadores parácrinos importantes

Modulação das vias de sinalização 193

Os receptores apresentam saturação, especificidade e competição 194 A regulação para cima e a regulação para baixo perm item que as células modulem as respostas 195 As células devem ser capazes de fina lizar as vias de sinalização 196 Diversas doenças e medicamentos têm como alvo as proteínas de transdução de sinal

Vias de controle: alças de resposta e de retroalimentação 196 O postulado de Cannon descreve as variáveis regu ladas e os sistemas de controle 197 A homeostase pode ser mantida por vias locais ou por vias de longa distância 201 As alças de resposta iniciam com um estímulo e terminam com uma resposta 202 Os pontos de aj uste podem ser modificados 203 As alças de retroa limentação modulam a alça de resposta 204 O controle antecipatório perm ite ao corpo antecipar a mudança e manter a estabilidade 204 Os ritmos biológ icos resultam de mudanças em um ponto de ajuste 205 Os sistemas de controle variam em sua velocidade e especif icidade 208 As vias de controle reflexo complexas possuem vários centros integradores

CONHECIMENTOS BÃSICOS Homeostase: 4 Nucleotídeos: 34 Junções celulares: 72 Matriz extracelular: 80 Glândulas endócrinas: 79 Estrutura da membrana: 56 Proteínas de membrana: 58, 141 Difusão: 136 Exocitose: 154

O progresso fit.turo da medicina necessitará do conhecimento quantitativo das muitas redes

interconectadas de moléculas que formam nossas células e tecidos, suas interações e sua regu.lação. - Visão Geral do National Institute of Health Roadmap, 2003

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Diabete Melito São oito horas da manhã e Marvin Garcia, 20 anos de idade, está faminto. Ele foi ao consultório médico antes do café da manhã para dosar a glicemia (glicose sanguínea) de jejum como parte de um exame físico de rotina. Neste exame, o sangue é coletado depois de uma noite em jejum, e a concentração de gl icose no sangue é mensurada. Como ele sabe que se encontra em boas condições, não está preocupado com o resultado. Ele é surpreendido, então, quando a enfermeira que trabalha no consultório do médico o chama dois dias depois. " Sua glicemia em jejum está um pouco elevada, Marvin. Ela está 150 mi ligramas por decilitro, e o normal é 11 Oou menos. Alguém na sua família tem diabete? " " Bem, sim - meu pai tem. O que exatamente é diabete?"

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Em 2003, o Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (United States National Institutes of Health, NIH) iniciou um projeto ambicioso para promover o uso da pesquisa básica em novos tratamentos médicos e estratégias para a prevenção de doenças. Colaboradores do NIH Roadmap (http://nihroadmap.nih.gov) estão compilando informações das vias biológicas na tentativa de entender como as células se comunicam umas com as outras e mantêm o corpo em um estado saudável. Este capítulo examina os padrões básicos de comunicação célula-célula e mostra como a coordenação da função reside em sinais químicos e elétricos. Uma combinação da difusão simples por pequenas distâncias, da ampla distribuição de moléculas pelo sistema circulatório e a liberação rápida e específica de mensagens pelo sistema nervoso permite que cada célula no corpo se comunique com a maior parte das outras células e mantenha a homeostase.

COMUNICAÇÃO CÉLULA-CÉLULA Nos anos recentes, a quantidade de informações disponíveis sobre a comunicação célula-célula tem aumentado rapidamente como resultado dos avanços na pesquisa tecnológica. Vias de

(a) Junções comunicantes formam conexões citoplasmáticas diretas entre células adjacentes.

•

FIGURA 6-1

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sinalização que pareciam simples e diretas agora são conhecidas por serem redes incrivelmente complexas de transferência de informação. Nas seções seguintes, comentamos o que é conhecido sobre a comunicação célula-célula em alguns padrões básicos que você pode aprender e reconhecer quando encontrá-los novamente no seu estudo de fisiologia. Na maioria das estimativas o corpo humano é composto por cerca de 75 trilhões de células. Estas células enfrentam uma tarefa assustadora - comunicar-se umas com as outras de uma maneira rápida e que carregue uma quantidade enorme de informação. Surpreendentemente, existem somente dois tipos básicos de sinais fisiológicos: elétrico e químico. Os sinais elétricos são mudanças no potencial de membrana da célula [ ~ p. 164]. Os sinais químicos são moléculas secretadas pelas células no líquido extracelular. Os sinais químicos são responsáveis pela maior parte da comunicação interna do corpo. As células que recebem sinais elétricos ou químicos são denominadas células-alvo, ou alvos, para simplificar. O corpo humano usa quatro métodos básicos de comunicação célula-célula: (1) junções comunicantes, que permitem a transferência direta de sinais químicos e elétricos do citoplasma entre células adjacentes; (2) sinais dependentes de contato, que ocorrem quando uma molécula da superfície de uma membrana celular se liga a moléculas da superfície de uma outra membrana celular; (3) comunicação local, feita por substâncias químicas que se difundem no líquido extracelular; e (4) comunicação de longa distância, que ocorre pela combinação de sinais elétricos carregados por células nervosas e sinais químicos transportados no sangue. Uma determinada molécula pode funcionar como um sinal em mais de um método. Por exemplo, uma molécula pode atuar perto da célula da qual foi liberada (comunicação local), como também atuar em partes distantes do corpo (comunicação de longa distância).

Junções comunicantes criam pontes citoplasmáticas A forma mais simples de comunicação célula-célula é a transferência direta dos sinais elétricos e químicos através das junções comunicantes, que são canais proteicos que criam pontes citoplasmáticas entre células adjacentes (Fig. 6-la e ) [ ~ p. 72]. Uma junção comunicante forma-se a partir da união de proteínas transmembrana, denominadas conexinas, de duas cé-

(b) Sinais dependentes de contato necessitam da interação entre moléculas da membrana de duas células.

Contato direto e comunicação célula-célula local.

(e) Sinais autócrinos atuam na mesma célula que os secretam. Sinais parácrinos são secretados por uma célula e se difundem para células adjacentes.

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lulas adjacentes. As conexinas unidas criam um canal proteico ou conexon, que pode abrir e fechar. Quando o canal está aberto, as células conectadas funcionam como uma única célula que contém múltiplos núcleos (um sincício). Quando as junções comunicantes estão abertas, íons e pequenas moléculas como aminoácidos, ATP e AMP cíclico se difundem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma da outra. Como ocorre em outros canais de membrana, moléculas grandes não podem passar através das junções comunicantes. Além disso, estas junções são o único meio pelo qual os sinais elétricos podem passar diretamente de célula para célula. O movimento de moléculas através das junções comunicantes pode ser modulado ou completamente impedido. As junções comunicantes não são todas semelhantes. Os cientistas descobriram mais de 20 isoformas diferentes de conexinas que podem misturar-se ou combinar-se para formar junções comunicantes. A variedade de isoformas de conexinas permite que a seletividade das junções comunicantes variem de tecido para tecido. Nos mamíferos, as junções comunicantes são encontradas em quase todos os tipos de célula, incluindo o músculo cardíaco, alguns tipos de músculo liso, o pulmão, o fígado e o neurônios do cérebro.

Sinais dependentes de contato necessitam do contato célula-célula Algumas formas de comunicação célula-célula necessitam que moléculas da superfície de uma membrana celular se liguem a uma proteína de membrana de outra célula (Fig. 6-lb). Tal sinalização dependente de contato ocorre no sistema imunitário e durante o crescimento e o desenvolvimento, como quando os neurônios emitem longas projeções que devem crescer do eixo central do corpo para as extremidades distais (distantes) dos membros. As CAMs são moléculas de adesão celular conhecidas inicialmente pelo seu papel na adesão célula-célula [ $ p. 72]; agora sabe-se que atuam como receptores na sinalização célula-célula. As CAMs são unidas ao citoesqueleto e às enzimas intracelulares. Por meio dessas ligações, as CAMs transferem sinais em ambas as direções através das membranas celulares.

Sinais parácrinos e autócrinos fazem a comunicação local A comunicação local é realizada pelas sinalizações parácrina e autócrina. Um sinal parácrino (para-, ao lado de + krinen, secretar) é uma substância química que atua nas células próximas àquela que secreta o sinal. Se um sinal químico atua na célula que o secretou, ele é denominado sinal autócrino (auto-, próprio). Em alguns casos, uma molécula pode atuar como um sinal autócrino e parácrino. As moléculas de sinalização parácrina e autócrina chegam até suas células-alvo por difusão através do líquido intersticial (Fig. 6-lc). Pelo fato de a distância ser um fator limitante para a difusão, o alcance efetivo dos sinais parácrinos é restrito às células adjacentes. Um bom exemplo de uma molécula parácrina é a histamina, uma substância química liberada por células danificadas. Quando você se

arranha com um alfinete, o vergão vermelho que surge é devido, em parte, à liberação local de histamina a partir do tecido lesado. A histamina atua como um sinal parácrino, difundindo-se para os capilares nas áreas próximas da lesão e tornando-os mais permeáveis aos leucócitos e aos anticorpos plasmáticos. O líquido deixa os vasos sanguíneos e vai para o espaço intersticial, causando o inchaço (edema) ao redor da área lesada. Várias classes importantes de moléculas atuam como sinalizadores locais. As citocinas são peptídeos reguladores, e os eicosanoides [$ p. 31] são moléculas sinalizadoras parácrinas e autócrinas derivadas de lipídeos. As citocinas e os eicosanoides são discutidos com mais detalhes a seguir.

A comunicação de longa distância pode ser elétrica ou química Todas as células no corpo podem liberar sinais parácrinos, mas a maioria da comunicação de longa distância entre células está sob a responsabilidade dos sistemas nervoso e endócrino. O sistema endócrino comunica-se usando hormônios (hormon, excitar), sinais químicos que são secretados no sangue e distribuídos por todo o corpo pela circulação. Os hormônios entram em contato com a maioria das células do corpo, mas apenas as células que possuem receptores para os hormônios são células-alvo (Fig. 6-2a e ). O sistema nervoso usa uma combinação de sinais químicos e sinais elétricos para a comunicação de longa distância. Um sinal elétrico percorre uma célula nervosa (neurônio) até que alcance a extremidade desta célula, onde é traduzido em um sinal químico secretado pelo neurônio. Tal sinal químico é chamado de substância neurócrina. Se uma molécula neurócrina difunde-se do neurônio através de um estreito espaço extracelular até uma célulaalvo e tem um efeito rápido, ela é denominada neurotransmissor (Fig. 6-2b). Se uma substância neurócrina atua mais lentamente como um sinal autócrino ou parácrino, ela é denominada neuromodulador. Se uma subtância neurócrina liberada por um neurônio difunde-se para o sangue para que seja distribuída ela é denominada neuro-hormônio (Fig. 6-2c). A similaridade entre neuro-hormônios e hormônios clássicos secretados pelo sistema endócrino dificulta a distinção entre os sistemas nervoso e endócrino, fazendo deles um continuum, ao invés de dois sistemas completamente distintos (ver Fig. 6-31, p. 207).

As citocinas podem atuar tanto como sinalizadores locais como de longa distância As citocinas estão entre as moléculas de comunicação identificadas mais recentemente. Inicialmente o termo citodna referia-se apenas a proteínas que modulavam respostas imunitárias, mas nos últimos anos a definição expandiu-se para incluir vários peptídeos reguladores. Todas as células nucleadas sintetizam e secretam citocinas em resposta a estímulos. As citocinas controlam o desenvolvimento da célula, a diferenciação celular e a resposta imunitária. Durante o desenvolvimento e a diferenciação, as citocinas usualmente funcionam como sinalizadores autócrinos ou parácrinos.

Fisiologia Humana

181

REVISANDO CONCEITOS 1. Relacione o método de comunicação à esquerda com suas propriedades à direita. ,... Célula ~ sem receptor

Célula endócrina

Célula com rece tor

$

Célula-alvo

Não responde

Resposta

(a) Hormônios são secretados por glândulas ou células endócrinas na corrente sanguínea. Apenas células-alvo com receptores para o hormônio respondem ao sinal.

Sinal elétrico s Neurônio

3. Um gato vê um camundongo e se lança sobre ele. Você acha que o sinal interno para se lançar pode ter sido transmitido por um sinal parácrino? Cite duas razões para explicar por que sim ou por que não. Respostas: p. 213

(b) Neurotransmissores são substâncias químicas secretadas por neurônios, as quais se difundem através de uma pequena fenda até a célula-alvo. Neurônios também usam sinais elétricos.

----· •• 1\-

Neurônio

r

Célula " sem receptor

Célula com receptor

~

e

VIAS DE SINALIZAÇAO Os sinais químicos, na forma de moléculas parácrinas e autócrinas e hormônios, são liberados das células para o compartimento extracelular. Este não é um modo muito específico para os sinais encontrarem seus alvos, pois substâncias que são transportadas pelo sangue chegam a quase todas as células no corpo. Além disso, as células não respondem a todos os sinais que as atingem. Por que algumas células respondem a um sinal químico, ao passo que outras o ignoram? A resposta está na presença de proteínas receptoras na célula-alvo às quais os sinais químicos se ligam [$ 141]. Uma célula não pode responder a um sinal químico

se não possui uma proteína receptora apropriada para esse sinal

Não responde

(e) Neuro-hormônios são substâncias químicas liberadas por neurônios na corrente sanguínea para agirem em alvos distantes.

Comunicação ocorre via: 1. Sinais elétricos 2. Sinais químicos 3. Sinais elétricos e químicos

2. Quais moléculas sinalizadoras listadas na questão anterior são transportadas pelo sistema circulatório? Quais são liberadas por neurõnios?

• ••

•

(a) autócrina (b) citocina (c) junções comunicantes (d) hormõnio (e) neuro-hormõnio (f) neurotransmissor (g) parácrina

Resposta

FIGURA 6-2 A comunicação célula-célula de longa distância pode ser química ou elétrica.

No estresse e na inflamação, algumas dtodnas podem atuar em alvos relativamente distantes e podem ser transportadas pela circulação da mesma maneira que os hormônios. Como as citocinas diferem dos hormônios? Geralmente, as citocinas atuam em um espectro mais amplo de célulasalvo. Além disso, as citocinas não são produzidas por células especializadas como acontece com os hormônios, e elas são produzidas de acordo com a necessidade do corpo. Em contraste, muitas proteínas ou hormônios peptídeos são sintetizados antecipadamente e armazenados em células endócrinas até serem necessários. Também, as vias de sinalização das citocinas são usualmente diferentes daquelas dos hormônios. Contudo, a distinção entre citocinas e hormônios muitas vezes não é clara. Por exemplo, a eritropoetina, a molécula que controla a síntese dos eritrócitos, é por tradição considerada um hormônio, mas funcionalmente se encaixa na definição de uma citocina.

(Fig. 6-2a). Se uma célula-alvo possui um receptor para uma molécula sinalizadora, a ligação do sinalizador à proteína receptora iniciará uma resposta. Todas as vias de sinalização compartilham as seguintes características (Fig. 6-3 e ): 1. A molécula sinalizadora é um ligante que se liga a um receptor. O ligante também é conhecido como um primeiro mensageiro porque leva informações para a sua célula-alvo. 2. A ligação ligante-receptor ativa o receptor. 3. O receptor, por sua vez, ativa uma ou mais moléculas sinalizadoras intracelulares. 4. A última molécula sinalizadora na via inicia a síntese de proteínas-alvo ou modifica as proteínas-alvo existentes para gerar uma resposta. Nas seções seguintes, descrevemos algumas vias de sinalização básicas. Elas podem parecer complexas no início, mas seguem padrões que você encontrará inúmeras vezes à medida que estudar os sistemas do corpo. A maioria dos processos fisiológicos, desde o batimento do seu coração até a aprendizagem e a memória, utiliza alguma variação destas vias. Uma das maravilhas da fisiologia é a importância fundamental destas vias de sinalização e a maneira como elas foram conservadas nos animais, desde os vermes até os humanos.

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N A V E G A D O R Molécula sinalizadora 1

liga-se à

+ Proteína receptora 1

ativa

•

Moléculas sinalizadoras intracelulares

(

)

1

alteram

•

Proteínas-alvo geram

i Resposta

•

FIGURA 6-3

Este ícone representa um mapa de etapas envolvidas na comunicação celular. Nas figuras que seguem, procure por ele à medida que você estuda esses processos. As etapas na figura são codificadas pela cor correspondente ao ícone.

Padrão geral de uma via de sinalização.

As proteínas receptoras estão localizadas dentro da célula ou na membrana celular Os sinais químicos são classificados em duas grandes categorias com base na sua solubilidade em lipídeos: lipofílicos ou lipofóbicos. Os receptores das células-alvo podem ser encontrados no núcleo, no citosol ou na membrana celular, como uma proteína integral. O local onde um sinal químico liga-se ao seu receptor é em grande parte dependente de se a molécula sinalizadora podem ou não entrar na célula (Fig. 6-4 e ). As moléculas sinalizadoras lipofflicas podem se difundir através da bicamada fosfolipídica da membrana celular [$ p. 136] e ligarem-se aos receptores dtosólicos ou nucleares. Nestes casos, a ativação do receptor muitas vezes ativa um gene, o que faz com que o núcleo sintetize um novo RNAm (transcrição [ $ p. 120]). O RNAm então fornece um guia para a síntese de novas proteínas (tradução [ $ p. 123]). Esse processo é relativamente lento, e a resposta da célula pode não ser observável antes de uma hora ou mais. Em algumas ocasiões, o receptor ativado também pode interromper ou diminuir a atividade do gene. Várias moléculas sinalizadoras lipofílicas que seguem este padrão são hormônios; adiaremos a discussão sobre a sua ação para o próximo capítulo. As moléculas sinalizadoras lipofóbicas são incapazes de se difundirem através da bicamada fosfolipídica da membrana celular. Ao invés disso, essas moléculas sinalizadoras permanecem no líquido extracelular e ligam-se às proteínas receptoras existentes na membrana celular. (Algumas moléculas sinalizadoras lipofílicas também se ligam a receptores na membrana celular.) Em geral, o tempo de resposta para

Mais tarde naquele dia no consultório médico, a enfermeira explica sobre o diabete para Marvin. O diabete melito é uma família de doenças metabólicas causadas por defeito nas vias homeostáticas que regulam o metabolismo da glicose. Existem várias formas de diabete, e algumas podem ser herdadas. Uma forma, denominada diabete melito t ipo 1, é causada por uma produção deficiente de insulina, um hormôn io proteico fabricado no pâncreas. Em outra forma, o diabete melito t ipo 2, a insulina pode estar presente em níveis normais ou acima do normal, mas as células sensíveis à insulina não respondem normalmente ao hormôn io.

Questão 1: Em qual tipo de diabete é mais provável haver defeito na via de sinalização da insulina?

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as vias ligadas às proteínas receptoras de membrana é muito rápido, e as respostas podem ser observadas dentro de milissegundos a minutos. As proteínas receptoras para as moléculas sinalizadoras desempenham um papel importante na fisiologia e na medicina. Cerca da metade dos medicamentos em uso atualmente atuam em proteínas receptoras. Podemos agrupar os receptores de membrana em quatro categorias principais, ilustradas na Figura 6-5 • . Os receptores mais simples são os canais iônicos regulados quimicamente (dependente de ligante) chamados de receptores acoplados a canais. [ $ p. 141]. A ligação com o ligante abre ou fecha o canal e altera o fluxo de íons através da membrana. Outros três tipos de receptores são mostrados na Figura 6-5: receptores enzimáticos, receptores acoplados à proteína G e receptores integrinas. Para todos os três tipos, a informação da molécula sinalizadora deve passar através da membrana para iniciar uma resposta intracelular. Esta transmissão de informação de um lado da membrana para o outro usando proteínas de membrana é conhecida como transdução de sinal. Veremos mais atentamente a transdução do sinal antes de voltarmos para os quatro tipos de receptores que participam deste tipo de transmissão de informação. R VISANDO CONCEITOS Liste quatro componentes das vias de sinalização. 5. Cite três localizações dos receptores na célula. Respostas: p. 213

As proteínas de membrana facilitam a transdução do sinal A transdução de sinal é o processo pelo qual uma molécula sinalizadora extracelular ativa um receptor de membrana que, por sua vez, altera moléculas intracelulares para gerar uma resposta. A molécula sinalizadora extracelular é o primeiro

183

Fisiologia Humana

N A V E G A O O R

Receptor no citosol Receptor no núcleo Molécula sinalizadora

O

Moléculas sinalizadoras lipofílicas se difundem através da membrana celular e ligam-se ao receptor nuclear ou citosólico

Receptor

~

(

)

o o .__, ~

Moléculas O ... sinalizadoras hidrofílicas ou lipofóbicas

Respostas mais lentas relacionadas a mudanças na atividade do gene

O complexo receptor-ligante desencadeia a resposta intracelular

Molécula sinalizadora lipofóbica liga-se a um receptor na membrana celular Líquido extrace/ular

Receptor ____,: Membrana celular

•

FIGURA 6-4 Os receptores das células-alvo podem estar localizados na membrana celular ou dentro da célula.

Resposta celular rápida

Uquido intracelular

NAVEGADOR

Moléculas sinalizadoras extracelulares Molécula sinalizadora Canal Receptor ------ Moléculas sinal izadoras .._..,....._, intracelulares

(

o

V Receptor ~l,. . . . ,

LEC

v

Receptor

lntegrina

i ,__,__

Membrana celular

)

, ro P t e1na

Enzima

Proteína de _.,. G ancoragem Citoesqueleto

•

FIGURA 6-5

L/C

Receptor-canal

Receptor enzimático

Receptor acoplado à proteína G

Receptor integrina

A ligação do ligante abre ou fecha o canal.

A ligação do ligante a um receptor enzimático ativa uma enzima intracelular.

A ligação do ligante a um receptor acoplado à proteína G abre um canal iônico ou altera a atividade de enzimas.

A ligação do ligante a receptores integrina altera o citoesqueleto.

As quatro categorias de receptores de membrana.

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Dee Unglaub Silverthorn

o transdutor em um rádio converte as ondas de rádio em ondas sonoras (Fig. 6-6 e ). Nos sistemas biológicos, os transdutores convertem a mensagem das moléculas sinalizadoras extracelulares em mensagens intracelulares que desencadeiam uma resposta. Nos sistemas biológicos, como em um rádio, o sinal original não é apenas transformado, mas também amplificado (amplificare, tornar maior). Nas células, a amplificação do sinal transforma uma molécula sinalizadora em várias moléculas de segundos mensageiros. O processo inicia quando o ligante se combina com seu receptor (Fig. 6-7 e ). O complexo receptor-ligante então aciona uma enzima amplificadora que ativa diversas moléculas. Ao final do processo, o efeito do ligante foi muito mais amplificado do que se houvesse uma razão de 1: 1 em cada passo. A amplificação dá ao corpo maior rendimento por fazer com que uma pequena quantidade de ligante gere um grande efeito. O padrão básico de uma via biológica de transdução do sinal é mostrado na Figura 6-8 • e pode ser dividido nos seguintes eventos.

A transdução de sinal converte uma forma de sinal em uma forma diferente.

Sinal externo Ondas de rádio Receptor

! Transdutor Rádio Amplificador

i

Resposta

Ondas sonoras

e

FIGURA 6-6 Transdução do sinal. Um exemplo cotidiano de transdução de sinal é o rádio, o qual contém um transdutor que converte ondas de rádio em ondas sonoras.

mensageiro, e as moléculas intracelulares formam um sistema de segu.ndo mensageiro. O termo transdução de sinal vem do verbo transducer, e significa "levar através" (trans, através + ducere, levar). Um transdutor é um dispositivo que converte um sinal de uma forma para uma forma diferente. Por exemplo,

1. Uma molécula sinalizadora extracelular liga-se e ativa uma proteína ou uma glicoproteína receptora de membrana. 2. O receptor de membrana ativado aciona a sua proteína associada. Esta proteína então pode: (a) Ativar proteínas cinase, as quais são enzimas que transferem um grupo fosfato do ATP para uma proteína [ ~ p. 104]. A fosforilação é um importante método bioquímico de regulaç.ã o dos processos celulares. (b) Ativar enzimas amplificadoras que geram segundos mensageiros intracelulares. Os segundos mensageiros e as enzimas amplificadoras mais comuns estão listados nas Tabelas 6-1 • e 6-2 e. 3. Por sua vez, os segundos mensageiros: (a) Alteram a abertura dos canais iônicos. Abrindo ou fechando os canais iônicos, são produzidos sinais

N A V E G A O O R O complexo receptor-ligante ativa uma enzima amplificadora (EA). Molécula sinalizadora

O

_.+. _

Líquido extracelular

r

L /..-. l-+~----------i

......- - - - - - - - - - - -

Receptor

Moléculas sinalizadoras intracelulares

(____.) Proteínas-alvo

Membrana celular

R

EA Líquido intracelular

00

I i \

000 000000

4/11//j/t ~\t\\\\\

000000000000000000 Um ligante é amplificado em muitas moléculas intracelulares.

e

FIGURA 6-7

Amplificação do sinal.

Fisiologia Humana

185

N A V E G A D O R

Molécula sinalizadora

Líquido intracelular

liga-seiao

Molécula sinalizadora

Receptor de membrana que inicia

Receptor

•

--'--.. Molécula sinalizadora ....__,__ intracelular

Transdução de sinal por proteínas

Canal 1on1co • A

Enzimas amplificadoras

(..____) Proteínas-alvo

•

/

~

(_

Alteram

Resposta

.

"

6

'

...

Moléculas de segundos • mensageiros

..

'

'

Proteínas cinase

Aumento do Ca2+ intracelular

Líquido extracelular

'

'

Proteínas fosfori ladas

Proteínas ligadas ao cálcio

\

/ Resposta celular

• FIGURA 6-8 A transdução do sinal biológico converte sinais químicos em respostas celulares.

elétricos pela alteração do potencial de membrana da célula [ ~ p. 166]. (b) Aumentam o cálcio intracelular. A ligação do cálcio às proteínas muda sua função, gerando uma resposta celular. (c) mudam a atividade enzimática, especialmente de proteínas cinase ou proteínas fosfatase, enzimas que removem um grupo fosfato. A fosforilação ou desfosforilação de uma proteína pode mudar sua configuração e gerar uma resposta. Exemplos de mudanças que ocorrem com a fosforilação incluem o aumento ou a diminuição da atividade da

enzima e a abertura ou o fechamento dos canais iônicos com portão. 4. As proteínas modificadas pela ligação ao cálcio e pela fosforilação controlam uma ou mais: (a) enzimas metabólicas; (b) proteínas motoras da contração muscular e do movimento do citoesqueleto; (c) proteínas que regulam a atividade de genes e a síntese proteica; e (d) proteínas receptoras e transportadoras de membrana. Se você pensa que esta lista inclui quase tudo que uma célula faz, você está certo!

Enzimas amplificadoras ENZIMA AMPLIFICADORA

LOCALIZAÇÃO NA CÉLULA

ATIVADA POR

CONVERTE

EM

Adeni lato ciclase

Membrana

Receptor acoplado à proteína G

ATP

AMPc

Guani lato ciclase

Membrana Citosol

Receptor enzimático Óxido nítrico (NO)

GTP

GMPc

Fosfolipase C

Membrana

Receptor acoplado à proteína G

Fosfolipídeos de membrana

IP3 e DAG *

*IP3, trifosfato de inositol; DAG, diacilglicerol.

186

Dee Unglaub Silverthorn

R12VISANDO CONCEITOS 6. Quais são os quatro passos da transdução de sinal?

Vias de segundos mensageiros

7. O que acontece durante a amplificação?

SEGUNDO MENSAGEIRO

AÇÃO

8. Por que os hormônios esteroides não necessitam de transdução do sinal e segundos mensageiros para exercer sua ação? (Dica: os esteroides são lipofóbicos ou lipofílicos?

EFEITOS

,

lons

Ca 2 +

[ ~ p. 25]) Liga-se à calmodulina Liga-se a outras proteínas

Altera a atividade enzimática Exocitose, contração muscular, movimento do citoesqueleto, abertura de ca• na1s

Nucleotídeos AMPc

Ativa proteínas cinase, especialmente a proteína cinase A Liga-se a canais 1on1cos '

GMPc

A

'

Ativa proteínas cinase, especialmente a proteína cinase G Liga-se a canais 1on1cos o

A

o

Fosforila proteínas

Altera a abertura de canais Fosforila proteínas

Altera a abertura de canais

Respostas: p. 213

Os receptores enzimáticos têm atividade guanilato ciclase ou proteína cinase Os receptores enzimáticos possuem duas regiões: uma região receptora, no lado extracelular da membrana celular, e uma região enzimática, no lado citoplasmático (ver Fig. 6-5) . Em alguns casos, a região receptora e a região enzimática são parte da mesma molécula de proteína. Em outros casos, a região enzimática é uma proteína separada. A ligação do ligante ao receptor ativa a enzima. As enzimas dos receptores enzimáticos são proteínas cinase, como a tirosina cinase (Fig. 6-10 e ) ou a guanilato ciclase, a enzima amplificadora que converte o GTP em GMP cíclico (GMPc) [ ~ p. 34]. Os ligantes para os receptores enzimáticos incluem o hormônio insulina bem como muitos de crescimento e citocinas. A proteína do receptor de insulina tem atividade tirosina cinase intrínseca. Em contraste, a maioria das proteínas receptoras das citocinas não tem atividade enzimática intrínseca. Em vez disso, a ligação das citocinas ativa uma enzima citosólica chamada de família tirosina dnase janus, usualmente abreviada com JAK cinase.

Derivados de lipídeos

DAG

Libera Ca 2 + dos estoques i ntrace1u lares

Ver efeitos do Ca 2 + • acima

Ativa a proteína cinase

Fosforila proteínas

e

Você pode ver, a partir deste padrão básico, que os passos de uma via de transdução de sinal formam uma sequência ou cascata (Fig. 6-9 e ). Uma cascata de sinalização inicia quando um estímulo (a molécula sinalizadora) converte uma molécula inativa A (o receptor) em uma forma ativa. A molécula A ativada, então, converte a molécula B inativa em B ativa; a molécula B ativa, por sua vez, converte a molécula C inativa em Cativa, e assim por diante, até a etapa final, quando um substrato é convertido em um produto. Várias vias de sinalização intracelular são cascatas. A coagulação do sangue é um exemplo importante de uma cascata extracelular. Nas seções seguintes, examinaremos mais detalhadamente os quatro tipos principais de receptores de membrana (ver Fig. 6-5). Tenha em mente que estes receptores podem responder a qualquer um dos tipos diferentes de moléculas sinalizadoras, como hormônios, neuro-hormônios, neurotransmissores, citocinas, substâncias parácrinas ou autócrinas.

O estímulo inicial ativa o primeiro passo na cascata

Estímulo inicial

A Ativa

A Inativa

+

B 1nativa

B Ativa

+

C Inativa

CAtiva

+

Substrato A conversão do substrato em produto é o passo final da cascata

Produto

QUESTÃO DA FIGURA Usando as Tabelas 6-1 e 6-2, crie uma cascata que inclua ATP, AMPc, adenilato ciclase, uma proteína fosforilada e a proteína cinase A. Relacione estas moléculas aos passos mostrados na figura.

•

FIGURA 6-9

Passos de uma cascata.

Fisiologia Humana

e

N A V E G A O O R LEC A molécula sinalizadora liga-se ao receptor na superfície

L Molécula sinalizadora Receptor

R '--

Membrana celular

(

)

....

+

~

~

----- Molécula sinalizadora ____, intracelular '

ativa Tirosina cinase no lado citoplasmático

TK Sítio de ligação ativo

ATP

7\

IProteínal

FIGURA 6-10 O receptor tirosina cinase é um exemplo de receptor enzimático. A tirosina cinase (TK) transfere um grupo fosfato do ATP para uma tirosina (um aminoácido) de uma proteína.

'"

Proteína ~

V 'I

187

Proteína fosforilada

+ADP

LIC

A maior parte da transdução de sinal utiliza as proteínas G Os receptores acoplados à proteína G (RPG) são uma família grande e complexa de proteínas transmembrana que atravessam a bicamada fosfolipídica sete vezes (ver Fig. 6-5). A cauda citoplasmática da proteína receptora é ligada a uma molécula transdutora de membrana, com 3 partes, conhecida como proteína G. Centenas de receptores acoplados à proteína G têm sido identificados, e a lista continua a crescer. Os tipos de ligantes que se ligam aos receptores acoplados à proteína G incluem hormônios, fatores de crescimento, moléculas odorantes, pigmentos visuais e neurotransmissores. Em 1994, Alfred G. Gilman e Martin Rodbell receberam o Prêmio Nobel pela descoberta das proteínas G e seu papel na sinalização celular. As proteínas G receberam seu nome pelo fato de se ligarem aos nucleotídeos da guanosina [$ p . 34]. As proteínas G inativas são ligadas ao difosfato de guanosina (GDP). A troca de GDP pelo trifosfato de guanosina (GTP) ativa a proteína G. Quando as proteínas G são ativadas, elas (1) abrem um canal iônico na membrana ou (2) alteram a atividade enzimática no lado citoplasmático da membrana. As proteínas G ligadas às enzimas amplificadoras constituem a maior parte dos mecanismos de transdução de sinal conhecidos. As duas enzimas amplificadoras mais comuns para os receptores acoplados à proteína G são a adenilato ciclase e a fosfolipase C. As vias para estas enzimas amplificadoras são descritas a seguir.

Muitos hormônios lipofóbicos usam vias GPCR-AMPc O sistema adenilato ciclase-AMPc acoplado à proteína G foi a primeira via de transdução de sinal identificada (Fig. 6-11 e ). Ela foi descoberta nos anos de 1950 por Earl Sutherland quando ele estudava os efeitos dos hormônios no metabolismo dos carboidratos. Esta descoberta foi tão significativa para o nosso entendimento sobre a transdução de sinal que, em 1971, Sutherland foi agraciado com o prêmio Nobel por seu trabalho. O sistema adenilato ciclase-AMPc acoplado à proteína G é o sistema de transdução de sinal usado por muitos hormônios

proteicos. Neste sistema, a adenilato ciclase é a enzima amplificadora que converte o ATP em uma molécula do segundo mensageiro AMP cíclico (AMPc). O AMP cíclico ativa então a proteína cinase A (PK-A), que fosforila, por sua vez, outras proteínas intracelulares como parte da cascata de sinalização.

Os receptores acoplados à proteína G também usam segundos mensageiros derivados de lipídeos Alguns receptores acoplados à proteína G estão ligados a uma enzima amplificadora diferente: a fosfolipase C (Fig. 6-12 e ). Quando a molécula sinalizadora ativa esta via acoplada à proteína G, a fosfolipase C (PL-C) converte um fosfolipídeo de membrana (bifosfato de fosfatidilinosito"f) em duas moléculas de segundo mensageiro derivadas de lipídeos: diacilglicerol e trifosfato de inositol. O diacilglicerol (DAG) é um diglicerídeo apolar que permanece na porção lipídica da membrana e interage com a proteína cinase C (PK-C), uma enzima ativada pelo Ca2 + associada com a face citoplasmática da membrana celular. A proteína cinase C fosforila proteínas citosólicas que continuam a cascata sinalizadora. O trifosfato de inositol (IPJ é uma molécula mensageira solúvel em água que deixa a membrana e entra no citoplasma. Lá, ele se liga a um canal de cálcio no retículo endoplasmático (RE). A ligação do IP 3 abre o canal Ca2 +, permitindo que o Ca2 + se difunda para fora do RE e para o citosol. O cálcio é por si só uma molécula sinalizadora importante, como discutiremos posteriormente.

Os receptores integrina transferem informação originada na matriz extracelular As proteínas transmembrana denominadas integrinas [$ p. 74] medeiam a coagulação sanguínea, a cicatrização, a adesão celular e o reconhecimento na resposta imunitária e o movimento celular durante o desenvolvimento. No lado extracelular da membrana, os receptores integrina ligam-se às proteínas da matriz extracelular [ $ p. 80] ou a ligantes, como anticorpos e moléculas envolvidas na coagulação sanguínea. Dentro da célula, a integrina une-se ao citoesque-

6

188

Dee Unglaub Silverthorn

A molécula sinalizadora liga-se ao receptor acoplado à proteína G, o qual ativa a proteína G.

~ Uma molécula

cí

sinalizadora

tO

~

Adenilato c ic lase

A proteína G ativa a adenilato ciclase, uma enzima amplificadora.

ATP Proteína G 0 0 Q - AMPc

A adenilato c ic lase converte ATP em AMP cíclico.

i Qi Qi o

O AMPc ativa a proteína cinase A.

~roteína -----{) c1nase A

Proteína - -'Ü fosforilada

0 0

A proteína cinase A fosforila outras proteínas, levando finalmente a uma resposta celular.

000

00 0000 00 0000 00 0000 00 0000

00 o o 00 00 o o 00

Resposta celular

•

Molécula sinalizadora

FIGURA 6-11 O sistema adenilato ciclaseAMPc acoplado à proteína G ilustra uma cascata sinalizadora.

6

Líquido extracelular

O t Membrana fosfolipídica

PL-C

e

Membrana celular DAG PK-C

Receptor _ _, Proteína G

RE

0

Proteína fosforilada

Estoques de - - -•

A molécula sinalizadora ativa o receptor e a proteína G associada.

•

O A proteína G ativa e

a fosfolipase (PL-C), uma enzima amplificadora.

E)

A PL-C converte fosfolipídeos da membrana em diacilglicerol (DAG), que permanece na membrana, e IP3, que se difunde no citoplasma.

0

LEGENDA

PL-C DAG PK-C IP3 RE

Resposta celular

O

Líquido intracelular

Proteína + Pi

= fosfolipase C = diacilglicerol = proteína c inase = trifosfato de inositol = retículo endoplasmático

1

O DAG ativa a proteína cinase C (PK-C), que fosforila proteínas.

FIGURA 6-12 O sistema fosfolipase C. Neste sistema - outro sistema de segundo mensageiro acoplado à proteína G - a fosfolipase C (PL-C) converte os lipídeos de membrana em dois segundos mensageiros: diacilglicerol (DAG) e trifosfato de inositol (IP3).

e

O IP3 estimula a liberação de Ca2+ das organelas, criando um sinal de ca2+.

Fisiologia Humana

,

lons

0

Moléculas sinalizadoras extracelulares

o

O

Receptor acoplado à --..__.....,proteína ~

Canais 1on1cos 'A

'

189

Receptores acoplados a canais abrem oufecham em resposta à ligação da molécula sinalizadora.

Alguns canais são diretamente associados a proteínas G.

Mudança na permeabilidade da membrana para Na+, K+, c1-

Moléculas sinalizadas intracelulares

Outros canais controlados por ligantes respondem a segundos mensageiros intracelulares.

6

Gera um sinal elétrico

Proteína sensível à voltagem

Resposta celular

leto via proteínas de ancoragem (Fig. 6-5). Os ligantes que se ligam ao receptor estimulam as integrinas a ativar enzimas intracelulares ou a alterar a organização do citoesqueleto. A importância dos receptores integrina é ilustrada por doenças herdadas nas quais o receptor está ausente. Em uma destas doenças, as plaquetas - fragmentos celulares que desempenham um papel-chave na coagulação sanguínea - não possuem o receptor integrina. Consequentemente, a coagulação sanguínea é defeituosa nesses indivíduos.

As vias de sinalização mais rápidas mudam o fluxo iônico através dos canais Os receptores mais simples são canais iônicos controlados por ligante, e a maioria deles são receptores de neurotransmissores encontrados nos neurônios e células musculares. A ativação do receptor acoplado a canal inicia as respostas intracelulares mais rápidas de todos os receptores. Quando um ligante extracelular se liga ao receptor canal, o canal abre ou fecha, mudando a permeabilidade da célula a um íon. O aumento ou a diminuição da permeabilidade de um canal iônico muda o potencial de membrana da célula [ $ p. 169], criando um sinal elétrico que altera as proteínas sensíveis à voltagem (Fig. 6-13 e ). Um exemplo de um receptor canal é o canal de cátions sensível à acetilcolina do músculo esquelético. O neurotransmissor acetilcolina liberado por um neurônio adjacente liga-se ao receptor de acetilcolina e abre o canal, permitindo que o Na+ entre na célula a favor do seu gradiente eletroquímico.

•

FIGURA 6-13 Alguns segundos mensageiros geram sinais elétricos.

A entrada resultante de cargas positivas despolariza a célula. No músculo esquelético, esta cascata de eventos intracelulares resulta na contração muscular. Observe que nem todos os canais iônicos controlados por ligante são receptores acoplados a canais ativados diretamente pelas moléculas sinalizadoras extracelulares. Alguns canais iônicos controlados por ligante são controlados por segundos mensageiros intracelulares, como o AMPc ou ATP. Os canais de K+ controlados por ATP nas células í3 do pâncreas são um exemplo[ $ Fig. 5-35, p. 170]. Outros canais iônicos abrem ou fecham em resposta a sinais extracelulares, mas o ligante (sinal) não se liga ao canal. Ele se liga a um receptor acoplado à proteína G, que está indiretamente associada ao canal iônico. R

VISANDO CONCEITOS Dê o nome das quatro categorias de receptores de membrana.

1O. Qual a diferença entre o primeiro e o segundo mensageiro? 11 . Coloque os seguintes termos na ordem correta para uma via de transdução do sinal: (a) resposta celular, receptor, segundo mensageiro, ligante; (b) enzima amplificadora, resposta celular, proteína fosforilada, proteína cinase, segundo mensageiro. 12. Em cada uma das situações seguintes, a célula será despolarizada ou hiperpolarizada? (a) canais de c 1- abrem (b) canais de K+ abrem (c) canais de Na+ abrem

Respostas: p. 213

190

Dee Unglaub Silverthorn

Molécula sinalizadora

• <>

íons

Líquido extracelular

Receptor de membrana ...----------------------------------------------

Membrana celular

r

r Ativa ou inibe enzimas amplificadoras

Canal iônico +-- - - altera - - - Ativa a com portão proteína G alteram

!

Ativa tirosina cinase

Altera o citoesqueleto

1

produzem

fosforila

t

,

lons movem-se para dentro ou para fora da célula

Moléculas de segundos mensageiros

Desencadeia a liberação de Ca2+ das organelas

Mudança na concentração deíons

ativam

gera

t

."

liga-se

Sinal elétrico

Proteínas cinase

..

a

1

fosforilam

t Proteínas alteradas

Resposta celular

Líquido intracelular

levará a uma mudança em

Proteínas motoras

•

FIGURA 6-14

Atividade enzimática

Transportadores e receptores de membrana

Atividade de genes e síntese de proteínas

Mapa resumido dos sistemas de transdução de sinal.

A Figura 6-14 • é um mapa resumido da transdução de sinal básica, mostrando as relações gerais entre primeiros mensageiros, receptores de membrana, segundos mensageiros e respostas celulares.

NOVAS MOLÉCULAS SINALIZADORAS Nos Capítulos 7 e 8, você aprenderá mais sobre hormônios e neurotransmissores e suas vias de sinalização. A seção seguinte apresenta algumas moléculas sinalizadoras incomuns que são importantes na fisiologia e na medicina. Elas incluem um íon (Ca2 +), dois gases e uma família de mensageiros derivados de lipídeos. Os processos controlados por estas moléculas sinalizadoras são conhecidos há anos, mas o controle da sua sinalização foi descoberto recentemente.

O cálcio é um importante sinalizador intracelular O íon cálcio é o mais versátil mensageiro iônico (Fig. 6-15 e ). 2 O cálcio entra na célula através de canais de Ca + controlados por voltagem, ou canais controlados por ligantes ou canais controlados mecanicamente. O cálcio também pode ser liberado a partir de compartimentos intracelulares por segundos mensageiros, como o IP3 • A maior parte do Ca2 + intracelular é armazenada no retículo endoplasmático [ ~ p. 68], onde é concentrado via transporte ativo. A liberação de Ca2 + no citosol (de qualquer uma das fontes há pouco mencionadas) cria um sinal de Ca2 +, ou "faísca" de Ca2+, que pode ser registrado usando técnicas de imagem 2 especiais do Ca + (ver quadro Biotecnologia: "Medindo os Sinais de Cálcio"). Os íons cálcio se combinam com proteínas citoplasmáticas ligadoras de cálcio para exercer diversos

Fisiologia Humana

191

BIOTECNOLOGIA

Líquido extracelular

,,.

MEDINDO OS SINAIS DE CALCIO ..."'-

/

~

'

Sinal elétric o

'

Canal de Ca2+ controlado por , voltagem abre

,.

'

V1

......

.... •

0

'-

•

liberado dos estoques de ca2+ intracelular

•

Ca2+ no citosol aumenta

Ca2

t Ca2+ liga-se a proteínas

Sinal químico

I. \ Calmodulina

Se alguma vez você colocou sua mão na água de um oceano tropical à noite e viu o brilho de bioluminescência da águaviva, você viu um sinal de cálcio. A aequorina, uma proteína complexa isolada da água-viva, é uma das moléculas que os cientistas usam para mon itorar a presença do íon cálcio durante uma resposta celular. Quando a aequorina se combina com o cálcio, ela libera luz, que pode ser medida por um sistema de detecção eletrônica. Desde o primeiro uso da aequorina em 1967, os pesquisadores têm produzido indicadores cada vez melhores que lhes permitem seguir os sinais de cálcio nas células. Com o auxílio de moléculas denominadas Fura, Oregon Green, BAPTA e chameleon, podemos agora observar os íons cálcio se difundirem através das junções comunicantes e fluírem para fora das organelas intracelulares.

Outras proteínas , ligadoras de ca2+

Líquido intracelular Altera a atividade de proteínas

•

Exocitose

Movimento

FIGURA 6-15 Cálcio como um mensageiro intracelular. A sinalização do cálcio ocorre no citosol quando 2 o Ca + entra na cé lu la ou é liberado dos estoques intracelulares.

efeitos. Vários tipos de eventos depen dentes de cálcio ocorrem na célula: 1. O Ca2 + liga-se à proteína calmodulina, encontrada em todas as células, e altera a atividade enzimática ou de transportadores ou a abertura de canais iônicos. 2. O Ca2 + liga-se a outras proteínas regulatórias e altera o movimento de proteínas contráteis ou do citoesqueleto, como os microtúbulos. Por exemplo, a ligação de Ca2+ à proteína regulatória troponina inicia a contração muscular em uma célula muscular esquelética. 3. O Ca2 + liga-se a proteínas regulatórias para desencadear a exocitose de vesículas secretoras [ ~ p. 171]. Isto está ilustrado no Capítulo 5, na descrição da liberação de insulina pelas células 13 pancreáticas. 2 4. O Ca + liga-se diretamente a canais iônicos alterando seu estado de abertura. Um exemplo é o canal de K+ ativado por Ca2 + encontrado em neurônios. 5. A entrada de Ca2 + no ovo fertilizado (zigoto) inicia o desenvolvimento do embrião. REVISANDO CONCEITOS 13. A concentração de Ca2 + extracelular é em média 2,5 mmol/L. A concentração de Ca 2 + citosólico livre é de cerca de 0,001 mmol/L. Se uma célula vai transportar íons cálcio do citosol para o líquido extracelular, usará transporte passivo ou ativo? Explique. Resposta: p. 213

Os gases são moléculas sinalizadoras efêmeras Os gases solúveis são moléculas sinalizadoras de curta duração autócrinas/parácrinas que atuam próximo de onde são produzidos. A molécula sinalizadora gasosa melhor conhecida é o óxido n ítrico (NO), mas o monóxido de carbono e o sulfeto de hidrogênio, dois gases mais conhecidos por seus efeitos nocivos, também podem atuar como sinalizadores locais. Durante anos, os pesquisadores conheciam uma molécula sinalizadora de curta duração produzida pelas células endoteliais do revestimento dos vasos sanguíneos. Esta molécula, inicialmente denominada fator de relaxamento derivado do endotélio (EDRF), difunde-se do endotélio para as células musculares lisas adjacentes, relaxando o músculo e dilatando o vaso sanguíneo. Os cientistas levaram anos para identificar EDRF com o óxido nítrico, porque ele é rapidamente degradado, tendo uma meia-vida de apenas 2 a 30

6

192

Dee Unglaub Silverthorn

Líquido extracelular

FOCO CLINICO

DO DINAMITE À VASODILATAÇÃO

Fosfolipídeos de membrana 1

Líquido intracelular

PLA2

i Ácido araquidônico

Upoxigenase

Leucotrienos

•

1- -)>•1

Atividade de segundo mensageiro

Ciclo-oxigenas e (COX 1, COX 2)

Substâncias parácrinas solúveis em lipídeos

Prostaglandinas Tromboxanas

FIGURA 6-16 A cascata do ácido araquidônico produz mensageiros lipídicos.

segundos. (Meia-vida é o tempo necessário para que um sinal perca a metade da sua atividade.) Como resultado desse difícil trabalho com o NO no sistema circulatório, Robert Furchgott, Louis Ignarro, e Ferid Murad receberam o prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1998. Nos tecidos, o NO é sintetizado por ação da enzima óxido nítrico sintase (NOS) a partir do aminoácido arginina: Arginina + 0 2

óxido nítrico sintase

Em 1998, o Prêmio Nobel de Fisiolog ia e Medicina foi concedido a Robert Furchgott, Louis lgnarro, e Ferid Murad por suas pesquisas sobre o papel do óxido nítrico como molécu la sina lizadora no sistema circulatório (www.nobel.se/medicine). Quem teria pensado que este componente do nevoeiro fotoquímico (smog) e derivado da dinamite seria um mensageiro biológico? Certamente não seriam os revisores que inicialmente rejeitaram a tentativa de Louis lgnarro para publicar seus achados sobre esse gás efusivo. Contudo, a capacidade de compostos que contêm nitrato de relaxar os vasos sanguíneos é conhecida a mais de 100 anos, desde que os trabalhadores da fábrica de dinam ite de Alfred Nobel queixaram-se de dores de cabeça causadas pelo nitrato que induzia vasodilatação. Desde a década de 1860, os médicos têm usado nitroglicerina para aliviar a angina - dor cardíaca que resulta da constrição de vasos sanguíneos - e ainda hoje pacientes com esse problema carregam comprimidos de nitrogl icerina para colocar embaixo da língua quando a angina acontecer. Ainda, foram necessários anos de trabalho para conseguir isolar o efêmero gás, que é a molécula biologicamente ativa derivada da nitrogl icerina. Apesar de toda a nossa atual tecnologia, pesquisas diretas sobre o óxido nítrico ainda são difíceis de ser realizadas indiretamente e muitos estudos investigam a sua influência, estudando a localização e a atividade da óxido nítrico sintase (NOS), a enzima que produz o óxido nítrico.

_ _ _ _ _ _ ______,.

NO + citrulina (um aminoácido) O NO produzido nesta reação difunde-se para as células-alvo, onde liga-se a um receptor que ativa a forma citosólica da guanilato ciclase e causa a formação do segundo mensageiro GMPc. Além de relaxar os vasos sanguíneos, o óxido nítrico no encéfalo atua como um neurotransmissor e um neuromodulador. O monóxido de carbono (CO), um gás conhecido principalmente por seus efeitos tóxicos, também é uma molécula sinalizadora produzida em quantidades mínimas por certas células. Como o NO, o CO ativa a guanilato ciclase e o GMPc, mas também pode atuar independentemente para exercer seus efeitos. Os alvos do monóxido de carbono são o músculo liso e o tecido neural. A mais nova molécula sinalizadora a ser descrita é o sulfeto de hidrogênio (H2S). O sulfeto de hidrogênio (gás sulfídrico) também atua no sistema circulatório, relaxando os vasos sanguíneos. O alho é a fonte dietética principal de precursores contendo enxofre, o que pode explicar estudos que sugerem que comer alho tem efeitos protetores sobre o coração.

Alguns lipídeos são sinalizadores parácrinos importantes Um dos avanços mais interessantes que ocorreu a partir do sequenciamento do genoma humano e do uso de genes para

encontrar proteínas tem sido a identificação dos receptores órfãos, que são receptores que não possuem ligante conhecido. Os cientistas estão tentando investigar retrogradamente a partir das vias de sinalização para encontrar os ligantes que se ligam a estes receptores órfãos. Como resultado deste tipo de pesquisa, os investigadores reconheceram a importância e a universalidade dos eicosanoides, sinalizadores parácrinos derivados de lipídeos que desempenham um papel importante em muitos processos fisiológicos. Todas as moléculas sinalizadoras eicosanoides são derivadas do ácido araquidônico, um ácido graxo de 20 carbonos. O processo de síntese é uma rede chamada de cascata do ácido araquidônico (Fig. 6-16 e ). Para simplificar, dividiremos a cascata em etapas. O ácido araquidônico é produzido a partir de fosfolipídeos de membrana pela ação da enzima fosfolipase A2 (PLA2). A atividade da fosfolipase A2 é controlada por hormônios e outros sinalizadores. O ácido araquidônico pode agir diretamente como um segundo mensageiro, alterando a atividade de canais iônicos e de enzimas intracelulares. Também pode ser convertido em uma das várias classes de eicosanoides parácrinos. Estas moléculas solúveis em lipídeos podem se difundir para fora da célula e se combinar com receptores nas células vizinhas para exercer sua ação.

Fisiologia Humana

Existem dois grupos principais de substâncias parácrinas derivadas do ácido araquidônico: 1. Os leucotrienos são moléculas produzidas pela ação da enzima lipoxigenase sobre o ácido araquidônico (leuco-, branco+ trieno, uma molécula com três ligações duplas entre os átomos de carbono). Os leucotrienos são secretados por certos tipos de leucócitos. Eles desempenham um papel significativo na asma, uma condição pulmonar em que o músculo liso das vias aéreas se contrai, tornando difícil a respiração, e na reação alérgica grave conhecida como anafilaxia. Por esta razão, as indústrias farmacêuticas têm desenvolvido fármacos que bloqueiam a síntese de leucotrienos ou a sua ação. 2. Os prostanoides são moléculas produzidas quando a enzima ciclooxigenase (COX) atua no ácido araquidônico. Os prostanoides incluem as prostaglandinas e as tromboxanas. Estes eicosanoides atuam em diversos tecidos do corpo, incluindo músculo liso de vários órgãos, plaquetas, rim e ossos. Além disso, as prostaglandinas estão envolvidas no sono, na inflamação, na dor e na febre. Os anti-inflamatórios não esteroides (AINEs), como a aspirina e o ibuprofeno, ajudam a evitar a inflamação pela inibição das enzimas COX e diminuição da síntese de prostaglandinas. Contudo, os AINEs não são específicos e podem ter sérios efeitos colaterais, como sangramento no estômago. A descoberta de duas isoenzimas COX, COXl e COX2, permitiu o desenvolvimento de fármacos que atuam sobre uma isoenzima COX específica. Inibindo somente a COX2, a enzima que produz prostaglandinas inflamatórias, os médicos esperam tratar a inflamação com menos efeitos colaterais. Contudo, estudos têm mostrado que alguns pacientes que tomam inibidores da COX2 e outros AINEs têm maior risco de ataque cardíaco (infarto do miocáridio) e derrame (acidente vascular cerebral), de modo que o uso desses fármacos não é recomendado por longos períodos. Os eicosanoides não são as únicas moléculas sinalizadoras lipídicas. Os lipídeos chamados de esfingolipídeos também atuam como sinalizadores extracelulares para ajudar a regular a inflamação, a adesão e a migração celulares, e o crescimento e morte celulares. Assim como os eicosanoides, os esfingolipídeos combinam-se com receptores acoplados à proteínas G nas membranas de suas células-alvo. VISANDO CONCEITOS Com base no que você aprendeu a respeito de moléculas sinalizadoras, onde um fármaco que bloqueia a ação de leucotrienos pode atuar? Como um f ármaco que bloqueia a síntese de leucotrienos pode atuar? Resposta: p. 213

MODULAÇAO DAS VIAS DE

SINALIZAÇAO

Como você já aprendeu, as vias de sinalização na célula podem ser bem complexas. Para complicar o assunto, células diferentes podem responder diferentemente a uma determinada molécula sinalizadora. Como uma molécula pode desencadear uma resposta A no tecido 1 e uma resposta B no

O ligante primário ativa um receptor

Um agonista também ativará o receptor

Um antagonista bloqueia a atividade do receptor

o

Q

L-v-J

t

t

i

..,______- Q- p------~..._____

Resposta

•

193

FIGURA 6-17

Sem resposta

Agonistas e antagonistas.

tecido 2? Para a maioria das moléculas sinalizadoras, a resposta

da célula-alvo é determinada pelo receptor ou sua via intracelular associada, e não pelo ligante. Devido à importância das vias de sinalização, as células usam os receptores para manter a flexibilidade nas suas respostas.

Os receptores apresentam saturação, especificidade e competição Os receptores são proteínas; por essa razão, a ligação receptor-ligante exibe as características de especificidade, de competição e de saturação das ligações às proteínas discutidas no Capítulo 2. [ ~ p. 40]. Você aprendeu sobre propriedades similares de ligação às proteínas nas enzimas discutidas no Capítulo 4 [ ~ p. 100] e nos transportadores discutidos no Capítulo 5 [$ p. 148].

Especificidade e competição: múltiplos ligantes para um receptor Os receptores possuem sítios de ligação para seus ligantes, exatamente como as enzimas e os transportadores. Consequentemente, moléculas diferentes com estruturas similares podem ser capazes de se ligar ao mesmo receptor. Um exemplo clássico desse princípio envolve dois neurócrinos responsáveis pela resposta de luta ou fuga: o neurotransmissor noradrenalina e seu primo o neuro-hormônio adrenalina (também denominado epinefrina). Ambas as moléculas ligam-se a uma classe de receptores denominados receptores adrenérgicos. (Adrenérgico é o adjetivo relacionado à adrenalina.) A capacidade dos receptores adrenérgicos de se ligarem a estes neurócrinos, mas não a outros, demonstra a especificidade dos receptores. A adrenalina e a noradrenalina também competem por um único tipo de receptor. Ambos os neurócrinos se ligam aos subtipos de receptores adrenérgicos denominados alfa (a.) e beta(~). Contudo, os receptores a. possuem uma maior afinidade de ligação com a noradrenalina, ao passo que o subtipo -~ 2 possui uma afinidade maior para a adrenalina. Agonistas e antagonistas Quando um ligante se combina com um receptor, um dos dois eventos seguintes ocorre. O ligante ativa o receptor e ocorre uma resposta, ou o ligante

6

194

Dee Unglaub Silverthorn

O A adrenalina pode se ligar

ocupa o sítio de ligação e impede o receptor de responder (Fig. 6-17 e ). Os ligantes que acionam os receptores são conhecidos como agonistas, e os que bloqueiam a atividade receptora são denominados antagonistas. Os farmacologistas usam o princípio da competição dos agonistas [ $ p. 40] para produzir fármacos de ação mais longa e mais resistentes à degradação enzimática do que o ligante endógeno produzido pelo corpo [endo -, dentro + genous, origem]. Um exemplo é a família de estrogênios modificados (hormônios sexuais femininos) usada nos anticoncepcionais. Eles são agonistas de estrogênios que existem naturalmente, mas possuem grupos químicos adicionados para protegê-los da degradação e prolongar sua vida ativa.

a diferentes isoformas do receptor adrenérgico

Resposta do receptor a. a.-Receptor Vaso sanguíneo ...-do intestino

Adrenalina+ receptor a.

Resposta do receptor ~2 ~2 -Receptor

Vaso sangu1r;"1eo do múscul0 esquelético Adrenali na+ receptor ~2

Múltiplos receptores para um só ligante Por muitos anos, os fisiologistas foram incapazes de explicar a observação de que uma única molécula sinalizadora poderia ter diferentes efeitos em tecidos diferentes. Por exemplo, a adrenalina, o neuro-hormônio previamente descrito, dilata os vasos sanguíneos no músculo esquelético, mas contrai os vasos sanguíneos no intestino. Como pode uma substância química ter efeitos opostos? A resposta foi esclarecida quando os cientistas descobriram que os receptores, assim como outras proteínas, podem ter famílias de isoformas relacionadas [$ p. 41]. A resposta celular que ocorre após a ligação de uma molécula sinalizadora a um receptor depende de qual isoforma do receptor está envolvida. Por exemplo, os receptores adrenérgicos O'. e ~ 2 para a adrenalina descritos anteriormente são isoformas um do outro. Quando a adrenalina se liga aos receptores O'. no músculo liso dos vasos sanguíneos do intestino, ativam vias sinalizadoras que causam a vasoconstrição (Fig. 6-18 e ). Quando a adrenalina se liga aos receptores ~ 2 em certos vasos sanguíneos do músculo esquelético, as vias de transdução de sinal associadas causam a vasodilitação. Em outras palavras, a resposta dos vasos sanguíneos à adrenalina depende da isoforma do receptor e de sua via de transdução de sinal, não do ligante que ativa o receptor. Muitos fármacos agora são desenvolvidos para serem específicos para somente uma isoforma do receptor. R VISANDO CONCEITOS O que receptores, enzimas e transportadores têm em comum que explica porque todos eles exibem saturação, especificidade e competição? 16. A insulina aumenta o número de transportadores de glicose na célula do músculo esquelético, mas não na membrana de um hepatócito (célula do fígado). Liste dois possíveis mecanismos que poderiam explicar como este único hormônio pode ter estes dois efeitos diferentes. Respostas: p. 213

A regulação para cima e a regulação para baixo permitem que as células modulem as respostas A saturação das proteínas se refere ao fato de que a atividade da proteína alcança uma taxa máxima, porque as células contêm número limitado de moléculas de proteína [$ p. 151]. Este fenômeno pode ser observado com enzimas, transportadores e receptores. Portanto, a capacidade da

o Vasoconstrição Vasodilatação

•

FIGURA 6-18 A resposta depende do receptor-alvo. Neste exemplo, a adrenalina provocará vasoconstrição ou vasodilatação dependendo do receptor encontrado , no vaso sangu1neo.

célula para responder a um sinal químico pode ser limitada pelo número finito de receptores para aquele sinal. Uma única célula contém entre 500 e 100.000 receptores na superfície de sua membrana celular, com receptores adicionais no citosol e no núcleo. Em qualquer dada célula, o número de receptores pode mudar com o passar do tempo. Receptores velhos são retirados da membrana por endocitose e são degradadas nos lisossomos. Novos receptores são inseridos na membrana por exocitose. Os receptores intracelulares também são produzidos e degradados. Esta flexibilidade permite a uma célula variar suas respostas aos sinais químicos dependendo das condições extracelulares e das necessidades internas da célula. O que acontece quando uma molécula sinalizadora está presente em concentrações anormalmente altas mantidas por um determinado período de tempo? Inicialmente, o aumento nos níveis dos sinalizadores gera uma resposta aumentada. À medida que esta resposta aumentada continua, as células-alvo podem tentar fazer com que sua resposta retorne ao normal por regulação para baixo (down-regulation) ou por dessensibilização dos receptores para um dado sinal [ $ p. 44]. A regulação para baixo é uma diminuição do número de receptores. A célula pode remover fisicamente receptores da membrana por endocitose [$ Fig. 5-21, p. 153]. Um modo mais facilmente reversível e mais rápido de diminuir a resposta da célula é a dessensibilização, que pode ocorrer pela ligação de um modulador químico na proteína receptora. Por exemplo, os receptores adrenérgicos-~ descritos na seção anterior podem ser dessensibilizados pela fosforilação do receptor. O resultado da diminuição do número de receptores ou da des-

Fisiologia Humana

"Meu pai aplica injeções de insulina para seu diabete", diz Marvin. "O que a insulina faz?" A enfermeira responde que normalmente a insulina ajuda muitas células a captar e utilizar a glicose. Em ambos os tipos de diabete, contudo, as concentrações de glicose no sangue em jejum estão elevadas porque as células não captam e não usam a glicose normalmente. Se são aplicadas injeções de insulina em pacientes com diabete tipo 1, seus níveis de glicose no sangue baixam. Se são aplicadas injeções de insulina em pacientes com diabete tipo 2, os níveis de glicose no sangue podem mudar muito pouco.

195

missar que estiver presente. A regulação para cima também é programada durante o desenvolvimento como um mecanismo que permite que as células variem sua responsividade aos fatores de crescimento e outras moléculas sinalizadoras. R VISANDO CONCEITOS Para diminuir a afinidade da ligação de um receptor, uma célula pode (selecione tudo que for aplicável): (a) sintetizar uma nova isoforma do receptor (b) retirar os receptores da membrana (c) inserir novos receptores na membrana (d) usar um modulador covalente (Dica: ~ p. 42) Resposta: p. 214

Questão: 2: Em qual forma de diabete os receptores de insulina estão mais provavelmente regulados para cima?

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182

198

201

205

210

sensibilização é uma redução da resposta da célula-alvo mesmo que a concentração da molécula sinalizadora permaneça alta. A regulação para baixo e a dessensibilização são uma explicação para o desenvolvimento da tolerância a fármacos, uma condição na qual a resposta a uma determinada dose diminui apesar da contínua exposição ao medicamento. Na situação oposta, quando a concentração de um ligante diminui, a célula-alvo pode usar a regulação para cima para inserir mais receptores na membrana celular, em uma tentativa de manter sua resposta em um nível normal. Por exemplo, se um neurônio está lesado e incapaz de liberar quantidades normais do neurotransmissor, a célula-alvo pode regular para cima seus receptores. Esta regulação para cima torna a célula-alvo mais responsiva a todo neurotrans-

6 As células devem ser capazes de finalizar as vias de sinalização A sinalização é iniciada e finalizada, por isso, uma célula deve ser capaz de informar quando um sinal acaba. Isto requer que o processo de sinalização inclua mecanismos de finalização. Por exemplo, para cessar a resposta a um sinal de cálcio, uma célula remove Ca2 + do citosol bombeando-o de volta ao retículo endoplasmático ou para o líquido extracelular. A atividade do receptor pode ser interrompida de várias maneiras. O ligante extracelular pode ser degradado por enzimas presentes no espaço extracelular. Um exemplo disso é a degradação do neurotransmissor acetilcolina. Outros mensageiros químicos, particularmente neurotransmissores, podem ser removidos do líquido extracelular sendo transportados para o interior de células vizinhas. Uma classe amplamente usada de antidepressivos denominados inibidores seletivos da recaptação da serotonina, ou SSRls, prolonga a vida ativa do neurotransmissor serotonina tornando mais lenta sua remoção do líquido extracelular. Uma vez que o ligante esteja ligado ao seu receptor, a atividade também pode ser finalizada pela endocitose do

Algumas doenças ou condições associadas a mecanismos de sinalização anormais Receptores anormais herdados geneticamente

RECEPTOR

ALTERAÇÃO FISIOLÓGICA

DOENÇA OU CONDIÇÃO RESULTANTE

Receptor de vasopressina (defeito ligado ao X)

Diminui a meia-vida do receptor

Diabete insípido congênito

Sensor de cálcio na glândula paratireoide

Falha em responder ao aumento do Ca2 + no plasma

Hipercalcemia fami liar

Receptor de rodopsina na retina

Dobramento inadequado da proteína

Retinite pigmentosa

Vias de sinalização afetadas por toxinas

TOXINA

EFEITO FISIOLÓGICO

CONDIÇÃO RESULTANTE

Toxina Bordetella pertussis

Bloqueia a inibição da adenilato ciclase (i.e., mantém ativa)

Coqueluche

Toxina do cólera

Bloqueia a desativação da proteínas G; a célula continua produzindo AMPc

íons secretados no lúmen do intestino causando intensa diarreia

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Dee Unglaub Silverthorn

complexo receptor-ligante. Este processo foi ilustrado na Figura 5-21 [ ~ p. 153]. Depois que a vesícula está dentro da célula, o ligante é removido e os receptores podem voltar para a membrana por exocitose.

Diversas doenças e medicamentos têm como alvo as proteínas da transdução de sinal ' A medida que aprendem mais sobre a sinalização celular, os cientistas têm se perguntado quantas doenças estão associadas a problemas com as vias de sinalização. As doenças podem ser causadas por alterações nos receptores, por problemas nas proteínas G ou nos segundos mensageiros (ver Tabela 6-3 • para ver alguns exemplos). Uma única troca na sequência de aminoácidos de uma proteína receptora pode alterar a forma do sítio de ligação do receptor, destruindo ou modificando sua atividade. Os farmacologistas estão usando informações sobre os mecanismos de sinalização para desenvolver medicamentos para tratar as doenças. Entre os mais comumente utilizados estão os bloqueadores dos receptores da angiotensina, os bloqueadores dos receptores adrenérgicos ~ e os bloqueadores dos canais de cálcio utilizados para o tratamento da pressão alta no sangue (hipertensão arterial sistêmica); os moduladores seletivos do receptor de estrogênio (SERMs) utilizados para o tratamento do câncer dependente de estrogênio; e antagonistas do receptor H2 (receptor de histamina tipo 2) usados para diminuir a secreção ácida do estômago. Veremos vários destes medicamentos novamente quando estudarmos os sistemas nos quais atuam.

VIAS DE CONTROLE: ALÇAS DE RESPOSTA E DE RETROALIMENTAÇAO No Capítulo 1, você aprendeu que a homeostase é a capacidade do corpo de manter o meio interno relativamente estável [ ~ p. 4]. A homeostase é um processo contínuo que utiliza um sistema de controle fisiológico para monitorar

Variável regulada

influencia

Dentro da faixa desejada

Fora da faixa desejada

Efetor SISTEMA DE CONTROLE

Nenhuma , açaoe , . necessaria

-

•

O sensor envia sinal para

é

ativado

t altera Centro integrador

FIGURA 6-19 Os sistemas de controle fisiológico mantêm a variável regulada dentro de uma faixa desejada durante a homeostase.

as funções-chave, as quais são muitas vezes chamandas de variáveis reguladas. Na sua forma mais simples qualquer sistema de controle possui três partes básicas: (1) um sinal de entrada; (2) um controlador, que é programado para responder a certos sinais de entrada; e (3) um sinal de saída [~ Fig. 1-5, p. 7]. Os sistemas de controle fisiológico são um pouco mais complexos. O sinal de entrada consiste na variável regulada e de um sensor especializado. Se a variável sai da sua faixa desejável, o sensor é ativado e envia um sinal para o controlador (Fig. 6-19 e ). O controlador atua como um centro integrador (integrare, restabelecer) que avalia a informação proveniente do sensor e inicia uma resposta que tem o propósito de trazer a variável regulada de volta para a faixa desejada. O centro integrador geralmente é um neurônio ou uma célula endócrina. Os músculos e outros tecidos controlados pelos centros integradores são conhecidos como efetores (effectus, realizar uma tarefa), pois efetuam uma mudança.

O postulado de Cannon descreve as variáveis reguladas e os sistemas de controle fisiológicos Walter Cannon, o pai da fisiologia norte-americana, descreveu várias propriedades dos sistemas de controle homeostático nos anos de 1920, com base em suas observações do corpo saudável e doente.* Você encontrará essas propriedades repetidamente quando estudar os vários sistemas de órgãos do corpo. Os quatro postulados de Cannon são: 1. O sistema nervoso tem um papel na preservação da ''aptidão'' do meio interno. A aptidão neste caso significa condições que são compatíveis com a função normal. O sistema nervoso coordena e integra o volume sanguíneo, a osmolaridade do sangue, a pressão sanguínea e a temperatura do corpo, entre outras variáveis reguladas. Em fisiologia, uma variável regulada é conhecida também como um parâmetro fpara -, ao lado de, em comparação + meter, medida]. 2. Alguns sistemas do corpo estão sob controle tônico (tonos, estender). Para citar Cannon, "Um agente pode existir desde que tenha uma atividade moderada que possa ser modificada para cima e para baixo". O controle tônico é similar ao controle de volume de um rádio, no qual você pode deixar o nível do som mais alto ou mais baixo girando um único botão. Um exemplo fisiológico de um sistema controlado tonicamente é a regulação neural do diâmetro de determinados vasos sanguíneos nos quais um aumento nos sinais de entrada do sistema nervoso diminui o diâmetro, uma diminuição nestes sinais aumenta o diâmetro (Fig. 6-20 e ). O controle tônico é um dos conceitos mais difíceis da fisiologia, pois temos a tendência de pensar que as respostas param ou iniciam quando um controlador é desligado ou ligado, ao invés de pensarmos que as respostas estão aumentando ou diminuindo. 3. Alguns sistemas corporais estão sob controle antagonista. Cannon escreveu, "Quando se sabe que um fator * "Organization for Physiological Homeostasis", Physiological Reviews 9: 399-443,1929.

Fisiologia Humana

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O controle tõnico regula os parâmetros fisiológicos em um padrão aumenta-diminui (up-down).

.:

;::::::::.==============~ •

Sinais elétricos do neurônio

•

Tempo A frequência moderada do sinal resulta em um vaso sanguíneo de diâmetro intermediário.

Mudança na frequência do sinal

6

Frequência do sinal aumentada

~----~

.::· o •••

.. ':::!.)_---------__,

11111111111111111 Tempo ---~

Se a frequência do sinal aumenta, o vaso sanguíneo se contrai.

•

FIGURA 6-20

Frequência do sinal diminuída

1

1

1

Tempo - - ----. Se a frequência do sinal diminui, o vaso sanguíneo dilata.

Controle tônico do diâmetro de um vaso sanguíneo.

pode modificar um estado homeostático em uma direção, é razoável procurar um fator ou fatores que tenham um efeito oposto". Os sistemas que não estão sob controle tônico geralmente estão sob controle antagonista, feito por hormônios ou pelo sistema nervoso. Por exemplo, a insulina e o glucagon são hormônios antagonistas. A insulina diminui a concentração de glicose no sangue e o glucagon aumenta. Nas vias controladas pelo sistema nervoso, as divisões simpática e parassimpática muitas vezes possuem efeitos opostos. Por exemplo, os sinais químicos de um neurônio simpático aumentam a frequência cardíaca, e os sinais químicos do neurônio parassimpático a diminuem (Fig. 6-21 e ). 4. Um sinal químico pode ter efeitos diferentes em tecidos diferentes. Cannon observou corretamente que "os agentes homeostáticos antagonistas em uma região do corpo podem ser cooperativos em outra". Contudo, isto não se esclareceu até os cientistas aprenderem que os receptores celulares são a base para as ações aparentemente contraditórias de alguns hormônios ou nervos. Como você aprendeu na primeira parte deste capítulo, um único sinal químico pode ter diferentes efeitos dependendo do receptor e da via de sinalização da célula-alvo. Por exemplo, a adrenalina aumenta ou diminui o diâmetro dos vasos sanguíneos dependendo de se o vaso possui receptores adrenérgicos u ou 13 (ver Fig. 6-18). A incrível precisão dos postulados de Cannon, agora confirmados com dados celulares e moleculares, é um tribu-

to à capacidade de observação dos cientistas no século XIX e início do século XX. R VISANDO CONCEITOS Qual é a diferença entre controle tónico e controle antagonista? 19. Como um sinal químico pode ter efeitos opostos em dois tecidos diferentes? Respostas: p. 214

A homeostase pode ser mantida por vias locais ou por vias de longa distância O controle mais simples acontece no tecido ou na célula envolvida. No controle local, uma mudança relativamente isolada ocorre na proximidade de uma célula ou tecido e evoca uma resposta parácrina ou autócrina (Fig. 6-22 e ). As vias de controle reflexo mais complicadas respondem às mudanças que se estendem por todo corpo ou de natureza sistêmica. Em uma via reflexa, um centro integrador localizado longe da célula ou do tecido afetado, recebe a informação, a avalia e decide se envia um sinal elétrico ou químico para iniciar uma resposta. Considera-se tradicionalmente que as vias de longa distância envolvem dois sistemas de controle: o sistema nervoso e o sistema endócrino. Contudo, agora se sabe que as citocinas [$ p. 180] estão envolvidas em algumas vias de longa distância. Durante o estresse e as respostas inflamatórias sistêmicas, as citocinas trabalham em conjunto com os sistemas nervoso e endócrino para integrar informações de todo o corpo originando respostas coordenadas.

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Os neurônios antagonistas controlam a frequência cardíaca: alguns aumentam, ao passo que outros diminuem.

QUESTÃO DA Neurônio parassimpático

1---

FIGURA

Neurônio simpático

A estimulação parassimpática diminui a frequência cardíaca.

Quais as frequências card íacas (em batimentos por m inuto) são mostradas nos dois traçados de ECG?

A estimu lação simpática aumenta a frequência cardíaca.

~- Batimento

----

cardíaco

o

1

2

o

3

- - Tempo(s)

•

FIGURA 6-21

1

__..,-- Batimento cardíaco

3

2

- - Tempo (s)--...

Controle antagonista da frequência cardíaca.

Controle local Os sinais parácrinos e autócrinos são responsáveis pelos sistemas de controle mais simples. No controle local, uma célula ou um tecido detecta uma mudança em sua vizinhança imediata e responde. A resposta é restrita à região onde a mudança acontece - por isso o termo controle local. Um exemplo de controle local pode ser observado quando a concentração de oxigênio diminui em um tecido. As células que revestem os pequenos vasos sanguíneos que levam sangue para essa área detectam a queda da concentração de oxigênio e respondem secretando um sinalizador parácrino. As moléculas parácrinas relaxam os músculos da parede do vaso sanguíneo, dilatando o vaso e trazendo mais sangue e, consequentemente, mais oxigênio para a área. As moléculas sinalizadoras parácrinas envolvidas nesta resposta incluem o dióxido de carbono e produtos metabólicos como o lactato.

Controle reflexo Em uma via de controle reflexo, a coordenação da reação ocorre fora do órgão que efetua a resposta. Usamos o termo reflexo para identificar qualquer via de longa distância que utiliza o sistema nervoso, o sistema endócrino, ou ambos, para receber sinais de entrada sobre uma alteração, integrar a informação e reagir de modo adequado. Uma via reflexa pode ser dividida em duas partes: uma alça de resposta e uma alça de retroalimentação (Fig. 6-23 e ). A alça de resposta começa com um estímulo e termina com a resposta da célula-alvo. Discutiremos primeiro as alças de

resposta e depois consideraremos como elas interagem com as alças de retroalimentação.

"Por que uma concentração elevada de glicose no sangue é ruim?" Marvin indaga. "A glicose elevada no sangue por si só não é ruim", diz a enfermeira, "mas quando ela está alta depois de uma noite em jejum, isto sugere que existe alguma coisa errada na forma como seu corpo está regulando o metabol ismo da glicose". Quando uma pessoa normal ingere alimentos contendo carboidratos, os níveis de glicose no sangue aumentam e estimulam a liberação da insul ina. Quando as células captam a glicose e o nível de glicose no sangue cai, a secreção de outro hormônio pancreático, o glucagon, aumenta. O glucagon aumenta a glicose no sangue e ajuda a manter seu nível dentro da faixa homeostática.

Questão3: A regulação homeostática dos níveis de glicose do sangue pelos hormônios insulina e glucagon é um exemplo de qual postulado de Cannon?

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182

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201

205

210

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199

o

Encéfalo

encéfalo avalia a mudança e inicia uma resposta

-

-:

A mudança sistêmica na pressão sanguínea é detectada aqui No controle reflexo, as células em um local distante controlam a resposta

MUDANÇA LOCAL No controle local, as células nas proximidades da mudança iniciam a resposta

,

sangurneos RESPOSTA REFLEXA é iniciada por células em um local distante

RESPOSTA LOCAL

LEGENDA Estímulo Centro integrador

O •

FIGURA 6-22

Resposta

Comparação do controle reflexo e o controle local.

Como em qualquer outro sistema de controle, uma alça de resposta possui três componentes primários: um sinal de entrada, um integrador do sinal e um sinal de saída. Estes três componentes podem ser divididos na seguinte sequência de sete passos para formar um padrão, que é encontrado com poucas variações em todas as vias reflexas:

A lça d;_r~~~~l~~~~t~2~~ ~ ESTÍMULO I

1

t SENSOR ou RECEPTOR

t

Estímulo ~ sensor ou receptor ~ via aferente ~ centro integrador~ via eferente ~ alvo ou efetor ~ resposta

VIA AFERENTE

O sinal de entrada de uma via reflexa homeostática consiste em um estímulo, seu sensor e uma via aferente (chegada ou entrada). (1) Um estímulo é o distúrbio ou mudança que dá início à via. O estímulo pode ser uma mudança na temperatura, no conteúdo de oxigênio, na pressão sanguínea, ou qualquer um de uma miríade de outras variáveis. O estímulo é percebido por um sensor ou receptor sensorial (2) que continuamente monitora seu ambiente. Quando informado sobre uma mudança, o receptor envia um sinal (3), ou uma via aferente (entrada), que liga o receptor a um centro integrador (4). O centro integrador, então, avalia o sinal de entrada, o compara com o ponto de ajuste, ou valor desejado, e decide por uma resposta apropriada. O centro integrador então inicia o sinal de saída, ou via eferente (5). Este é um sinal elétrico e/ou químico que viaja para o efetor (6). O efetor, ou alvo, é a célula ou tecido que executa a resposta apropriada (7) para trazer de volta a variável para dentro dos limites normais.

Receptor O primeiro passo em uma alça de resposta fisiológica é a ativação de um sensor ou receptor pelo estímu-

CENTRO INTEGRADOR

VIA EFERENTE

t ALVO OU EFETOR

' '--------------·

•

RESPOSTA

FIGURA 6-23 Passos de uma alça de respota em uma via de controle reflexo.

6

200

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RECEPTORES podem ser 1 ' '

''

Proteína receptora intracelular ou da membrana celular -

1

y

Células ou estruturas especializadas que convertem vários estímulos em sinais elétricos

-1

Receptores centrais

Receptores periféricos

estão dentro ou próximos do encéfalo

~

o

ficam fora do encéfalo

'i

~~·

) ·~

Olhos (visão)

Orelhas (audição, equilíbrio)

Quimiorreceptor (pH, gases, substâncias químicas)

•

" 'i"

~

Nariz (olfato)

~ .....J,.. .,' """"

Língua (paladar)

Osmorreceptor (osmolaridade)

Termorreceptor (temperatura)

Barorreceptor (pressão)

Proprioceptor (posição do corpo) ,,

Outros mecanorreceptores (dor, vibração, tato)

FIGURA 6-24 Múltiplos significados da palavra receptor. A palavra receptor pode significar uma proteína que se liga a um ligante. Receptor também pode significar uma célula ou estrutura especializada na transdução de estímulos em sinais elétricos (um receptor sensorial ou sensor). Receptores sensoriais são classificados como central ou periférico, dependendo se são encontrados no encéfalo ou fora dele.

lo. ATENÇÃO! Esta é uma aplicação nova e diferente para a palavra receptor. Como muitos outros termos em fisiologia, receptor pode ter diferentes significados (Fig. 6-24 e ). Os receptores sensoriais de um reflexo neural não são receptores proteicos que se ligam a moléculas sinalizadoras, como as envolvidas na transdução de sinais. Os receptores sensoriais são células especializadas, partes de células ou receptores multicelulares complexos, como o olho, que respondem a mudanças no meio ao redor deles. Existem muitos receptores sensoriais no corpo, cada um localizado onde está em melhor posição para monitorar a variável que ele detecta. Os olhos, as orelhas e o nariz contêm receptores que detectam a luz, o som e o movimento, e os odores, respectivamente. A pele é coberta com receptores menos complexos, que detectam o tato, a temperatura, a vibração e a dor. Outros receptores sensoriais são internos: receptores nas articulações do esqueleto que enviam informação para o encéfalo sobre a posição do corpo, ou receptores de pressão sanguínea e de oxigênio nos vasos sanguíneos que monitoram as condições no sistema circulatório. Os receptores sensoriais envolvidos nos reflexos neurais são divididos em receptores centrais, localizados dentro ou inti-

mamente ligados ao encéfalo, e receptores periféricos, que estão localizados em outra parte no corpo. Todos os receptores sensoriais possuem um limiar, um estímulo mínimo necessário para iniciar a resposta reflexa. Se um estímulo está abaixo do limiar, nenhuma alça de resposta será iniciada. Você pode demonstrar o limiar facilmente tocando as costas de sua mão com um objeto pontiagudo, como um alfinete. Se você toca a ponta em sua pele suavemente, você pode ver o contato entre a ponta e sua pele ainda que você não sinta nada. Neste caso, o estímulo (a pressão da ponta do alfinete) está abaixo do limiar, e os receptores de ' pressão na pele não estão respondendo. A medida que você pressiona mais forte, o estímulo alcança o limiar, e os receptores respondem enviando um sinal por uma via aferente, fazendo você sentir o alfinete. Os reflexos endócrinos que não estão associados com o sistema nervoso não usam os receptores sensoriais para iniciarem suas vias. Ao invés disso, as células endócrinas atuam como sensor e como centro integrador do reflexo. Você viu um exemplo disso no Capítulo 5, quando discutimos como as células ~ pancreáticas detectam e respondem as mudanças na concentração de glicose no sangue[$ p. 171].

Fisiologia Humana

Via aferente A via aferente em um reflexo varia dependendo do tipo do reflexo. Em reflexos neurais, como o toque do alfinete mencionado, a via aferente é o sinal elétrico e o sinal químico conduzidos por um neurônio sensorial. Em um reflexo endócrino, não há via aferente porque o estímulo vai diretamente para a célula endócrina, que atua como sensor e centro integrador.

Centro integrador O centro integrador em uma via reflexa é a célula que recebe a informação sobre a mudança e é programada para iniciar uma resposta apropriada. Em reflexos endócrinos, o centro integrador é a célula endócrina. Em reflexos neurais, o centro integrador geralmente está dentro do sistema nervoso central, que é constituído de encéfalo e medula espinal. Se a informação é proveniente de um único estímulo, comparar esta informação com o ponto de ajuste e iniciar uma resposta (se necessário) é uma tarefa relativamente simples para um centro integrador. Porém, os centros integradores realmente "merecem seu pagamento", quando recebem dois ou mais sinais conflitantes provenientes de fontes diferentes. O centro deve avaliar cada sinal com base em sua intensidade e importância e desencadear uma resposta apropriada que integra a informação de todos os receptores contribuintes. Isso parece com o tipo de decisão que você deve tomar quando em uma noite seus pais querem levar você para jantar, seus amigos estão fazendo uma festa, há um programa de televisão que você quer assistir e você tem uma prova importante de fisiologia dentro de três dias. Tudo depende de como você irá priorizar estes itens em ordem de importância e decidir como agir em relação a eles.

Via eferente As vias eferentes são relativamente simples. No sistema nervoso, a via eferente é sempre os sinais elétrico e químico transmitidos por um neurônio eferente. Pelo fato de todos os sinais elétricos que se propagam no sistema nervoso serem idênticos, a característica que distingue estes sinais é a rota anatômica usada pelo neurônio ao longo da qual o sinal segue. Por exemplo, o nervo vago leva um sinal neural para o coração, e o nervo frênico leva um sinal para o diafragma. Pelo fato de a natureza da mensagem elétrica ser sempre a mesma e porque há relativamente poucos tipos de neurotransmissores, as vias eferentes do sistema nervoso são denominadas usando a descrição anatômica do nervo que conduz o sinal. No sistema endócrino, a rota anatômica da via eferente é sempre a mesma porque todos os hormônios são transportados pelo sangue para atingir seu alvo. As vias eferentes hormonais são distinguidas pela natureza química do sinal e, portanto, são denominadas de acordo com o hormônio que carrega a mensagem. Por exemplo, a via eferente para um reflexo integrado no pâncreas será o hormônio insulina ou o hormônio glucagon, dependendo do estímulo e da resposta apropriada.

Efetores Os efetores das vias de controle reflexo são as células ou os tecidos-alvo que executam a resposta. Os alvos das vias neurais são os músculos, as glândulas e parte do tecido adiposo. Os alvos das vias endócrinas são quaisquer células que tenham os receptores apropriados para o hormônio.

201

Respostas Existem dois níveis de resposta para qualquer via de controle reflexo. Uma é a resposta celular muito específica que acontece na célula-alvo. A resposta sistêmica mais geral expressa o que esses eventos celulares específicos significam para o tecido ou para o organismo como um todo. Por exemplo, quando o hormônio adrenalina se combina com os receptores adrenérgicos-~ 2 nas paredes de certos vasos sanguíneos, a resposta celular é o relaxamento do músculo liso. A resposta sistêmica para o relaxamento da parede do vaso sanguíneo é o aumento do fluxo sanguíneo pelo vaso. R')= VISANDO CONCEITOS 20. Qual é a diferença entre cont role local e controle reflexo? 21 . Cite os sete passos de uma via de controle reflexo na sua ordem correta. Respostas: p. 2 14

As alças de resposta iniciam com um estímulo e terminam com uma resposta Para ilustrar as alças de resposta, aplicaremos o conceito a exemplos biológicos e não biológicos. Uma analogia não biológica simples para uma via de reflexo homeostático é um aquário cujo aquecedor está programado para manter a temperatura da água a 30ºC em uma sala na qual a temperatura está a 25ºC (Fig. 6-25 e ). A temperatura desejada da água (30ºC) é o ponto de ajuste para a variável regulada. Considere que inicialmente a água do aquário está na temperatura da sala, 25ºC. Quando você liga a caixa de controle, você aciona a alça de resposta. O termômetro (sensor) registra uma temperatura de 25ºC. Ele envia esta informação por meio de um cabo (via aferente) para a caixa de controle (centro integrador). A caixa de controle é programada para avaliar o sinal de entrada da temperatura, compará-lo com o ponto de ajuste do sistema (30ºC), e "decidir" se é necessário uma resposta para elevar a temperatura da água até o ponto de ajuste. A caixa de controle envia um sinal por outro cabo (via eferente) para o aquecedor (efetor), que liga e começa então o aquecimento da água (resposta). Esta sequência - do estímulo à resposta - é a alça de resposta.

Marvin está fascinado pela capacidade do corpo de manter o nível da glicose. " Como o pâncreas sabe qual hormôn io secretar? " ele pergunta. As células especiais do pâncreas denominadas células~ detectam o aumento na concentração de gl icose no sangue depois de uma refeição e liberam insulina em resposta. A insul ina então atua em vários tecidos do corpo de forma que eles captem e utilizem a glicose.

Questão 4: Na via reflexa da insulina que regula os níveis de glicose no sangue, qual é o estímulo, o sensor, o centro integrador, a via eferente, o(s) efetor(es) e a(s) resposta(s)?

179

182

195

198

205

210

6

202

Dee Unglaub Silverthorn

Passos do reflexo

O A temperatura da água está 25ºC

·~===

Termômetro

O A temperatura da água aumenta

Aquecedor

•

Cabo para o aquecedor

FIGURA 6-25 Neste exemplo de alça de resposta não biológica, a caixa de controle do aquário é ajustada para manter a temperatura da água em 30º ± 1ºC.

Este exemplo do aquário envolve uma variável (temperatura) que está sob controle tônico (ver p. 196) por um único sistema de controle (o aquecedor). Também podemos descrever uma outra analogia não biológica que ilustra o postulado de Cannon do controle antagonista. Por exemplo, pense em uma casa que tem aquecimento e ar condicionado. O proprietário gostaria que a casa ficasse na temperatura de 21 ºC. Nas frias manhãs de outono, o aquecedor liga para aquecer a casa. Então, à medida que o dia esquenta, o aquecedor não é mais necessário. Quando o sol aquece a casa acima do ponto de ajuste, o condicionador de ar é ligado para esfriar a casa novamente até a temperatura de 21 ºC. O aquecedor e o condicionador de ar possuem controle antagonista sobre a temperatura da casa. Um exemplo fisiológico similar seria o dos hormônios insulina e glucagon, que exercem controle antagonista sobre o metabolismo da glicose, como mencionado. REVISANDO CONCEITOS Qual é a desvantagem de possuir somente um único sistema de controle (um aquecedor) para a manut enção da temperatura da água do aquário em uma faixa desejada? Resposta: p. 214

Os pontos de ajuste podem ser modificados Nos sistemas fisiológicos, o ponto de ajuste para qualquer variável regulada pode variar de pessoa para pessoa, ou até

no mesmo indivíduo durante um determinado período de tempo. Fatores que influenciam um ponto de ajuste individual para uma dada variável incluem a herança genética e as condições nas quais a pessoa está acostumada. A adaptação dos processos fisiológicos para um determinado conjunto de condições ambientais é conhecida como aclimatização, se ocorre naturalmente, e aclimatação, se o processo é induzido artificialmente em um laboratório. A cada inverno, nos Estados Unidos, os nortistas vão para o sul em fevereiro, esperando escapar das temperaturas abaixo de zero e da neve do clima desagradável do norte. Quando a temperatura está em torno dos 12ºC, os nortistas usam camisetas de manga curta, ao passo que os sulistas, agasalhados com casacos e luvas, pensam que os nortistas são loucos: está frio! A diferença no comportamento é devido à diferente temperatura de aclimatização, uma diferença no ponto de ajuste para a regulação da temperatura do corpo que é um resultado do condicionamento prévio. Os pontos de ajuste fisiológicos também variam nos indivíduos em resposta a fatores externos, como os ciclos diários claro/escuro e as estações. Esta modificação dos pontos de ajuste faz com que certas variáveis variem de maneira previsível ao longo de um período de tempo, formando padrões de variação conhecidos como biorritmos, que são discutidos posteriormente neste capítulo.

203

Fisiologia Humana

aceitável, a caixa de controle desliga o aquecedor, terminando assim a resposta reflexa.

32 -+-- - + - - - - - - + - - - - + - - - - - - + - - - - + - - t

A retroalimentação --. negativa desliga a alça de resposta

Ponto de ajuste da função

As alças de retroalimentação negativa são homeostáticas Para a maioria dos reflexos, as alças de retroalimen-

31

------r---

Faixa normal da função

..___ A alça de -~ resposta é ligada

--- Tempo --~

•

FIGURA 6-26 Oscilação em torno do ponto de ajuste. A maioria das funções controladas homeostatica-

mente possui um ponto de ajuste, ou valor normal. A alça de resposta que controla a função é ativada quando a função se move para fora de uma faixa normal predeterminada.

As alças de retroalimentação modulam a alça de resposta A alça de resposta é apenas parte de um reflexo. Por exemplo, no aquário recém-descrito, o sensor envia a informação da temperatura para a caixa de controle, que reconhece que a água está muito fria. A caixa de controle responde ligando o aquecedor para aquecer a água. Uma vez iniciada a resposta, entretanto, o que impede o aquecedor de elevar a temperatura acima de, por exemplo, SOºC? A solução é uma alça de retroalimentação, onde a resposta "retroalimenta" influenciando a entrada da via reflexa. No exemplo do aquário, ligar o aquecedor aumenta a temperatura da água. O sensor monitora continuamente a temperatura e envia esta informação para a caixa de controle. Quando a temperatura aquece acima do valor máximo

----11

Estímulo inicial

tação são homeostáticas - isto é, programadas para manter o sistema no ponto de ajuste ou próximo dele para que a variável que está sendo regulada seja relativamente estável. O quanto um centro integrador tem sucesso em manter a estabilidade dependerá da sensibilidade do sistema. No caso do aquário, a caixa de controle está programada para ter uma sensibilidade de ± 1ºC. Se a temperatura da água diminui de 30ºC para 29,SºC, ainda está dentro de uma faixa aceitável, e nenhuma resposta é desencadeada. Se a temperatura da água diminui abaixo de 29ºC (30º - 1º), a caixa de controle aciona ' o aquecedor (Fig. 6-26 e ). A medida que a água aquece, a caixa de controle recebe constantemente informação do sensor sobre a temperatura da água. Quando a água alcança 31 ºC (30º + 1º), o limite superior para a faixa aceitável, a alça de retroalimentação faz com que a caixa de controle desligue o aquecedor. A água, então, esfria gradualmente, até o ciclo iniciar novamente. O resultado final é uma variável regulada que osdla (osdllare, balançar) em torno do ponto de ajuste. Nos sistemas fisiológicos, alguns sensores são mais sensíveis do que outros. Por exemplo, os sensores para a osmolaridade desencadeiam reflexos para conservar a água quando a osmolaridade do sangue aumenta apenas 3% acima do normal, mas os sensores para a queda de oxigênio no sangue não responderão até que o oxigênio tenha diminuído cerca de 40%. Uma via na qual a resposta se opõe ou remove o sinal de entrada é conhecida como retroalimentação negativa (Fig. 6-27a e ). As alças de retroalimentação negativa estabilizam a variável que está sendo regulada e assim ajudam o sistema a manter a homeostase. No exemplo do aquário, o aquecedor esquenta a água (a resposta) e remove o estímulo (diminui a temperatura da água). Com a perda do estímulo para a via, a alça de resposta é desativada. Todos os reflexos homeostáticos são controlados por retroalimentação negativa, para que avariável que está sendo regulada permaneça dentro de uma faixa

Estímulo inicial

'' Resposta

A alça de resposta é desativada

.f

'

Estímulo

Resposta

'

'

-

© Ciclo de retroalimentação

t Estímulo

r------------------1

© ::

: Um fator externo é l ___ : necessário para + r : interromper o ciclo • de retroalimentação.

l

•

----- -----·

•

FIGURA 6-27

Retroalimentação negativa e positiva.

:

·-- -- - ---- - --- - - - - - ~

1

{a) Retroalimentação negativa: a resposta se opõe ao estímulo, interrompendo a alça de resposta.

1

{b) Retroalimentação positiva: a resposta reforça o estímulo, afastando a variável do ponto de ajuste.

6

204

Dee Unglaub Silverthorn

normal. As alças de retroalimentação negativa podem restabelecer

o estado normal, mas não podem impedir o distúrbio inicial. As alças de retroalimentação positiva não são homeostáticas Algumas vias reflexas não são homeostáticas. Em uma alça de retroalimentação positiva, a resposta reforça o estímulo, ao invés de diminuí-lo ou removê-lo. Na retroalimentação positiva, a resposta afasta a variável que está sendo regulada do seu valor normal, disparando um ciclo vicioso de resposta sempre crescente e deixando o sistema temporariamente fora de controle (Fig. 6-27b). Como a retroalimentação positiva aumenta a resposta, este tipo de retroalimentação necessita de alguma intervenção ou evento fora da alça para interromper a resposta. Um exemplo de uma alça de retroalimentação positiva envolve o controle hormonal das contrações uterinas durante o parto (Fig. 6-28 e ). Quando o bebê está pronto para nascer, ele desce para a parte inferior do útero e começa a pressionar o colo do útero (cérvice), a abertura do útero. Os sinais sensoriais do colo para o encéfalo causam a liberação do hormônio ocitodna, que faz com que o útero contraia e empurre a cabeça do bebê ainda com mais força contra o colo estirando-o ainda mais. O aumento do estiramento causa mais liberação de ocitocina, que causa mais contrações

O bebê desce no útero iniciando o trabalho de parto

Estiramento do colo do útero

---------------------11

Causando

Estimula

Liberação de ocitocina Alça de retroal imentação positiva

Causa

Contrações uterinas 1

1

t

----------: O nascimento do bebê 1 -~ -,

--------------------~ -

FIGURA 6-28

R VISANDO CONCEITOS O sistema de aquecimento do aquário, na Figura 6-25, funciona usando uma retroalimentação positiva ou negativa? Desenhe a alça de retroalimentação apropriada nos passos do reflexo na figura usando uma seta contínua acompanhada por um sinal (+)dentro de um círculo para retroalimentação positiva, ou duas linhas curtas paralelas de "pare" no final de uma linha pontilhada para retroalimentação negativa, como ilustrado na Figura 6-27. Resposta: p. 214

O controle antecipatório permite ao corpo antecipar a mudança e manter a estabilidade As alças de retroalimentação negativa podem estabilizar uma função e mantê-la dentro de uma faixa normal, mas são incapazes de impedir a mudança que desencadeia o reflexo no primeiro momento. Existem alguns reflexos que capacitam o corpo a prever que uma mudança está a ponto de acontecer e a iniciar a alça de resposta em antecipação à mudança. Estas respostas antecipadas são chamadas de controle antecipatório. Um exemplo fisiológico de controle antecipatório facilmente entendido é o reflexo da salivação. A visão, o olfato ou até o pensamento na comida é suficiente para nos dar água na boca na expectativa da comida. Este reflexo se estende ainda mais, pois o mesmo estímulo pode iniciar a secreção do ácido clorídrico à medida que o estômago se antecipa à comida que está a caminho. Um dos reflexos antecipatórios mais complexos parece ser a resposta do corpo ao exercício, discutido no Capítulo 25.

Os ritmos biológicos resultam de mudanças em um ponto de ajuste

Empurram o bebê contra o colo do útero

•

que empurram o bebê mais fortemente contra o colo do útero. Este ciclo continua até finalmente o bebê ser expulso no parto, cessando o estiramento do colo e interrompendo a alça de retroalimentação positiva.

interrompe o ciclo -

. . , . - --

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_ ..,.,. -

-

-

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Alça de retroalimentação positiva.

Muitas vias reflexas são ativadas em resposta a um estímulo evidente. No exemplo do aquário, uma mudança na temperatura é o estímulo que liga o aquecedor para assegurar que a temperatura será mantida dentro da faixa desejada. Contudo, nem todas as vias fisiológicas têm estímulos evidentes para iniciá-las. Vários hormônios, por exemplo, são secretados continuamente, com níveis que sobem e descem ao longo do dia. As funções fisiológicas que variam ao longo do tempo de uma maneira previsível são exemplos de ritmos biológicos, e o timing do ritmo frequentemente coincide com uma mudança ambiental previsível, como o ciclo claroescuro ou as estações. Os ritmos biológicos refletem alterações no ponto de ajuste da variável regulada. Todos os animais apresentam alguma forma de ritmo biológico diário, chamado de ritmo circadiano (circa, cerca de+ dies, dia). Os humanos possuem ritmos circadianos para diversas funções do corpo, incluindo pressão sanguínea, temperatura do corpo e processos metabólicos. A temperatura do corpo atinge o pico no final da tarde e declina drasticamente nas primeiras horas da manhã (Fig. 6-29a e ). Você já ficou estudando até tarde da noite e notou que sentia frio? Isso não acontece

Fisiologia Humana

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Meia-noite

Meio-dia

Meia-noite

Meio-dia

Meia-noite

(a) A temperatura corporal é mais baixa no início da manhã e mais alta no final da tarde e início da noite.

Meio-dia

Meia-noite

Meio-dia

Meia-noite

Meio-dia

(b) O cortisol plasmático é mais baixo durante o sono e atinge o pico logo após o despertar.

•

FIGURA 6-29 Ritmos circadianos em humanos. Dados da parte (a) de W. E. Scales et ai., J. Appl. Physiol. 65(4): 1840-1846, 1988. Dados da parte (b) de L. weibel et ai., Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 270: E608-E613, 1996.

por causa de uma queda na temperatura ambiente, mas porque seu reflexo termorregulatório baixou seu termostato interno. Muitos hormônios em humanos são secretados de modo que sua concentração no sangue flutua de forma previsível ao longo de um ciclo de 24 horas à medida que seus pontos de ajuste mudam. O cortisol, o hormônio do crescimento, e os hormônios sexuais estão entre os exemplos mais conhecidos. Se existe suspeita de uma anormalidade na secreção hormonal, é importante saber em que hora do dia o fluido corporal usado para o exame foi retirado do paciente. Um valor de cortisol de uma amostra coletada às nove horas da manhã seria quase duas vezes mais alto do que de uma amostra coletada no começo da tarde (Fig. 6-29b). Uma estratégia para evitar este tipo de erro é utilizar um período de coleta de 24 horas que resulta em um valor médio para o hormônio durante o curso de um dia. Por exemplo, a secreção do cortisol é monitorada indiretamente pela medição de todos os metabólitos urinários do cortisol excretados em 24 horas. Qual é o significado adaptativo de funções que variam com um ritmo circadiano? Nossa melhor resposta é que os ritmos biológicos geram uma resposta antecipatória para uma variável ambiental previsível. Existem ritmos sazonais de reprodução em vários mamíferos e vertebrados não mamíferos e invertebrados, ajustados para que a prole tenha comida e outras condições favoráveis para maximizar a sua sobrevivência. Ritmos circadianos controlados por ciclos ela-

205

ro-escuro podem corresponder aos nossos ciclos de repouso e atividade. Esses ritmos permitem ao nosso corpo antecipar comportamentos e coordenar os processos corporais. Você pode escutar alguém que está acostumado a jantar às 18 horas dizer que não pode digerir a comida se esperar até as dez horas da noite para comer porque seu sistema digestório "fechou" antecipando a ida para a cama. Uma das correlações interessantes entre o ritmo circadiano e o comportamento envolve a temperatura do corpo. Pesquisadores observaram que pessoas autodenominadas "matutinas" possuem ritmos de temperatura que fazem a temperatura do corpo subir antes de elas acordarem pela manhã, de modo que saem da cama preparadas para enfrentar o dia. Por outro lado, "pessoas noturnas" podem ser forçadas pela escola e horários de trabalho a saírem da cama enquanto a temperatura do corpo ainda está no seu ponto mais baixo, antes do corpo estar preparado para as atividades. As pessoas noturnas estão ainda dispostas e trabalhando de forma produtiva até a madrugada, quando as "pessoas matutinas" apresentam queda na temperatura corporal e adormecem rapidamente. Os ritmos circadianos originam-se de grupos especiais de células no encéfalo e são reforçados pela informação que vem dos olhos sobre o ciclo claro-escuro. A pesquisa em animais mais simples como as realizadas em moscas está começando a explicar a base molecular dos ritmos biológicos. Discutimos a base celular e molecular dos ritmos circadianos no Capítulo 9. Agora que você foi apresentado às alças de resposta e de retroalimentação, podemos voltar à análise dos diferentes sistemas de controle.

Os sistemas de controle variam em sua velocidade e especificidade As vias fisiológicas de controle reflexo são mediadas pelo sistema nervoso, pelo sistema endócrino, ou por uma combi-

" Ok, só mais uma questão ", diz Marvin. " Você disse que pessoas com diabete têm níveis altos de glicose no sangue. Se a glicose é tão alta, por que ela não pode simplesmente escoar para dentro da célula? "

Questão 5: Por que a glicose não pode difundir-se sempre para dentro das células quando a sua concentração no sangue é mais alta do que sua concentração intracelular? Questão 6: O que você acha que acontece com a taxa de secreção de insulina quando os níveis de glicose diminuem? Que tipo de alça de retroalimentação está atuando?

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•

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6

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Dee Unglaub Silverthorn

Reflexo endócrino simples

Reflexo neural simples

Reflexo neuroendócrino complexo

Mudança interna ou externa

Mudança interna ou externa

Mudança interna ou externa

Receptor

Receptor

Via aferente: neurônio sensorial

Via aferente: neurônio sensorial

Centro integrador do sistema neural

Centro integrador do sistema neural

Centro sensor-integrador do sistema endócrino

' .

,

...

Sinal eferente: hormônio

•

~

, '

•

• •

Resposta

Resposta

( Efetores )

Neurônio eferente ou neuro-hormônio.

Neurônio eferente

( Efetores )

Centro integrador endócrino

Natureza do sinal O sistema nervoso utiliza sinais elétricos e químicos para enviar informação por todo o corpo. Os sinais elétricos percorrem longas distâncias nos neurônios, que liberam sinais químicos (neurotransmissores) que se difundem através de uma pequena fenda entre o neurônio e seu alvo (Fig. 6-31 e, ©). Em um número limitado de ocasiões, os sinais elétricos passam diretamente de célula a célula através das junções comunicantes. O sistema endócrino usa somente sinais químicos: hormônios secretados no sangue pelas glândulas ou células endócrinas. (Fig. 6-31, @).A via neuro-hormonal (Fig. 6-31, @) representa um híbrido dos reflexos neural e endócrino. Em uma via neuro-hormonal, um neurônio gera um sinal elétrico, mas a substância química que a célula libera é um neuro-hormônio que entra no sangue para sua distribuição geral. REVISANDO CONCEITOS

,

... Sinal eferente # 2: hormônio

e

Efetores)

• Resposta

•

podemos isolar um neurônio e acompanhá-lo desde a sua origem até onde ele termina no seu alvo. O controle endócrino é mais geral porque o mensageiro químico é liberado no sangue e pode alcançar praticamente todas as células do corpo. Como você aprendeu na primeira metade deste capítulo, a resposta do corpo a um hormônio específico depende de quais células possuem receptores para aquele hormônio e de que tipo de receptor elas têm. Vários tecidos do corpo podem responder a um hormônio simultaneamente.

FIGURA 6-30 Vias de controle endócrino, neural e neuroendócrino.

nação dos dois (Fig. 6-30 e ). Um reflexo mediado somente pelo sistema nervoso ou somente pelo sistema endócrino é relativamente simples, mas a combinação de vias reflexas pode ser bem complexa. Nas vias mais complexas, os sinais passam através de três centros integradores diferentes antes de finalmente alcançar o tecido-alvo. Com tanta sobreposição entre as vias controladas pelos sistemas nervoso e endócrino, faz sentido considerar esses sistemas como parte de um continuum, ao invés de dois sistemas independentes. Por que o corpo precisa de tipos diferentes de sistemas de controle? Para responder a esta questão, vamos comparar o controle endócrino com o controle neural, para identificar quais são as diferenças. Cinco diferenças principais estão resumidas na Tabela 6-4 • e serão discutidas a seguir.

Especificidade O controle neural é muito específico porque cada neurônio possui uma célula-alvo específica ou células para as quais a mensagem é enviada. Anatomicamente,

(a) No reflexo neural simples most rado na Figura 6-30, qual caixa ou caixas representa(m) o encéf alo e a medula espinal? (b) Qual caixa ou caixas representa(m) os órgãos sensoriais centra is e periféricos? (c) No reflexo neural simples, adicione uma linha pontilhada conectando as caixas para mostrar como uma alça de retroalimentação negativa poderia interromper o reflexo. Resposta: p. 214

Velocidade Os reflexos neurais são bem mais rápidos do que os reflexos endócrinos. Os sinais elétricos do sistema nervoso percorrem grandes distâncias muito rapidamente, com velocidades de até 120 m/s. Os neurotransmissores também geram respostas muito rápidas, na ordem de milissegundos. Os hormônios são muito mais lentos do que os reflexos neurais. Sua distribuição pelo sistema circulatório e a difusão dos capilares para os receptores tomam um tempo consideravelmente maior do que os sinais nos neurônios. Além disso, os hormônios apresentam um início de ação mais lento. Nos tecidos-alvo, a resposta pode demorar de minutos a horas antes de poder ser medida. Por que precisamos dos reflexos velozes do sistema nervoso? Considere este exemplo. Um camundongo sai da sua toca e vê um gato pronto para saltar sobre ele e comê-lo. Um sinal deve ir dos olhos do camundongo e do seu cérebro até suas patas, dizendo a elas para correr de volta para a toca. Se o seu cérebro e suas patas estivessem separados por somente 5 micrômetros (5 µm = 1/200 milímetros), um sinal químico levaria 20 milissegundos (ms) para se difundir nesse espaço e o camundongo poderia escapar. Se o cérebro e as patas estivessem afastados um do outro 50 µm (1/20 milímetros) , a difusão levaria 2 segundos e o camundongo poderia ser pego. Mas pelo fato de a cabeça e a cauda de um camundongo estarem separados por centímetros,

Fisiologia Humana

Reflexo neural simples

Reflexo neuro-hormonal

CD

®

Estímulo

Reflexo endócrino simples

Reflexos neuroendócrinos

®

Estímulo

Estímulo

Estímulo

207

®

®

Estímulo

Estímulo

t

i /Receptor

(RJ

R

E Neurônio aferente Neurotransmissor

6 SNC

SNC

Neurônio eferente Neurotransmissar

: . - Neuro-hormônio - -

e•

E Célula-alvo

••

Vaso , sangu1neo

-) /

~·~---­

•

........__

Resposta

Resposta

E

Células _ ..,... endócrinas

Resposta

Resposta

LEGENDA Estímulo

Vias eferentes Resposta

Receptor (sensor)

>==::J Neurônio sensorial (via aferente) Centro integrador no SNC

Centro integrador endócrino

•

••• •• .• :

Neurotransmissor Neuro-hormônio

• • • Hormônio clássico

Célula-alvo (efetor)

FIGURA 6-31 Padrões de controle simples e complexo. Um exemplo da via CD é o reflexo patelar. Um exemplo de ® é a secreção da ocitocina em resposta à sucção do mamilo. Um exemplo de @ é a secreção da insulina em resposta a um sinal do encéfalo. ® Mostra a liberação de insulina em resposta a um aumento da glicose sanguínea.

Resposta

208

Dee Unglaub Silverthorn

Comparação do controle neural e endócrino PROPRIEDADE

REFLEXO NEURAL

REFLEXO ENDÓCRINO

Especificidade

Cada neurônio termina em uma única célula-alvo ou em um número limitado de células-alvo adjacentes.

A maioria das células do corpo está exposta a um hormônio. A resposta depende de quais células possuem receptores para o hormônio.

Natureza do sinal

O sinal elétrico percorre o neurônio, então o neurotransm issor químico transfere o sina l de célula a célula. Em poucos casos, os sinais passam de célula a célula acontece pelas junções comunicantes.

Os sinais químicos são secretados no sangue para a distribuição por todo o corpo.

Velocidade

Muito rápida.

A d istribuição do sinal e o início da ação são bem mais lentos do que nas respostas neurais.

Duração da ação

Geralmente muito curta. Respostas de duração maior são mediadas pelos neuromoduladores.

A duração da ação é geralmente muito mais longa do que as respostas neurais.

Codificação para a intensidade do estímulo

Cada sinal é idêntico em amplitude. A intensidade do estímu lo é correlacionada com o aumento da frequência da sinalização.

A intensidade do estímu lo é correlacionada com a quantidade de hormônio secretada.

levaria três semanas para um sinal químico se difundir da cabeça do camundongo até suas patas. Pobre camundongo! Mesmo se a distribuição da substância química fosse acelerada pela ajuda do sistema circulatório, a mensagem química ainda levaria 10 segundos para chegar até suas patas e o camundongo se tornaria comida de gato. O moral desta história é que os reflexos que necessitam de uma resposta rápida são mediados pelo sistema nervoso porque eles são muito mais rápidos.

Duração da ação O controle neural é de duração mais curta do que o controle endócrino. O neurotransmissor liberado por um neurônio se combina com um receptor na célula-alvo e inicia uma resposta. A resposta normalmente é muito breve, contudo, pelo fato de o neurotransmissor ser removido rapidamente da proximidade do receptor por vários mecanismos. Para obter uma resposta sustentada, múltiplos sinais repetidos devem ser enviados pelo neu" . ron10. Os reflexos endócrinos iniciam mais lentamente, mas têm duração maior. Isso significa que a maioria das funções contínuas de longo prazo do corpo, como metabolismo e reprodução, estão sob controle do sistema endócrino. Codificação para a intensidade do estímulo À medida que o estímulo aumenta de intensidade, os sistemas de controle devem ter um mecanismo para transferir esta informação para o centro integrador. A amplitude do sinal de qualquer neurônio é constante em magnitude e por essa razão não pode refletir a intensidade do estímulo. Ao invés disso, a frequência de sinalização através do neurônio aferente aumenta. No sistema endócrino, a intensidade do estímulo é codificada pela quantidade de hormônio liberada: quanto mais forte o estímulo, maior a quantidade de hormônio liberada.

As vias de controle reflexo complexas possuem vários centros integradores A Figura 6-31 resume as variações nas vias de controle de reflexo neural, neuroendócrino e endócrino. Em uma via de reflexo endócrino simples (Fig. 6-30 [esquerda]; Fig. 6-31, @),a célula endócrina monitora a variável regulada e atua como sensor e centro integrador; não há via aferente. A via eferente é o hormônio, e o alvo é qualquer célula que possua a proteína receptora apropriada. Um exemplo de um reflexo endócrino simples é a secreção do hormônio insulina em resposta às mudanças nos níveis de glicose no sangue. As células endócrinas que secretam a insulina monitoram as concentrações de glicose no sangue usando a produção de ATP na célula como um indicador[ ~ Fig. 5-35, p. 170]. Quando a glicose no sangue aumenta, a produção intracelular de ATP excede o nível limiar e as células endócrinas respondem secretando insulina no sangue. Qualquer célula-alvo no corpo que tem receptores de insulina responderá ao hormônio e iniciará os processos que removem a glicose do sangue. A remoção do estímulo atua como retroalimentação negativa, e a alça de resposta é interrompida quando os níveis de glicose no sangue diminuem abaixo de uma certa concentração. No reflexo neural simples, todos os passos da via estão presentes, do receptor ao alvo (Fig. 6-30 [meio], Fig. 6-31, CD). O reflexo neural é representado na sua forma mais simples pelo reflexo patelar (ou do tendão patelar) (ver Fig. 13-7). A percussão no joelho (o estímulo) ativa um receptor de estiramento. Um sinal elétrico e químico vai por um neurônio aferente até a medula espinal (o centro integrador). Se a percussão é forte o bastante (excedendo o limiar), o sinal trafega por meio de um neurônio eferente da medula espinal para o músculo da coxa (o alvo ou efetor). Em resposta, o músculo contrai, causando a extensão da perna.

Fisiologia Humana

209

Comparação entre os reflexos neural, neuroendócrino e endócrino NEURAL

NEUROENDÓCRINO

ENDÓCRINO

Sensor ou receptor

Receptores sensoriais especiais e somáticos

Receptores sensoriais especiais e somáticos

Célula endócrina

Via aferente

Neurônio sensorial aferente

Neurônio sensorial aferente

Nenhum

Centro integrador

Encéfalo ou medula espina l

Encéfalo ou medu la espinal

Célula endócrina

Via eferente

Neurônio eferente (sina l elétrico e neurotransmissor)

Neurônio eferente (sinal elétrico e neuro-hormônio)

Hormônio

Efetor(es)

Músculos e g lândulas, parte do tecido adiposo

Maioria das célu las do corpo

Maioria das células do corpo

Resposta

Contração e secreção principalmente; pode ter alguns efeitos metabólicos

Mudança nas reações enzimáticas, transporte de membrana ou proteínas celu lares

Mudança nas reações enzimáticas, transporte de membrana ou proteínas celulares

REVISANDO CONCEITOS Relacione os seguintes termos de partes do reflexo patelar com as partes do reflexo neural simples mostrado na Figura 6-30 (meio): batida no joelho, músculos da coxa, neurônios para os músculos da coxa, neurônios sensoriais, encéfalo e medula espinal, receptor de estiramento, contração muscular. Resposta: p. 214

O reflexo neuro-hormonal, mostrado na Figura 6-31, ®, é idêntico ao reflexo neural, exceto que o neuro-hormônio liberado pelo neurônio vai pela corrente sanguínea até seu alvo, como um hormônio. Um reflexo neuro-hormonal simples é a liberação do leite da mama em resposta à sucção do mamilo pelo bebê. A boca do bebê gera sinais sensoriais no mamilo que percorrem o neurônio sensorial até o encéfalo (centro integrador). Um sinal elétrico no neurônio eferente dispara a liberação do neuro-hormônio ocitocina do encéfalo para a circulação. A ocitocina é transportada para a mama, onde causa contração dos músculos lisos da mama (efetores), resultando na ejeção do leite. Em vias complexas, pode haver mais de um centro integrador. A Figura 6-31 mostra três exemplos de vias neuroendócrinas complexas. A mais simples delas, Figura 6-31, @, combina um reflexo neural com um reflexo endócrino clássico. O alvo do reflexo neural é uma célula endócrina que libera um hormônio. Um exemplo deste padrão pode ser encontrado no controle da liberação da insulina pelo sistema nervoso, no qual ambos os neurônios excitatório e inibitório terminam nas células endócrinas do pâncreas. As células endócrinas devem integrar informações provenientes de três fontes: as duas entradas antagonistas do sistema nervoso e a detecção direta dos níveis de glicose no sangue.

6

R VISANDO CONCEITOS Compare os seguintes termos com as partes apropriadas do reflexo neuroendócrino simples na Figura 6-31, @ (os termos podem ser usados mais de uma vez): alimento no estômago após uma refeição, encéfalo e medula espinal, células endócrinas do pâncreas, receptores de estiramento, neurônio eferente para o pâncreas, insulina, célula adiResposta: p. 214 posa, sangue, neurônio sensorial.

Outro reflexo complexo (Fig. 6-31, ©) usa um neurohormônio para controlar a liberação de um hormônio clássico. A secreção do hormônio do crescimento é um exemplo desta via. A via neuroendócrina mais complexa, mostrada na Figura 6-31, ®,inclui um neuro-hormônio e dois hormônios clássicos. Este padrão é típico de alguns hormônios liberados pela adeno-hipófise, uma glândula endócrina localizada logo abaixo do encéfalo (ver Capítulo 7 para detalhes). Na descrição das vias dos reflexos neuroendócrinos complexos, identificamos apenas um receptor e uma via aferente, como indicado na Figura 6-31. Nas três vias complexas mostradas, o encéfalo é o primeiro centro integrador e o neuro-hormônio é a primeira via eferente. Na Figura 6-31, ®, o alvo endócrino (E 1) do neuro-hormônio é o segundo centro integrador, e seu hormônio é a segunda via eferente. A segunda glândula endócrina da via (E2) é o terceiro centro integrador, e seu hormônio é a terceira via eferente. O alvo do último sinal na sequência é o efetor. A Tabela 6-5 • compara as diversas etapas dos reflexos neurais, neuroendócrinos e endócrinos. No restante do texto, usaremos os padrões gerais mostrados na Figura 6-31 como uma ferramenta para classificar as vias reflexas complexas. Nos próximos capítulos, vemos em detalhes algumas vias do sistema endócrino e o papel que elas desempenham na homeostase.

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Diabete Melito Marvin rea lizou test es adicionais e seu diagnóst ico foi diabete t ipo 2 precoce. Com uma at enção cuidadosa na sua dieta e com um programa regu lar de exercícios, ele conseguiu manter seus níveis de glicose no sangue sob controle. O diabete está se t ornando o principal tema de saúde nos Est ados Unidos. Para aprender mais sobre diabet e, veja o website da American Diabetes Association (www.diabetes.org) ou do Centers for

Disease Contrai and Prevention (www.cdc.gov) . Neste solucionando o problema, você aprendeu sobre a homeostase da glicose e como ela é mantida pela insulina e pelo glucagon. A doença diabete melito é uma indicação de que a homeostase da glicose foi rompida. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Em qual tipo de diabete é mais provável de haver defeito na via de sinal ização para a insul ina?

A insul ina é um hormônio peptídeo que usa receptores de membrana associados a segundos mensageiros para transmitir seu sinal para a célula [$ p. 184). Pessoas com d iabete t ipo 1 não têm insul ina; pessoas com o diabete t ipo 2 têm níveis de insu lina normais a elevados.

Níveis altos ou normais de insu lina sugerem que o problema não é com a quantidade de insul ina mas com a ação da insulina na célu la. O problema no d iabete t ipo 2 pode ser um defeito no mecanismo de transdução de sina l.

2

Em qual forma de d iabete os receptores de insulina mais provavelmente estão regu lados para cima?

A regu lação para cima dos receptores geralmente ocorre se uma molécu la sinalizadora está presente em concentrações anormalmente baixas [ $ p. 194). No diabete tipo 1, a insulina não é secretada pelo pâncreas.

No diabete tipo 1, os níveis de insulina são baixos. Por essa razão, o tipo 1 é mais provável de causar regu lação para cima dos receptores de insulina.

3

A regu lação homeostática dos níveis de gl icose do sangue pelos hormônios insu lina e glucagon é um exemplo de qua l postu lado de Cannon?

Os postu lados de Cannon descrevem o papel do sistema nervoso na manutenção da homeostase, e os conceitos de atividade tônica, controle antagonista e diferentes efeitos dos sinais em d iferentes tecidos.

A insul ina d iminui os níveis de g licose no sangue, e o g lucagon os aumenta. Por essa razão, os dois hormônios são um exemplo de controle antagon ista.

4

Na via reflexa da insulina que regula os níveis de glicose no sangue, qual é o estímulo, o sensor, o centro integrador, a via eferente, o(s) efetor(es), e a resposta(s)?

Vej a os passos das vias reflexas [ $ p. 198).

Estímulo: aumento dos níveis de glicose no sangue; sensor: células ~do pâncreas, as quais detectam a mudança; centro integrador: células~; via eferente (o sinal): insulina; efetor: qualquer tecido do corpo que responde à insulina; respostas: captação e uso da glicose pela célula.

5

Por que a gl icose não pode difund ir-se sempre para dentro das células quando a sua concentração no sangue é mais alta do que sua concentração intracelu lar?

A gl icose é lipofóbica. A difusão simples acontece através da bicamada fosfol ip ídica. A d ifusão facilitada utiliza proteínas carreadoras [$ p. 145).

Como a g licose é lipofóbica, ela tem de cruzar a membrana por d ifusão faci litada. Se uma célu la carece da proteína carreadora necessária, a d ifusão facil itada não pode acontecer.

6

O que você acha que acontece com a taxa de secreção da i nsu1ina quando os níveis de g licose no sangue diminuem? Que t ipo de alça de retroal imentação está atuando?

O estímulo para a liberação de insulina é um aumento dos níveis de g licose no sangue. Na retroalimentação negativa, a resposta contrabalança o estímulo. Na retroalimentação positiva, a resposta aumenta o estímulo.

O aumento na concentração de glicose no sangue estimula a liberação de insulina; portanto, uma d iminuição da glicose no sangue deverá diminuir a liberação de insulina. Neste exemplo, a resposta (glicose no sangue d iminuída) contrabalança o estímulo (glicose no sangue aumentada), de modo que uma alça de retroal imentação negativa está atuando.

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RESUMO DO CAPÍTULO Este capítulo enfocou dois dos principais temas na fisiologia: homeostase e sistemas de controle, e comunicação. Os sensores, os centros integradores e os efetores dos sistemas de controle fisiológicos são descritos no contexto das vias de controle reflexas, as quais variam de simples a complexas. Os sistemas de controle funcional requerem uma comunicação eficiente que usa várias combinações de sinais químicos e elétricos. Aqueles sinais que não podem atravessar as membranas celulares precisam usar proteínas receptoras de membrana e a transdução de sinais para transferir sua informação para dentro da célula. A interação de moléculas sinalizadoras com proteínas receptoras ilustra outro tema fundamental da fisiologia, interações moleculares.

Comunicação célula-célula 1. Há dois tipos básicos de sinais fisiológicos: químicos e elétricos. Os sinais químicos são a base para a maior parte da comunicação dentro do corpo. (p. 179) 2. Há quatro métodos de comunicação célula-célula: (1) transferência citoplasmática direta por meio de junções comunicantes, (2) sinalização dependente de contato, (3) comunicação química local e (4) comunicação de longa distância. (p. 179; Figs. 6-1 e 6-2) 3. Junções comunicantes são proteínas canais que conectam duas células adjacentes. Quando estão abertas, sinais químicos e elétricos passam diretamente de uma célula para a outra. (p. 179) 4. Sinais dependentes de contato requerem contato direto entre as moléculas da superfície de duas células. (p. 180) 5. A comunicação local é realizada por sinalizadores parácrinos, substâncias químicas que atuam nas células da vizinhança imediata da célula que secreta o parácrino. Uma substância química que atua na célula que a secreta é chamada de sinalizador autócrino. A atividade de moléculas sinalizadoras parácrina e autócrina é limitada pela distância da difusão. (p. 180) 6. A comunicação de longa distância é realizada por moléculas neurócrinas e sinais elétricos no sistema nervoso central e por hormônios no sistema endócrino. Apenas células que possuem receptores para um hormônio são células-alvo. (p. 180) 7. Citocinas são peptídeos regulatórios que controlam o desenvolvimento e a diferenciação celulares e a resposta imunitária. Elas funcionam como sinalizadores locais e de longa distância. (p. 180)

Vias de sinalização 8. Sinalizadores químicos ligam-se aos receptores e mudam as moléculas sinalizadoras intracelulares que determinam a resposta. (p. 181; Fig. 6-3) 9. Moléculas sinalizadoras lipofílicas entram na célula e se combinam com receptores citoplasmáticos ou nucleares. Moléculas sinalizadoras lipofóbicas e algumas moléculas lipofílicas se combinam com receptores de membrana. (p. 182; Fig. 6-4) 10. As vias de transdução de sinal usam proteínas receptoras de membrana e moléculas de segundos mensageiros intracelulares para traduzir a informação do sinal em uma resposta intracelular. (p. 182) 11. Algumas vias de transdução de sinal ativam proteínas cinase. Outras ativam enzimas amplificadoras que produzem moléculas de segundos mensageiros. (p.184) 12. As vias de sinalização geram cascatas intracelulares que amplificam o sinal original. (p. 185; Figs. 6-7 e 6-9) 13. Receptores enzimáticos ativam proteínas dnase, como a tirosina cinase (Fig. 6-10), ou a enzima amplificadora guanilato ciclase, a qual produz o segundo mensageiro GMPc. (p. 186)

14. Proteínas G associadas a enzimas amplificadoras é o sistema de transdução de sinal mais prevalente. Os receptores acoplados à proteína G também alteram os canais iônicos. (p. 186) 15. A via da proteína G acoplada à adenilato-ciclase - AMPc proteína cinase A é a via mais comum para hormônios peptídeos e proteicos. (p. 184; Fig. 6-11) 16. A enzima amplificadora fosfolipase C gera dois segundos mensageiros: IP3 e diacilglicerol (DAG). O IP3 causa a liberação de Ca2 + do estoque intracelular. O diacilglicerol ativa a proteína cinase C. (p. 188; Fig. 6-12) 17. Os receptores integrina ligam a matriz extracelular ao citoesqueleto. (p. 188; Fig. 6-5) 18. Os canais iônicos controlados por ligante se abrem ou se fecham, produzindo sinais elétricos. (p. 189; Fig. 6-13)

Novas moléculas sinalizadoras 19. O cálcio é uma importante molécula sinalizadora que se liga à calmodulina para alterar a atividade enzimática. Ele também se liga a outras proteínas celulares para alterar o movimento e iniciar a exocitose. (p. 191; Fig. 6-15) 20. O óxido nítrico (NO), o monóxido de carbono (CO) e o sulfeto de hidrogênio (H2S) são moléculas sinalizadoras gasosas de vida curta. O NO ativa a guanilato dclase diretamente. (p.192) 21. A cascata do ácido araquidônico produz moléculas sinalizadoras lipídicas, como os leucotrienos, as prostaglandinas e as tromboxanas. (p. 193; Fig. 6-16)

Modulação das vias de sinalização 22. A resposta de uma célula a uma molécula sinalizadora é determinada pelo receptor da célular para o sinal. (p. 193) 23. As proteínas receptoras apresentam especificidade, competição e saturação. (p. 193) 24. Um receptor pode ter múltiplos ligantes. Os agonistas imitam a ação de uma molécula sinalizadora. Os antagonistas bloqueiam a via de sinalização. (p. 193; Fig. 6-17) 25. Os receptores possuem formas relacionadas chamadas de isoformas. Um ligante pode ter efeitos diferentes quando ligado a diferentes isoformas. (p. 194; Fig. 6-18) 26. As células expostas a concentrações anormalmente altas de um sinal por um período contínuo de tempo tentam trazer suaresposta de volta ao normal diminuindo o número de receptores (regulação para baixo) ou diminuindo a afinidade de ligação dos receptores (dessensibilização). A regulação para cima é o oposto da regulação para baixo. (p. 194) 27. As células possuem mecanismos para finalizar as vias de sinalização, como a remoção da molécula sinalizadora ou a degradação do complexo receptor-ligante. (p. 195) 28. Muitas doenças podem estar relacionadas com defeitos em vários pontos das vias de sinalização, como a falta de receptores ou receptores defeituosos. (p.195)

Vias de controle: alças de resposta e alça de retroalimentação 29. Walter Cannon foi quem primeiro descreveu os quatro postulados básicos da homeostase: (1) O sistema nervoso desempenha um importante papel na manutenção da homeostase. (2) Alguns parâmetros estão sob controle tônico, que permite que o parâmetro seja aumentado ou diminuído por um único

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sinal (Fig. 6-20). (3) Outros parâmetros estão sob controle antagonista, no qual um hormônio ou neurônio aumenta o parâmetro, e outro o diminui (Fig. 6-21). (4) Os sinais químicos podem ter efeitos diferentes em diferentes tecidos do corpo, dependendo do tipo de receptor presente na célula-alvo. (p. 196) 30. O controle homeostático mais simples ocorre no tecido ou na célula e é con hecido como controle local. (p. 198) 31. Nas vias de controle reflexo, a decisão de que uma resposta é necessária é tomada fora da célula ou do tecido. Um sinal elétrico ou químico dirigido para a célula ou tecido inicia então a resposta. A via reflexa de longa distância o envolve o sistema nervoso e endócrino e as citodnas. (p. 198; Fig. 6-22) 32. As vias reflexas podem ser divididas em alças de resposta e alças de retroalimentação. Uma alça de resposta começa quando um estímulo é detectado por um sensor ou receptor sensorial. O sensor está ligado por uma via aferente a um centro integrador que decide por uma resposta apropriada. Uma via eferente parte do centro integrador para um efetor que efetua a resposta apropriada. (p. 199; Fig. 6-23)

33. Na retroalimentação negativa, uma resposta homeostática é desligada quando a resposta do sistema se opõe ou remove o estímulo original. (p. 203; Fig. 6-27a) 34. Na alça de retroalimentação positiva, a resposta reforça o estímulo, ao invés de diminuí-lo ou removê-lo. Isto desestabiliza o sistema até que alguma intervenção ou evento externo à alça cesse a resposta. (p. 203; Fig. 6-27b) 35. O controle antecipatório permite ao corpo prever qual mudança está por ocorrer e iniciar a alça de resposta em antecipação à mudança. (p. 204) 36. Reflexos aparentemente espontâneos que ocorrem de uma maneira previsível são chamados de ritmos biológicos. Aqueles que coincidem com os ciclos claro-escuro são chamados de ritmos circadianos. (p. 204) 37. O controle neural é mais rápido e mais específico do que o controle endócrino, mas usualmente tem menor duração. O controle endócrino é menos específico e mais lento para iniciar, mas dura mais tempo e é usualmente amplificado. (p. 206; Tabela 6-4) 38. Várias vias reflexas são combinações de mecanismos de controle endócrino e neural. (p. 208; Fig. 6-31)

QUESTÕES DE REVISÃO 4. o órgão ou a glândula que realiza a mudança 5. o movimento de um parâmetro dentro da faixa desejável

(Resposta.s no Apêndice A.) NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Quais são as duas rotas para a entrega de sinais de longa distância no corpo? 2. Quais dois sistemas do corpo são encarregados de manter a homeostase respondendo às mudanças no ambiente? 3. Quais os dois tipos de sinais fisiológicos usados para enviar mensagens no corpo? Destes dois tipos, qual está disponível para todas as células? 4. O processo de manter o meio interno relativamente estável é chamado de . 5. Liste ao menos três parâmetros mantidos pela homeostase. 6. Diferencie o "alvo" e o "receptor" em sistemas fisiológicos. 7. Em uma via de sinalização, o sinal ligante, também chamado de liga-se a um que ativa e muda ______ intracelular. 8. As três enzimas amplificadoras principais são (a) , que forma AMPc; (b) , que forma GMPc; e (c) que converte um fosfolipídeo da membrana celular em duas moléculas diferentes de segundos mensageiros. 9. Uma enzima conhecida como proteína cinase adiciona o grupo funcional ao seu substrato, transferindo-o a partir de uma molécula de· - - - - - -. 10. Coloque as seguintes partes de um reflexo na ordem correta para uma alça de resposta fisiológica: via eferente, via aferente, efetor, estímulo, resposta, receptor, centro integrador. 11. Diferencie receptor central de receptor periférico. 12. Relacione cada um dos seguintes termos com sua descrição: (a) limiar 1. o valor desejado para um parâ(b) ponto de ajuste metro (c) efetor 2. o valor do parâmetro no qual a (d) oscilação resposta para 3. o estímulo mínimo para disparar uma resposta

13. Os receptores para as vias de sinalização podem ser encontrados no no ou na da célula. 14. O nome para as flutuações diárias das funções do corpo, incluindo pressão sanguínea, temperatura e processos metabólicos, é . Estes ciclos surgem em células especiais do - - - -- - · 15. A regulação para baixo resulta em um(a) (aumentada ou diminuída?) no número de receptores em resposta a um sinal prolongado. 16. Liste duas maneiras pelas quais uma célula pode diminuir sua resposta a um sinal. 17. Em uma alça de retroalimentação negativa, o efetor move o sistema na (mesma/oposta) direção que o estímulo.

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

18. Explique as relações dos termos em cada um dos seguintes conjuntos. Dê um exemplo fisiológico ou a localização, se aplicável. (a) junções comunicantes, conexinas, sincício, conexon (b) autócrino, parácrino, citocina, neurócrino, hormônio (c) agonista, antagonista (d) transdução, amplificação, cascata 19. Liste e compare as quatro classes de receptores de membrana pelas vias de sinalização. Dê um exemplo de cada. 20. Quem era Walter Cannon? Relate seus quatro postulados com suas próprias palavras. 21. Defina brevemente os seguintes termos e dê um exemplo anatômico quando aplicável: via eferente, via aferente, efetor, estímulo, resposta, centro integrador. 22. Explique as diferenças entre retroalimentação positiva, retroalimentação negativa e mecanismos antecipatórios. Sob quais circunstâncias cada um seria vantajoso?

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23. Compare e contraste as vantagens e desvantagens dos mecanismos de controle endócrino e neural. 24. Identifique cada um dos seguintes sistemas como retroalimentação positiva ou negativa. (a) secreção do glucagon em resposta ao declínio da glicose no sangue (b) aumento da secreção e da ejeção do leite em resposta à sucção (c) urgência em esvaziar a bexiga urinária (d) suar em resposta ao aumento da temperatura

não está com fome, porque almoçou há uma hora. Você vai fazer suas coisas, mas 20 minutos mais tarde está de volta à padaria, com o pão na mão, devorando vorazmente sua doçura, com a saliva umedecendo sua boca. 28. Uma pesquisadora está estudando o músculo liso das vias aéreas do sistema respiratório. Quando ela expõe as vias aéreas ao neurotransmissor acetilcolina, o músculo liso contrai. Quando expõe as vias aéreas ao neuro-hormônio adrenalina, a via aérea relaxa. (a) O fenômeno recém-descrito é um exemplo de controle

25. Identifique o órgão efetor para cada exemplo da Questão 24. 26. Identifique o centro integrador para os exemplos (a), (c), (d) da Questão 24.

-----· (b) O que distingue um neurotransmissor de um neuro-hormônio? (c) Qual mensageiro químico é secretado em concentrações mais altas: acetilcolina ou adrenalina? Explique sua resposta.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 27. Em cada uma das seguintes situações, identifique os componentes do reflexo. (a) Você está sentado calmamente à sua mesa, estudando, quando se dá conta do vento frio soprando lá fora a 30 mph (cerca de 48 km/h) e começa a sentir um pequeno arrepio. Você começa a girar o termostato, lembra-se da conta do último mês e acaba decidindo por usar um cobertor. Em breve você está aquecido novamente. (b) Enquanto está fazendo compras, o aroma de pão de canela chega até você. Você inala com prazer, mas se lembra que

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 29. Em uma cascata de sinalização para a rodopsina, uma molécula fotorreceptora, uma rodopsina ativa 1.000 moléculas de transducina, a próxima molécula na cascata de sinalização. Cada transducina ativa uma fosfodiesterase, e cada fosfodiesterase converte 4.000 GMPc em GMP. (a) Qual é o nome do fenômeno descrito neste parágrafo? (b) A ativação de uma rodopsina resultará na produção de quantas moléculas de GMP?

RESPOSTAS 11

./'Respostas para as questões de Revisando conceitos·' Página 181 1. Todos os métodos de comunicação listados são sinais químicos, exceto (c) as junções comunicantes, que transferem sinais químicos e elétricos. Os neuro-hormônios (e) e os neurotransmissores (f) são associados com a sinalização elétrica nos neurônios, mas são substâncias químicas. 2. As citocinas, os hormônios e os neuro-hormônios são transportadas pelo sangue. As citocinas, os neuro-hormônios e os neurotransmissores são liberados pelos neurônios. 3. O sinal para se lançar não poderia ter sido um sinal parácrino porque os olhos estão muito longe das patas e porque a resposta foi muito rápida para ter ocorrido por difusão. Página 182 4. Os componentes das vias de sinalização são molécula sinalizadora, receptor, molécula (as) de sinalização intracelular e proteínasalvo. 5. As localizações celulares dos receptores são membrana celular, citosol e núcleo. Página 186 6. Os passos da transdução do sinal são (1) a molécula sinalizadora liga-se ao receptor, que (2) ativa uma proteína, que (3) produz um segundo mensageiro, que (4) gera uma resposta. 7. A amplificação transforma uma molécula sinalizadora (primeiro mensageiro) em múltiplas moléculas de segundos mensageiros. 8. Os esteroides são lipofílicos; assim, podem entrar nas células e ligarem-se aos receptores intracelulares.

Página 189 9. Receptores são canais iônicos controlados por ligante, receptores enzimáticos, receptores acoplados à proteína G ou integrinas. 10. Os primeiros mensageiros são extracelulares; os segundos mensageiros são intracelulares. 11. (a) Ligante, receptor, segundo mensageiro, resposta celular; (b) enzima amplificadora, segundo mensageiro, proteína cinase, proteína fosforilada, resposta celular. 12. (a) Canais de c1- abrem: célula hiperpolariza; (b) canais de K+ abrem: célula hiperpolariza; canais de Na+ abrem: célula despolariza. Página 191 13. A célula deve usar transporte ativo para mover o Ca2 + contra seu gradiante de concentração. Página 193 14. Um fármaco que bloqueia a ação de leucotrienos pode atuar no receptor ou em qualquer etapa a partir do receptor. Um fármaco que bloqueia a síntese de leucotrienos pode inibir a lipoxigenase. Página 194 15. Receptores, enzimas e transportadores são todos proteínas. 16. A insulina pode usar diferentes sistemas de segundos mensageiros ou ligar-se a diferentes isoformas do receptores. Página 195 17. As escolhas (a) e (d) podem diminuir a afinidade da ligação. Mudar o número de receptores não afetaria a afinidade da ligação.

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Página 197 18. O controle tônico usualmente envolve um sistema de controle, mas o controle antagonista usa dois. 19. Um sinal pode ter efeitos opostos pelo uso de diferentes receptores ou diferentes vias de sinalização. Página 201 20. O controle local ocorre na célula-alvo ou muito perto dela. O controle reflexo é mediado por um centro integrador distante. 21. Estímulo, sensor ou receptor, via aferente, centro integrador, via eferente, alvo ou receptor, resposta (tecidual e sistêmica) Página 202 22. Se a água do aquário ficar quente demais, não existe mecanismo de controle para trazê-la de volta à faixa desejada. Página 204 23. A retroalimentação negativa desliga o aquecedor. Esta alça de retroalimentação é mostrada como uma linha pontilhada indo da resposta de volta ao estímulo, com linhas paralelas de parada sobre o estímulo. Página 206 24. (a) O "centro integrador do sistema neural" é o encéfalo e a medula espinal. (b) "Receptor" representa os órgãos sensoriais. (c) A linha pontilhada indicando retroalimentação negativa vai de "resposta" de volta para "mudança interna ou externa".

Página 209 25. Percussão no joelho = mudança interna ou externa; músculos da coxa= efetores; neurônios para os músculos da coxa= neurônios eferentes; neurônio sensorial = via aferente; encéfalo e medula espinal= centro integrador; receptor de estiramento = receptor; contração muscular= resposta. Página 209 26. Alimento no estômago = estímulo; encéfalo e medula espinal = centro integrador do SNC; células endócrinas do pâncreas = E (centro integrador); receptores de estiramento = receptor; neurônio eferente para o pâncreas= neurônio eferente; insulina= hormônio clássico; célula adiposa = célula-alvo; neurônio sensorial = neurônio aferente. O sangue é a rota anatômica que os hormônios usam para atingir seus alvos mas não é parte da via reflexa.

Respostas para as questões das figuras Página 186 Fig. 6-9: ver Figura 6-11. A (inativo e ativo) = adenilato ciclase; B inativo= ATP; B ativo= AMPc; C (inativo e ativo)= proteína cinase A; produto = proteína fosforilada. Página 198 Fig. 6-21: 180 batimentos por minuto para o ECG da esquerda e 60 batimentos/minuto para o ECG da direita.

. ocr1no ,

Hormônios 216 217 220 221

230

Os hormônios são conhecidos desde a antiguidade O que faz de uma substância química um hormônio? Os hormônios agem se ligando a receptores A ação hormonal precisa ser fina lizada

Classificação dos hormônios 221 222 225

A ma ioria dos hormônios são peptídeos ou proteínas Hormônios esteroides são derivados do colesterol Alguns hormônios são derivados de um único aminoácido

Controle da liberação hormonal 225 227 227 228

Os hormônios podem ser classificados por suas vias reflexas A célula endócrina é o sensor nos reflexos endócrinos mais simples Muitos reflexos endócrinos envolvem o sistema nervoso O neuro-hormônios são secretados no sangue por neuron1os A glândula h ipófise é na verdade duas g lându las fundidas A neuro-h ipófise armazena e libera dois neuro-hormôn ios A adeno-hipófise secreta seis hormônios A

228 229 229

232 233

As alças de retroalimentação são diferentes no eixo hipotá lamohipófise O sistema porta leva hormônios do hipotá lamo para a adeno-hipófise Os hormônios da adeno-h ipófise controlam o crescimento, o metabolismo e a reprodução

Interações hormonais 234

235

235

No sinergismo, o efeito da interação dos hormôn ios é ma ior do que sua soma Um hormôn io permissivo perm ite que outro hormônio exerça todo o seu efeito Hormônios antagonistas têm efeitos opostos

Disfunções endócrinas 235 236 236

•

237

A hipersecreção exagera os efeitos do hormôn io A hipossecreção diminui ou elimina os efeitos do hormôn io Problemas no receptor ou no segundo mensageiro causam responsividade anormal do tecido O d iagnóstico das disfunções endócrinas depende da complexidade do reflexo

Evolução hormonal

CONHECIMENTOS BÁSICOS Receptores: 181 Peptídeos e proteínas: 31 Comparação entre os sistemas endócrino e nervoso: 206 Transdução de sina l: 182 Esteroides: 28 Especificidade: 40

A divisão do sistema endócrino em subsistemas isolados deve ser reconhecida como artificial, conveniente apenas do ponto de vista pedagógico, pois não mostra a natureza interligada de todos esses sistemas. -Howard Rasmussen, em Williams' Textbook of Endocrlnology, 1974

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Doença de Graves A bola escorregou pelo lado do buraco e saiu do campo. O jogo de golfe de Ben Crenshaw estava mesmo muito ru im. O profissional de 33 anos t inha vencido o torneio Masters Tournament há apenas um ano, mas agora algo estava errado. Ele estava fraco e cansado, havia perdido peso e sentia calor o tempo todo. Ele atribu iu seus sintomas ao estresse, mas a sua família t inha outra opin ião. Ele então consultou um médico. O diagnóstico? Doença de Graves, a qual resulta em uma hiperatividade da glândula tireoide.

226

231

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238

240

240

avid tinha sete anos de idade quando os primeiros sintomas apareceram. Seu apetite aumentou e parecia que ele sempre estava na cozinha procurando comida. Entretanto, apesar de comer mais, ele estava perdendo peso. Quando começou a pedir água, em vez de refrigerante, a mãe de David ficou preocupada, e quando ele urinou na cama três noites seguidas, ela soube que algo estava errado. O médico confirmou o diagnóstico após dosar a concentração de glicose no sangue e na urina de David. Ele tinha diabete melito. Neste caso, a doença foi causada por falta de insulina, um hormônio produzido no pâncreas. David começou a tomar injeções de insulina, um tratamento que continuaria pelo resto de sua vida. Há cem anos, David teria morrido logo após o início dos sintomas. O campo da endocrinologia, o estudo dos hormônios, ainda estava na sua infância. A maioria dos hormônios não havia sido descoberta, e as funções dos hormônios conhecidos não eram bem compreendidas. Não havia tratamento para diabete, nem anticoncepcionais. Bebês que nasciam com secreção inadequada do hormônio da tireoide não cresciam ou não se desenvolviam normalmente. Hoje, tudo isso mudou. Uma longa e crescente lista de hormônios já foi identificada. As doenças endócrinas que no passado matavam ou mutilavam agora podem ser controladas por hormônios sintéticos ou procedimentos médicos sofisticados. Apesar de os médicos não hesitarem em usar esses tratamentos, ainda estamos descobrindo como os hormônios agem exatamente nas suas células-alvo. Este capítulo traz uma introdução aos princípios básicos da estrutura e da função dos hormônios. Você vai aprender mais sobre hormônios específicos à medida que os encontrar no estudo dos vários sistemas.

HORMÔNIOS Como você aprendeu no Capítulo 6, os hormônios são mensageiros químicos secretados no sangue por células especializadas. Os hormônios são responsáveis por diversas funções corporais consideradas contínuas de longo prazo. Os processos que estão principalmente sob controle hormonal incluem crescimento e desenvolvimento, metabolismo, regu-

•

FIGURA 7-1 Um distúrbio endócrino na arte antiga. Esta escultura pré-colombiana de pedra de uma mulher mostra uma massa no seu pescoço. Esta massa é a glândula tireoide aumentada, condição conhecida como bócio. O bócio era considerado um sinal de beleza entre as pessoas que viviam no alto das montanhas dos Andes.

lação do meio interno (temperatura, balanço hídrico, íons) e reprodução. Os hormônios agem nas suas células-alvo de três maneiras básicas: (1) controlando a taxa de reações enzimáticas, (2) controlando o transporte de íons ou moléculas através das membranas celulares ou (3) controlando a expressão gênica e a síntese de proteínas.

Os hormônios são conhecidos desde a antiguidade Apesar de o campo científico da endocrinologia ser relativamente jovem, as doenças do sistema endócrino foram documentadas por milhares de anos. Evidências de anormalidades endócrinas podem ser observadas até mesmo na arte antiga. Por exemplo, uma estátua pré-colombiana de uma mulher mostra uma massa na parte anterior do seu pescoço (Fig. 7-1 e ). Essa massa representa a glândula tireoide aumentada, ou bócio, uma condição comum no alto dos Andes, onde a dieta não continha iodo necessário para produzir os hormônios da tireoide. A primeira associação entre estrutura e função endócrina provavelmente foi a associação entre os testículos e a sexualidade masculina. A castração tanto de animais como de homens era uma prática comum nas culturas orientais e ocidentais, pois sabia-se que diminuía o apetite sexual e tornava os homens inférteis.

Fisiologia Humana

Em 1849, A. A. Berthold fez o primeiro experimento clássico na endocrinologia. Ele removeu os testículos de galos e observou que as aves castradas tinham cristas menores, eram menos agressivas e tinham menos apetite sexual do que as aves não castradas. Se os testículos fossem cirurgicamente recolocados no galo doador ou em outro galo castrado, o comportamento masculino normal e o crescimento da crista eram retomados. Como os testículos reimplantados não eram conectados a nervos, Berthold concluiu que as glândulas deviam estar secretando algo no sangue que afetava o corpo todo. Contudo, a endocrinologia experimental não recebeu muita atenção até 1889, quando um médico francês de 72 anos chamado Charles Brown-Séquard anunciou seu rejuvenescimento sexual após injetar em si mesmo extratos de testículos de touro macerados em água. Um interesse internacional se seguiu, e médicos de ambos os lados do Atlântico começaram a injetar em seus pacientes extratos de diferentes órgãos endócrinos, uma prática conhecida como organoterapia. Hoje sabemos que a virilidade aumentada de Brown-Séquard provavelmente era um efeito placebo, porque a testosterona é um esteroide hidrofóbico que não pode ser extraída por uma preparação aquosa. Seu estudo, entretanto, abriu as portas para a terapia hormonal e, em 1891, a organoterapia teve seu primeiro sucesso verdadeiro: uma mulher foi tratada para níveis baixos do hormônio da tireoide com extratos glicerinados da tireoide de ovelhas. Com o crescimento do estudo das "secreções internas", os experimentos de Berthold se tornaram a base para a pesquisa endócrina. Uma vez que uma glândula ou estrutura fosse suspeita de produzir hormônios, os passos clássicos para se identificar uma glândula endócrina incluíam: 1. Remover a glândula suspeita e monitorar o animal para identificar anormalidades anatômicas, comportamentais ou fisiológicas. Isso é equivalente a induzir um estado de de"(i.ciência hormonal. 2. Recolocar a glândula no animal ou administrar um extrato da glândula e observar se as anormalidades desaparecem. Essa terapia de reposição deve eliminar os sintomas da deficiência hormonal. 3. Implantar a glândula em um animal normal ou administrar um extrato da glândula em um animal normal e observar se os sintomas característicos do excesso hormonal aparecem. 4. Uma vez que uma glândula é identificada como potencial fonte de hormônios, purificar os extratos da glândula para isolar a substância ativa. O teste de atividade hormonal é normalmente um ensaio biológico no qual o animal é injetado com o extrato purificado e suaresposta é monitorada. Hormônios identificados por esta técnica algumas vezes são chamados de hormônios clássicos. Estes incluem os hormônios do pâncreas, da tireoide, das glândulas suprarrenais, da hipófise e das gônadas, todas as glândulas endócrinas independentes que podem ser facilmente identificadas e removidas cirurgicamente. No entanto, nem todos os hormônios são provenientes de glândulas identificáveis, e a descoberta desses hormônios tem sido mais lenta.

217

FOCO CLINICO w

....w

A DESCOBERTA DA INSULINA

m O diabete mel ito - condição metaból ica associada com ~ alterações da função da insulina - é conhecido desde os C tempos antigos. Descrições clínicas detalhadas do diabete por insuficiência de insulina estavam disponíveis aos médicos, mas, naquela época, eles não possuíam meios de tratar a doença, e os pacientes invariavelmente morriam. Ent retanto, em uma série de experimentos clássicos da fisiologia endócrina. Oscar Minkowski da Universidade de Strasbourg (Alemanha) estabeleceu a relação entre o diabete e o pâncreas. Em 1889, Minkowski removeu cirurgicamente o pâncreas de cães (pancreatectomia) e observou que eles desenvolviam sintomas simi lares aos do diabete. Ele também descobriu que implantando segmentos de pâncreas debaixo da pele dos cães, o desenvolvimento do diabete era impedido. Subsequentemente, em 1921, Fredrick G. Banting e Charles H. Best (Toronto, Canadá) identificaram uma substância antidiabét ica nos extratos do pâncreas. Bant ing, Best e outros pesquisadores injetaram ext ratos pancreát icos em animas diabéticos e descobriram que os ext ratos revertiam os níveis elevados de glicose sanguínea causados pela doença. A partir de então, o processo foi relat ivamente rápido, até que em 1922 a insulina purif icada foi uti lizada nos primeiros ensaios clínicos.

O resumo anatômico na Figura 7-2 • lista os principais hormônios do corpo e as glândulas ou as células que os produzem, bem como as principais propriedades de cada hormônio.

O que faz de uma substância química um hormônio? Em 1905, o termo hormônio foi cunhado a partir do verbo grego que significa "excitar ou estimular". A definição tradicional de hormônio é a de uma substância química produzida por uma célula ou um grupo de células e liberada no sangue para o seu transporte até um alvo distante, onde exerce seu efeito em concentrações muito baixas. Entretanto, à medida que os cientistas descobrem mais sobre a comunicação química no corpo, esta definição está sendo questionada continuamente.

Os hormônios são secretados por uma célula ou grupo de células Tradicionalmente, o campo da endocrinologia focou seu interesse nos mensageiros químicos secretados pelas glândulas endócrinas, tecidos independentes e facilmente identificáveis derivados do tecido epitelial [$ p. 79]. Entretanto, agora sabemos que as moléculas que agem como hormônios são secretadas não apenas pelas glândulas endócrinas clássicas, mas também por células endócrinas isoladas (hormônios do sistema endócrino difüso), por neurônios (neuro-hormônios) e por células do sistema imunitário (dtodnas).

7

218

Dee Unglaub Silverthorn

Alvo(s) primário(s)

HORMÕNIOS

------J

Glândula pineal

Melatonina [A]

Encéfalo, outros tecidos

Hipotálamo {N)

Hormônios tróf icos [P] {ver Fig. 7-13);

Adeno-hipófise

Neuro-hipófise {N)

Ocitoci na [P]

Mama e útero

Vasopressina {ADH) [P]

Rim

Prolactina [P]

Mama

Hormônio do crescimento {GH , somatotrofina) [P]

Fígado, muitos tecidos

Corticotrofina {ACTH) [P]

Córtex da suprarrenal

Tireotrofina {TSH) [P]

Glândula tireoide

Hormônio folículo-estimulante {FSH) [P]

Gônadas

Hormônio luteinizante {LH) [P]

Gônadas

Tri-hidrotironina e tiroxina {T3, T4) [A]

Muitos tecidos

Calcitonina {Cl) [P]

Ossos

Paratireide {G)

Hormônio da paratireoide {PTH) [P]

Ossos, rins

Timo {G)

Timosina, timopoietina [P]

Linfócitos

Coração {C)

Peptídeo atrial natriurético [P]

Rins

Fígado {C)

Angiotensinogênio [P]

Córtex da suprarrenal, vasos sanguíneos

Fatores de crescimento semel hantes à insulina {IG Fs) [P]

Muitos tecidos

Estômago e intestino delgado {C)

Gastrina, colecistocinina {CCK), secretina e outros [P]

Trato gastrintestinal e pâncreas

Pâncreas {G)

Insulina, glucagon, somatostatina,polipeptídeo pancreático [P]

Muitos tecidos

Córtex da suprarrenal {G)

Aldosterona [E]

Rins

Cortisol [E]

Muitos tecidos

Androgênios [E]

Muitos tecidos

Medula da suprarrenal {N)

Adrenalina, noradrenalina [A]

Muitos tecidos

Rim {C)

Eritropoetina [P]

Medula óssea

1,25-di-hidroxivitamina D3 {calciferol) [E]

Intestino

Pele {C)

Vitamina D3 [E]

Forma intermediária do hormônio

Testículos {homens) {G)

Androgênio [E]

Muitos tecidos

lnibina [P]

Adeno-hipófise

Estrogênios e progesterona [E]

Muitos tecidos

lnibina [P]

Adeno-hipófise

Relaxina {gestação) [P]

Músculo uterino

Tecido ad iposo {C)

Leptina, adiponectina, resistina [P]

Hipotálamo, outros tecidos

Placenta {apenas mulheres grávidas) {C)

Estrogênios e progesterona [E]

Muitos tecidos

Somatotropina coriônica [P]

Muitos tecidos

Gonadotropina coriônica [P]

Corpo lúteo

Adeno-hipófise {G)

Tireoide {G)

LEGENDA G = glândula C = células endócrinas N = neurônios P = peptídeo S = esteroide A = derivado de aminoácidos

e

FIGURA 7-2

Ovários {mulheres) {G)

Fisiologia Humana

Efeito(s) principal(is) Ritmos circadianos; função imunitária; antioxidante Liberar ou inibir hormônios da hipófise Ejeção do leite; trabalho de parto e expulsão do feto; comportamento Reabsorção de água Produção de leite Secreção de fatores de crescimento Crescimento e metabolismo Liberação de cortisol Síntese dos hormônios da t ireoide Produção de ovócito ou espermatozoide; produção de hormônios sexuais Produção de hormônios sexuais produção de ovócito ou espermatozoide; Metabolismo; crescimento e desenvolvimento Níveis plasmáticos de cálcio (efeito mínimo em humanos) Regula os níveis plasmáticos de Ca2+e fosfato Desenvolvimento dos linfócitos Aumenta a excreção de Na+ Secreção de aldosterona; aumento da pressão sanguínea Crescimento Auxíl io na d igestão e absorção de nutrientes

Metabolismo da glicose e de outros nutrientes Homeostase de Na+ e K+

219

Os hormônios são secretados no sangue A secreção, apresentada no Capítulo 3 [ $ p. 56], é o movimento de uma substância do compartimento intracelular para o compartimento extracelular ou para o meio externo. De acordo com a definição tradicional, os hormônios são liberados no sangue. Entretanto, o termo ecto-hormônios (ektos, exterior) tem sido empregado para moléculas sinalizadoras secretadas no meio externo. Feromônios (pherein, trazer) são ecto-hormônios especializados que agem em outros indivíduos da mesma espécie desencadeando uma resposta fisiológica ou comportamental. Por exemplo, as anêmonas marinhas secretam feromônios de alarme quando estão em perigo, e as formigas deixam rastros de feromônios para atrair as operárias para as fontes de alimento. Feromônios também são utilizados para atrair membros do sexo oposto com o propósito de acasalamento. Os feromônios sexuais podem ser encontrados em todo o reino animal, desde moscas-das-frutas até cães. Porém os seres humanos têm feromônios? Esta é uma questão ainda em debate. Alguns estudos têm mostrado que as glândulas sudoríferas das axilas secretam esteroides voláteis relacionados aos hormônios sexuais que podem atuar como feromônios sexuais humanos. Em um estudo, mulheres estudantes foram solicitadas a dar uma pontuação ao cheiro de camisetas usadas por estudantes do sexo masculino. Cada uma preferiu o cheiro do homem que era geneticamente diferente dela. Em outro estudo, a secreção axilar de algumas mulheres foi coletada e aplicada no lábio superior de outras mulheres jovens, as quais apresentaram alterações nos ciclos menstruais. A venda de supostos feromônios humanos como perfume é a última moda no jogo da sedução, como você pode ver no google search - human pherormone. Como os seres humanos podem detectar os feromônios é uma questão discutida no Capítulo 1O.

Resposta ao estresse Apetite sexual feminino Resposta de luta ou fuga Produção de eritrócitos Aumento da absorção de cálcio

Precursor da 1,25-di-hidroxivitamina D3 Produção de espermatozoides, características sexuais secundárias Inibe a produção de FSH Produção de ovócitos; características sexuais secundárias Inibe a secreção de FSH Relaxante muscular Ingestão alimentar, metabolismo, reprodução Desenvolvimento fetal e materno Metabolismo Secreção de hormônios

Os hormônios são transportados para alvos distantes Segundo a definição tradicional, um hormônio deve de ser transportado pelo sangue até uma célula-alvo distante. Experimentalmente, esta propriedade é algumas vezes difícil de ser demonstrada. Moléculas que são suspeitas de serem hormônios, mas não completamente aceitas como tal, são denominadas candidatas a hormônios. Normalmente elas são identificadas pela palavra fator. Por exemplo, no início dos anos 1970, os hormônios reguladores hipotalâmicos eram conhecidos como "fatores liberadores" e "fatores inibidores", em vez de hormônios liberadores e inibidores. Atualmente, os fatores de crescimento, que são um grande grupo de substâncias que influenciam o crescimento e a divisão celular, estão sendo estudados com o objetivo de determinar se preenchem todos os critérios para serem considerados hormônios. Ainda que muitos fatores de crescimento atuem localmente como substâncias autócrinas ou parácrinas [~ p. 180], a maioria não parece ter ampla distribuição via circulação sanguínea. Uma situação similar ocorre com as moléculas sinalizadoras derivadas de lipídeos denominadas eicosanoides [$ p. 31].

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220

Dee Unglaub Silverthorn

Comparação dos hormônios peptídeos, esteroides e derivados de aminoácidos ~--DERIVADOS

DA TIROSINA --~

HORMÔNIOS PEPTIDEOS

HORMÔNIOS ESTEROIDES

CATECOLAMINAS

HORMÔNIO DA TIREOIDE

Síntese e armazenamento

Síntese prévia; armazenamento em vesículas secretórias

Sintetizados a partir de precursores de acordo com a demanda

Síntese prévia; armazenamento em vesículas secretórias

Síntese prévia; precursor armazenado em vesículas secretórias

Liberação da célula secretora

Exocitose

Difusão simples

Exocitose

Difusão simples

Transporte no sangue

Dissolvidos no plasma

Ligados a proteínas carreadoras

Dissolvidas no plasma

Ligados a proteínas carreadoras

Meia-vida

Curta

Longa

Curta

Longa

Localização do receptor

Membrana celular

Citoplasma ou núcleo; alguns também têm receptor na membrana

Membrana celular

Núcleo

Resposta à ligação do ligante ao receptor

Ativação de sistemas de segundo mensageiro; pode ativar genes

Ativação de genes para a transcrição e tradução; pode ter efeitos não genômicos

Ativação de sistemas de segundo mensa• ge1ro

Ativação de genes para a transcrição e tradução

Resposta geral do alvo

Modificação de proteínas existentes e indução da síntese de novas proteínas

Indução da síntese de novas proteínas

Modificação de proteínas existentes

Indução da síntese de novas proteínas

Exemplos

Insulina, hormônio da paratireoide

Estrogênio, androgênios, cortisol

Adrenalina, noradrenalina

Para complicar a classificação das moléculas sinalizadoras, existe o fato de que uma molécula pode atuar como hormônio quando secretada a partir de um local, ou como uma substância parácrina ou autócrina quando secretada a partir de um outro local. Por exemplo, em 1920, cientistas descobriram que a coledstocinina (CCK) obtida de extratos de intestino causava a contração da vesícula biliar. Desse modo, por muitos anos a CCK foi conhecida apenas como um hormônio intestinal. Então, em meados de 1970, a CCK foi encontrada em neurônios do encéfalo, onde ela age como um neurotransmissor ou neuromodulador. Recentemente, a CCK se tornou famosa por seu possível papel na regulação da fome.

[ ~ p. 180] parecem enquadrar-se na definição de hormônios. Entretanto, especialistas em pesquisas sobre citocinas não as consideram hormônios porque as citocinas peptídicas são sintetizadas e liberadas conforme a demanda, em contraste com os hormônios peptídeos clássicos, que são produzidos previamente e armazenados na célula endócrina. Algumas citocinas, como a eritropoetina, a molécula que controla a produção de eritrócitos, eram classificadas como hormônios antes do termo dtocina ser cunhado, contribuindo para asobreposição entre os dois grupos de moléculas sinalizadoras.

Os hormônios exercem seu efeito em concentrações muito baixas Uma das características de um hormônio é a

Todos os hormônios se ligam a receptores na célula-alvo e iniciam respostas bioquímicas. Estas respostas são conhecidas como o mecanismo celular de ação do hormônio. Como se pode observar na Figura 7-2, um hormônio pode agir em múltiplos tecidos. Para complicar ainda mais, os efeitos podem variar em diferentes tecidos ou nos diferentes estágios do desenvolvimento. Ou um hormônio pode não ter absolutamente nenhum efeito em uma célula em particular. A insulina é um exemplo de hormônio com efeitos variados. Nos tecidos adiposo e muscular, ela altera as proteínas transportadoras da glicose e as enzimas do metabolismo da glicose. No fígado, ela modula a atividade enzimática, mas não tem efeito direto nas proteínas transportadoras da glicose. No encéfalo e em alguns outros tecidos, o metabolismo da glicose é totalmente independente da insulina.

sua capacidade de agir em concentrações na faixa de nanomolar (10- 9 M) a picomolar (10- 12 M). Alguns sinalizadores químicos transportados no sangue para alvos distantes não são considerados hormônios, pois têm de estar presentes em concentrações relativamente altas antes que seu efeito possa ser observado. Por exemplo, a histamina liberada durante as reações alérgicas graves pode atuar em células em todo corpo, mas sua concentração excede os níveis aceitas para um hormônio. ... A medida que os pesquisadores descobrem novas moléculas sinalizadoras e novos receptores, o limite entre hormônios e moléculas sinalizadoras não hormonais continua a ser questionado, da mesma maneira que a distinção entre os sistemas nervoso e endócrino não é nítida. Muitas citocinas

Os hormônios agem se ligando a receptores

Fisiologia Humana

VISANDO CONCEITOS Nomeie o processo de transporte através da membrana pelo qual a glicose se move do meio extracelular para dentro das células. Resposta: p. 245

A responsividade variável de uma célula a um hormônio depende primariamente dos receptores da célula e das vias de transdução de sinal [ ~ p. 182]. Se não há receptores hormonais em um tecido, suas células não podem responder a esta molécula. Se os tecidos possuem diferentes receptores e vias associadas aos receptores para o mesmo hormônio, eles responderão de maneira diferente.

221

esquema agrupa hormônios de acordo com a sua capacidade de se ligar a receptores acoplados a proteínas G, receptores ligados a tirosina cinases ou receptores intracelulares, etc. Um último esquema divide os hormônios em três classes químicas principais: hormônios peptídeos/proteínas, hormônios esteroides e hormônios derivados de aminoácidos (Tabela 7-1 e ). Os hormônios peptídeos/proteínas são compostos de aminoácidos unidos. Os hormônios esteroides são todos derivados do colesterol [$ p. 30]. Os hormônios derivados de aminoácidos são modificações de um único aminoácido, triptofano ou tirosina. R VISANDO CONCEITOS

A ação hormonal precisa ser finalizada A atividade sinalizadora dos hormônios e de outros sinais químicos deve ter duração limitada para o corpo poder responder às mudanças em seu estado interno. Por exemplo, a insulina é secretada quando as concentrações de glicose no sangue aumentam após uma refeição. Tão logo a insulina esteja presente, a glicose sai do sangue e entra nas células. Entretanto, se a atividade da insulina continuar por muito tempo, os níveis de glicose no sangue podem diminuir tanto que o sistema nervoso se torna incapaz de funcionar apropriadamente - uma situação potencialmente fatal. Normalmente, o organismo evita tal situação de diversas maneiras: limitando a secreção de insulina, pela remoção ou inativação da insulina circulante e pelo término da atividade da insulina nas células-alvo. Em geral, os hormônios na corrente sanguínea são degradados (quebrados) em metabólitos inativos por enzimas encontradas principalmente no fígado e nos rins. Os metabólitos são então excretados, tanto pela bile quanto pela urina. A taxa de degradação hormonal é indicada pela meia-vida do hormônio na circulação, ou seja, o tempo necessário para reduzir a concentração do hormônio pela metade. Portanto, a meia-vida é um indicador de quanto tempo um hormônio fica ativo no corpo. Os hormônios ligados aos receptores de membrana da célula-alvo têm a sua atividade finalizada de diversas maneiras. Enzimas que estão sempre presentes no plasma podem degradar hormônios peptídeos ligados aos receptores da membrana celular. Em alguns casos, o complexo receptor-hormônio é levado para dentro da célula por endocitose e o hormônio é digerido pelos lisossomos [$ Fig. 21, p. 153]. As enzimas intracelulares metabolizam os hormônios que entram nas células. R - VISANDO CONCEITOS 2. Qual o sufixo do nome de uma substância química indica que esta molécula é uma enzima? (Dica : $ p. 103) Use este sufixo para identif icar uma enzima que digere peptídeos. Resposta: p. 245

CLASSIFICAÇÃO DOS HORMÔNIOS Os hormônios podem ser classificados de acordo com diferentes esquemas. O esquema usado na Figura 7-2 os agrupa de acordo com a sua origem. Um esquema diferente divide os hormônios entre aqueles cuja liberação é controlada pelo encéfalo e aqueles cuja liberação não é controlada pelo encéfalo. Outro

Qua 1é a defin ição clássica de hormôn io? 4. Com base no que você sabe sobre organelas envolvidas na síntese de proteínas e est eroides [ $ p. 68], qual seria a principal diferença entre as organelas constituintes de células que produzem esteroides e de células que produzem proteínas? Respostas: p. 245

A maioria dos hormônios são peptídeos ou proteínas Os hormônios peptídeos/proteínas variam desde pequenos peptídeos de apenas três aminoácidos até grandes proteínas e glicoproteínas. Apesar da variabilidade de tamanho entre os hormônios deste grupo, geralmente eles são denominados hormônios peptídeos para simplificar. Você pode lembrar quais hormônios estão nesta categoria por exclusão: se um hormônio não é um esteroide nem um hormônio derivado de aminoácidos, então ele deve ser um peptídeo.

Síntese, armazenamento e liberação dos hormônios peptídeos A síntese e o empacotamento dos hormônios peptídeos em vesículas secretoras delimitadas por membranas são similares aos das outras proteínas. O peptídeo inicial proveniente do ribossomo é uma proteína grande inativa conhecida como pré-pró-hormônio (Fig. 7-3 e ). Os pré-pró-hormônios contêm uma ou mais cópias de um hormônio peptídeo, uma sequência-sinal que direciona a proteína ao lúmen do retículo endoplasmático rugoso e outras sequências de peptídeos que podem ou não possuir atividade biológica. ' A medida que um pré-pró-hormônio inativo se move através do retículo endoplasmático e do aparelho de Golgi, a sequência-sinal é removida, gerando uma molécula menor ainda inativa chamada de pró-hormônio (Fig. 7-3). No aparelho de Golgi, o pró-hormônio é empacotado em vesículas secretoras junto com enzimas proteolíticas (proteo-, proteínas + lysis, ruptura) que clivam o pró-hormônio em hormônio ativo e outros fragmentos. Este processo é denominado modificação pós-tradudonal [$ p. 124]. As vesículas secretoras contendo os peptídeos são armazenadas no citoplasma da célula endócrina até que a célula receba um sinal para a secreção. Neste momento, as vesículas se movem para a membrana celular e liberam o seu conteúdo por exocitose dependente de cálcio [ $ p. 154]. Todos os fragmentos de peptídeos gerados a partir do próhormônio são liberados juntos no líquido extracelular em um processo conhecido como cosseaeção.

7

222

Dee Unglaub Silverthorn

O RNA mensageiro nos ribossomos une aminoácidos formando uma cadeia peptídica chamada de pré-pró-hormônio. A cadeia é direcionada para dentro do lúmen do RE por uma sequência-sinal de aminoácidos.

e

Enzimas no RE retiram a sequência-sinal gerando um pró-hormônio inativo.

E) O pró-hormônio passa do RE para o aparei ho de Golgi.

O Vesículas secretoras contendo enzimas e o pró-hormônio brotam do aparelho de Golgi. As enzimas clivam o pró-hormônio formando um ou mais peptídeos ativos mais os fragmentos peptídicos adicionais.

C) As vesículas

secretoras liberam o seu conteúdo por exocitose no espaço extracelular.

( ) Ohormônio entra na circulação para ser transportado até o seu alvo.

Aparelho de Golgi

Retículo endoplasmático {RE)

1

Para o alvo

Ribossomo Hormônio ativo Fragmento peptídeo

a•

e

Vesícula secretora ~'"'Ili

-

-

Liberação do sinal

Pró-hormônio

~ Endotélio

capilar

o

Sequência-sinal

~,

Citoplasma

Líquido extrace1J1ar

Plasma

Pré-pró-hormôn io RNAm

•

FIGURA 7-3

Síntese, empacotamento e liberação de hormônios peptídeos.

Modificação pós-traducional dos pró-hormônios Estudos sobre o processamento do pró-hormônio levaram a algumas descobertas interessantes. Alguns pró-hormônios, como aquele do hormônio liberador da tireotrofina (TRH), contêm múltiplas cópias do hormônio (Fig. 7-4a e ). Outro pró-hormônio interessante é a próopiomelanocortina (Fig. 7-4 b). Este pró-hormônio é clivado originando três peptídeos ativos e um fragmento inativo. Em alguns casos, até mesmo os fragmentos são clinicamente úteis. Por exemplo, a pró-insulina é clivada em insulina ativa e um fragmento inativo conhecido como peptídeo C (Fig. 7-4c). Os médicos medem os níveis do peptídeo C no sangue dos diabéticos para monitorar quanta insulina o pâncreas do paciente está produzindo. Transporte no sangue e meia-vida dos hormônios peptídeos Hormônios peptídeos são solúveis em água e, portanto, geralmente se dissolvem com facilidade no líquido extracelular ao serem transportados por todo corpo. A meia-vida dos hormônios peptídeos normalmente é bastante curta, na faixa de alguns minutos. Se a resposta a um hormônio peptídeo deve ser mantida por um período de tempo maior, o hormônio deve ser secretado de forma contínua. Mecanismo celular de ação dos hormônios peptídeos Como os hormônios peptídeos são lipofóbicos, eles usual-

mente não conseguem entrar na célula-alvo. Ao invés disso, ligam-se aos receptores presentes na superfície da membrana. O complexo hormônio-receptor inicia a resposta celular por meio de um sistema de transdução de sinal (Fig. 7-5 e ). Muitos hormônios peptídeos utilizam o sistema de segundo mensageiro do AMPc [$ p. 186]. Alguns receptores de hormônios peptídeos, como o da insulina, têm atividade tirosina cinase [$ p. 186] ou usam outras vias de transdução de sinal. A resposta das células a hormônios peptídeos geralmente é rápida porque os sistemas de segundo mensageiro modificam proteínas existentes dentro das células-alvo. As mudanças desencadeadas por hormônios peptídeos incluem a abertura ou o fechamento de canais da membrana e a modulação de enzimas metabólicas ou de proteínas transportadoras. Pesquisadores recentemente descobriram que alguns hormônios peptídeos também têm efeitos mais duradouros quando seus sistemas de segundo mensageiro ativam genes e estimulam a síntese de novas proteínas.

Hormônios esteroides são derivados do colesterol Os hormônios esteroides possuem uma estrutura química similar porque todos são derivados do colesterol (Fig. 7-6 e ). Diferente dos hormônios peptídeos que são produzidos em tecidos distribuídos por todo o corpo, os hormônios esteroides são

Fisiologia Humana

223

(a) O pré-pró-TRH {hormônio liberador da tireotropina) possui seis cópias do hormônio TRH de três aminoácidos.

clivado formando

Pré-pró-hormônio

TRH

o

[) )) )) if J'.J ')]

)

Hormônio

+

Outros peptídeos

+

---~ [) (I) (I) (I) (I) (I) + (O (O (O (O (O (O +

Pré-pró-TRH (242 aminoácidos)

Sequência-sinal

-=...._j)

(l L)

6TRH (3 aminoácidos cada)

(b) Pró-hormônios, como a pró-opiomelanocortina, o pró-hormônio para ACTH, podem conter várias sequências peptídicas com atividade biológica. -

clivado formando

Pró-hormônio

o

)

1

1

)

Pró-opiomelanocortina

Hormônio{s) ativo{s)

( .). . __

___, )

ACTH

(1.1111111 1 _ . . . , , , )

'Y lipotropina

+

Outros fragmentos peptídicos

(....._ ) __,) + (_) --~) Jl endorfina

Fragmento

(e) A cadeia peptídica do pró-hormônio da insulina dobra-se sobre si mesma com o auxílio de ligações dissulfeto {S-S). O pró-hormônio é clivado originando insulina e peptídeo C.

Pró-insulina

Insulina

Peptídeo C

s-S

s-s

•

FIGURA 7-4 Processamento de hormônios peptídeos. Hormônios peptídeos são produzidos como pré-pró-hormônios grandes e inativos, que incluem uma sequência-sinal, uma ou mais cópias do hormônio e fragmentos peptídicos adicionais.

produzidos apenas em alguns órgãos. Três tipos de hormônios esteroides são produzidos no córtex da suprarrenal, a porção externa da glândula suprarrenal (córtex, casca). Uma glândula suprarrenal está localizada em cima de cada rim (supra, sobre + renal, rim). As gônadas produzem os esteroides sexuais (estrogênios, progesterona e androgênios). Em mulheres grávidas, a placenta também é uma fonte de hormônios esteroides. Síntese e liberação de hormônios esteroides As células que secretam hormônios esteroides possuem uma grande quantidade de retículo endoplasmático liso, a organela na qual os esteroides são sintetizados. Os esteroides são lipofílicos e se difundem facilmente através das membranas, tanto para fora da sua célula secretora quanto para dentro das células-alvo. Esta propriedade também indica que as células que secretam esteroides não podem armazenar tais hormônios em vesículas secretoras. Ao invés disso, elas sintetizam seu hormônio quando ele é necessário. Quando um estímulo ativa a célula endócrina, precursores no citoplasma são rapidamente convertidos no hormônio ativo. A concentração do hormônio no citoplasma aumenta, e os hormônios se movem para fora da célula por difusão simples.

Transporte no sangue e meia-vida dos hormônios esteroides Assim como o precursor colesterol, os hormônios esteroides não são muito solúveis no plasma e outros líquidos corporais. Por essa razão, a maioria das moléculas de hormônios esteroides encontradas no sangue está ligada a moléculas de proteínas carreadoras. Alguns hormônios têm carreadores específicos, como a globulina ligadora de corticosteroide. Outros simplesmente se ligam a proteínas plasmáticas em geral, como a albumina. A ligação de um hormônio esteroide a uma proteína carreadora protege o hormônio da degradação enzimática, o que resulta em um aumento da sua meia-vida. Por exemplo, o cortisol, um hormônio produzido pelo córtex da suprarenal, tem uma meia-vida de 60 a 90 minutos. (Compare isso com a adrenalina, um hormônio derivado de aminoácidos cuja meia-vida é medida em segundos.) Embora a ligação de hormônios esteroides a proteínas carreadoras aumente a sua meia-vida, isso também bloqueia sua entrada nas células-alvo. O complexo carreador-esteroide permanece fora da célula porque as proteínas carreadoras são lipofóbicas e não podem se difundir através da membrana.

7

224

Dee Unglaub Silverthorn

Apenas moléculas do hormônio não ligadas às proteínas carreadoras podem se difundir para dentro da célula-alvo (Fig. .... 7-7 e ). A medida que o hormônio não ligado sai do plasma, os carreadores obedecem à lei de ação das massas e liberam hormônio para que a razão hormônio não ligado/hormônio ligado permaneça constante (o Kct; ~ p. 40). Felizmente, os hormônios são ativos em quantidades muito pequenas, e apenas uma pequena quantidade de esteroide .... não ligado é suficiente para que se produza uma resposta. A medida que o hormônio não ligado deixa o sangue e entra nas células, mais carreadores liberam seus esteroides ligados de modo que sempre há uma certa quantidade de hormônio não ligado no sangue pronto para entrar em uma célula.

Hormônios peptídeos (H) não podem entrar nas suas células-alvo e devem ligar-se a receptores de membrana (R) para iniciar o processo da transdução de sinal.

R

R

G

TK

AE

J

Abre canais 1on1cos o A

o

Sistema de segundo mensageiro

Fosforila

Proteínas LEGENDA TC = tirosina c inase EA =enzima amplificadora G = proteína G

•

Resposta celular

FIGURA 7-5 Receptores de membrana e transdução de sinais de hormônios peptídeos.

Mecanismo celular de ação de hormônios esteroides Os receptores de hormônios esteroides melhor estudados são os encontrados dentro das células, tanto no citoplasma quanto no núcleo. O destino final do complexo hormônio-receptor é o núcleo, onde o complexo age como um fator de transcrição, ligando-se ao DNA e ativando oureprimindo (desligando) um ou mais genes (Fig. 7-7, @).Genes ativados geram um novo RNAm que determina a síntese de novas proteínas. Qualquer hormônio que altere a atividade gênica possui um efeito genômico na célula-alvo. Quando os hormônios esteroides ativam genes para a produção de novas proteínas, normalmente existe um intervalo de tempo entre a ligação hormônio-receptor e o primeiro efeito biológico observável. Este intervalo pode ser de até 90 minutos. Consequentemente, os hormônios esteroides não medeiam vias reflexas que requerem respostas rápidas. Em anos recentes, pesquisadores descobriram que diversos hormônios esteroides, incluindo estrogênios e aldostero-

O colesterol é a molécula precursora de todos os hormônios esteroides

É modificado por enzimas que produzem os hormônios esteroides, como

No córtex da suprarrenal

No ovário

)

Ovário ~

Córtex da suprarrenal

o

o Aldosterona

•

FIGURA 7-6

HO

Cortisol

Exemplos de hormônios esteroides derivados do colesterol.

# Estradiol (um estrogênio)

Fisiologia Humana

Vaso

Hormônio esteroide

/

.---.,) º~~-­ , ~/o

Receptor na superfície da célula

1

Resposta rápida

225

A maioria dos esteroides hidrofóbicos está ligada a proteínas carreadoras plasmáticas. Somente hormônios não ligados podem difundir-se para dentro das células-alvo.

1

Os receptores de hormônios esteroides estão no citoplasma ou no núcleo.

Proteína carreado

Núcleo Receptor --<;};; citoplasmático

Receptor nuclear

o Líquido intersticial

Alguns hormônios esteroides também se ligam a receptores de membrana que usam sistemas de segundo mensageiro para criar respostas celulares rápidas.

O complexo hormônio-receptor liga-se ao DNA e ativa ou inibe um ou mais genes. Retículo----+ ndoplasmático

Membrana ----i celular

· Genes ativados produzem novos RNAm que se movem de volta para o citoplasma.

A tradução produz novas proteínas para os processos celulares.

7 •

FIGURA 7-7

Ação dos hormônios esteroides.

na, têm receptores na membrana celular associados a vias de transdução de sinal, exatamente como os hormônios peptídeos. Estes receptores permitem que os hormônios esteroides iniciem respostas não genômicas rápidas, além dos seus efeitos genômicos mais lentos. Com a descoberta de efeitos não genômicos dos hormônios esteroides, as diferenças funcionais entre hormônios esteroides e peptídeos quase desapareceram.

Alguns hormônios são derivados de um único aminoácido Os hormônios derivados de aminoácidos são pequenas moléculas produzidas a partir do triptofano ou da tirosina ambos com estruturas de carbono em anel nos seus grupos R- [ $ p.30]. O hormônio melatonina da glândula pineal é derivado do triptofano (ver Foco na Glândula Pineal, Fig. 7-22) mas todos os outros hormônios derivados de aminoácidos as catecolaminas e os hormônios da tireoide - são derivados da tirosina apenas (Fig. 7-8 e ). As catecolaminas possuem uma molécula de tirosina; os hormônios da tireoide possuem duas tirosinas mais os átomos de iodo. Apesar do precursor comum, os dois grupos de hormônios derivados da tirosina têm pouco em comum. As catecolaminas (adrenalina, noradrenalina e dopamina) são neuro-hormônios que se ligam aos receptores na membrana das células, assim como ocorre com os hormônios peptídeos. Os honnônios da tireoide, produzidos pela glândula tireoide, a qual tem o formato de uma borboleta e se localiza no pescoço, se comportam como hormônios esteroides, com receptores intracelulares que ativam genes. Os hormônios da tireoide são discutidos em detalhe no Capítulo 23. R VISANDO CONCEITOS 5. Quais são as três classes químicas dos hormônios?

6. O hormônio esteroide aldosterona tem uma meia-vida curta para um hormônio esteroide - aproximadamente 20 minutos. O que você poderia dizer sobre o grau em que a aldosterona se liga a proteínas no sangue? Resposta: p. 245

CONTROLE DA LIBERAÇÃO HORMONAL Você aprendeu sobre as vias reflexas que ajudam a manter a homeostase no Capítulo 6. As seções a seguir aplicam aqueles padrões básicos dos reflexos para as vias de controle dos hormônios. Essa discussão não abrange tudo, e você vai encontrar alguns hormônios nos capítulos a seguir que não se encaixam perfeitamente nestes padrões.

Os hormônios podem ser classificados por suas vias reflexas As vias reflexas são uma maneira conveniente de se classificar os hormônios e simplificar o apredizado das vias que regulam a sua secreção. Todas as vias reflexas têm componentes similares: um estímulo, um sinal de entrada, a integração do sinal, um sinal de saída e uma resposta [ $ Fig. 6-25, p. 202]. Nos reflexos endócrinos e neuroendócrinos, o sinal de saída é um hormônio ou um neuro-hormônio. Alguns hormônios têm estímulos claros que iniciam sua liberação, como a insulina secretada em resposta ao aumento das concentrações de glicose no sangue, mas outros hormônios têm estímulos menos evidentes ou não secretados de modo contínuo, frequentemente em um ritmo circadiano [$ p. 204]. Em uma via reflexa simples, a resposta normalmente atua como um sinal de retroalimentação negativa que desliga o reflexo [ $ Fig. 6-27a, p. 203]. Por exemplo, um aumento

226

Dee Unglaub Silverthorn

Tirosina

é o aminoácido precursor das catecolaminas e dos hormônios da tireoide.

QUESTÃO DA FIGURA Qual a diferença entre cada molécula de catecolamina e a molécula de t irosina?

HO -<

Catecolaminas

Hormõnios da tireoide

são produzidas pela modificação das cadeias laterais da t irosina.

são sintet izados a partir de duas tirosinas e átomos de iodo (1).

HO HO-<

H

H

1

1

/ H

j - , - ,-N"'-.H H

....._~

H

1

1

H

~-

C

O/}

HO

H /

"

OH

Tiroxina (Tetraiodot ironina, T4)

Noradrenalina

HO

H

H

1

1

j .,_, - , '----'

OH

H 1 ,___c -

H

/

FIGURA 7-8

H

N "'-. CH3

// O/

H

/ H

1 C-

1 H

Adrenalina

e

H

j,__, -,-N"'-.H

Dopamina

HO ~

H

1 C

N "'-. H

"

OH

Tri- iodotironina (T3)

Hormônios derivados da tirosina.

A glândula tireoide, que tem o formato de uma borboleta, está localizada sobre a traqueia, logo abaixo do pomo de Adão. Respondendo a sinais hormonais do hipotálamo e da adeno-hipófise, a glândula t ireoide concentra iodo, um elemento encontrado nos alimentos (principalmente como um ingrediente adicionado ao sal), que se combina com o am inoácido tirosina para produzir dois hormôn ios da tireoide, a tiroxina e tri-iodotiron ina. Esses hormônios da tireoide realizam diversas funções importantes no corpo, incluindo a regulação do crescimento e do desenvolvimento, do consumo de oxigênio e a manutenção da temperatura corporal.

Questão 1: a. A qual das três classes de hormônios pertencem os hormônios da tireoide? b. Se a dieta de uma pessoa é pobre em iodo, o que acontece com a produção de tiroxina?

216

231

234

238

240

240

na concentração de glicose no sangue estimula a secreção de insulina pelo pâncreas (Fig. 7-9 e ). Uma vez liberada pelo pâncreas, a insulina vai pelo sangue até os tecidos-alvo, que aumentam a captação e o metabolismo da glicose. A resultante diminuição da glicose no sangue age como um sinal de retroalimentação negativa que desliga o reflexo, finalizando a liberação da insulina pelo pâncreas. Os hormônios, entretanto, não estão limitados a seguir apenas um padrão de via reflexa. Por exemplo, a secreção de insulina também pode ser estimulada por sinais de entrada oriundos do sistema nervoso (Fig. 7-9) ou por influência dos hormônios secretados no trato digestório quando uma refeição é ingerida (não mostrado). Portanto, as células endócrinas pancreáticas - o centro integrador para esse reflexo - devem avaliar os sinais de entrada destas três fontes diferentes para "decidir" quando devem secretar insulina. REVISANDO CONCEITOS 7. Na Figura 6-23 (p. 199), qual(is) passo(os) do reflexo representa(m) o sinal de entrada 7 E a integração do sinal? E o sinal de saída? 8. No exemplo da glicose, o aumento da glicose no sangue corresponde a que passo de uma via reflexa 7 A secreção

Fisiologia Humana

I

de insulina e a diminuição da glicose no sangue correspondem a que passos?

Ingerir tGlicose .-•- • uma no sangue refeição

.. -----11

9. Quais vias reflexas da Figura 6-31 (p. 207) correspondem à liberação de insulina por cada um dos três mecanismos dif erentes recém-descritos? Respostas: p. 245

t (' Receptores de estiramento no trato di , estório

A célula endócrina é o sensor nos reflexos endócrinos mais simples

,____ Neurônio aferente

(lj

,____ Neurônio eferente

> ·-

cuO'l Q)

e

o

l(lj

o

.se

Pâncreas

Q)

E (ij

e Q)

II:

Insulina

•• •• • • Tecidos-alvo

t

Captação e utilização da glicose

\

, _____________________ _ .+Glicose no sangue

LEGENDA

Estímulo

Neurônio sensorial (aferente)

(Q

Receptor

CJ CJ CJ

Via eferente Centro integrador

Efetor Resposta tecidual

Resposta sistêmica

O que interrompe a via que inicia com o estímulo "ingerir uma refeição"?

FIGURA 7-9 A insulina pode ser liberada por um aumento nos níveis de glicose sanguínea ou pela estimulação neural desencadeada pela ingestão de uma refeiçao.

-

As vias de controle reflexo mais simples do sistema endócrino são aquelas em que uma célula endócrina detecta um estímulo diretamente e responde secretando o seu hormônio [$ Fig. 6-31, padrão 6, p. 207]. Neste tipo de via, a célula endócrina age tanto como sensor (receptor) quanto como centro integrador. O hormônio da paratireoide (PTH) é um exemplo de hormônio que opera por meio desse tipo de reflexo endócrino simples. Outros hormônios que seguem um padrão de reflexo simples incluem os hormônios clássicos insulina e glucagon, bem como alguns hormônios do sistema endócrino difuso. Células endócrinas da paratireoide estão agrupadas em quatro pequenas glândulas que se localizam atrás da glândula tireoide. Elas monitoram as concentrações de Ca2 + no plasma com o auxílio de receptores de Ca2 + acoplados à proteína G presentes na sua membrana celular. Quando um determinado número de receptores está ligado ao Ca2 +, a secreção do PTH é inibida. Se as concentrações de Ca2 + no plasma diminuem abaixo de um certo nível e menos receptores estão ligados, a inibição cessa e as células da paratireoide secretam PTH (Fig. 7-10 e ). O hormônio da paratireoide é transportado pelo sangue para agir nos ossos, rins e intestino, iniciando respostas que aumentam a concentração de Ca2 + no plasma. O aumento do Ca2 + no plasma é um sinal de retroalimentação negativa que desliga o reflexo, finalizando a liberação do hormônio da paratireoide. REVISANDO CONCEITOS O glucagon é liberado do pâncreas endócrino quando os níveis de glicose sanguínea diminuem; ele age em vários tecidos-alvo para aumentar os níveis de glicose sanguínea. Desenhe uma via reflexa que corresponda a essa descrição. Respost a: p. 245

Neurônio eferente

QUESTÃO DA FIGURA

•

227

Muitos reflexos endócrinos envolvem o sistema nervoso O sistema nervoso e o sistema endócrino se sobrepõem tanto em estrutura quanto em função. Estímulos integrados no sistema nervoso central influenciam a liberação de muitos hormônios via neurônios eferentes, como foi previamente descrito para a insulina. Além disso, grupos de neurônios especializados secretam neuro-hormônios, e duas estruturas endócrinas estão incorporadas na anatomia do encéfalo: a glândula pineal (ver o Foco da p. 239) e a glândula hipófise. Uma das associações mais fascinantes entre o encéfalo e o sistema endócrino é a influência das emoções sobre a secreção e a função de hormônios. Por séculos, os médicos têm relatado situações em que o estado emocional influencia a saúde ou os processos fisiológicos normais. As mulhe-

7

228

Dee Unglaub Silverthorn

res hoje em dia sabem que seus períodos menstruais podem ser alterados por fatores estressores como viagens ou provas finais. A condição conhecida como "falha no crescimento" que ocorre em crianças pequenas pode muitas vezes estar associada a estresse ambiental ou emocional, que aumenta a secreção de alguns hormônios da hipófise e diminui a secreção de outros. As interações entre o estresse, o sistema endócrino e o sistema imunitário têm sido muito estudadas e são mais discutidas no Capítulo 24.

[Ca2+] plasmática

Retroali mentação negativa , - - - - - - - - - - - - 1

-11

paratireoide

Os neuro-hormônios são secretados no sangue por neuron1os

Hormônio da paratireoide

A

o

Como foi visto no Capítulo 6, neuro-hormônios são sinais químicos liberados no sangue por um neurônio [ $ Fig. 6-31, reflexo 2]. O sistema nervoso humano produz três principais grupos de neuro-hormônios: (1) catecolaminas, produzidas por neurônios modificados da medula da suprarrenal, (2) neuro-hormônios hipotalâmicos secretados pela neuro-hipófise e (3) neuro-hormônios hipotalâmicos que controlam a liberação de hormônios da adeno-hipófise. Devido ao fato de os dois últimos grupos de neuro-hormônios estarem associados à glândula hipófise, descrevemos esta importante estrutura endócrina primeiro.

•• Ossos e rins

VISANDO CONCEITOS

t Reabsorção

t Reabsorção ,

de cálcio nos rins

ossea

1 \

'

•

.....

_____________

,

Produção de calcitriol leva ao t da absorção de Ca2+ no intestino

t

[Ca2+) no plasma

FIGURA 7-1 O Reflexo endócrino simples: hormônio da paratireoide.

As catecola minas pertencem a qual classe quím ica de horResposta: p. 245 mônios?

A glândula hipófise é na verdade duas glândulas fundidas A glândula hipófise é uma estrutura do tamanho de um feijão-de-lima* que se projeta do encéfalo para baixo, conectada a ele por uma fina haste e que repousa em uma cavidade óssea protetora (Fig. 7-11 e ). A primeira descrição precisa da função da hipófise foi feita por Richard Lower (1631-1691), um fisiologista experimental da Universidade

HIPOTÁLAMO

~-

O infundíbulo é a haste que conecta a hipófise ao encéfalo

,..--=.;~~--- A neuro-hipófise (posterior}

é uma

extensão do tecido neural

ANTERIOR -~----• POSTERIOR

•

...,,___ _ _ _ _ _ A adeno-hipófise (anterior} é uma verdadeira glândula endócrina de origem epitelial

FIGURA 7-11 A glândula hipófise é protegida por uma cavidade óssea e está conectada ao encéfalo por uma fina haste. *N. de T. Mesma família da ervilha.

Fisiologia Humana

de Oxford. Utilizando-se de observações e de alguns experimentos, ele formulou a hipótese de que substâncias produzidas no encéfalo desciam pela haste até a glândula, e de lá para o sangue. O que Lower não percebeu é que a glândula hipófise é na verdade dois tipos diferentes de tecido, que se uniram durante o desenvolvimento embrionário. A hipófise anterior é uma verdadeira glândula endócrina de origem epitelial, derivada do tecido embrionário que forma o teto da cavidade oral (céu da boca) [ $ Fig. 3-28, p. 79]. Ela também é conhecida como adeno-hipófise (adeno-, glândula+ hipo-, abaixo + fise, crescer), e seus hormônios são secreções adeno-hipofisárias. A hipófise posterior, ou neuro-hipófise, é uma extensão do tecido neural do encéfalo. Ela secreta neuro-hormônios produzidos no hipotálamo.

HIPOTÁLAMO

O hormônio é produzido e empacotado no corpo celular do neurônio.

As vesículas são transportadas ao longo da célula.

As vesículas contendo os hormônios são armazenadas na neuro-hipófise.

~ •

A neuro-hipófise armazena e libera dois neu ro-hormôn ios A neuro-hipófise é o local de armazenamento e liberação de dois neuro-hormônios: ocitocina e vasopressina. Estes pequenos hormônios peptídeos são sintetizados no corpo celular de neurônios do hipotálamo, uma região do encéfalo que controla muitas funções homeostáticas (Fig. 7-12 e ). Cada hormônio é produzido por um tipo diferente de célula. Os neuro-hormônios hipotalâmicos seguem o padrão geral de síntese, de armazenamento e deliberação de peptídeos, descrito anteriormente neste capítulo. Entretanto, vesículas secretoras contendo hormônios são transportadas por longas projeções dos neurônios até a neuro-hipófise, onde são armazenadas nos terminais das células. Quando um estímulo chega ao hipotálamo, um sinal elétrico passa do corpo do neurônio até a extremidade distal (distante) da célula na neuro-hipófise, e o conteúdo das vesículas é liberado na circulação. Os dois neuro-hormônios da neuro-hipófise são compostos de nove aminoácidos cada. A vasopressina, também conhecida como hormônio antidiurético ou ADH, regula o equilíbrio hídrico no corpo. Nas mulheres, a ocitocina liberada pela neuro-hipófise controla a ejeção de leite durante a amamentação e as contrações do útero durante o trabalho de parto e a expulsão do feto. Alguns neurônios liberam ocitocina como um neurotransmissor ou neuromodulador em neurônios de outras partes do encéfalo. Muitos experimentos em animais e alguns experimentos em humanos sugerem que a ocitocina tem um papel importante nos comportamentos social, sexual e maternal. Alguns pesquisadores postulam que o autismo, um distúrbio do desenvolvimento no qual os pacientes não conseguem formar relações sociais normais, pode estar relacionado a defeitos nas vias moduladas pela ocitocina no encéfalo. CONCEITOS Que estrutura intracelular é usada para o transporte de vesículas secretoras no citoplasma? 13. Dê o nome do processo de membrana pelo qual o conteúdo das vesículas secretoras é liberado no líquido extracelular. Respostas: p. 245

229

•

NEURO-HIPÓFISE

Os hormônios são liberados no sangue.

•

FIGURA 7-12 Síntese, armazenamento e liberação dos hormônios da neuro-hipófise.

A adeno-hipófise secreta seis hormônios Em meados de 1889, revisões sobre funções fisiológicas diziam que a hipófise era de pouco ou nenhum uso para vertebrados superiores! Entretanto, no início dos anos 1900, pesquisadores descobriram que os animais que tinham sua glândula adeno-hipófise removida cirurgicamente não sobreviviam mais do que um ou dois dias. Esta observação, combinada com os sinais clínicos associados a tumores na hipófise, fez os cientistas perceberem que a adeno-hipófise é uma glândula endócrina muito importante que secreta não um, mas seis hormônios fisiologicamente importantes: prolactina (PRL), tireotropina (TSH), adrenocorticotrofina (ACTH), hormônio do crescimento (GH), hormônio folículoestimulante (FSH) e hormônio luteinizante (LH). A secreção de todos os hormônios da adeno-hipófise é controlada por neuro-hormônios hipotalâmicos. Os hormônios da adeno-hipófise, seus neuro-hormônios hipotalâmicos associados e seus alvos estão ilustrados na Figura 7-13 e. Observe que todos menos um dos hormônios da hipófise anterior têm outra glândula ou célula endócrina como um dos seus alvos. Um hormônio que controla a secreção de outro hormônio é conhecido como hor1nônio trófico. O adjetivo trófico vem da palavra grega trophikós, que significa "que pertence à comida ou à alimentação", e se refere à maneira como o hormônio trófico "alimenta" a célula-alvo. Hormônios tróficos normalmente têm nomes que terminam com o sufixo -trofina, como em gonadotrofina *. A raíz da palavra à qual o sufixo está ligado é o tecido-alvo: as *Alguns harmónios cujos nomes terminam em -trofina não têm células endócrinas como alvo. Por exemplo, a melanotrofina age em células que contên pigmento em muitos animais.

7

230

Dee Unglaub Silverthorn

HORMÔNIOS HIPOTALÂMICOS -

_

l Dopamina* 1

TRH

PRFs

CRH

GHRH*

GnRH

Somatostatina

...

Sistema porta

~-+t

Adeno-hipófise

HORMÔNIOS DAADENO- HIPÓFISE

'

r Prolactina

TSH

•

ACTH

GH

FSH

LH

Células endócrinas

(Gonadotrofinas)

Para os tecido-alvo

ALVOS ENDÓCRINOS E OS HORMÔNIOS QUE ELES SECRETAM

Glândula tireoide

Córtex da suprarrenal

Células endócrinas das gônadas

Fígado

ô Hormônios da tireoide

Cortisol

Androgênios

IGFs

Estrogênios, progesterona

/"" ALVOS NÃO ENDÓCRINOS

, Mamas

Muitos tecidos

Células germinativas das gônadas

FIGURA 7-13 Hormônios do eixo hipotálamo-adenohipófise. O hipotálamo secreta hormônios liberadores (-RH) e hormônios inibidores (-IH) que agem nas células endócrinas da adeno-hipófise para influenciar a secreção de seus hormônios. Onde há controle antagonista por dois ou mais hotmônios, o controle dominante é indicado por *. Hormônios da adeno-hipófise agem em outras glândulas endócrinas ou diretamente nas célulasalvo. ACTH, hormônio adrenocorticotrófico (corticotrofina); CRH, hormônio liberador de corticotrofina; FSH, hormônio folículo-estimulante; GH, hormônio do cresci-

mento; SS, somatostatina (também chamado hormônio inibidor do hormônio do crescimento ou hormônio liberador de somatotropina SRIH); GHRH, hormônio liberador do hormônio do crescimento; GnRH, hormônio liberador das gonadotrofinas; IGFs, fatores de crescimento semelhantes à insulina; LH, hormônio luteinizante; DA, dopamina (também chamado hormônio inibidor da prolactina ou PHI); PRFs, múltiplos fatores liberadores de prolactina; PRL, prolactina; TRH, hormônio liberador da tireotrofina; TSH, hormônio estimulador da tireoide (tireotrofina).

gonadotrofinas são hormônios que são tróficos para as gônadas. Os neuro-hormônios hipotalâmicos que controlam a liberação dos hormônios da adeno-hipófise também são hormônios tróficos, mas por razões históricas são descritos como hormônios liberadores (p. ex., hormônio liberador de tireotrofina) ou hormônios inibidores (p. ex., hormônio inibidor do hormônio do crescimento). Uma complicação que você deve estar atento é que muitos dos hormônios hipotalâmicos e da adeno-hipófise possuem diversos nomes bem como abreviações padronizadas. Por exemplo, a somatostatina (SS) é também conhecida como horrnônio inibidor do horrnônio do crescimento (GHIH) e hormô-

nio inibidor da liberação de somatotrofina (SRIH). As abreviações e nomes alternativos dos hormônios hipotalâmicos e da adeno-hipófise estão listados na legenda da Figura 7-13.

•

As alças de retroalimentação são diferentes no eixo hipotálamo-hipófise As vias em que os hormônios da hipófise anterior agem como hormônios tróficos estão entre os reflexos endócrinos mais complexos, pois envolvem três centros integradores: o hipotálamo, a adeno-hipófise e o alvo endócrino do hormônio da hipófise (Fig. 7-14 e ). A retroalimentação nessas vias comple-

231

Fisiologia Humana

Estímulo Hipotálamo

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Hipotálamo (Cl 1)

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Horrnônio trófico (H 1)

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Adeno-hipófise (Cl2)

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Córtex da suprarrenal

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Adeno-hipófise

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CRH

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endóc rina

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Horrnônio (H~

Tecido-alvo

---------"'

QUESTÃO DA FIGURA Desenhe a retroalimentação negativa de alça curta desta via.

I

• Tecido-alvo

Resposta

FIGURA 7-15 Via de controle da secreção de cortisol. O cortisol é um hormônio esteroide secretado pelo

córtex da suprarrenal. ACTH, hormônio adrenocorticotrófico ou corticotrofina; CRH, hormônio liberador de corticotrofina. Resposta

adrenocorticotrofina (ACTH) (Fig. 7-15 e ). Esta relação é chamada de retroalimentação negativa de alça longa. •

FIGURA 7-14 Alças de retroalimentação negativa no eixo hipotálamo-adeno-hipófise. Nas vias endócrinas complexas, os hormônios da via atuam como sinais de retroalimentação negativa.

xas segue um padrão diferente do descrito anteriormente. Ao invés da resposta agir como um sinal de retroalimentação negativa, os próprios hormônios são o sinal de retroalimentação. Cada hormônio retroalimenta para suprimir a secreção hormonal pelos centros integradores anteriores da via reflexa. Quando a secreção de um hormônio em uma via complexa aumenta ou diminui, a secreção dos outros hormônios também muda devido às alças de retroalimentação que conectam os hormônios. Em vias com dois ou três hormônios em sequência, o hormônio seguinte na sequência normalmente retroalimenta para suprimir o(s) hormônio(os) que controla(m) a sua secreção. (Uma grande exceção para isso é a retroalimentação dos hormônios ovarianos, como será visto no Capítulo 26.) Por exemplo, o cortisol secretado pelo córtex suprarrenal retroalimenta suprimindo a secreção dos hormônios tróficos, hormônio liberador de corticotrofina (CRH) e

A produção dos hormônios da t ireoide é regulada pelo hormônio estimulador da t ireoide (TSH), um hormônio secretado pela adeno-hipófise. A produção do TSH, por sua vez, é regu lada pelo neu ro-hormôn io chamado de hormôn io liberador de tireotrofina (TRH) do hipotálamo. Questão2: a. Em uma pessoa normal, quando os níveis de hormônios da tireoide no sangue aumentam, a retroalimentação negativa aumenta ou diminui a secreção do TSH? b. Em uma pessoa com uma glândula tireoide hiperativa, a qual produz muito hormônio, você esperaria que os níveis de TSH estivessem maiores ou menores do que em uma pessoa normal?

216

226

Ili

234

238

24()

24()

232

Dee Unglaub Silverthorn

HIPOTÁLAMO

Os neurônios sintetizadores de hormônios tróficos os liberam nos capilares do sistema porta.

Os vasos porta carregam os hormônios tróficos diretamente para a adeno-hipófise.

t--- - - - - - - . : : : : - - --tt1

----NEURO-HIPÓFISE

As células endócrinas liberam seus hormônios dentro do segundo conjunto de capilares para a sua distribuição para o resto do corpo.

- - - Redes de capilares

r------------

Veias

PARA OS ORGÃOS-ALVO ~----- Gonadotrofi nas

(LH e FSH)- - - - - - .

i~--GH-- TSH ~--ACTH--~i

t

Ovário Glândulas mamárias

•

FIGURA 7-16

Sistema musculoesquelético

Glândula tireoide

Córtex da suprarrenal

Testículo

Gônadas

Sistema porta hipotálamo-hipófise.

Na retroalimentação negativa de alça curta, os hormônios da hipófise retroalimentam para diminuir a secreção dos hormônios secretados pelo hipotálamo. Pode-se ver este tipo de retroalimentação na secreção do cortisol na Figura 7-15, onde o ACTH realiza uma retroalimentação negativa de alça curta na secreção do CRH. Com esse sistema de retroalimentação negativa, os hormônios geralmente ficam dentro de uma faixa de concentração necessária para uma resposta apropriada. Os padrões de retroalimentação são importantes no diagnóstico de doenças endócrinas, que serão discutidas mais adiante neste capítulo. R VISANDO CONCEITOS Qual via na Figura 6-31 (p. 207) se enquadra no padrão do hormônio da hipófise recém-descrito, no qual existem três centros integradores? Resposta: p. 245

O sistema porta leva hormônios do hipotálamo para a adeno-hipófise Os hormônios tróficos hipotalâmicos que regulam a secreção dos hormônios da adeno-hipófise são transportados direta-

mente para a hipófise através de um conjunto especial de vasos conhecido como sistema porta hipotálamo-hipófise (Fig. 7.16 e ). Um sistema porta é uma região especializada da circulação que consiste em dois conjuntos distintos de capilares que estão diretamente conectados por um conjunto de vasos sanguíneos mais longos. Existem três sistemas porta no corpo: um nos rins, um no sistema digestório e este localizado no encéfalo. Os hormônios secretados em um sistema porta têm uma vantagem em relação aos hormônios secretados na circulação geral, porque com um sistema porta uma quantidade de hormônio muito menor pode ser secretada para provocar um determinado nível de resposta. Uma dose de hormônio secretado na circulação geral é rapidamente diluída no volume total do sangue, que é normalmente maior que 5 litros. A mesma dose secretada no pequeno volume de sangue que flui no sistema porta permanece concentrada enquanto é levada diretamente para o seu alvo. Desse modo, um pequeno número de neurônios neurossecretores no hipotálamo pode controlar de forma eficaz a adenohipófise.

Fisiologia Humana

As pequenas quantidades de hormônio secretado no sistema porta hipotálamo-hipófise foi um grande desafio para os pesquisadores que primeiro isolaram estes hormônios. Como as quantidades secretadas de hormônios são muito baixas, Roger Guillemin e Andrew Shalley tiveram de trabalhar com uma enorme quantidade de tecido para obter hormônio suficiente para analisar. Guillemin e seus colaboradores processaram mais que 50 toneladas de hipotálamos de ovelha e um grande frigorífico doou mais de 1 milhão de hipotálamos de porco para Shalley e seus associados. Na análise final, eles precisaram de 25 mil hipotálamos para isolar e identificar a sequência de aminoácidos de apenas 1 mg do hormônio liberador da tireotrofina, um pequeno peptídeo que possui apenas três aminoácidos (ver Fig. 7-4a). Por sua descoberta, Guillemin e Shalley compartilharam o Prêmio Nobel no ano de 1977.

HIPOTÁLAMO

233

Hipotálamo

GHRH

ADENO-HIPÓFISE

Os hormônios da adeno-hipófise controlam o crescimento, o metabolismo e a reprodução Os hormônios da adeno-hipófise anterior controlam tantas funções vitais que frequentemente a glândula hipófise é chamada de glândula mestra do organismo. Em geral, podemos dizer que os hormônios da adeno-hipófise controlam o metabolismo, o crescimento e a reprodução, todos processos muito complexos. Um hormônio da adeno-hipófise, a prolactina (PRL), controla a produção de leite na mama feminina além de outros efeitos. Em ambos os sexos, a prolactina parece ter um papel na regulação do sistema imunitário. O hormônio do crescimento (GH; também conhecido como somatotrofina) afeta o metabolismo de muitos tecidos, além de estimular a produção de hormônios pelo fígado (Fig. 7-17 e ). A prolactina e o hormônio do crescimento são os dois únicos hormônios da adeno-hipófise cuja secreção é controlada tanto por hormônios liberadores quanto por hormônios inibidores, como você pode observar na Figura 7-13 da página 230. Discutimos estes hormônios com detalhes nos Capítulos 26 e 23, respectivamente.

Células GHna adeno-hipófise

7 GH

Fígado

IGFs

-H-- - - - - ---1

Ossos e tecidos moles

Crescimento

REVISANDO CONCEITOS 15. Que via(s) da Figura 6-31 (p. 207) se enquadra(m): (a) no padrão hormônio trófico hipotalâm ico-prolactina-mama já descrito? (b) Na via do hormôn io do cresci mento mostrada na Figura 7-17? Resposta: p. 245

Os outros quatro hormônios da adeno-hipófise possuem outra glândula endócrina como seu alvo primário. O hormônio folículo-estimulante (FSH) e o hormônio luteinizante (LH), conhecidos coletivamente como gonadotrofinas, foram originalmente denominados por seus efeitos nos ovários, mas ambos os hormônios são tróficos também nos testículos. O hormônio estimulante da tireoide (TSH, ou tireotrofina) controla a síntese e a secreção de hormônios da glândula tireoide. O hormônio adrenocorticotrófico (ACTH, ou corticotrofina) age em certas células do córtex da supra-renal para controlar a síntese e a liberação do hormônio esteroide cortisol. Os hormônios da adeno- e da neuro-hipófise são discutidos com mais detalhe nos últimos capítulos.

•

FIGURA 7-17 O hormônio do crescimento é um exemplo de uma via endócrina complexa. O hormônio do crescimento age diretamente em muitos tecidos do corpo, mas também influencia a produção de fatores de crescimento semelhantes à insulina no fígado (IGFs ou somatomedinas), outro grupo de hormônios que regulam o crescimento.

REVISANDO CONCEITOS 16. Qual é o tecido-alvo de um hormônio hipotalâmico secretado no sistema porta hipotálamo-hipófise? 17. Observe a via na Figura 7-9 para a liberação da insulina como resu ltado da ingestão de uma refeição. Que evento atua como sinal de retroa limentação negativa para interromper a liberação da insulina? Respostas: p. 245

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Dee Unglaub Silverthorn

Glucagon + adrenalina + cortisol

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Glucagon + adrenalina

150 ---.J

menta a glicose no sangue em 5 mg/100 mL de sangue, e o glucagon eleva a glicose em 10 mg/100 mL de sangue, você poderia esperar que ambos os hormônios atuando ao mesmo tempo aumentariam a glicose no sangue em 15 mg/100 mL (5 + 10). Frequentemente, entretanto, dois (ou mais) hormônios interagem em seus alvos de tal maneira que a combinação tem um resultado que é maior do que a sua simples soma. Este tipo de interação é chamado de sinergismo. Em nosso exemplo adrenalina/glucagon, uma reação sinérgica seria: Adrenalina

aumenta a glicose , sangumea

5 mg/100 mL de sangue

Glucagon

aumenta a glicose , sangu1nea

10 mg/100 mL de sangue

Adrenalina + glucagon

aumentam a glicose 22 mg/100 mL de , sangu1nea sangue

Adrenalina Glucagon Cortisol

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1

2

3

4

- - Tempo (horas)

•

5 >

FIGURA 7-18 Sinergismo. Este gráfico mostra o efeito de infusões hormonais sobre a glicose sanguínea. Os efeitos dos hormônios combinados são maiores que os efeitos somados dos hormônios individuais, indicando relações sinérgicas. (Dados adaptados de Eigler et ai., J. Clin. lnvest. 63: 114, 1979.)

INTERAÇÕES HORMONAIS Um dos aspectos mais complicados e confusos da endocrinologia é o modo como os hormônios interagem com suas células-alvo. Seria simples se cada reflexo endócrino fosse uma entidade separada e se cada célula estivesse sob influência de apenas um hormônio. Entretanto, muitas vezes as células e os tecidos são controlados por vários hormônios que podem estar presentes ao mesmo tempo. Complicando o quadro, existe o fato de que múltiplos hormônios agindo em uma única célula podem interagir de maneira que não pode ser previsível a partir do efeito individual de cada hormônio. Nesta seção, examinamos três tipos de interação hormonal: sinergismo, permissividade e antagonismo.

No sinergismo, o efeito da interação dos hormônios é maior do que sua soma Algumas vezes, hormônios diferentes possuem o mesmo efeito no corpo, apesar de poderem atingir este efeito por meio de diferentes mecanismos celulares. Um exemplo é o controle hormonal dos níveis sanguíneos de glicose. O glucagon sintetizado no pâncreas é um hormônio primariamente responsável pela elevação dos níveis de glicose no sangue, mas não é o único hormônio que tem este efeito. O cortisol aumenta a concentração de glicose no sangue, assim como a adrenalina. O que acontece se dois destes hormônios estão presentes em uma célula-alvo ao mesmo tempo, ou se todos os três hormônios são secretados ao mesmo tempo? Você poderia esperar que os seus efeitos fossem somados. Em outras palavras, se uma determinada quantidade de adrenalina au-

Em outras palavras, o efeito combinado dos dois hormônios é maior do que a soma dos efeitos dos dois hormônios individualmente. O sinergismo muitas vezes é conhecido como potencialização, como em "a adrenalina potencializa o efeito do glucagon sobre a glicose do sangue". Um exemplo de sinergismo envolvendo a adrenalina, o glucagon e o cortisol é mostrado na Figura 7-18 e . Os mecanismos celulares que determinam o efeito sinérgico nem sempre são claros, mas com hormônios peptídeos o sinergismo muitas vezes está relacionado à sobreposição de efeitos nos sistemas de segundo mensageiro. O sinergismo não está limitado aos hormônios. Ele pode ocorrer com quaisquer duas (ou mais) substâncias químicas no corpo. Os farmacologistas têm desenvolvido medicamentos com componentes sinérgicos. Por exemplo, a eficácia do antibiótico penicilina é aumentada pela presença de ácido clavulânico na mesma pílula.

Ben Crenshaw foi diagnosticado com doença de Graves, uma forma de hipertireoid ismo. O objet ivo do tratamento é reduzir a atividade do hormônio da t ireoide, e o médico de Ben ofereceu diversas alternativas. Um t ratamento envolve medicamentos que impedem a glândula t ireoide de usar o iodo. Out ro tratamento é uma única dose de iodo radiativo que destrói o t ecido da t ireoide, e o terceiro tratamento é a remoção cirúrgica de toda ou parte da glândula tireoide. Ben inicia lmente escolheu o uso de bloqueadores da tireoide. Alguns meses depois lhe foi dado iodo radiativo.

Questão3: Por que o iodo radiativo (ao invés de algum outro elemento radiativo, como o cobalto) é usado para destruir o tecido da tireoide?

216

226

231

238

240

240

Fisiologia Humana

Um hormônio permissivo permite que outro hormônio exerça todo o seu efeito Na permissividade, um hormônio não pode exercer completamente o seu efeito, a não ser que um segundo hormônio esteja presente. Por exemplo, a maturação do sistema genital é controlada pelo hormônio liberador de gonadotropinas do hipotálamo, pelas gonadotropinas da adeno-hipófise e pelos hormônios esteroides das gônadas. Entretanto, se o hormônio da tireoide não estiver presente em quantidades suficientes, a maturação do sistema genital é atrasada. Como o hormônio da tireoide por si só não consegue estimular a maturação do sistema genital, é considerado que este hormônio tem um efeito permissivo na maturação sexual. Os resultados dessa interação podem ser resumidos da seguinte maneira: Apenas hormônios da tireoide

sem desenvolvimento do sistema genital

Apenas hormônios sexuais

desenvolvimento atrasado do sistema genital

Hormônios sexuais com quantidade adequada de hormônios da tireoide

desenvolvimento normal do sistema genital

Os mecanismos moleculares responsáveis pela permissividade ainda não são bem compreendidos na maioria dos casos.

Hormônios antagonistas têm efeitos opostos Em algumas situações, duas moléculas trabalham uma contra a outra, uma diminuindo a eficácia da outra. Esta tendência de uma substância opor-se à ação de outra é denominada antagonismo. Lembre do Capítulo 6 que o antagonismo pode resultar da competição de duas moléculas pelo mesmo receptor [$ p. 42]. Quando uma molécula se liga a um receptor, mas não o ativa, esta molécula age como um inibidor competitivo, ou antagonista, para outra molécula. Esse tipo do antagonismo de receptor está sendo usado no desenvolvimento de compostos farmacêuticos, como o antagonista do receptor de estrogênio denominado tamoxifeno, o qual é usado para tratar o câncer de mama que é estimulado pelo estrogênio. Na endocrinologia, dois hormônios são considerados antagonistas funcionais se possuem ações fisiológicas opostas. Por exemplo, o glucagon e o hormônio do crescimento aumentam a concentração de glicose no sangue e ambos são antagonistas da insulina, que diminui a concentração de glicose no sangue. Hormônios de ação antagonista não necessariamente competem pelo mesmo receptor. Ao invés disso, eles podem agir por diferentes rotas metabólicas, ou um hormônio pode diminuir o número de receptores do hormônio oposto. Por exemplo, evidências sugerem que o hormônio do crescimento diminui o número de receptores da insulina, produzindo parte de seu efeito antagonista funcional sobre a concentração de glicose no sangue. As interações hormonais sinérgicas, permissivas e antagonistas tornam o estudo da endocrinologia desafiador e fascinante. Com esta breve apresentação das interações hormonais, construímos uma base sólida para aprender mais sobre as interações hormonais nos últimos capítulos.

235

DISFUNÇÕES ENDÓCRINAS Como disse um endocrinologista, "Não existem hormônios bons ou ruins. O equilíbrio hormonal é importante para uma vida saudável ... O desequilíbrio leva à doença"*. Podemos aprender muito sobre o funcionamento normal de um hormônio estudando as doenças causadas pelo desequilíbrio hormonal. Existem três padrões básicos de disfunções endócrinas: excesso hormonal, deficiência hormonal e resposta anormal dos tecidos-alvo a um hormônio. Para ilustrar as disfunções endócrinas, vamos usar um único exemplo, o da produção do cortisol no córtex da suprarrenal (ver Fig. 7-15). Essa é uma via reflexa complexa, que inicia com a secreção do hormônio liberador da corticotrofina (CRH) no hipotálamo. O CRH estimula a liberação da adrenocorticotrofina (ACTH) pela adeno-hipófise. O ACTH, por sua vez, controla a síntese e a liberação do cortisol do córtex da suprarrenal. Como em todas as outras vias reflexas , homeostáticas, a retroalimentação negativa desativa a via. A medida que o cortisol aumenta, ele age como sinal de retroalimentação negativa, fazendo com que a hipófise e o hipotálamo diminuam a secreção de ACTH e CRH, respectivamente.

A hipersecreção exagera os efeitos do hormônio Se um hormônio está presente em quantidades excessivas, os efeitos normais desse hormônio serão exagerados. Na maioria dos casos, o excesso hormonal é causado por uma hipersecreção. Existem muitas causas para a hipersecreção, incluindo tumores benignos (adenomas) e tumores malignos das glândulas endócrinas. Ocasionalmente, tumores não endócrinos secretam hormônios. Qualquer substância que vem de fora do corpo é denominada exógena (exo-, externo), e algumas vezes um paciente pode apresentar sinais de hipersecreção como resultado de um tratamento clínico com um hormônio exógeno ou um agonista. Nesse caso, essa condição é dita iatrogênica, ou causada pelo médico (iatros, o que cura + -gen, gerar). Pode parecer simples corrigir o desequilíbrio hormonal apenas parando o tratamento com o hormônio exógeno, mas nem sempre esse e" o caso. Em nosso exemplo, o cortisol exógeno age como um sinal de retroalimentação negativa, da mesma maneira que o cortisol produzido no corpo agiria, cessando a produção de CRH e ACTH (Fig. 7-19 e ). Sem a influência trófica "alimentadora" do ACTH, a produção do cortisol do próprio corpo para. Se a hipófise permanecer inibida e o córtex da suprarrenal for privado do estímulo do ACTH por um tempo suficientemente longo, as células de ambas as glândulas diminuem de tamanho e perdem sua capacidade de produzir ACTH e cortisol. Essa perda da massa celular é conhecida como atrofia (a-, sem+ trophikós, alimentar). Se as células de uma glândula endócrina atrofiam devido à administração de hormônio exógeno, elas podem se tornar muito lentas ou totalmente impossibilitadas de retomar a sua função normal quando termina o tratamento com o hormô-

*W. Kõnig, prefácio de Peptide and Protein Hormones (New York: VCH Publishers, 1993).

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Dee Unglaub Silverthorn

i- - - -

~1

-tcRH

(hipotálamo)

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(adeno-hipófise)

1 1 1 1 1 1

~ - -- - -11 1 1 1 1 1

Cortisol exógeno

--~

.tcortisol

(córtex da suprarrenal)

Tecido-alvo

Resposta

e

FIGURA 7-19 Retroalimentação negativa por cortisol exógeno. O hormônio administrado a uma pessoa por

motivos médicos terá o mesmo efeito de retroalimentação negativa que o hormônio endógeno.

REVISANDO CONCEITOS 18. Desenhe uma via reflexa similar à apresentada na Figura 7-1 9 para ilustrar o que acontece com os níveis dos hormônios e com a retroa limentação quando o córtex da suprarrenal atrofia e a secreção do cortisol está abaixo do normal. Resposta: p. 245

Problemas no receptor ou no segundo mensageiro causam responsividade anormal do tecido Doenças endócrinas nem sempre surgem devido a problemas com as glândulas endócrinas. Elas também podem ser desencadeadas por mudanças na responsividade do tecidoalvo aos hormônios. Nestas situações, o tecido-alvo apresenta respostas anormais mesmo que os níveis do hormônio estejam dentro da faixa normal. As mudanças nas respostas do tecido-alvo usualmente são causadas por interações anormais entre o hormônio e seu receptor, ou por alterações nas vias de transdução de sinal. Estes conceitos foram vistos para moléculas sinalizadoras em geral no Capítulo 6 [ ~ p . 193], então vamos limitar esta discussão a alguns exemplos típicos deresponsividade anormal do tecido no sistema endócrino.

Regulação para baixo Se a secreção de um hormônio é nio exógeno. Como você deve saber, hormônios esteroides podem ser usados para tratar envenenamentos e alergias graves. Entretanto, quando o tratamento termina, a dosagem deve ser diminuída gradualmente, para permitir que a hipófise e a suprarrenal possam voltar à sua produção normal de hormônios. Como resultado disso, as caixas de comprimidos esteroides orientam os pacientes que estão terminando o tratamento a tomarem seis comprimidos em um dia, cinco no próximo, e assim por diante. Cremes com baixa dosagem de esteroides normalmente não trazem risco de supressão por retroalimentação quando usados corretamente.

A hipossecreção diminui ou elimina os efeitos do hormônio Os sintomas da deficiência hormonal ocorrem quando muito pouco de um dado hormônio é secretado (hipossecreção). A hipossecreção pode ocorrer em qualquer ponto da via de controle endócrino, no hipotálamo, na hipófise, ou em outras glândulas endócrinas. Por exemplo, a hipossecreção dos hormônios da tireoide pode ocorrer se não há iodo suficiente na dieta para a glândula tireoide produzir seus hormônios iodados. A causa mais comum de síndromes de hipossecreção é a atrofia de uma glândula devido a algum processo patológico. As vias de retroalimentação negativa são afetadas pela hipossecreção, mas na direção oposta à hipersecreção. A falta da retroalimentação negativa faz com que os níveis do hormônio trófico aumentem à medida que tentam fazer com que a glândula defeituosa aumente a sua produção hormonal. Por exemplo, se o córtex da suprarrenal atrofia como resultado da tuberculose, a produção de cortisol diminui. O hipotálamo e a adeno-hipófise percebem que os níveis de cortisol estão abaixo do normal e aumentam a produção de CRH e ACTH, respectivamente, em uma tentativa de estimular a glândula suprarrenal a produzir mais cortisol.

anormalmente alta por um longo período de tempo, as células-alvo podem fazer regulação para baixo em seus (diminuir o número de) receptores em uma tentativa de diminuir a sua responsividade ao hormônio que está em excesso. A hiperinsulinemia (hiper-, elevado + insulina + -em.ia, no sangue) é um exemplo clássico de regulação para baixo no sistema endócrino. Nesta doença, os altos níveis sustentados de insulina no sangue fazem com que as células-alvo removam seus receptores de insulina da membrana celular. Pacientes que apresentam hiperinsulinemia podem apresentar sinais de diabete apesar de seus altos níveis de insulina no sangue.

Anormalidades do receptor e da transdução de sinal Muitas formas de doenças endócrinas hereditárias podem estar relacionadas a problemas com a ação hormonal na célula-alvo. Os endocrinologistas acreditavam que estes problemas eram raros, mas eles estão sendo cada vez mais reconhecidos, à medida que os cientistas aumentam seu conhecimento sobre os receptores e os mecanismos da transdução de sinal. Algumas doenças são ocasionadas por problemas com o receptor do hormônio. Se uma mutação altera a sequência de proteínas do receptor, a resposta celular à ligação hormônioreceptor pode ser alterada. Em outras mutações, os receptores podem estar ausentes, ou serem completamente não funcionais. Por exemplo, na síndrome da feminilização testicular, os receptores de androgênio não funcionam no feto masculino devido a uma mutação genética. Como resultado, os androgênios produzidos pelo feto em desenvolvimento são incapazes de influenciar o desenvolvimento da genitália. O resultado é uma criança que aparenta ser mulher, mas não . ,, " . possui utero nem ovanos. Alterações genéticas nas vias de transdução de sinal podem levar a sintomas de excesso ou deficiência hormonal. Na doença denominada pseudo-hipoparatireoidismo (pseudo-, falso + hipo, diminuído + paratireoide + -ismo, condição ou estado de ser), os pacientes apresentam sinais de níveis baixos do

Fisiologia Humana

{a) Hipersecreção secundária devido a problemas hipotalâmicos

DIFUNÇÃO NO HIPOTÁLAMO

....

{c) Hipersecreção primária devido a problemas no córtex da suprarrenal

(b) Hipersecreção secundária devido a problemas na hipófise

Hipotálamo

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Hipotálamo

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Sintomas de excesso

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237

Adeno-hipófise

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(.. ) DISFUNÇÃO NO CÓRTEX DA ~\....t Cortisol - - - - - - - SUPRARRENAL

Sintomas de excesso

Sintomas de excesso

• CRH - níveis altos

• CRH - níveis baixos

• CRH - níveis baixos

• ACTH - níveis altos

• ACTH - níveis altos

• ACTH - níveis baixos

• Cortisol - níveis altos

• Cortisol - níveis altos

• Cortisol - níveis altos

FIGURA 7-20 Hipersecreção primária e secundária de cortisol. Quando existe uma disfunção em uma glândula endócrina, a retroal imentação negativa falha.

hormônio da paratireoide mesmo que os níveis desse hormônio no sangue estejam normais ou elevados. Estes pacientes herdaram um defeito na proteína G que acopla o receptor do hormônio à enzima amplificadora do AMPc, a adenilato ciclase. Como a via de transdução de sinal não funciona, as células alvo são incapazes de responder ao hormônio da paratireoide, e os sinais de deficiência hormonal aparecem.

O diagnóstico de disfunções endócrinas depende da complexidade do reflexo O diagnóstico das disfunções endócrinas pode ser simples ou complicado, dependendo da complexidade do reflexo. No reflexo endócrino mais simples, como o do hormônio da paratireoide, se existe muito ou pouco hormônio, só existe um local onde o problema pode estar: nas glândulas paratireoides (ver Fig. 7-10). Entretanto, com os reflexos complexos hipotálamo-hipófise-glândula endócrina, o diagnóstico pode ser muito mais difícil.

Se uma disfunção (deficiência ou excesso) aparece na última glândula endócrina de um reflexo, o problema é considerado uma disfunção primária. Por exemplo, se um tumor no córtex da suprarrenal começa a produzir quantidades excessivas de cortisol, a condição resultante será chamada de hipersecreção primária. Se a disfunção ocorre em um dos tecidos que produzem os hormônios tróficos, o problema é uma disfunção secundária. Por exemplo, se a hipófise é danificada por um trauma na cabeça e a secreção do ACTH diminui, a deficiência de cortisol resultante é considerada uma hipossecreção secundária de cortisol. O diagnóstico das disfunções nas vias endócrinas complexas depende do entendimento da retroalimentação negativa na via de controle. A Figura 7-20 • mostra três possíveis causas para o excesso da secreção do cortisol. Para determinar qual a etiologia (causa) correta da doença de um paciente em particular, o médico deve verificar os níveis dos três hormônios da via de controle. Se o problema é a superprodução do CRH pelo hipotálamo (Fig. 7-20a), os níveis de CRH es-

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tarão acima do normal. Os altos níveis de CRH, por sua vez, causam a produção aumentada de ACTH, que, por sua vez, causa o aumento do cortisol. Isto é, portanto, uma hipersecreção secundária oriunda de um problema no hipotálamo. Na prática clínica, os distúrbios hipotalâmicos são raros. A Figura 7-20b mostra uma hipersecreção secundária do cortisol causada por um tumor na hipófise que secreta ACTH. Mais uma vez, os altos níveis de ACTH causam uma produção aumentada de cortisol, mas neste exemplo os altos níveis de cortisol têm um efeito de retroalimentação negativa no hipotálamo, diminuindo a produção do CRH. A combinação de baixos níveis de CRH e altos níveis de ACTH localiza o problema na hipófise. Esta disfunção é responsável por dois terços das síndromes (sin-, junto + -drome, correr; uma combinação de sintomas característicos de uma determinada disfunção) de hipersecreção de cortisol. Se os níveis de cortisol estão altos, mas os níveis de ambos os hormônios tróficos estão baixos, o problema deve ser uma disfunção primária (Fig. 7-20c). Existem duas explicações possíveis: hipersecreção endógena do cortisol, ou administração exógena de cortisol por razões terapêuticas (ver Fig. 7-19). Em ambos os casos, os altos níveis de cortisol agem como um sinal de retroalimentação negativa que interrompe a produção de CRH e ACTH. O padrão de cortisol alto com baixos níveis de hormônios tróficos indica uma disfunção primária. Quando o problema é um tumor na suprarrenal que passa a secretar cortisol de maneira desregulada, as vias de controle normais são completamente ineficazes. Apesar da

(a) Hipossecreção devido a dano na hipófise

e

Hipotálamo

CRH

Adeno-hipófise

Córtex da suprarrenal

)

e

ACTH )

e

Cortiso1)

Sintomas de deficiência

(b) Hipossecreção devido à atrofia do córtex da suprarrenal

Hipotálamo

Adeno-hipófise

Córtex da suprarrenal

e

CRH )

e

ACTH )

e

Cortisol )

Sintomas de deficiência

QUESTÃO DA FIGURA Para cada condição, use setas para indicar se os níveis dos três hormônios nessa via estarão aumentados, diminuídos ou sem modificações. Desenhe as alças de retroalimentação negativa onde elas estão funcionando.

e

FIGURA 7-21 cortisolismo.

Padrões de secreção hormonal no hipo-

A doença de Graves é uma forma de hiperatividade da glându la tireoide. Portanto, as pessoas com a doença de Graves têm níveis elevados de tiroxina no sangue e seus níveis de TSH são bastante baixos. Questão 4: Se os níveis de TSH são baixos e os de tiroxina são altos, a doença de Graves é uma disfunção primária ou secundária (que é resultado de um problema na adeno-hipófise ou no hipotálamo)? Explique sua resposta.

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retroalimentação negativa desativar a produção dos hormônios tróficos, o tumor não depende deles para a produção do cortisol, de modo que a secreção do cortisol continua mesmo na ausência deles. O tumor deve ser removido ou suprimido para que a secreção do cortisol possa ser controlada. A Figura 7-21 • mostra duas possíveis etiologias para a hipossecreção do cortisol. Você pode aplicar seu conhecimento sobre a retroalimentação negativa na via de controle hipotálamo-hipófise para prever se os níveis de CRH, ACTH e cortisol serão altos ou baixos em cada caso.

EVOLUÇÃO HORMONAL A sinalização química é um método antigo de comunicação ... e manutenção da homeostase. A medida que os cientistas sequenciam o genoma de diversas espécies, estão descobrindo que, em muitos casos, a estrutura e a função dos hormônios mudaram muito pouco desde os vertebrados mais primitivos até os mamíferos. Na verdade, as vias de sinalização hormonal que eram consideradas exclusivas dos vertebrados, como as do hormônio da tireoide e da insulina, também exercem papéis fisiológicos ou no desenvolvimento de invertebrados como os equinodermos e os insetos. Essa conservação evolutiva da função hormonal também é demonstrada pelo fato de que alguns hormônios de outros organismos apresentam atividade biológica quando administrados em humanos. Estudando quais partes de uma molécula hormonal não mudam de espécie para espécie, os cientistas têm descoberto pistas importantes para ajudar no desenvolvimento de fármacos agonistas e antagonistas. A capacidade de os hormônios não humanos funcionarem em seres humanos foi um fator decisivo para o nascimento da endocrinologia. Quando Best e Banting descobriram a insulina em 1921 e os primeiros pacientes diabéticos foram tratados com o hormônio, a insulina era extraída do pâncreas de vacas, de porcos e de ovelhas. Até meados de 1980, os açougues eram a maior fonte de insulina para uso clínico. Hoje em dia, com a engenharia genética, o gene humano da insulina é inserido em bactérias, as quais então sintetizam o hormônio, fornecendo, assim, uma fonte inesgotável de insulina humana.

Fisiologia Humana

Corpo caloso

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Tálamo -~~~---=~~~ ~~~­ ~~

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A glândula pineal é uma estrutura do tamanho de uma ervilha, localizada profundamente no encéfalo dos seres humanos. Há aproximadamente 2000 anos, era considerado que este "trono da alma" agisse como uma válvula que regulava o fluxo de espíritos vitais e do conhecimento no cérebro. Em 1950, entretanto, os cientistas concluíram que ela era uma estrutura vestigial sem função conhecida.

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A melatonina é um hormônio derivado de aminoácidos sintetizado a partir do triptofano. 50 '@'

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Meio-dia

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Seis da manhã

Meio- Três da -dia tarde

A melatonina é o "hormônio da escuridão", secretado à noite, enquanto dormimos. É o mensageiro químico que transmite informação sobre os ciclos claro-escuro para o centro encefálico que governa o relógio biológico do corpo. (Adaptada de J. Arendt, Clin. Endocrinol. 29: 205-229, 1988.)

•

FIGURA 7-22

Em meados de 1957, aconteceu uma das maravilhosas coincidências que ocorrem na pesquisa científica. Um investigador ouviu falar de um fator da glândula pineal dos bovinos que deixava a pele mais clara em anfíbios. Usando a metodologia clássica da endocrinologia, ele obteve glândulas pineais de um açougue e começou a fazer extratos. Seu ensaio biológico consistia em colocar extratos da pineal em bacias com girinos vivos para ver se sua pele ficava mais branca. Muitos anos e centenas de milhares de glândulas pineais depois, ele tinha isolado uma pequena quantidade de melatonina. Cinquenta anos depois, ainda estamos aprendendo sobre as funções da melatonina em humanos. Além do seu papel nos ciclos sono-vigília e no relógio interno do corpo, os cientistas têm evidências de que a melatonina é um poderoso antioxidante ($ p. 24). Alguns estudos usando modelos de doenças de Alzheime em camundongos sugerem que a melatonina pode ajudar a retardar a progressão da doença. O hormônio também é conhecido por estimular a funcão imunitária, havendo estudos em andamento para ver se ele pode retardar o crescimento de tumores malignos. A melatonina tem sido relacionada à função sexual, ao início da puberdade e ao distúrbio afetivo sazonal (SADO) dos meses mais escuros do inverno. Para uma revisão, ver "Melatonin: lowering the high price of free radicais", News in Physiologica/ Sciences 15: 246-250, Oct. 2000 (http://nips.physiology.org).

Glândula pineal e a melatonina.

Apesar de muitos hormônios terem a mesma função na maioria dos vertebrados, alguns hormônios que têm um papel fundamental na fisiologia dos vertebrados inferiores parecem ser evolutivamente "inúteis" em humanos. A calcitonina é um bom exemplo desses hormônios. Apesar de ter um papel fundamental no metabolismo do cálcio nos peixes, a calcitonina aparentemente não possui uma influência significante no equilíbrio diário do cálcio dos seres humanos

adultos. Nem a deficiência nem o excesso de calcitonina estão associados a qualquer condição ou sintoma patológico. Embora a calcitonina não seja um hormônio significativo em humanos, o gene da calcitonina codifica uma proteína biologicamente ativa. As células no encéfalo processam o RNAm do gene da calcitonina para produzir um peptídeo denominado peptídeo relacionado ao gene da calcitonina (CGRP), que aparentemente age como um neurotransmissor.

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Os pesquisadores descobriram que a doença de Graves é uma doença autoimune na qual o corpo não reconhece o seu próprio tecido. Nesta condição, o corpo produz anticorpos que imitam o TSH e se ligam aos receptores do TSH, ativando-os. Esse sinal fa lso " engana " a glândula tireoide, causando uma superprodução do hormônio da tireoide. Mais mulheres do que homens são diagnosticadas com doença de Graves, talvez devido à influência dos hormônios femininos na função da t ireoide. Estresse e outros fatores ambientais também podem estar implicados no hipertireoidismo.

Questão 5: Anticorpos são proteínas que se ligam ao receptor do TSH. A partir dessa informação, o que se pode concluir sobre a localização celular do receptor do TSH? Questão 6: Na doença de Graves, por que a retroalimentação negativa não interrompe a produção do hormônio da tireoide antes que ele se torne excessivo?

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O CGRP pode atuar como um poderoso vasodilatador, e um estudo recente mostrou que um antagonista do receptor do CGRP pode tratar com sucesso a enxaqueca, que é causada pela dilatação dos vasos sanguíneos do encéfalo (vasodilatação). A capacidade de um gene produzir múltiplos peptídeos é uma das razões pelas quais a pesquisa está mudando seu foco da genômica para a fisiologia e a proteômica (o estudo do papel das proteínas nas funções fisiológicas) [ ~ p. 6]. Algumas estruturas endócrinas que são importantes nos vertebrados inferiores são vestigiais (vestigium, traço) nos se-

res humanos, o que significa que nos seres humanos estas estruturas estão presentes como glândulas minimamente funcionais. Por exemplo, o hormônio estimulador de melanócitos (MSH) da parte intermédia da hipófise controla a pigmentação em répteis e anfíbios. Entretanto, humanos adultos têm apenas uma parte intermediária vestigial, e normalmente não têm níveis mensuráveis de MSH no sangue. Na área da pesquisa, a endocrinologia comparada - o estudo da endocrinologia em organismos não humanos - tem feito contribuições significativas para a nossa busca de compreender o corpo humano. Muitos dos modelos da fisiologia humana são fundamentados em pesquisas realizadas em peixes, sapos, ratos, etc. Por exemplo, a melatonina (Fig. 7-22 e ), um hormônio da glândula pineal, foi descoberta por meio de pesquisas em girinos. Muitos vertebrados pequenos têm ciclos de vida curtos que facilitam o estudo do envelhecimento ou da fisiologia reprodutiva. Camundongos geneticamente modificados (transgênicos ou knock-out) têm fornecido aos pesquisadores informações importantes sobre proteômica. Grupos que protestam contra a pesquisa em animais argumentam que os cientistas não deveriam fazer experimentos em animais e que deveriam usar apenas culturas de células e modelos gerados por computador. As culturas de células e os modelos são intrumentos valiosos e podem ser úteis porém nos estágios iniciais das pesquisas, porém em algum momento os novos medicamentos e procedimentos devem ser testados em organismos intactos antes da realização dos ensaios clínicos em seres humanos. Cientistas responsáveis seguem regulamentações para o uso apropriado de animais e limitam o número de animais sacrificados ao mínimo necessário para conseguir dados válidos. Neste capítulo, foi examinado como o sistema endócrino ajuda a regular os processos mais lentos no corpo. No próximo capítulo, veremos como o sistema nervoso lida com as respostas mais rápidas necessárias para manter a homeostase.

Doença de Graves Neste solucionando o problema, você aprendeu que na doença de Graves os níveis dos hormôn ios da tireoide estão elevados porque uma proteína do sistema imunitário imita o TSH. Você também aprendeu que a glândula tireoide concentra iodo para a síntese dos hormônios da t ireoide e que o iodo radiativo pode concentrar-se na glândula e destru ir as células da tireoide. A doença de Graves é a forma mais comum de hipertireoidismo. Pessoas famosas que já sofreram desta doença incluem o ex-

1a

presidente dos Estados Unidos George H. W. Bush e a Primeira Dama Barbara Bush. Para aprender mais sobre a doença de Graves e outras doenças da tireoide, veja o website da Endrocrine Society's Hormone Fundation em www.hormone.org ou da Americam Thyroid Association em www.thyroid.org. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

A qual das três classes de hormônios pertencem os hormônios da t ireoide?

As três classes de hormônios são peptídeos, esteroides e derivados de aminoácidos.

Os hormônios da tireoide são produzidos a partir do aminoácido tirosina; portanto, eles são derivados aminoácidos.

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Fisiologia Humana

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1b

Se a dieta de uma pessoa é pobre em iodo, o que acontece com a produção de tiroxina?

A g lândula tireoide concentra iodo e o combina com o aminoácido tirosina para produzir os hormônios da t ireoide.

Se a dieta é pobre em iodo, a pessoa é incapaz de produzir os hormônios da tireoide.

2a

Em uma pessoa normal, quando os níveis de hormôn ios da tireoide no sangue aumentam, a retroalimentação negativa aumenta ou diminu i a secreção do TSH?

A retroal imentação negativa interrompe as alças de resposta.

Normalmente, a retroalimentação negativa dim inui a secreção de TSH.

2b

Em uma pessoa com uma g lândula tireoide hiperativa, a qual produz muito hormônio, você esperaria que os níveis de TSH estivessem maiores ou menores do que em uma pessoa normal?

3

Por que o iodo radiativo (ao invés de algum outro elemento radiativo, como o cobalto) é usado para destruir o tecido da t ireoide?

A g lândula tireoide concentra iodo para produzir os hormôn ios da t ireoide.

O iodo radiativo se concentra na glândula tireoide e seletivamente destrói esse tecido. Outros elementos radiativos se d istribuiriam mais amplamente no corpo e poderiam causar danos aos tecidos normais.

4

Se os níveis de TSH são baixos e os de tiroxina são altos, a doença de Graves é uma d isfunção primária ou secundária (que aparece como resultado de um problema na adeno-hipófise ou no hipotálamo)? Explique sua resposta.

Em distúrbios de hipersecreção secundários, é esperado que os níveis de hormônios tróficos hipotalâmicos e/ou da adenohipófise estejam elevados.

Na doença de Graves, o nível de TSH secretado pela adeno-hipófise é muito baixo. Então, a hipersecreção dos hormônios da tireoide não é resultado de um aumento de TSH. Isto significa que a doença de Graves é uma disfunção primária causada por problemas na própria glândula tireoide.

5

Anticorpos são proteínas que se ligam ao receptor do TSH. A partir dessa informação, o que se pode concluir sobre a localização celular do receptor do TSH?

Os receptores podem ser receptores de membrana ou receptores intracelulares. As proteínas não cruzam a membrana celular.

O receptor do TSH é um receptor de membrana. Ele usa a via de segundo mensageiro do AMPc para a transdução de sinal.

6

Na doença de Graves, por que a retroalimentação negativa não interrompe a produção do hormôn io da tireoide antes que ele se torne excessivo?

Na retroalimentação negativa normal, os níveis elevados de hormônios da t ireoide in ibem a secreção do TSH. Sem o estímulo do TSH, a tireoide para de produzir os hormônios.

Na doença de Graves, os altos níveis de hormônios da tireoide interromperam a produção do TSH endógeno. Entretanto, a glândula tireoide continua produzindo hormônios em resposta à ligação dos anticorpos aos receptores do TSH. Nesta situação, a retroalimentação negativa não corrige o problema.

Se os níveis dos hormônios da tireoide estão altos, pode-se esperar uma retroalimentação negativa intensa e até n íveis mais baixos de TSH do que o normal.

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RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, você foi apresentado ao sistema endócrino e ao seu papel na comunicação e no controle de processos fisiológicos. Como você viu antes, a compartimentalização do corpo em compartimentos

intracelular e extracelular significa que são necessários mecanismos especiais que permitam que os sinais passem de um compartimento para outro. Este capítulo também apresentou padrões básicos que se-

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rão encontrados no estudo de vários sistemas de órgãos: as diferenças entre as três classes químicas dos hormônios, as vias reflexas dos hormônios, os tipos de interação hormonal e as disfunções endócrinas.

Hormônios Sistema endócrino: revisão do sistema endócrino

1. A especificidade de um hormônio depende de seus receptores e de suas vias de transdução de sinal associadas. (p. 216) 2. Um hormônio é uma substância química secretada por uma célula ou um grupo de células no sangue para o transporte até um alvo distante, onde é eficaz em concentrações muito baixas. (p. 217) 3. Feromônios são sinais químicos liberados no meio externo. (p. 219) 4. Os hormônios se ligam a receptores para iniciar respostas conhecidas como mecanismo celular de ação. (p. 220) 5. A atividade hormonal é limitada pelo término da secreção, pela remoção do hormônio do sangue ou pelo término da atividade na célula-alvo. (p. 220) 6. A taxa de degradação de um hormônio é indicada pela meiavida do hormônio. (p. 221)

Classificação dos hormônios Sistema endócrino: bioquímica, secreção e transporte de hormônios, e a ação dos hormônios nas células-alvo

7. Existem três tipos de hormônios: hormônios peptídeo/proteína, compostos de três ou mais aminoácidos; hormônios esteroides, derivados do colesterol; e hormônios derivados de aminoácidos, derivados do triptofano (p. ex., melatonina) ou da tirosina (p. ex. catecolaminas e hormônios da tireoide). (p. 221) 8. Os hormônios peptídeos são sintetizados como pré-pró-hormônios inativos e processados a pró-hormônios. Os pró-hormônios são clivados em hormônio ativo e fragmentos peptídicos que são cossecretados. (p. 221; Figs. 7-3, 7-4) 9. Os hormônios peptídeos se dissolvem no plasma e têm uma meia-vida curta. Eles se ligam a receptores na membrana das células-alvo e iniciam respostas celulares rápidas pela transdução de sinal. Em alguns casos, os hormônios peptídeos também estimulam a síntese de novas proteínas. (p. 221; Fig. 7-5) 10. Os hormônios esteroides são sintetizados à medida que são necessários. Eles são hidrofóbicos, e a maior parte dos hormônios esteroides presente no sangue está ligada a proteínas carreadoras. Esteroides têm uma meia-vida prolongada. (p. 222) 11. Receptores esteroides tradicionais estão dentro das células, onde eles ativam e desativam genes e regulam a síntese de novas proteínas. A resposta celular é mais lenta do que ocorre com os hormônios peptídeos. Os hormônios esteroides podem ligar-se a receptores na membrana e ter efeitos não genômicos. (p. 223; Fig. 7-7) 12. Hormônios derivados de aminoácidos podem comportar-se como hormônios peptídeos típicos ou como uma combinação de hormônio esteroide e hormônio peptídeo. (p. 225; Fig. 7-8)

Controle da liberação hormonal Sistema endócrino: eixo hipotálamo-hipófise

13. Células endócrinas clássicas agem tanto como sensor quanto como centro integrador na via reflexa simples. (p. 226; Fig. 7-10) 14. Muitos reflexos endócrinos envolvem o sistema nervoso, tanto por meio de neuro-hormônios quanto por meio de neurônios que influenciam a liberação hormonal. (p. 228) 15. A glândula hipófise é composta pela adeno-hipófise (uma glândula endócrina verdadeira) e pela neuro-hipófise (uma extensão do encéfalo). (p. 228; Fig. 7-11) 16. A neuro-hipófise libera dois neuro-hormônios, a ocitocina e a vasopressina, que são produzidos no hipotálamo. (p. 228; Fig. 7-12) 17. Os hormônios tróficos controlam a secreção de outros hormônios. (p. 229) 18. Os hormônios da adeno-hipófise são controlados por hormônios liberadores e hormônios inibidores do hipotálamo. (p. 229; Fig. 7-13) 19. Nos reflexos endócrinos complexos, os hormônios da via agem como sinais de retroalimentação negativa. (p. 230; Fig. 7-14) 20. Os hormônios tróficos hipotalâmicos chegam até a hipófise por meio do sistema porta hipotálamo-hipófise. (p. 232; Fig. 7-16) 21. Existem seis hormônios da adeno-hipófise: prolactina, hormônio do crescimento, hormônio folículo-estimulante, hormônio luteinizante, hormônio estimulante da tireoide e hormônio adrenocorticotrófico. (p. 233; Fig. 7-13)

Interações hormonais 22. Se a combinação de dois ou mais hormônios gera um resultado maior do que a simples adição, esta interação é denominada sinergismo. (p. 234; Fig. 7-18) 23. Se um hormônio não pode exercer completamente seu efeito a menos que um segundo hormônio esteja presente, o segundo hormônio tem um efeito permissivo em relação ao primeiro. (p. 234) 24. Se um hormônio se opõe à ação de outro, os dois são hormônios antagonistas um do outro. (p. 235)

Disfunções endócrinas 25. Doenças de excesso hormonal geralmente são devidas à hipersecreção. Os sintomas da deficiência hormonal ocorrem quando muito pouco hormônio é secretado (hipossecreção). Aresponsividade anormal dos tecidos pode resultar de problemas com os receptores do hormônio ou com as vias de transdução de sinal. (p. 235-236) 26. As disfunções primárias surgem na última glândula endócrina em um reflexo. Uma disfunção secundária é um problema com um dos tecidos que produzem os hormônios tróficos. (p. 237; Fig. 7-20)

Evolução hormonal 27. Muitos hormônios humanos são similares a hormônios encontrados em outros vertebrados. (p. 238)

Fisiologia Humana

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QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. O estudo dos hormônios é chamado de _ ___. 2. Liste as três maneiras básicas pelas quais os hormônios agem nas suas células-alvo. 3. Liste cinco glândulas endócrinas e cite um hormônio que cada uma secreta. Diga um efeito de cada hormônio citado. 4. Relacione os seguintes pesquisadores com seus experimentos: (a) Lower 1. Isolou hormônios tróficos do (b) Berthold hipotálamo de porcos e ovelhas (c) Guillemin e Shalley 2. Anunciou rejuvenescimento (d) Brown-Séquard sexual após injeções de extrato (e) Banting e Best de testículos 3. Isolou a insulina 4. Descreveu precisamente a função da glândula hipófise 5. Estudou o desenvolvimento das cristas em galos castrados 5. Coloque em ordem os seguintes passos para se identificar uma glândula endócrina: (a) Purificar os extratos e identificar as substâncias ativas. (b) Realizar terapia de reposição com a glândula ou seus extratos para observar se as anormalidades desaparecem. (c) Implantar a glândula ou administrar o extrato da glândula em um animal normal e observar se os sintomas característicos do excesso hormonal aparecem. (d) Colocar o animal em um estado de deficiência hormonal, removendo a glândula suspeita, e monitorar o desenvolvimento das anormalidades. 6. Para uma substância química ser definida como um hormônio, ela tem de ser secretada no para ser transportada a um ____ e ter efeito em concentrações . 7. Qual o significado do termo meia-vida em relação à atividade de moléculas hormonais? 8. Metabólitos são moléculas de hormônio inativada, degradadas por enzimas encontradas primariamente no e _ _ __, para serem excretadas na e , respectivamente. 9. Candidatos a hormônios frequentemente têm a palavra _ _ _ _ como parte do seu nome. 10. Liste e defina as três classes químicas dos hormônios. Cite um hormônio de cada classe. 11. Decida se cada uma das características a seguir se aplica melhor a hormônios peptídeos, hormônios esteroides, ambos, ou nenhum deles. (a) São lipofóbicos e devem utilizar um sistema de transdução de sinal. (b) Possuem uma meia-vida curta, medida em minutos. (c) Geralmente têm um intervalo de tempo de 90 minutos até que seus efeitos sejam percebidos. (d) São hidrossolúveis e, portanto,facilmente dissolvidos no líquido extracelular para o transporte. (e) A maior parte dos hormônios pertence a essa classe. (f) Todos são derivados do colesterol.

12. 13.

14.

15.

16. 17.

18. 19. 20. 21. 22.

23.

(g) Consistem em três ou mais aminoácidos unidos. (h) São liberados no sangue para serem transportados a um órgão-alvo distante. (i) São transportados no sangue ligados a proteínas carreadoras. (j) São todos lipofílicos, portanto difundem-se facilmente através das membranas. Por que os hormônios esteroides usualmente levam muito mais tempo para agir do que os hormônios peptídeos? Quando os hormônios esteroides agem no núcleo celular, o complexo hormônio-receptor atua como um fator , liga-se ao DNA e ativa um ou mais , que produzem RNAm para dirigir a síntese de novas . Pesquisadores descobriram que algumas células têm receptores para hormônios esteroides adicionais na sua , permitindo uma resposta mais rápida. A melatonina é sintetizada a partir do aminoácido , e as catecolaminas e hormônios da tireoide são sintetizados a partir do aminoácido . Um hormônio que controla a secreção de outro hormônio é conhecido como um hormônio . Em vias de controle reflexo envolvendo hormônios tróficos e múltiplos centros integradores, os próprios hormônios agem como sinais de suprimindo a secreção do hormônio trófico inicial do reflexo. Que característica define os neuro-hormônios? Liste os dois hormônios secretados pela glândula neuro-hipófise. A qual classe química eles pertencem? O que é o sistema porta hipotálamo-hipófise? Por que ele é tão importante? Liste os seis hormônios da glândula adeno-hipófisei cite uma ação de cada. Quais deles são hormônios tróficos? Em que a retroalimentação negativa de alça longa e a de alça curta diferem? Dê um exemplo de cada uma no sistema endócrino. Quando dois hormônios trabalham juntos para criar um efeito que é maior do que a simples adição, essa interação é chamada de . Quando dois hormônios têm de estar presentes para se atingir a expressão total de um efeito, essa interação é chamada de . Quando as atividades hormonais se opõem uma à outra, esse efeito é chamado de ____.

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

24. Mapeie os seguintes grupos de termos. Adicione outros termos se desejar. Lista 1 Lista 2 Aparelho de Golgi ACTH Cossecreção Adeno-hipófise Exocitose Célula endócrina Hormônio peptídeo Glândula endócrina periférica Pré-pró-hormônio Gonadotrofinas Pró-hormônio Hipotálamo Receptor hormonal Hormônio do crescimento Resposta da célula-alvo Hormônio inibidor Retículo endoplasmático Hormônio liberador

7

244

Dee Unglaub Silverthorn

Hormônio trófico Neuro-hipófise Neuro-hormônio Neurônio Ocitocina Peptídeo/proteína Prolactina Sangue Sistema porta TSH Vasopressina 25. Compare e diferencie os termos nos seguintes grupos: (a) agente parácrino, hormônio, citocina. (b) disfunções endócrinas primárias e secundárias. (c) hipersecreção e hipossecreção. (d) adeno-hipófise e neuro-hipófise. 26. Compare e diferencie as três classes químicas de hormônios. Sequência-sinal Síntese Vesícula secretora

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NÍVEL TRÊS

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

30. O seguinte gráfico representa o desaparecimento de um fármaco do sangue à medida que ele é metabolizado e excretado. Com base no gráfico, qual é a meia-vida do fármaco?

6

12

9

15

- - Tempo (horas) -

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

27. Você encontrou os termos especificidade, receptores e regulação para baixo em outros capítulos neste texto. Os seus significados mudam quando aplicados ao sistema endócrino? Que características químicas e físicas hormônios, enzimas, proteínas de transporte e receptores têm em comum que tornam a especificidade tão importante? 28. A dexametasona é utilizada para suprimir a secreção do hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) da adeno-hipófise. Dois pacientes com hipersecreção de cortisol receberam dexametasona. A secreção de cortisol do paciente A diminui para níveis normais, mas a secreção de cortisol do paciente B continua elevada. Desenhe mapas das vias reflexas para estes dois pacientes (ver Fig. 7-15 para um modelo) e use esses mapas para determinar qual paciente tem hipercortisolismo primário. Explique o seu . , . rac1oc1n10. 29. Alguns dos primeiros experimentos com pílulas anticoncepcionais masculinas utilizavam fármacos que suprimiam a liberação de gonadotrofinas (FSH e LH). Entretanto, os homens paravam de tomá-las porque elas diminuíam a secreção de testosterona, o que diminuía o desejo sexual e causava impotência. (a) Utilize as informações fornecidas na Figura 7-13 para desenhar a via reflexa GnRH-FSH/LH-testosterona. Use esta via para mostrar como a supressão das gonadotrofinas diminui a produção de espermatozoides e a secreção de testosterona. (b) Subsequentemente, os pesquisadores sugeriram que um tratamento melhor seria administrar testosterona extra aos homens. Desenhe outra cópia da via reflexa para mostrar como a testosterona pode suprimir a produção de espermatozoides sem o efeito colateral da impotência.

3

18 -

21

24

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31. O gráfico a seguir mostra as concentrações plasmáticas de TSH

em três grupos de pacientes. Qual padrão seria consistente com as seguintes disfunções? Explique sua resposta. (a) hipotireoidismo primário (b) hipertireoidismo primário (c) hipertireoidismo secundário

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32. Com base no que você aprendeu sobre a via de secreção da insulina, desenhe um gráfico mostrando o efeito que a concentração de glicose no plasma tem sobre a secreção da insulina.

Fisiologia Humana

245

RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de

11

Revisando

conceitos·' Página 221 1. A glicose entra nas células por difusão fadlitada (transportadores GLUT). Página 221 2. O sufixo -ase indica uma enzima. Uma peptidase digere peptídeos. Página 221 3. Um hormônio é uma substância química secretada no sangue e que age em um alvo distante em concentrações muito baixas. 4. Uma célula produtora de esteroides deve possuir um extenso retículo endoplasmático liso; uma célula produtora de proteínas deve possuir retículo endoplasmático rugoso abundante e vesículas secretadas. Página 225 5. As três classes químicas de hormônios são peptídeos, esteroides e derivados de aminoáddos. 6. A meia-vida curta sugere que a aldosterona não está ligada a proteínas no plasma tanto quanto a maioria dos hormônios esteroides estão. Página 226 7. O sinal de entrada é o estímulo, o receptor e a via aferente. A integração do sinal ocorre no centro integrador. O sinal de saída é a via eferente. 8. O aumento da glicose no sangue é o estímulo. A secreção de insulina é a via eferente; a diminuição da glicose no sangue é a resposta. 9. A liberação de insulina pela glicose no sangue é o reflexo 6. A liberação de insulina acionada por um sinal neural após uma refeição é o reflexo 3. A liberação de insulina em resposta a um hormônio digestório é mais próxima do reflexo 4, apesar da questão não indicar se o hormônio é neurossecretório. Se ele não é, não existe uma via na Figura 6-31 que se enquadre. Página 227 10. Estímulo: diminuição da glicose sanguínea; sensor/centro integrador: células endócrinas do pâncreas; via eferente: glucagon; efetor: vários tecidos-alvo; resposta: aumento da glicose sanguínea. Página 228 11. As catecolaminas são hormônios derivados de aminoácidos. Página 229 12. Os microtúbulos do citoesqueleto transportam as vesículas secretoras.

13. Os conteúdos das vesículas secretoras são liberados por exocitose. Página 232 14. A via 5 na Figura 6-31 se enquadra no padrão complexo descrito. Páina 233 15. (a) Via 4; (b) via 4 para o GH agindo diretamente nos alvos, e via 5 para o GH agindo no fígado. Página 233 16. Os alvos são as células endócrinas da adeno-hipófise. 17. A via é interrompida quando não há mais comida presente no intestino para gerar um estiramento. A diminuição da glicose no sangue também pode atuar como um sinal de retroalimentação negativa. Página 236 18. O nível de cortisol é baixo; menos retroalimentação negativa torna os níveis de CRH e ACTH altos.

7 Respostas para as questões das figuras Página 226 Fig. 7-8: A conversão da tirosina em dopamina adiciona um grupo hidroxila (-OH) ao carbono-6 do anel e substitui o grupo carboxila (-COOH) por um hidrogênio. A noradrenalina é produzida a partir da dopamina com a substituição de um hidrogênio por um grupo hidroxila. A adrenalina é produzida a partir da noradrenalina substituindo um hidrogênio ligado ao nitrogênio por um grupo metila (-CH3). Página 227 Fig. 7-9: A via começa com a ingestão de uma refeição e finaliza quando o estímulo do estiramento desaparece à medida que o alimento é digerido e absorvido no trato digestório. Página 231 Fig. 7-15: Na retroalimentação negativa de alça curta, o ACTH retroalimenta inibindo o CRH. Página 238 Fig. 7-21: (a) CRH alto, ACTH baixo, cortisol baixo. Nenhuma alça de retroalimentação negativa está funcionando. (b) CRH normal/alto, ACTH alto, cortisol baixo. A ausência de retroalimentação por parte do cortisol aumenta os hormônios tróficos. A retroalimentação negativa de alça curta do ACTH pode manter o CRH dentro do padrão normal.

A

•

euron1os:

Organização do sistema nervoso

270

Células do sistema nervoso

272

249 253

Os neurônios conduzem sinais elétricos As células da glia dão suporte aos neuron1os Os adultos possuem células tronco • neura1s A

253

•

Sinais elétricos nos neurônios 256

A equação de Nernst calcu la o potencial de membrana para um único íon 256 A equação de GHK calcula o potencial de membrana usando vários íons 257 O movimento dos íons gera sinais elétricos 257 Canais com portão controlam a permeabilidade iôn ica do neurôn io 258 As mudanças na permeabil idade dos canais geram sinais elétricos 258 Os potenciais graduados refletem a intensidade do estímu lo 261 Os potenciais de ação percorrem longas distâncias 262 Na+ e K+ se movem através da membrana durante os potenciais de açao 263 Os canais de Na+ no axônio têm dois portões 264 Os potenciais de ação não são d isparados durante o período refratário absoluto 265 A intensidade do estímulo é codificada pela frequência dos potenciais de ação 265 Um potencial de ação não altera os gradientes de concentração iônica 266 Os potenciais de ação são conduzidos 270 Neurônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente

-

A condução é mais rápida em axônios mielin izados Fatores químicos alteram a atividade elétrica

Comunicação célula-célula no sistema nervoso 273 274 275 275 278

279 280

Os neurôn ios nas sinapses O cálcio é o sinal para a liberação do neurotransmissor na sinapse Os neurônios secretam sina is químicos O sistema nervoso secreta substâncias , . neurocr1nas Múlt iplos tipos de receptores amplificam os efeitos dos neu rotra nsm issores Algumas respostas pós-sinápticas são lentas A atividade dos neurotransmissores é rapidamente fina lizada

Integração da transferência da informação neural 283

As vias neura is podem envolver muitos neuron1os 284 A atividade sináptica pode ser modulada 286 A potenciação de longa duração altera • as sinapses 287 Alterações na transmissão sináptica são responsáveis por muitas doenças 287 O desenvolvimento do sistema nervoso depende de sinais quím icos 288 Quando os neurôn ios são dan if icados, os segmentos separados do corpo celu lar morrem A

•

CONHECIMENTOS BÁSICOS Vias reflexas: 198 Organelas celulares: 63 Neuro-hormônios: 180 Canais com portão: 144 Matriz extracelular: 80 Junções comunicantes: 179 Retroalimentação positiva: 203 Fagocitose: 152 Controle antagonista: 196 Secreções neurócrinas: 180 Potencial de membrana em repouso: 166 Exocitose: 154 Potencial de equilíbrio: 168 Bioeletricidade: 164

O {Uturo da neurologia clínica e da psiquiatria está intimamente ligado ao da neurociência molecular.

-Eric R. Kandel, James H. Schwartz e Thomas M. jessell, no prefácio de seu livro, Principies of Neural Science, 2000

Fisiologia Humana

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SOLUCIONANDO O PROBLEMA Sinônimos em neurociências

Paralisia misteriosa "Como uma enfermaria de pol io dos anos 1950" foi como o neurologista Guy McKhann da Escola de Medicina Johns Hopkins descreveu uma ala do Hospital de Beijing que ele visitou quando viajou para a China em 1986. Dezenas de crianças paralisadas, algumas usando respiradores artificiais, lotavam a enfermaria. Os médicos chineses pensavam que as crianças t inham a síndrome de Guillain-Barré, uma condição rara de paralisia, mas o Dr. Mckhann não estava convencido. Existia simplesmente um número muito grande de crianças para ser uma doença rara como a síndrome de Guillain-Barré. Seria alguma poliomielite, como parte da equipe de médicos de Beiji ng tem ia? Ou era outra doença talvez ainda não descoberta?

249

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290

TERMOS USADOS NESTE LIVRO

Potencial de ação

Impulso nervoso, potencial em ponta, sinal conduzido, PA

Sistema nervoso autôno mo

Sistema nervoso visceral

Axônio

Fibra nervosa

Transporte axonal

Fluxo axoplasmático

Terminal axônico

Botão sináptico, terminal axonal, terminal pré-sináptico

Axoplasma

Citoplasma do axônio

Corpo celular

Soma celular, corpo do neurônio

Membrana celular do axon10

Axolema

Células da glia

Neuroglia, glia

lnterneurônio

Neurônio de associação

Retículo endoplasmático rugoso

Substância de Nissl, corpo de Nissl

Neurônio sensorial

Neurônio aferente, aferente

A

m uma cena misteriosa de um filme de ficção científica, técnicos vestidos de branco movem-se silenciosa- mente por uma sala repleta de tanques cilíndricos bor.... bulhantes para peixes. A medida que a câmera se aproxima de um dos tanques não se vê peixes se movimentando por entre as plantas aquáticas. O solitário ocupante do tanque é uma massa cinzenta com uma superfície convoluta como uma noz e que possui uma longa cauda que parece ter contas nas bordas. A partir das contas flutuam centenas de fibras finas que ondulam suavemente à medida que as bolhas de oxigênio passam entre elas. Isto não é uma criatura marinha ... Isto é um encéfalo e uma medula espinal removidos de seu proprietário original e que aguardam o transplante para outro corpo. Isto pode ser real? Este cenário é possível? Ou isto é apenas uma criação de um roteirista de cinema criativo? O encéfalo é considerado a sede da alma, a fonte misteriosa das características que nós acreditamos que distinguem os seres humanos dos outros animais. O encéfalo e a medula espinal são também centros integradores da homeostase, do movimento e de muitas outras funções corporais. Eles são o centro de controle do sistema nervoso, uma rede de bilhões ou trilhões de células nervosas ligadas umas às outras de uma maneira extremamente organizada para formar o sistema de controle rápido do corpo. As células nervosas, ou neurônios, conduzem rapidamente sinais elétricos e, em alguns casos, por longas distâncias. Eles têm um formato único e muitos têm extensões longas e finas, ou processos, que podem estender-se até um metro de comprimento. Na maioria das vias, os neurônios liberam sinais químicos, denominados neurotransmissores, no líquido extracelular. Em algumas vias, os neurônios são conectados por junções comunicantes [ ~ p. 179], que permitem que os sinais elétricos passem diretamente de célula para célula. O uso de sinais elétricos para liberar substâncias químicas de uma célula não é exclusivo dos neurônios, como você

SINÔNIMOS

•

8

aprendeu no Capítulo 5 [ $ p. 164]. Protozoários unicelulares e plantas também utilizam mecanismos de sinalização elétrica, em muitos casos usando os mesmos tipos de canais iônicos que os vertebrados. Sequenciando as proteínas dos canais iônicos, os cientistas descobriram que muitas destas proteínas foram conservadas durante a evolução, indicando sua importância fundamental. Embora a sinalização elétrica seja universal, as redes neurais sofisticadas são exclusivas do sistema nervoso animal. As vias reflexas no sistema nervoso não seguem necessariamente uma linha reta de um neurônio para o outro. Um neurônio pode influenciar múltiplos neurônios, ou muitos neurônios podem afetar a função de um único neurônio. A complexidade das redes neurais é a base das propriedades emergentes do sistema nervoso: processos complexos como a consciência, a inteligência e a emoção, que não podem ser previstos a partir do que conhecemos sobre as propriedades individuais dos neurônios. A busca para explicar as propriedades emergentes torna a neurociência uma das áreas de estudo mais ativas da fisiologia atual. A neurociência, assim como várias outras áreas da ciência, tem sua linguagem especializada própria. Em muitos casos, vários termos descrevem uma única estrutura ou função, o que potencialmente pode levar à confusão. A Tabela 8-1 e lista alguns termos da neurociência usados neste livro, junto com os seus s1non1mos comuns. o

A

o

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Dee Unglaub Silverthorn

Encéfalo SISTEMA NERVOSO CENTRAL (encéfalo e medula espinal)

Sinal Neurônios .. sensoriais (aferentes)

Neurônios eferentes

Medula espinal

estimulam

Neurônios motores somáticos

Neurônios autonômico~

Receptores • • sensoriais Simpático . comunicam-se com estimulam

controlam

1

controlam

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1---------+-~ 1---------+-~

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Sinal

Parassi mpático

• Músculo cardíaco • Músculo liso • Glândulas/células exócrinas • Algumas células/glândulas endócrinas • Parte do tecido adiposo

Neurônios do sistema nervoso entérico

Músculos esqueléticos

Resposta tecidual 1

1 1

',

Trato digestório

' --------------------------------------------------------------------

LEGENDA Estímulo

•

Retroalimentação

~ Receptor

C=:J Via aferente

Centro integrador

: ,'

c::J Via eferente C=:J Efetor C=:J Resposta tecidual

FIGURA 8-1 Organização do sistema nervoso. O sistema nervoso periférico (SNP) manda informações para o sistema nervoso central (SNC) pelos neurônios aferentes (sensoriais) e leva as informações do SNC para as células-alvo via neurônios eferentes. O sistema nervoso entérico pode agir de modo independente ou pode ser controlado pelo SNC por meio da divisão autônoma do SNP.

ORGANIZAÇAO DO SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso pode ser dividido em duas partes. O sistema nervoso central (SNC) consiste no encéfalo e na medula espinal. O sistema nervoso periférico (SNP) consiste nos neurônios aferentes (ou sensoriais) e nos neurônios eferentes. A informação flui pelo sistema nervoso

seguindo o padrão reflexo básico descrito no Capítulo 6 [ ~ p. 198]. Receptores sensoriais por todo o corpo monitoram continuamente as condições dos meios externo e interno (Fig. 8-le ). Estes receptores enviam informações por meio dos neurônios aferentes para o SNC. As vias aferentes e seus receptores sensoriais associados são discutidos no Capítulo 10.

Fisiologia Humana

O SNC é um centro integrador dos reflexos neurais. Os neurônios do SNC integram as informações que chegam a partir do ramo aferente do SNP e determinam se uma resposta é necessária. O Capítulo 9 examina a estrutura complexa e as funções do SNC. Então, o SNC envia sinais de saída desencadeando uma resposta apropriada (se tiver) que percorre os neurônios eferentes até seus alvos, que são principalmente músculos e glândulas. Os neurônios eferentes se subdividem em divisão motora somática que controla os músculos esqueléticos, e divisão autônoma, que controla os músculos liso e cardíaco, as glândulas exócrinas, algumas glândulas endócrinas e alguns tipos de tecido adiposo. A terminologia usada para descrever neurônios eferentes pode ser confusa. A expressão neurônio motor é algumas vezes usada para referir-se a todos os neurônios eferentes. Entretanto, clinicamente, o termo neurônio motor (ou motoneurônio) frequentemente é usado para descrever neurônios motores somáticos que controlam os músculos esqueléticos. A divisão autônoma do SNP também é chamada de sistema nervoso visceral porque controla a contração e a secreção de vários órgãos internos (viscera, órgãos internos). Os neurônios autonômicos são subdivididos em ramos simpático e parassimpático, os quais podem ser distinguidos por sua organização anatômica e pelas substâncias químicas que eles usam para se comunicar com as suas células-alvo. Muitos órgãos internos recebem inervação de ambos os tipos de neurônios autonômicos, e é um padrão comum que as duas divisões exerçam um controle antagonista sobre um único alvo [ ~ p. 396]. O SNP é discutido no Capítulo 11. Em anos recentes, uma terceira divisão do sistema nervoso recebeu considerável atenção. O sistema nervoso entérico é uma rede de neurônios presente na parede do trato digestório. Ele frequentemente é controlado pela divisão autônoma do sistema nervoso, mas também é capaz de funcionar de maneira independente como seu próprio centro integrador. Vamos discutir o sistema nervoso entérico no Capítulo 21 sobre o sistema digestório. Apesar da maior parte deste livro enfocar o papel dos reflexos neurais na comunicação, coordenação e homeostase do corpo, é importante observar que processos significativos do SNC podem ocorrer sem entrada ou saída para o SNP. O SNC tem a capacidade de iniciar atividades sem um estímulo sensorial, e não precisa gerar qualquer resposta mensurável. Dois exemplos disso são o pensamento e o sonho, funções superiores complexas do encéfalo que podem ocorrer totalmente dentro do SNC. REVISANDO CONCEITOS 1. Organize em um mapa ou esquema os seguintes termos que descrevem t ipos funcionais de neurônios: aferente, autonômico, encéfalo, central, eferente, entérico, parassimpático, periférico, sensorial, somático motor, medula espinal, simpático. Resposta: p. 294

CÉLULAS DO SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso é constituído primariamente de dois tipos de células: os neurônios - as unidades sinalizadoras bá-

249

A síndrome de Guillain-Barré é uma condição relativamente rara de paralisia que ocorre após uma infecção virai ou uma imun ização. Ela não tem cura, mas usualmente a paralisia desaparece lentamente e a sensibilidade perdida retorna lentamente. Na síndrome clássica de Guillain-Barré, os pacientes perdem a sensibilidade e não podem mexer os músculos.

Questão 1: Qual(is) divisão(ões) do sistema nervoso pode(m) estar envolvida(s) na síndrome de Guillain-Barré?

247

252

273

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279

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290

sicas do sistema nervoso - e as células de suporte conhecidas como células da glia (glia ou neuroglia).

8 Os neurônios conduzem sinais elétricos O neurônio é a unidade funcional do sistema nervoso. (Uma unidade fitncional é a menor estrutura que pode realizar as funções de um sistema.) Os neurônios são células de formato único com processos longos que se estendem a partir do corpo celular. Esses processos geralmente são classificados como dendritos (que recebem sinais de entrada) ou axônios (que conduzem informações de saída). A forma, o número e o comprimento dos axônios e dendritos variam de um neurônio para o outro, mas estas estruturas são uma característica essencial dos neurônios que permite que eles se comuniquem entre si e com outras células. Tradicionalmente, neurônios eferentes similares ao modelo de neurônio mostrado na Figura 8-2 • e na Figura 8-3e • são usados para ensinar como um neurônio funciona. Em outros tipos de neurônios, os processos mostrados no modelo podem estar ausentes ou modificados. Entretanto, se você entendeu esses modelos de neurônio, vai entender com a maioria dos neurônios funciona. Os neurônios podem ser classificados tanto estrutural quanto funcionalmente. Estruturalmente, os neurônios são classificados pelo número de processos originados no corpo celular. Eles podem ser descritos como pseudounipolares (axônios e dendritos se fundem durante o desenvolvimento para criar um único processo longo; Fig. 8-3a), bipolares (um único axônio e um único dendrito; Fig. 8-3b), multipolares (muitos dendritos e axônios ramificados; Fig. 8-3d) ou anaxônicos (sem um axônio identificável; Fig. 8-3c). Como a fisiologia está principalmente preocupada com a função, classificaremos os neurônios não por sua estrutura, mas sim de acordo com a sua função: neurônios sensoriais (aferentes), interneurônios e neurônios eferentes (motores somáticos e autonômicos) como mostrado no topo da Figura 8-3. Neurônios sensoriais conduzem informação sobre temperatura, pressão, luz e outros estímulos dos receptores sensoriais para o SNC. Eles variam em relação ao neurônio mo-

250

Dee Unglaub Silverthorn

N A V E G A O O R

Sinal de entrada

o

Integração Corpo celular

Este ícone representa os diferentes componentes do neurônio típico. Procure-o nas f iguras a seguir para ajudá-lo a navegar pela estrutura e pela função do sistema nervoso .

~Núcleo

~Conede

implantação '---- Axônio (segmento inicial) ..,....__ ____,__ Bainha de mielina

Terminal axônico pré-sináptico Sinapse

Fenda sináptica

~

Sinal de saída ~

Dendrito _ _,,, pós-sináptico

..........__ _ Neurônio pós-sináptico

•

FIGURA 8-2

Neurônio modelo. Um neurônio

típico como o neurônio pré-sináptico mostrado aqui tem um corpo celular e diversas projeções. A região onde o terminal axônico se comunica com a sua célula-alvo pós-sináptica é conhecida como • sinapse. delo no comprimento e na organização de seus processos. Por exemplo, os neurônios sensoriais periféricos têm corpos celulares perto do SNC, com processos muito longos que se estendem até os receptores nos membros e órgãos internos. Nestes neurônios, o corpo celular está fora da via direta de sinais que passam ao longo do axônio (Fig. 8-3a). Em contraste, os neurônios sensoriais do olfato e da visão, com receptores localizados muito próximo do SNC, têm dois longos processos, de maneira que os sinais que começam nos dendritos passam através do corpo celular até o axônio (Fig. 8-3b). Neurônios que estão completamente dentro do SNC são conhecidos como interneurônios (abreviação de neurônios interconectores). Eles têm diversas formas, mas frequentemente possuem ramificação bastante complexa dos processos, o que permite que se comuniquem com muitos outros neurônios (Fig. 8-3c, d). Alguns interneurônios são bastante pequenos se comparados com o neurônio modelo. Neurônios eferentes, tanto motores somáticos quanto autonômicos, geralmente são muito similares ao neurônio modelo da Figura 8-2. Na divisão autônoma, alguns neurô-

nios têm regiões expandidas ao longo do axônio denominadas varicosidades (ver Figura 11-8). As varicosidades armazenam e liberam neurotransmissores. Os axônios longos dos neurônios periféricos aferentes e eferentes são agrupados junto com tecido conectivo formando fibras que parecem cordas denominadas nervos, que se estendem a partir do SNC para os alvos desses neurônios. Os nervos podem conduzir apenas sinais aferentes (nervos sensorais), somente sinais eferentes (nervos motores) ou sinais em ambas as direções (nervos mistos). Muitos nervos são grandes o suficiente para serem vistos a olho nu e recebem nomes anatômicos. Por exemplo, o nervo frênico vai da medula espinal até o músculo diafragma.

O corpo celular é o centro do controle do neurônio O corpo celular (soma celular) de um neurônio lembra a célula típica descrita no Capítulo 3, com um núcleo e todas as organelas necessárias para a realização das atividades celulares [ '$ p. 63]. Um citoesqueleto extenso se estende para o interior do axônio e dos dendritos. A posição do corpo celular varia nos diferentes tipos de neurônios, mas na maioria

Fisiologia Humana

Neurônios sensoriais Sensoriais somáticos

lnterneurônios do SNC

251

Neurônios eferentes

Neurônios do olfato ou da visão

~ Dendrites-->. ~Axônio

Núcleo da célula de Schwann --Célula de Schwann

A

'

~----P.IX,On l 0"----1:9

t"

Axônio

_,..--,,;-- - Axônio Pseudounipolar

Bipolar

A

•

FIGURA 8-3

Terminal -----;:/\ 1 axônico ~ 1

Multipolar

Anaxônico

{a} Neurônios {b} Neurônios bipolares {e} Os interneurônios pseudounipolares têm duas fibras anaxônicos do relativamente iguais têm um único SNC não têm processo chamado se estendendo a nenhum axônio partir do corpo aparente. de axônio. Durante o desenvolvimento, celular central. o dentrito se fundiu com o axon10.

r

{d} Os interneurônios multipolares do SNC são muito ramificados, mas não têm extensões longas.

'

{e} Um neurônio eferente multipolar típico tem de cinco a sete dendrites, cada um se ramificando de quatro a seis vezes. Um único axônio longo pode ramificar-se diversas vezes e terminar nos terminais axônicos alargados.

Categorias anatômicas e funcionais dos neurônios.

deles, o corpo celular é pequeno, geralmente tendo um décimo ou menos do volume celular total. Apesar do seu pequeno tamanho, o corpo celular com o seu núcleo é essencial para o bem-estar da célula. Se um neurônio é cortado, qualquer porção separada do corpo celular provavelmente irá degenerar lentamente e morrer, pois não possui a maquinaria celular para produzir as proteínas essenciais. Em um neurônio motor somático danificado cujo axônio foi cortado, a degeneração da parte distal (distante) do neurônio vai resultar na paralisia permanente dos músculos inervados pelo neurônio. (O termo inervado significa "controlado por um neurônio".) Se o neurônio danificado é um neurônio sensorial, o indivíduo pode ter perda da sensibilidade (insensibilidade ou formigamento) na região previamente inervada pelo neurônio. Os cientistas estão tentando compreender os eventos celulares que ocorrem quando os neurônios são danificados para que possam ser desenvolvidos procedimentos para reparar a perda funcional que acompanha o dano na medula espinal e outros danos neurológicos.

Os dendritos recebem sinais de entrada Dendritos (dendron, árvore) são processos finos e ramificados que recebem informação das células vizinhas. Os dendritos aumentam a área de superfície de um neurônio, permitindo que

este se comunique com muitos outros neurônios. Os neurônios mais simples têm apenas um dendrito. No outro extremo, os neurônios no encéfalo podem ter múltiplos dendritos com uma incrível complexidade de ramificação (Fig. 8-3d). A área de superfície do dendrito pode-se expandir ainda mais pela presença de espinhos dendríticos, que podem variar de espinhos finos até botões com formato de cogumelo (ver Figura 8-30, p. 285). A função primária dos dendritos no sistema nervoso periférico é receber a informação de entrada e transferi-la para uma região integradora dentro do neurônio. Dentro do SNC, a função dos dendritos é mais complexa. Os espinhos dendríticos podem funcionar como compartimentos independentes, enviando sinais de ida e volta para outros neurônios no encéfalo. Muitos espinhos dendríticos contêm polirribossomos e podem produzir suas próprias proteínas. Mudanças na morfologia do espinho dendrítico estão associadas com o aprendizado e a memória, bem como com diversas doenças, incluindo doenças genéticas que causam deficiência mental e doenças degenerativas, como a doença de Alzheimer. Devido a estas associações, os espinhos dendríticos são um tema atual na pesquisa de neurociência.

Os axônios conduzem sinais de saída para o alvo A maioria dos neurônios periféricos tem um único axônio que

8

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Peptídeos sintetizados e empacotados.

Retículo _ _....___ endoplasmático rugoso

Transporte axonal rápido ao longo da rede de microtúbulos.

Aparelho de Golgi

,.

Soma

Transporte axonal rápido retrógrado.

Lisossomo - - + - - - - - - - - - - 1F-1

Conteúdo das vesículas liberado por exocitose.

'-----Vesícula sináptica Reciclagem das vesículas sinápticas.

•

•

Componentes velhos da membrana são digeridos nos lisossomos.

FIGURA 8-4 Transporte axonal rápido move organelas delimitadas por membrana entre o corpo celular e os terminais axônicos.

se origina de uma região especializada do corpo celular denominada cone axônico (Fig. 8-2). Os axônios variam em comprimento de mais de um metro até apenas alguns micrometros. Eles frequentemente se ramificam esparsamente ao longo do seu comprimento, formando colaterais (col, com + lateral, algo ao lado). No nosso neurônio modelo, cada colateral termina em uma região expandida denominada terminal axônico. O terminal axônico contém mitocôndrias e vesículas delimitadas por membrana preenchidas com moléculas neurócrinas [ $ p. 180]. A função primária de um axônio é transmitir sinais elétricos do centro integrador do neurônio para a extremidade do axônio. Na extremidade distal do axônio, o sinal elétrico usualmente é traduzido em uma mensagem química pela secreção de um neurotransmissor, neuromodulador ou neurohormônio. Os neurônios que secretam neurotransmissores e

Na síndrome clássica de Gui llian-Barré, a doença afeta tanto os neurôn ios sensoriais quanto os neurôn ios motores somát icos. O Dr. McKhann observou que, apesar das crianças de Beij ing não poderem mover seus músculos, elas podiam sent ir uma picada de agulha. Questão2: Você acha que a paralisia observada nas crianças chinesas afetou tanto os neurônios sensoriais (aferentes) quanto os neurônios motores somáticos? Explique sua resposta.

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249

li

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neuromoduladores terminam perto de suas células-alvo, as quais geralmente são outros neurônios, músculos ou glândulas. A região onde o terminal axônico se encontra com a sua célula-alvo é denominada sinapse (sin, junto + hapsis, unirse). O neurônio que libera o sinal na sinapse é conhecido como célula pré-sináptica, e a célula que recebe o sinal é denominada célula pós-sináptica. O estreito espaço entre as duas células é denominado fenda sináptica. R VISANDO CONCEITOS Onde terminam os neurôn ios que secretam neuro-hormônios? 3. Desenhe uma cadeia de três neurônios que fazem sinapse um com o outro em sequência. Identifique as extremidades pré e pós-sinápticas de cada neurônio, seus corpos celulares, dendritos, axônios e terminais axônicos. Respostas: p. 294

Os axônios são especializados em conduzir sinais químicos e elétricos. Seu citoplasma é preenchido com muitos tipos de fibras e filamentos, mas não tem ribossomos nem retículo endoplasmático. Por essa razão, qualquer proteína destinada ao axônio ou ao terminal axônico deve ser sintetizada no retículo endoplasmático rugoso do corpo celular. As proteínas são então transportadas através do axônio por um processo conhecido como transporte axonal. O transporte axonal lento transporta o material por fluxo axoplasmático (citoplasmático) do corpo celular até o terminal axônico. O material se move a uma velocidade de apenas 0,2 a 2,5 mm/dia, o que significa que o transporte lento apenas pode ser usado para componentes que não são consumidos rapidamente pela célula, como enzimas e proteínas do citoesqueleto. O transporte axonal rápido (Fig. 8-4 e ) transporta organelas a velocidades de até 400 mm por dia. Os neurônios

Fisiologia Humana

utilizam microtúbulos estacionários como trilhos ao longo dos quais as vesículas e as mitocôndrias transportadas "caminham" com a ajuda de proteínas motoras semelhantes a "pés". Estas proteínas motoras alternadamente se ligam e se desligam dos microtúbulos com a ajuda do ATP, transportando suas organelas ao longo do axônio passo-a-passo (param e se deslocam, param e se deslocam). O papel das proteínas motoras no transporte axonal é similar ao seu papel na contração muscular e no movimento dos cromossomos durante a divisão celular. O transporte axonal rápido vai em duas direções. O transporte para a frente (ou anterógrado) move vesículas sinápticas ou secretoras e mitocôndrias do corpo celular para o terminal axônico. O transporte para trás (ou retrógrado) transporta componentes velhos da célula do terminal axônico para o corpo celular onde são reciclados. Existem evidências de que fatores de crescimento neuronal e alguns vírus também chegam ao corpo celular por transporte retrógrado.

As células da glia dão suporte aos neurônios As células da glia (glia, cola) são os "heróis não reconhecidos" do sistema nervoso, e são em maior número do que os neurônios, em uma proporção de 10 a 50 para 1. Por muitos anos, os cientistas pensavam que a função primária das células da glia era o suporte físico e que elas tinham pouca influência no processamento de informações. Esta visão mudou. Apesar das células da glia não participarem diretamente na transmissão dos sinais elétricos por longas distâncias, elas se comunicam com os neurônios e fornecem um importante suporte físico e bioquímico. O sistema nervoso periférico tem dois tipos de células da glia - as células de Schwann e as células satélites -, e o SNC possui quatro tipos: oligodendrócitos, microglia, astrócitos e células ependimárias (Fig. 8-5 e ). O tecido neural secreta muito pouca matriz extracelular [$ p.80], e as células da glia fornecem estabilidade estrutural aos neurônios enrolando-se em torno deles. As células de Schwann no SNP e os oligodendrócitos no SNC sustentam e isolam os axônios, formando a mielina, uma substância composta de muitas camadas concêntricas de membrana fosfolipídica (Fig. 8-6 e ). Além de fornecer suporte, a mielina atua como isolante em torno dos axônios e acelera sua transmissão de sinais. A mielina se forma quando essas células da glia se enrolam em torno do axônio, expulsando o citoplasma glial, de modo que cada envoltório se torna duas camadas de membrana (Fig. 8-6a). Como uma analogia, pense em enrolar um balão desinflado bem apertado ao redor de um lápis. Alguns neurônios possuem até 150 envoltórios (300 camadas de membrana) na bainha de mielina que circunda seus axônios. Junções comunicantes conectam as camadas da membrana e permitem o fluxo de nutrientes e de informações de uma camada para outra. Uma diferença entre oligodendrócitos e células de Schwann é o número de axônios que cada célula envolve. No SNC, um oligodendrócito forma mielina ao redor de porções de diversos axônios (Fig. 8-Sa). No sistema nervoso periférico, uma célula de Schwann se associa com apenas

253

um axônio, e um único axônio pode ter até SOO células de Schwann diferentes ao longo de sua extensão. Cada célula de Schwann envolve um segmento de cerca de 1a1,5 mm, deixando espaços muito pequenos, chamados de nós de Ranvier, entre as áreas isoladas com mielina (Fig. 8-6b). Em cada nó, uma porção muito pequena da membrana do axônio permanece em contato com o líquido extracelular, de modo que os nós desempenham um papel importante na transmissão de sinais elétricos ao longo do axônio. O segundo tipo de célula glial do SNP, a célula satélite, é uma célula de Schwann não mielinizante. As células satélite formam cápsulas de suporte ao redor dos corpos dos neurônios localizados nos gânglios. Um gânglio [agrupamento ou nó] é um agrupamento de corpos celulares dos neurônios encontrado fora do SNC. Os gânglios aparecem como nós ou dilatações ao longo de um nervo. Um agrupamento de corpos de neurônios dentro do SNC é o equivalente a um gânglio periférico, mas é conhecido como núcleo. Todas as células da glia se comunicam com os neurônios e uma com as outras, principalmente por sinais químicos. Fatores tróficos (nutritivos) ajudam a manter os neurônios e a orientá-los durante o reparo e o desenvolvimento. As células da glia, por sua vez, respondem aos neurotransmissores e neuromoduladores secretados pelos neurônios. As funções das células da glia são uma área de pesquisa ativa em neurociências, e os cientistas ainda estão investigando o papel que estas importantes células desempenham no sistema nervoso. Os astrócitos (astron, estrela) são células gliais bastante ramificadas que, segundo algumas estimativas, constituem cerca de metade de todas as células do encéfalo. Eles têm vários subtipos e formam uma rede funcional, comunicando-se uns com os outros por meio de junções comunicantes. Os astrócitos desempenham vários papéis. Os terminais de alguns processos dos astrócitos estão intimamente associados com as sinapses, onde captam e liberam substâncias químicas. Os astrócitos também abastecem os neurônios com substratos para a produção de ATP, e ajudam a manter a homeostase do líquido extracelular do SNC captando K+e água. Finalmente, os terminais de alguns processos dos astrócitos circundam os vasos sanguíneos e tornam-se parte da chamada barreira hematencefálica, que regula o movimento de materiais entre o sangue e o líquido extracelular. As células da glia conhecidas como microglia são células imunitárias especializadas que residem permanentemente no SNC. Quando ativadas, elas removem células danificadas e invasores. Entretanto, hoje parece que a microglia nem sempre é útil. A microglia ativada algumas vezes libera espécies reativas de oxigênio prejudiciais que formam radicais livres ([ ~ p.23]). Acredita-se que o estresse oxidativo causado pelas espécies reativas de oxigênio contribui para o desenvolvimento de doenças neurodegenerativas como a esclerose lateral amiotrófica (ELA), também conhecida como doença de Lou Gehrig.

Os adultos possuem células-tronco neurais A classe final de células da glia são as células ependimárias, células especializadas que criam uma camada epitelial sele-

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• •

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Astrócito

Mielina (corte)

~

Secção da medula espinal Nó

Oligodendrócito (a) Células da glia do sistema nervoso central

CÉLULAS DA GLIA são encontradas no

Sistema nervoso periférico

Sistema nervoso central

contém

contém

1

Células satélites

Células de Schwann formam

Oligodendrócitos

Microglia (células do sistema imunitário modificadas)

formam

Astrócitos

Células ependimárias

age como

/

~

Bainhas de mielina

Células fagocitárias 1

secretam

Sustentam os corpos celulares

Fatores neurotróficos

fornecem ajudam a formar secretam

captam

t

t

Substratos para a produção deATP

Barreira hematencefálica

t

'

Fatores neurotróficos

K+, água, neurotransmissores

•

criam

Fonte de células-tronco . neura1s

Barreiras entre compartimentos

(b) Células da glia e suas funções

• FIGURA 8-5

As células da glia dão suporte físico e bioquímico para os neurônios.

tivamente permeável, o epêndima, que separa os compartimentos líquidos do SNC (Fig. 8-Sa). O epêndima é uma fonte de células-tronco neurais [ $ p. 85], células imaturas que podem diferenciar-se em neurônios e em células da glia.

Os cientistas acreditavam que, quando um neurônio morria ele nunca era substituído. A descoberta das células-tronco neurais mudou essa visão. Durante o desenvolvimento inicial, uma camada de células indiferenciadas

Fisiologia Humana

•

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flff'--ff-

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•

255

•

A célula de Schwann se enrola muitas vezes ao redor do axônio Axônio

1a1,5 mm

l..:".....&I~

.....__,.--+--

.____ O nó de Ranvier é uma porção não mielinizada da membrana do axônio entre duas células de Schwann

8

- - O núcleo da célula de -------.....

Schwann é empurrado para fora da bainha de mielina r-H-- - A mielina consiste - - - ---+ em múltiplas camadas de membrana celular (a) Formação da mielina no sistema nervoso periférico

•

FIGURA 8-6

(b) Cada célula de Schwann forma mielina ao redor

de um pequeno segmento de um axônio

As células de Schwann formam mielina em torno de neurônios periféricos.

chamada de neuroepitélio, reveste o lúmen do tubo neural, uma estrutura que posteriormente formará o encéfalo e a ' medula espinal. A medida que o desenvolvimento continua, algumas células migram para fora do neuroepitélio e se diferenciam em neurônios. Outras células que revestem o lúmen do tubo neural se especializam no epitélio do epêndima. Entretanto, entre as células ependimárias e a camada subependimária, algumas células-tronco neurais permanecem não especializadas esperando até que sejam chamadas para substituir células danificadas. As célulastronco neurais têm sido encontradas em outras partes do corpo, incluindo o hipocampo no encéfalo e o sistema nervoso entérico no intestino. Quando as células-tronco neurais recebem os sinais corretos, elas se transformam em neurônios e em células da glia. Os cientistas estão trabalhando intensamente para aprender como controlar essa transformação, na esperança de que o transplante de células-tronco possa reverter a perda de função associada com doenças neurológicas degenerativas. A maior parte desses estudos está sendo realizado com ratos e camundongos porém, em 2006, ocorreu o primeiro transplante de células-tronco no encéfalo humano. O paciente era uma criança que sofria de doença de Batten, uma doença enzimática lisossomal fatal similar à de Tay-Sachs [ $ p. 94], e os médicos esperavam que as célu-

las-tronco neurais transplantadas produzissem as enzimas perdidas. Dentro de um ano, outros cinco pacientes com doença de Bartten também foram transplantados. Ainda é muito cedo para saber se as células-tronco vão se diferenciar e tratar a doença.

R VISANDO CONCEITOS 4. Qual é a função principal da mielina, da microglia e das células ependimárias? 5. Cite os dois tipos de células da glia que formam a mielina. Como elas diferem entre si? Respostas: p. 294

SINAIS ELÉTRICOS NOS NEURÔNIOS A propriedade que caracteriza as células musculares e os neurônios como tecidos excitáveis é sua capacidade de propagar sinais elétricos rapidamente em resposta a um estímulo. Agora sabemos que muitos outros tipos de células geram sinais elétricos para iniciar processos celulares (ver secreção da insulina, p. 171), mas a habilidade das células musculares e neurônios de enviar um sinal elétrico constante por uma longa distância é característico da sinalização elétrica nesses tecidos.

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Concentrações dos íons e potenciais de equilíbrio ÍON

Ca 2 +

LÍQUIDO EXTRACELULAR {mM)

LÍQUIDO INTRACELULAR {mM)

E100 A 37ºC

5 mM (faixa normal: 3,5 a 5)

150 mM

-90 mV

145 mM (faixa normal: 135 a 145)

15 mM

+60 mV

108 mM (faixa normal: 100 a 108)

1O mM (faixa: 5 a 15)

-63 mV

1mM

0,0001 mM

Ver Revisando Conceitos, Questão 6

A equação de Nernst calcula o potencial de membrana para um único íon Lembre-se do Capítulo 5 que todas as células vivas têm um potencial de membrana em repouso (Vm) [ $- p. 166] que resulta da distribuição desigual de íons através da membrana celular. Dois fatores influenciam o potencial de membrana: 1. Os gradientes de concentração dos íons através da membrana. Normalmente, o sódio (Na+), o cloreto (Cl-) e o cálcio (Ca2 +) são mais concentrados no líquido extracelular do que no citosol. O potássio (K+) é mais concentrado no citosol do que no líquido extracelular. 2. A permeabilidade da membrana a esses íons. A membrana celular em repouso é muito mais permeável ao K+ do que ao Na+ ou o Ca2 +. Isto torna o K+ o principal íon determinante do potencial de membrana em repouso.

O Capítulo 5 apresentou a equação de Nernst, a qual descreve o potencial de membrana que um único íon iria produzir se a membrana fosse permeável a apenas aquele íon [$- p. 168]. Para um íon qualquer, esse potencial de membrana é chamado de potencial de equilíbrio do íon (Eíon): 61 Eíon(emmV)=

Z

[íon ]tora log (" J lOn dentro

Onde:

potencial de membrana em repouso um pouco mais positivo do que seria se a célula fosse permeável apenas ao K+. R VISANDO CONCEITOS Dados os valores na Tabela 8-2, use a equação de Nernst para calcular o potencial de equilíbrio do Ca 2 +. Use a informação sobre logaritmos dadas no Apêndice A e tente fazer os cálculos sem a ajuda de uma calculadora. Resposta: p. 294

A equação de GHK calcula o potencial de membrana usando vários íons A equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) é utilizada para calcular o potencial de membrana em repouso que resulta da contribuição de todos os íons que podem atravessar a membrana. A equação de GHK inclui os valores de permeabilidade da membrana, pois a permeabilidade de um íon influencia a sua contribuição para o potencial de membrana. Se a membrana não é permeável a um íon, esse íon não afeta o potencial de membrana. Para as células de mamíferos, assumimos que o Na+, o K+ e o Cl- são os três íons que influenciam o potencial de membrana nas células em repouso. A contribuição de cada íon para o potencial de membrana é proporcional à sua habilidade de cruzar a membrana. A equação de GHK para células que são permeáveis a Na+, K+, e c1- é:

61 é 2,303 RT/F a 37ºC

z é a carga elétrica do íon ( + 1 para o K+) [íon]fora e [íonlctentro são as concentrações do íon dentro e fora da célula (R é a constante dos gases, T é a temperatura absoluta e Fé a

constante de Faraday. Para informação adicional sobre esses valores, ver Apêndice B.) Quando usamos as concentrações intracelular e extracelular estimadas de K+ na equação de Nernst, a equação chega a um potencial de equilíbrio do potássio, ou Ek, de - 90 mV. Entretanto, o valor médio do potencial de membrana em repouso dos neurônios é de -70 mV (dentro da célula em relação ao lado de fora), sendo mais positivo do que o previsto pelo potencial de equilíbrio do potássio. Isto significa que outros íons devem estar contribuindo para o potencial de membrana. Os neurônios em repouso são levemente permeáveis ao Na+, e a entrada de Na+ positivo na célula torna o

Onde: Vm é o potencial de membrana em repouso em m V a 37ºC 61 é 2,303 RT/F a 37ºC P é a permeabilidade relativa da membrana ao íon subscrito [íon]fora e [íonlctentro são as concentrações dos íons fora e dentro da célula Apesar desta equação parecer intimidante, ela pode ser simplificada usando palavras: o potencial de membrana em repouso é determinado pela contribuição combinada de (gradiente de concentração) x (permeabilidade da membrana) de cada íon.

Fisiologia Humana

Se a membrana não é permeável a um íon, o valor de permeabilidade daquele íon é zero, e o íon sai da equação. Por exemplo, células em repouso normalmente não são permeáveis ao Ca2 +, então o Ca2 + não faz parte da equação de GHK. A equação de GHK prevê os potenciais de membrana em repouso com base nas concentrações dos íons e na permeabilidade da membrana e explica porque a pequena permeabilidade da célula ao Na+ faz com que o potencial de membrana em repouso seja mais positivo do que o EK determinado pela equação de Nernst. A equação de GHK também pode ser usada para prever o que acontece com o potencial de membrana quando as concentrações dos íons ou a permeabilidade da membrana mudam.

O movimento dos íons gera sinais elétricos O potencial de membrana em repouso de células vivas é determinado primariamente pelo gradiente de concentração do K+ e pela permeabilidade da célula em repouso ao Na+, ao K+ e ao Cl-. Uma mudança tanto no gradiente de concentração do K+ quanto nas permeabilidades iônicas altera o potencial de membrana. Por exemplo, em repouso, a membrana celular de um neurônio é bem pouco permeável ao Na+. Entretanto, se a membrana subitamente aumenta sua permeabilidade ao Na+, este entra na célula, a favor do seu gradiente eletroquímico [ $ p. 166]. A adição do Na+ positivo ao líquido intracelular despolariza a membrana celular e gera um sinal elétrico [ $ Fig. 5-34, p. 169]. O movimento de íons através da membrana também pode hiperpolarizar uma célula. Se a membrana celular subitamente se torna mais permeável ao K+, sua carga positiva é perdida de dentro da célula e esta se torna mais negativa (hiperpolariza). Uma célula também pode hiperpolarizar se íons com carga negativa, como o Cl-, entrarem na célula a partir do líquido extracelular. ISANDO CONCEITOS Uma célula com potencial de membrana em repouso de - 70 mV seria despolarizada ou hiperpolarizada nos seguintes casos? (Você deve considerar tanto o gradiente de concentração quanto o gradiente elétrico do íon para determinar o movimento resultante do íon.) 2

(a) A célula se torna mais permeável ao Ca +. (b) A célula se torna menos permeável ao K+. 8. A membrana celular seria despolarizada ou hiperpolarizada se uma pequena quantidade de Na+ entrasse na célula? Respostas: p. 294 ,,

E importante saber que uma mudança no potencial de membrana de - 70 m V para um valor positivo, como + 30 m V, não significa que os gradientes de concentração dos íons

se inverteram! Uma mudança significativa no potencial de membrana ocorre com o movimento de pouquíssimos íons. Por exemplo, para mudar o potencial de membrana em 100 mV, apenas 1 de cada 100.000 K+ precisa entrar ou sair da célula. Isto é uma fração tão pequena do número total de íons K+ na célula que a concentração intracelular de K+ per-

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manece essencialmente inalterada, apesar do potencial de membrana ter sido alterado em 100 mV. Uma situação análoga seria quando um grão de areia da praia entra em seu olho. Existem tantos grãos de areia na praia que a perda de um grão não é significante, assim como o movimento de um K+ através da membrana celular não altera de forma significativa a concentração de K+. Entretanto, o sinal elétrico criado pelo movimento de uns poucos íons K+ através da membrana tem um efeito significativo no potencial de membrana da célula, assim como um único grão de areia em seu olho causa um desconforto significante.

Canais com portão controlam a permeabilidade iônica do neurônio Como uma célula muda a sua permeabilidade iônica? A maneira mais simples é abrir ou fechar canais existentes na membrana. Os neurônios contêm uma grande variedade de canais iônicos com portão que alternam entre os estados aberto e fechado, dependendo das condições intracelulares e extracelulares [ $ p. 144]. Um método mais lento de mudar a permeabilidade da membrana é inserir novos canais na membrana ou remover alguns canais existentes. Os canais iônicos usualmente são denominados de acordo com os principais íon(s) que passam através deles. Existem quatro tipos principais de canais iônicos seletivos no neurônio: (1) canais de Na+, (2) canais de K+, (3) canais de Ca2 + e (4) canais de Cl-. Os outros canais são menos seletivos, como o canal de cátion monovalente que permite que o Na+ e o K+ passem. A facilidade com que os íons fluem através de um canal é chamada de condutância do canal (conductus, acompanhar). A condutância de um canal varia com o estado de abertura deste e com a isoforma da proteína do canal. Como descrito no Capítulo 5, alguns canais iônicos, com os canais de vazamento (abertos) de Kt que são os principais determinantes do potencial de membrana em repouso, passam a maior parte do tempo abertos. Outros canais têm portões que abrem ou fecham em resposta a um estímulo em particular: 1. Os canais iônicos controlados mecanicamente são encontrados em neurônios sensoriais e se abrem em resposta a forças físicas, como pressão ou estiramento. 2. Os canais iônicos controlados por ligante da maioria dos neurônios respondem a uma grande variedade de ligantes, como neurotransmissores e neuromoduladores extracelulares ou moléculas sinalizadoras intracelulares. 3. Os canais iônicos controlados por voltagem respondem a mudanças no potencial de membrana da célula. Estes canais têm um papel importante na iniciação e na condução de sinais elétricos. Nem todos os canais se comportam exatamente da mesma maneira. O limiar de voltagem, ou estímulo mínimo [$ p. 200], para a abertura do canal varia de um tipo de canal para outro. Por exemplo, alguns canais que pensamos ser canais de vazamento são na verdade canais com portão

8

258

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO

CANALOPATIAS Os canais iônicos são proteínas, e como as outras proteínas eles podem perder ou alterar sua função se sua sequência de aminoácidos for alterada. As canalopatias (pathos, sofrimento) são doenças hereditárias causadas por mutações nas proteínas dos canais iônicos. Como os canais iônicos estão intimamente associados à atividade elétrica das células, muitas canalopatias se manifestam como disfunções nos tecidos excitáveis (nervo e músculo). Uma contribuição significativa da biologia molecular para a medicina foi a descoberta de que o que a comunidade médica considerava uma única doença pode ser na verdade uma f amília de doenças relacionadas com diferentes causas, mas sintomas parecidos. Por exemplo, a condição conhecida como síndrome do Q-T longo (LQTS; chamada assim devido às alterações no eletrocardiograma) é um problema cardíaco caracterizado por batimento cardíaco irregular (arritmia; a-, sem), desmaios e, às vezes, morte súbita. Os cientistas identificaram oito diferentes mutações gênicas em canais de K+, de Na+ ou de ca++ que resultam em vários subtipos de LQTS. Outras canalopatias bem conhecidas incluem algumas formas de epilepsia e a hipertermia maligna. A canalopatia mais comum é a fibrose cística, que resulta de defeitos na função de canais de cloreto (ver Solucionando o Problema do Capítulo 5).

controlados por voltagem que permanecem abertos na faixa de voltagem do potencial de membrana de repouso. A velocidade em que o portão de um canal abre e fecha também difere entre os diferentes tipos de canais. A abertura de um canal para permitir o fluxo do íon é chamada de ativação. Por exemplo, os axônios contêm canais de Na+ e canais de K+ que são ativados pela despolarização celular. Os canais de Na+ se abrem muito rapidamente, mas os canais de K+ demoram mais para se abrirem. O resultado disso é um fluxo inicial de Na+ através da membrana, seguido de um fluxo de K+. Muitos canais que abrem em resposta à despolarização se fecham somente quando a célula repolariza. O portão da proteína canal tem uma carga elétrica que muda as posições do portão entre aberto e fechado quando o potencial de membrana é modificado. Isso é como uma porta de mola que abre quando você a empurra, e depois fecha quando você a solta. Porém, alguns canais que abrem com um estímulo se fecham embora o estímulo de ativação continue, um processo conhecido como inativação. Isso é similar a uma porta com um mecanismo automático de abrir e fechar. A porta abre quando você pressiona o botão, e ela fecha após um certo período de tempo, se você ainda estiver parado na soleira da porta ou não. Um canal inativado retorna ao seu estado normal fechado rapidamente após a membrana repolarizar. Os

mecanismos específicos de inativação do canal variam com os diferentes tipos de canal. Cada tipo principal de canal tem vários subtipos com propriedades variadas, e a lista de subtipos torna-se mais longa a cada ano. Dentro de cada subtipo podem haver múltiplas isoformas que expressam diferentes dnéticas [kinetikos, movimento] de abertura e fechamento e proteínas associadas que modificam as propriedades do canal. Além disso, a atividade do canal pode ser modulada por fatores químicos que se ligam à proteína canal, como os grupos fosfato.

As mudanças na permeabilidade dos canais geram sinais elétricos Quando os canais iônicos se abrem, os íons podem mover-se para dentro ou para fora da célula. O fluxo de carga elétrica carregada por um íon é chamada de corrente de um íon, abreviada como Iíon· A direção do movimento do íon depende do gradiente eletroquímico (combinação de gradiente de ,, concentração e gradiente elétrico) do íon. lons potássio usu2 almente se movem para fora da célula. O Na+, o Cl- e o Ca + usualmente fluem para dentro da célula. O fluxo de íons através da membrana despolariza ou hiperpolariza a célula, gerando um sinal elétrico. Os sinais elétricos podem ser classificados em dois tipos básicos: os potenciais graduados e os potenciais de ação (Tabela 8-3 e ). Os potenciais graduados são sinais de força variável que percorrem distâncias curtas e perdem força à medida que percorrem a célula. Eles são utilizados para a comunicação por distâncias curtas. Se um potencial graduado despolarizante é forte o suficiente quando atinge a região integradora de um neurônio, esse potencial graduado inicia um potencial de ação. Os potenciais de ação são grandes despolarizações muito breves que percorre longas distâncias por um neurônio sem perder força. Sua função é a sinalização rápida por longas distâncias.

Os potenciais graduados refletem a intensidade do estímulo Os potenciais graduados nos neurônios são despolarizações ou hiperpolarizações que ocorrem nos dendritos e no corpo celular ou, menos frequentemente, perto dos terminais axônicos. Estas mudanças no potencial de membrana são denominadas "graduadas", porque o seu tamanho, ou amplitude (amplituda, grande), é diretamente proporcional à força do evento que as inicia. Um grande estímulo causa um grande potencial graduado, e um estímulo pequeno vai resultar em um potencial graduado fraco. Nos neurônios do SNC e da divisão eferente, os potenciais graduados ocorrem quando sinais químicos de outros neurônios abrem canais iônicos controlados por ligante, permitindo que os íons entrem ou saiam do neurônio. Estímulos mecânicos (como o estiramento) abrem canais iônicos em alguns neurônios sensoriais. Potenciais graduados também podem ocorrer quando um canal aberto se fecha, diminuindo o movimento de íons através da membrana celular. Por exemplo, se os canais de K+ se fecham, menos K+ vai deixar a célula e a retenção de K+ vai despolarizá-la.

Fisiologia Humana

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Comparação entre potencial graduado e potencial de ação nos neurônios POTENCIAL GRADUADO

POTENCIAL DE AÇÃO

Tipo de sinal

Sinal de entrada

Sinal de condução regenerativo

Onde ocorre?

Geralmente nos dendritos e no corpo celular

Zona de disparo no axônio

Tipos de canais iônicos envolvidos

Canais controlados mecanicamente, por ligante ou por voltagem

Canais controlados por voltagem

Íons envolvidos

Geralmente Na+, CI-, Ca 2 +

Na+ e K+

Tipo de sinal

Despolarizante (p. ex., Na+) ou hiperpolarizante (p. ex., CI-)

Despolarizante

Força do sinal

Depende do estímulo inicial; pode ser somado

Fenômeno tudo ou nada; não pode ser somado

O que inicia o sinal?

Entrada de íons por canais

Potenciais graduados acima do limiar na zona de disparo

Características únicas

Não há nível mínimo necessário para iniciar

Estímulo limiar é necessário para iniciar

Dois sinais que chegam ao mesmo tempo vão se somar

Período refratário: dois sinais que chegam ao mesmo tempo não podem se somar

A intensidade do estímulo inicial é indicada pela frequência de uma série de potenciais de ação

R VISANDO CONCEITOS 9. Relacione o movimento de cada íon com o tipo de potencial graduado que ele cria. (a) Na+ entra (b) c1- entra (c) K+ sai (d) Ca 2 + entra

1 . Despolarização 2. Hiperpolarização Resposta: p. 294

A Figura 8-7 • mostra um potencial graduado que inicia quando um estímulo abre canais,,de cátion monovalente no corpo celular de um neurônio. lons sódio se movem para dentro do neurônio introduzindo energia elétrica. A carga positiva levada para dentro pelo Na+ se espalha como uma onda de despolarização através do citoplasma, do mesmo modo que uma pedra jogada na água cria ondas que se espalham a partir do seu ponto de entrada. A onda de despolarização que se move através da célula é conhecida como fluxo de corrente local. Por convenção, corrente em sistemas biológicos é o movimento resultante de cargas elétricas

positivas. A força da despolarização inicial em um potencial graduado é determinada pela quantidade de carga que entra na célula, assim como o tamanho das ondas causadas pela pedra jogada na água é determinado pelo tamanho da pedra. Se mais canais de Na+ se abrem, mais Na+ entra, e o potencial graduado tem uma maior amplitude inicial. Quanto maior a amplitude inicial, mais longe o potencial graduado pode se espalhar através do neurônio antes de se extinguir. Por que os potenciais graduados perdem força à medida que se movem através do citoplasma? Existem duas razões:

1. Vazamento de corrente. Alguns dos íons positivos vazam de volta através da membrana à medida que a onda de despolarização se move pela célula. A membrana do corpo celular do neurônio não é um bom isolante e tem canais de vazamento abertos que permitem que as cargas positivas saiam para o líquido extracelular. 2. Resistência citoplasmática. O próprio citoplasma gera resistência ao fluxo da eletricidade, assim como a água causa a resistência que diminui as ondas geradas a partir da pedra. A combinação do vazamento de corrente e da resistência citoplasmática indica que a força do sinal dentro da célula diminui com a distância. Potenciais graduados, que são fortes o suficiente, finalmente atingem a região do neurônio conhecida como zona de disparo. Em neurônios eferentes e interneurônios, a zona de disparo é o cone axônico e a primeira parte do axônio, uma região conhecida como segmento inicial (ver Figura 8-2). Em neurônios sensoriais, a zona de disparo é imediatamente adjacente ao receptor, onde os dendritos se unem ao axon10. A

'

R VISANDO CONCEITOS Identifique as zonas de disparo dos neurônios ilustrados na Figura 8-3, se possível. Resposta: p. 294

A zona de disparo é o centro integrador do neurônio e contém uma grande concentração de canais de Na+ controlados por voltagem na sua membrana. Se os potenciais graduados que alcançam a zona de disparo despolarizam a membrana até a voltagem limiar, os canais de Na+ contro-

8

260

Dee Unglaub Silverthorn

Amplitude (força} do potencial graduado (mV}

'--1 5

1---1

-----------• -----------Distância Distância Ponto de origem do estímulo

•

-

Neurônio - - - pós-sináptico

G:

~

®@ t/

t/


® ®

CD

~

@

ri

/j

r/ r/

! •

Terminal axônico

®\ ®

!

QUESTÃO DA FIGURA

\

@

®

\

Em qual ponto do neurônio o potencial graduado será mais forte, A ou B? Na curva do gráfico, indique as localizações aproximadas de A e B.

FIGURA 8-7 Potenciais graduados perdem força à medida que se espalham a partir do ponto de origem.

lados por volagem se abrem e um potencial de ação é iniciado. Se a despolarização não atinge o limiar, o potencial graduado simplesmente desaparece à medida que se move pelo axônio. Como a despolarização torna mais provável que o neurônio dispare um potencial de ação, potenciais graduados despolarizantes são considerados excitatórias. Um potencial graduado hiperpolarizante move o potencial de membrana para mais longe do valor limiar e torna menos provável que o neurônio dispare um potencial de ação. Consequentemente, potenciais graduados hiperpolarizantes são considerados inibitórios. A Figura 8-8 • mostra um neurônio com três eletrodos de registro colocados em intervalos ao longo do corpo celular e na zona de disparo. Na Figura 8-8a, um único estímulo inicia um potencial graduado sublimiar, isto é, que está abaixo

do limiar quando atinge a zona de disparo. Apesar de a célula ser despolarizada até - 40 m V no lugar onde o potencial graduado inicia, a corrente diminui à medida que percorre o corpo celular. Como resultado, o potencial graduado está abaixo do limiar quando atinge a zona de disparo. (Para um neurônio típico de mamíferos, o limiar é cerca de - 55 mV.) O estímulo não é forte o suficiente para despolarizar a célula até o limiar na zona de disparo, e o potencial graduado desaparece sem desencadear um potencial de ação. A Figura 8-8b mostra um estímulo inicial mais forte que inicia uma despolarização mais forte e finalmente causa um potencial de ação. Apesar deste potencial graduado também diminuir com a distância ao longo do neurônio, sua força inicial maior garante que ele esteja acima do limiar ao atingir a zona de disparo. Neste exemplo, um potencial de ação é iniciado.

261

Fisiologia Humana

(a) Um potencial graduado começa acima do limiar (T) no seu ponto de ini(b) Um estímulo mais forte no mesmo ponto do corpo celular gera um ciação, mas d iminui sua força enquanto percorre o corpo celular. Na zona de potencial graduado que ainda está acima do limiar no momento em que disparo ele está abaixo do limiar e portanto não inicia um potencial de ação. ele chega na zona de d isparo, resultando em um potencial de ação.

Estímulo

Estímulo Terminal sináptico

,

-40 -55

--

----10 -1-- ,

-

-- -- - -- - T

-40 -55

--- -70 -l- '

mV Estímulo Tempo

-40 ----- T

-55

I

--

-55

-70 -l- - - -

-70 -l- - - " '

mV

mV Tempo

--

Zonad disparo

--- T

Tempo

-.

-40 -55

- -- -- - T

Tempo

-40

Axôn io -

-- -

mV Estímulo

Corpo celular

Zona de disparo

--

8 -40

- - - - - - - - - - - - - ·T

-55

-?0 -1- - - - - -

-10 -1- - - - - " '

mV

mV Tempo

Tempo

Potencial graduado abaixo do limiar Sem potencial de ação

Potencial graduado acima do limiar

Potencial de ação

• FIGURA 8-8 Potenciais graduados sublimiar e supralimiar em um neurônio. Em (a), o potencial graduado está abaixo do valor limiar (L) de -55 mV quando atinge a zona de disparo. Em (b), o potencial graduado está acima do valor limiar quando chega na zona de disparo.

Os potenciais de ação percorrem longas distâncias Os potenciais de ação, também conhecidos como potenciais em ponta, diferem dos potenciais graduados uma vez que eles não perdem força enquanto percorrem o neurônio. A capacidade de um neurônio de responder rapidamente a um estímulo e disparar um potencial de ação é denominada excitabilidade. Registros de potenciais de ação neuronais mostram que estes são despolarizações de aproximadamente 100 mV de amplitude. A força do potencial graduado que inicia um potencial de ação não influencia a amplitude do potencial de ação. Os potenciais de ação são muitas vezes chamados de fenômenos tudo ou nada, pois ou ocorrem como despolarização máxima (se o estímulo atinge o limiar) ou não ocorrem (se o estímulo está abaixo do limiar). Um potencial de ação medido na extremidade distal de um axônio é idêntico ao potencial de ação que iniciou na zona de disparo. Esta pro-

priedade é essencial para a transmissão de sinais por longas distâncias, como da ponta do dedo até a medula espinal. A explicação do disparo do potencial de ação que se segue é típica do que acontece em neurônios do sistema nervoso periférico. Neste mecanismo simples, mas elegante, cuja descrição deu a A. L. Hodgkin e A. F. Huxley o Prêmio Nobel em 1963, um estímulo supralimiar (acima do limiar) causa um potencial de ação, como pode ser observado na Figura 8-8b. Estes potenciais de ação requerem apenas dois tipos de canais iônicos: o canal de Na+ controlado por voltagem e o canal de K+ controlado por voltagem, mais alguns canais de vazamento que ajudam a estabelecer o potencial de membrana em repouso. Entretanto, o processo de sinalização elétrica no SNC pode ser muito mais complexo. Neurônios do encéfalo mostram diferentes personalidades elétricas ao dispararem potenciais de ação em uma grande variedade de padrões e algumas vezes sem necessidade de um estímulo externo para levá-los ao limiar. Por exemplo, os neurônios podem

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Dee Unglaub Silverthorn

Potencial de membrana em repouso. Estímulo despolarizante.

o

Membrana despolariza até o limiar. Os canais de Na+ controlados por voltagem se abrem rapidamente e o Na+ entra na célula. Os canais de K+ controlados por voltagem começam a se abrir lentamente . .,,, ,1<)

o

~

A entrada rápida do Na+ despolariza a célula. Os canais de Na+ se fecham e os canais de K+ mais lentos se abrem.

+30

O K+ se move da célula para o líquido extracelular.

-

+10

Os canais de K+ continuam abertos e mais K+ deixa a célula, hiperpolarizando-a.

~ .o

o

fü

-10

>E cu e

o _ _______,.___

E

A célula retorna à sua permeabilidade iônica de repouso e ao potencial de membrana em repouso.

Q)

"O

cu ·-(.) e

-5

a..

-30

-50

Limiar

-70 +-r--- "f" .._ - - - - - - - - -90

Os canais de K+ controlados por voltagem se fecham e menos K+ sai da célula.

o e

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

o~

o

1

2

3

4

Tempo (ms) -----+DespeRepoepouso . _ . _ R 1anzaçao 1anzaçao cu e

I

(.)

Q)

, , , I

"O

cu

Repouso

:::===::6===--..,....~~'' .... ____ ___ ____ _---- - -- - -- - - - - - -

----------

\

:


Pós-h iperpolarização

\--- Voltagem 1 1 1

Na+

I

"O

I

.o

~

I I

E .....

I

.

Q)

a..

o

1

2

3

4

Tempo (ms) -----+-

•

FIGURA 8-9

Alterações da permeabilidade iônica e da voltagem durante o potencial de ação.

ser tonicamente ativos [$ p. 196], disparando sequências regulares de potenciais de ação (marcapassos de batimentos), ou podem exibir explosões ou "salvas" de potenciais de ação alternando-se de maneira rítmica com intervalos de repouso (marcapassos rítmicos). Esses diferentes padrões de disparo são criados por variantes de canais iônicos que diferem em suas voltagens de ativação e inativação, velocidade de abertura e fechamento, e sensibilidade a neuromoduladores. Esta variabilidade torna os neurônios do encéfalo mais dinâmicos e complicados do que os neurônios motores somáticos simples que usaremos como modelo na discussão a seguir.

Na+ e K+ se movem através da membrana durante os potenciais de ação Os potenciais de ação ocorrem quando canais iônicos controlados por voltagem se abrem, alterando a permeabilida-

de da membrana para o Na+ e o K+. A Figura 8-9 • mostra as mudanças na voltagem e na permeabilidade iônica que ocorrem em um segmento da membrana durante um potencial de ação. O gráfico pode ser dividido em três fases: a fase ascendente do potencial de ação, a fase descendente e a fase pós-hiperpolarização. Antes e depois do potencial de ação, em CD e @, o neurônio está no potencial de membrana em repouso de - 70 m V.

A fase ascendente do potencial de ação ocorre devido a um aumento súbito e temporário da permeabilidade da célula ao Na+. Um potencial de ação inicia quando um potencial graduado que atinge a zona de disparo ® ' despolariza a membrana até o limiar (- 55 mV) @.A medida que a célula despolariza, canais de Na+ controlados por voltagem se abrem, tornando a membrana muito mais permeável ao Na+. Como o Na+ é mais concentrado fora da célula e como o potencial de membrana negativo den-

Fisiologia Humana

tro da célula atrai estes íons de carga positiva, o Na+ flui para dentro da célula. A adição de carga positiva ao líquido intracelular despolariza a membrana celular, tornando-a progressivamente mais positiva (mostrado pela fase ascendente no gráfico ©). No terço superior da fase ascendente, o interior da célula se tornou mais positiva do que o exterior e o potencial de membrana reverteu a sua polaridade. Esta reversão é representada no gráfico pela ultrapassagem, a parte do potencial de ação acima de O m V. Assim que o potencial de membrana da célula se torna positivo, a força elétrica que impulsiona o movimento de Na+ para dentro da célula desaparece. Entretanto, o gradiente de concentração de Na+ permanece, então o Na+ continua a mover-se para dentro da célula. Enquanto a permeabilidade ao Na+ continua alta, o potencial de membrana se move em direção ao potencial de equilíbrio do Na+ (~ª) de + 60mV. (Lembre-se do Capítulo 5 que o ENa é o potencial de membrana no qual o movimento do Na+ para dentro da célula a favor do seu gradiente de concentração é contraposto exatamente pelo potencial de membrana positivo [ ~ p. 168].) Entretanto, antes que o ENa seja atingido, os canais de Na+ no axônio se fecham. A permeabilidade ao sódio diminui drasticamente, e o potencial de ação atinge o pico em +30 m V @ .

A fase descendente do potencial de ação corresponde a um aumento na permeabilidade ao K+. Os canais de K+controlados por voltagem, assim como os canais de Na+ começam a se abrir em resposta à despolarização. Entretanto, os portões dos canais de K+ são muito mais lentos para se abrir, e o pico da permeabilidade ao K+ ocorre depois do pico de permeabilidade ao Na+ (Figura 8-9, gráfico inferior). Enquanto os canais de K+ estão abertos, o potencial de membrana da célula atingiu +30 m V devido ao influxo de Na+ através de canais de abertura mais rápida. Quando os canais de Na+ se fecham no pico do potencial de ação, os canais de K+ recém terminaram de abrir, tornando a membrana mais permeável ao K+. No potencial de membrana positivo, os gradientes elétrico e de concentração do K+ favorecem o seu movimento para fora da célula. À medida que o K+ se move para fora da célula, o potencial de membrana rapidamente se torna mais negativo, gerando a fase descendente do potencial de ação @ e levando a célula em direção ao seu potencial de repouso. Qu.a ndo o potencial de membrana atinge - 70 m V, os canais de K+ controlados por voltagem ainda não estão fechados. O potássio continua a sair da célula através dos canais de K+ controlados por voltagem e dos canais de vazamento, e a membrana hiperpolariza, aproximando-se do EK de - 90 mV. Esta pós-hiperpolarização ® é também conhecida como subpassagem. Quando os canais lentos de K+ controlados por voltagem finalmente se fecham, parte do vazamento do K+ para fora cessa ®. A retenção de K+ e o vazamento de Na+ para dentro levam o potencial de membrana de volta a - 70 m V @, o valor que reflete a permeabilidade da célula em repouso a K+, c1- e Na+. Em resumo, o potencial de ação é uma mudança no potencial de membrana que ocorre quando os canais iôni-

263

cos controlados por voltagem na membrana se abrem, aumentando a permeabilidade da célula primeiro para o Na+ e depois para o K+. O influxo (movimento para dentro da célula) de Na+ despolariza a célula. Essa despolarização é seguida pelo efluxo do K+ (movimento para fora da célula), que restabelece o potencial de membrana em repouso da célula.

Os canais de Na+ no axônio têm dois portões Uma questão que tem intrigado os cientistas durante muitos anos é como os canais de Na+ controlados por voltagem se fecham quando a célula está despolarizada. Por que estes canais se fecham quando a despolarização é um estímulo para os canais de Na+ se abrirem? Depois de muitos anos de estudo, eles encontraram a resposta. Os canais de Na+ controlados por voltagem têm dois portões que regulam o movimento dos íons, ao invés de um único portão. Esses dois portões, conhecidos como portões de ativação e de inativação, se movem para frente e para trás para abrir e fechar o canal de Na+. Quando um neurônio está em seu potencial de membrana em repouso, o portão de ativação do canal de Na+ está fechado, e o Na+ não se move através do canal (Fig. 8-lOa e ). O portão de inativação, aparentemente uma sequência de aminoácidos que lembra uma bola e uma corrente no lado citoplasmático do canal, está aberto. Quando a membrana celular próxima ao canal despolariza, o portão de ativação se abre (Fig. 8-lOb). Isto abre o poro do canal e permite que o Na+ se mova para dentro da célula a favor do seu gradiente eletroquímico (Fig. 8-lOc). A adição de carga positiva despolariza ainda mais o interior da célula e inicia uma alça de retroalimentação positiva [ ~ p. 203] (Fig. 8-11 e ). Mais canais de Na+ se abrem e mais Na+ entra, despolarizando ainda mais a célula. Enquanto a célula permanece despolarizada, os portões de ativação dos canais de Na+ permanecem abertos. Como acontece em todas as alças de retroalimentação positiva, uma intervenção externa é necessária para interromper a despolarização crescente da célula. Esta intervenção externa é função dos portões de inativação dos canais de Na+. Tanto os portões de ativação quanto os de inativação se movem em resposta à despolarização, mas os portões de inativação atrasam o seu movimento em 0,5 ms. Durante este atraso, os canais de Na+ estão abertos, permitindo influxo de Na+ suficiente para criar a fase ascendente do potencial de ação. Quando os portões de inativação mais lentos finalmente se fecham, o influxo de Na+ para, e o potencial de ação atinge o seu pico (Fig. 8-lOd). Quando o neurônio repolariza durante o efluxo de K+, os portões dos canais de Na+ voltam às suas posições originais, de modo que possam responder à próxima despolarização (Fig. 8-lOe). O mecanismo dos dois portões que os canais de Na+ controlados por voltagem usam para sua abertura e fechamento permite que os sinais elétricos ao longo do axônio sejam conduzidos em apenas uma direção, como você verá na ,, . prox1ma seçao.

8

264

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LEC ++++++

+

+30

mV

------

o

-55 -70-r-

LIC Portão de inativação

Portão de ativação

Q Na+

+

Os potenciais de ação não são disparados durante o período refratário absoluto

+30

o mV

+ + +

------

+ ++

-55

------

-10 ~

(b) O estímulo despolarizante chega ao canal.

O portão de ativação abre. QNa+

------

+30

o mV + + +

+ ++

++++++

-55 -10---

o (e) Com o portão de ativação aberto, o Na+ entra na célula.

------

+30

mV + + +

+ ++

++++++

o

-55 -10---

(d) O portão de inativação se fecha e a entrada de Na+ para.

++++ ++

+30

+

mV

- - - ---

o

-55 -70+--'

(e) Durante a repolarização causada pela saída do K+ da célu la, os dois portões voltam às suas posições originais.

•

12. Quando os portões do canal de Na+ estão na sua posição de repouso, o portão de ativação está aberto ou fechado? E o portão de inativação está aberto ou fechado? Respostas: p. 294

(a) Durante o potencial de membrana em repouso, o portão de ativação fecha o canal.

++++++

REVISANDO CONCEITOS 11. Os inseticidas à base de piretrina, derivados do crisântemo, dan ificam os portões de inativação dos cana is de Na+ de maneira que os canais permanecem abertos. Em neurónios envenenados com piretrinas, o que aconteceria com o potencial de membrana? Explique sua resposta.

FIGURA 8-10 Modelo do canal de Na+controlado por voltagem. A principal característica deste canal é a pre-

sença de dois portões: um portão de ativação e outro de inativação.

O mecanismo dos dois portões dos canais de Na+ tem um papel principal no fenômeno conhecido como período refratário. O adjetivo refratário vem de uma palavra do latim que significa "inflexível"*. A inflexibilidade do neurônio se refere ao fato de que, uma vez que um potencial de ação tenha iniciado, um segundo potencial de ação não pode ser disparado durante cerca de 2 ms, não importando a intensidade do estímulo. Este período é denominado período refratário absoluto (Fig. 8-12 e ) e representa o tempo necessário para que os portões dos canais de Na+ voltem às suas posições de repouso. Devido ao período refratário absoluto, um segundo potencial de ação não vai ocorrer antes do primeiro ter terminado. Consequentemente, os potendais de ação não podem se sobrepor e não podem se propagar para trás. O período refratário relativo segue o período refratário absoluto. Durante o período refratário relativo, muitos portões dos canais de Na+mas não todos, voltaram à sua posição original. Os canais de Na+ que ainda não voltaram à sua posição de repouso podem ser abertos por um potencial graduado maior que o normal o qual tem o efeito de aproximar o valor limiar de zero. Isto significa que um potencial graduado despolarizante maior do que o normal é necessário para levar a célula até o limiar. Além disso, durante o período refratário relativo, os canais de K+ ainda estão abertos. Apesar de o Na+ poder entrar através dos canais de Na+ recém-abertos, a despolarização devido à entrada de Na+ vai ser contraposta pela perda de K+. Como resultado, qualquer potencial de ação que dispare terá uma amplitude menor do que o normal. O período refratário é uma característica-chave que distingue os potenciais de ação dos potenciais graduados. Se dois estímulos alcançam os dendritos de um neurônio em um curto espaço de tempo, os potenciais graduados sucessivos criados por esses estímulos podem ser somados. Se, entretanto, dois potenciais graduados supralimiares alcançarem a zona de disparo durante o período refratário absoluto do potencial de ação, o segundo potencial graduado não tem efeito, porque os canais de Na+ estão inativados e não podem abrir de novo tão rapidamente. Os períodos refratários limitam a velocidade com que os sinais podem ser transmitidos em um neurônio. O período *N. de T. A autora usa a expressão idiomática stubbom , que popularmente é conhecida como "cabeça-dura", para referir-se à inflexibilidade ou "teimosia" do neurônio durante o período refratário.

Fisiologia Humana

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Fase de queda

Fase de aumento

·------------------• Para interromper o ciclo, : 'Ós portões de ativação . - - - - dos canais de Na+ se abrem rapidamente

Despolarização -

©

Ciclo de retroalimentação

11-----:

Mais despolarização

desencadeia

----i

L...__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____.,.

•

: os portões de inativação : mais lentos dos canais : de Na+ se fecham • : J: :___________________ (ver Fig. 8-1 O).

Canais lentos de )> K+ se abrem - -

O K+ sai da célula

Repolarização

FIGURA 8-11 A entrada de Na+ durante um potencial de ação gera uma alça de retroalimentação positiva. A alça de retroalimentação positiva é interrompida quando os portões de inativação dos canais de Na+ se fecham.

8 refratário absoluto também garante o trajeto unidirecional de um potencial de ação, do corpo celular para o terminal axônico, impedindo o potencial de ação de retornar.

Primeiro o Na+ se move para dentro da célula, depois o K+ se move para fora. Entretanto, é importante entender que muito poucos íons se movem através da membrana em um único potencial de ação, de maneira que as concentra-

A intensidade do estímulo é codificada pela frequência dos potenciais de ação

ções relativas de Na+ e K+dentro e fora da célula permanecem essencialmente inalteradas. Por exemplo, apenas 1 de cada

Uma característica importante dos potenciais de ação é que todos os potenciais de ação de um dado neurônio são idênticos a todos os outros potenciais de ação deste neurônio. Se todos os potenciais de ação são iguais, de que modo o neurônio transmite informação sobre a intensidade e a duração do estímulo que iniciou o potencial de ação? A resposta não está na amplitude do potencial de ação, mas na frequência de potenciais de ação. Um potencial graduado alcançando a zona de disparo geralmente não inicia um único potencial de ação. Ao invés disso, até um pequeno potencial graduado que está acima do limiar inicia uma "salva" de potenciais de ação (Fig. 8-13a e ). Se os potenciais graduados aumentam em força (amplitude), a frequência dos potenciais de ação disparados aumenta (Fig. 8-13b). A quantidade do neurotransmissor liberado no terminal axônico está diretamente relacionada ao número total de potenciais de ação que chegam ao terminal por unidade de tempo. Muitas vezes, uma salva de potenciais de ação que chega ao terminal resulta em um aumento na liberação do neurotransmissor, como mostrado na Figura 8-13. Entretanto, em alguns casos de atividade contínua, a liberação do neurotransmissor pode diminuir porque o axônio não consegue repor seu estoque de neurotransmissor suficientemente rápido.

Um potencial de ação não altera os gradientes de concentração iônica Como você já aprendeu, um potencial de ação resulta do movimento de íons através da membrana de um neurônio.

100.000 K+ deve sair da célula para modificar o potencial de membrana de + 30 para -70 mV, o equivalente à fase descendente do potencial de ação. O número muito pequeno de íons que atravessa a membrana durante um potencial de ação não altera os gradientes de concentração de Na+ e de K+. Geralmente, os íons que se movem para dentro e para fora da célula durante os potenciais de ação são rapidamente devolvidos aos seus compartimentos originais pela Na+K+-ATPase (também conhecida como bomba de Na+-K+). A bomba usa energia do ATP para trocar o Na+ que entrou na célula pelo K+ que saiu da célula [ $ p. 14 7]. Entretanto, esta

troca não precisa acontecer antes que o próximo potencial de ação dispare, porque o gradiente de concentração iônica não foi signi"{icativamente alterado por um potendal de ação! Um neurônio sem uma bomba de Na+ -K+ funcional pode disparar mil ou mais potenciais de ação antes que ocorra uma mudança significativa nos gradientes iônicos. R VISANDO CONCEITOS Se você colocar ouabaína, um inibidor da bomba de Na+ -K+, em um neurônio e estimular esse neurôn io repetidamente, o que acontecerá com os potenciais de ação gerados por esse neurônio? a. b. c. d.

Eles cessam imediat amente. Não há ef eit o imediat o, mas eles diminuem com o tempo e f inalmente desaparecem. Eles se tornam imediatamente menores, depois estabilizam em uma amplitude menor. A ouabaína não exerce efeito nos potenciais de ação. Resposta: p. 294

266

Dee Unglaub Silverthorn

Ambos os Os canais de Na+ canais fechados se abrem

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Canais de '-""" - r -..-, ,,...............,

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1

Os canais de Na+ voltam à posição original, ao passo que os canais de K+ permanecem abertos

Os canais de Na+ se fecham e os canais de K+ se abrem

Na+

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Ambos os • canais fechados

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1

2 Tempo (ms)

3

4

• FIGURA 8-12 Períodos refratários de um potencial de ação. Durante o período refratário absoluto, nenhum estímulo pode disparar outro potencial de ação. Durante o período refratário relativo, apenas um estímulo maior do que o normal pode iniciar um novo potencial de ação. Um único canal mostrado durante uma fase significa que a maioria dos canais está nesse estado. Quando mais de um canal de um determinado tipo é mostrado, a população está dividida entre os estados.

Os potenciais de ação são conduzidos O movimento em alta velocidade de um potencial de ação ao longo do axônio é chamado de condução do potencial de ação. Nos potenciais de ação o fluxo de energia elétrica é um processo que constantemente renova a energia perdida, porque um potencial de ação não perde força com a distância, como ocorre com um potencial graduado. O potencial de ação que atinge o final do neurônio é idêntico ao potencial de ação que iniciou na zona de disparo. Para

entender como isso acontece, devemos examinar a condução em nível celular. A despolarização de um segmento do axônio faz com que a corrente positiva se espalhe pelo citoplasma em todas as direções pelo fluxo de corrente local (Fig. 8-14 e ). Simultaneamente, do lado externo da membrana do axônio, a corrente flui de volta em direção ao segmento despolarizado. O fluxo de corrente local no citoplasma diminui com a distância à medida que a energia se dissipa e finalmente desapare-

Fisiologia Humana

267

(a) Estímulos fracos liberam pouco neurotransmissor. Liberação do neurotransmissor

• • •

Limiar

(b) Estímulos fortes geram mais potenciais de ação e liberam mais neurotransmissor.

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8 Estímulo

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Receptor

Neurônio l aferente

•

Zona de disparo

FIGURA 8-13 A intensidade do estímulo é indicada pela frequência de disparo dos potenciais de ação. Estímulos mais intensos liberam mais neurotransmissores na sinapse.

ceria se não fosse pelos canais controlados por voltagem. O axônio contém muitos canais de Na+controlados por voltagem. Sempre que a despolarização atinge esses canais, eles se abrem, permitindo que o Na+ entre na célula e reforçando a despolarização. Este mecanismo inicia a alça de retroalimentação positiva mostrada na Figura 8-11. Vamos ver como isto funciona quando um potencial de ação começa na zona de disparo do axônio. Fluxo de corrente local ~

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+++++++------+++++++ -------++++++ - - - - - - -

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Porção despolarizada do axônio •

Axônio mielinizado

FIGURA 8-14 Fluxo de corrente local. Quando uma porção do axônio despolariza, cargas positivas se movem pelo fluxo de corrente local para as porções adjacentes do citoplasma. Na superfície extracelular, a corrente flui em direção à região despolarizada.

O estímulo é um potencial graduado acima do limiar que chega à zona de disparo (Fig. 8-15 e , ©). A despolarização abre canais de Na+controlados por voltagem, o Na+ entra no axônio e o segmento inicial do axônio despolariza @. A carga positiva da zona de disparo despolarizada se espalha para porções adjacentes da membrana @, é repelida pelo Na+ que entrou no citoplasma e atraída pela carga negativa do potencial de membrana em repouso. O fluxo de corrente local em direção ao terminal axônico (à direita da Fig. 8-15) inicia a condução do potencial de ação. Quando a membrana distal à zona de disparo despolariza, seus canais de Na+ se abrem, permitindo que o Na+ entre na célula @. Isto inicia a alça de retroalimentação positiva: a despolarização abre os canais de Na+, o Na+ entra, causando mais despolarização e abrindo mais canais de Na+ na membrana adjacente. A entrada contínua de Na+ no axônio em direção ao terminal axônico significa que a força do sinal não diminui à medida que o potencial de ação se propaga. (Compare com os potenciais graduados na Fig. 8-7, nos quais o Na+ entra apenas no ponto de estímulo, resultando em uma mudança no potencial de membrana que perde força com a distância.) Quando cada segmento do axônio alcança o pico do potencial de ação, seus canais de Na+ são inativados. Durante a fase descendente do potencial de ação, os canais de K+ se abrem, permitindo que o K+ saia do citoplasma. Finalmente,

268

Dee Unglaub Silverthorn

O

Zona de disparo

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Um potencial graduado acima do limiar alcança a zona de disparo.

Axônio

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Canais de Na+ controlados por voltagem se abrem e o Na+ entra no axônio.

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Cargas positivas fluem para segmentos adjacentes do neurônio por fluxo de corrente local.

- - - - - - - - - - - - - - - -- - -

~ ++++++++++++++++++++

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O fluxo de corrente local da região ativa faz com que outros segmentos da membrana se despolarizem.

++++++ - - ----

---+++ +++ '-...__;r

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O período refratário impede a condução retrógrada. A perda de K+ do citoplasma repolariza a membrana.

---

~

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------+++ +++ - - - - - - - - - - - - - ' - ·++ + +++++++++++ + + + : + + + + +~- - - - ~ 1

Região refratária

, Região ativa '

QUESTÃO DA FIGURA Relacione os segmentos do neurônio na parte de baixo da figura com a(as) frase(s) correspondente(s): a) b) c) d) e)

•

Axônio proximal (azul) Período refratário absoluto (rosa) Região ativa (amarelo) Período refratário relativo (púrpura) Região inativa distal (azul)

FIGURA 8-15

1. 2. 3. 4.

Fase ascendente do potencial de ação Fase descendente do potencial de ação Pós-hiperpolarização Potencial de repouso

Condução de potenciais de ação.

1

Região inativa

Fisiologia Humana

269

(a) A transmissão de potenciais de ação pode ser comparada a uma foto de uma fila de dominós caindo, onde cada dominó está em uma posição diferente.

CD ®®0®®0®®@@

Eletrodos inseridos ao longo do axônio.

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- - - - Direção da condução

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Potenciais de membrana registrados simultaneamente por cada eletrodo.

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Tempo ---~

{b) Registros simultâneos mostram que cada segmento do axônio está em uma fase diferente do potencial de ação.

•

FIGURA 8-16

Potenciais de ação ao longo de um axônio.

os canais de K+ se fecham e a membrana naquele segmento do axônio retorna ao seu potencial de repouso. Apesar da carga positiva de um segmento despolarizado da membrana poder voltar em direção à zona de disparo @, a despolarização nessa direção não tem efeito no axônio. A porção do axônio que acaba de completar um potencial de ação está em seu período refratário absoluto, com seus canais de Na+ inativados. Por essa razão, o potencial de ação não pode se mover para trás. O que acontece com o fluxo de corrente retrógrada que vem da zona de disparo para o corpo celular? Os cientistas acreditavam que apenas poucos canais iônicos controlados por voltagem existiam no corpo celular, de modo que os fluxos de corrente retrógradas seriam ignorados. Entretanto, hoje se sabe que o corpo celular e os dendritos possuem canais iônicos controlados por voltagem e podem responder a fluxos de corrente local originados na zona de disparo. Estes sinais retrógradas podem influenciar e modificar o próximo sinal que atingir a célula. Quando falamos em potenciais de ação, é importante compreender que não se trata de um único potencial de ação que se move ao longo da célula. O potencial de ação que ocorre na zona de disparo é como o movimento do primeiro dominó de uma série de dominós em pé. Quando o primeiro cai, ele atinge o próximo, passando sua energia cinética. Quando o segundo cai, este passa sua energia para o terceiro

dominó, e assim por diante. Se você tirasse uma foto da fila de dominós em queda, você veria que quando o primeiro dominó está caído, o segundo está quase deitado, o terceiro está no meio da queda, e assim por diante, até chegar ao dominó que acabou de ser atingido e está começando a cair (Fig. 8-16a e ). Da mesma maneira, uma onda de potenciais de ação se move ao longo do axônio. Um potencial de ação é simplesmente uma representação do potencial de membrana em um determinado segmento da membrana celular em um ' dado momento. A medida que a energia elétrica do potencial de ação passa de uma parte do axônio para a próxima, o estado energético é refletido no potencial de membrana daquela região. Se inserirmos diversos eletrodos de registro ao longo de um axônio e iniciarmos um sinal elétrico na zona de disparo, perceberemos uma série de potenciais de ação que se sobrepõem em diferentes partes da onda, assim como os dominós que estão paralisados em diferentes posições (Fig. 8-16b). R VISANDO CONCEITOS Se colocarmos um eletrodo no meio de um axônio e artificialmente despolarizarmos a célula até o limiar, em que direção o potencial de ação vai se propagar: para o terminal axônico, para o corpo celular, ou para ambos? Explique sua resposta. Respost a: p. 294

270

Dee Unglaub Silverthorn

QUESTÃO DA FIGURA Axônio gigante --:------.. de lula

Um axônio gigante de lula tem 0,8 mm de diâmetro. Um axônio mielinizado típico de mamífero tem 0,002 mm de diâmetro. Qual seria o diâmetro de um nervo de mamífero se ele contivesse 100 axônios, cada um com o tamanho de um axônio gigante de lula? (Dica: A área de um círculo é 7T x raio 2 , e 7T = 3,1459.)

Axônios

•

Um axônio gigante de lula tem 0,8 mm de diâmetro

(a) Axônios grandes oferecem menor resistência ao fluxo de corrente, mas ocupam espaço.

•

FIGURA 8-17

(b) Axônios mielinizados peq uenos conduzem potenciais de ação tão rápido quanto axônios não mielinizados grandes. Duzentos desses axônios ocupariam a área ocupada por um axônio gigante de lula (a).

Axônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente.

Neurônios maiores conduzem potenciais de ação mais rapidamente Dois parâmetros físicos chave influenciam a velocidade de condução de potenciais de ação em um neurônio de mamífero: (1) o diâmetro do axônio e (2) a resistência da membrana do axônio ao vazamento de íons para fora da célula. Quanto maior o diâmetro do axônio ou maior a resistência da membrana ao vazamento, mais rápido um potencial de ação vai se mover. Para compreender a relação entre o diâmetro e a condução, pense em um cano com água fluindo por ele. A água que toca as paredes do cano encontra resistência devido à fricção das moléculas de água em movimento e as paredes imóveis. A água no centro do cano não encontra resistência direta das paredes e por isso flui mais rápido. Em um cano de diâmetro maior, uma fração menor de água está em contato com as paredes, tornando a resistência total menor. Da mesma maneira, as cargas fluindo dentro de um axônio encontram resistência da membrana. Assim, quanto maior o diâmetro do axônio, menor sua resistência ao fluxo de íons. A conexão entre o diâmetro do axônio e a velocidade de condução é especialmente evidente nos axônios gigantes que certos organismos, como lulas, minhocas e peixes, usam para respostas rápidas de fuga. Esses axônios gigantes podem ter até 1 mm de diâmetro e seu grande diâmetro torna mais fácil a introdução de eletrodos (Fig 8-1 ?a). Portanto, essas espécies têm sido muito importantes na pesquisa sobre a sinalização elétrica. Se você comparar uma secção transversal de um axônio gigante de lula com a de um nervo de mamífero, você vai perceber que o nervo de mamífero contém cerca de 200 axônios na mesma área de secção (Fig. 8-1 ?b). Sistemas nervosos complexos contêm mais axônios em um nervo pequeno, usando axônios de menor diâmetro envoltos por membranas isolantes de mielina no lugar de axônios de grande diâmetro não mielinizados.

A condução é mais rápida em axônios mielinizados A condução de potenciais de ação por um axônio é mais rápida em axônios de resistência alta, nos quais o vazamento de corrente para fora da célula é minimizado. O axônio não mielinizado mostrado na Figura 8-15 possui uma baixa resistência ao vazamento de corrente porque toda a membrana do axônio está em contato com o líquido extracelular e contém canais iônicos pelos quais a corrente pode vazar. Em contraste, axônios mielinizados limitam a quantidade de membrana em contato com o líquido extracelular. Nestes axônios, pequenas porções da membrana exposta os nós de Ranvier - se alternam com segmentos mais longos envoltos por múltiplas camadas de membrana (bainha de mielina). A bainha de mielina cria uma barreira de alta resistência que impede o fluxo de íons para fora do citoplasma. As membranas de mielina são análogas às capas de plástico que envolvem os fios elétricos, uma vez que elas aumentam a espessura efetiva da membrana do axônio em até 100 vezes. ' A medida que um potencial de ação se move pelo axônio da zona de disparo até o terminal axônico, ele passa por regiões alternadas de axônio mielinizado e nós de Ranvier (Fig. 8-18a e ). O processo de condução é similar ao descrito anteriormente para o axônio não mielinizado, exceto que ele ocorre apenas nos nós dos axônios mielinizados. Cada nó possui uma grande concentração de canais de Na+ controlados por voltagem que se abrem com a despolarização e permitem que o Na+ entre no axônio. Os íons sódio que entram em um nó reforçam a despolarização e mantêm a amplitude do potencial de ação constante à medida que este passa de nó para nó. O aparente pulo do potencial de ação de um nó para o outro é chamado de condução saltatória, da palavra em latim saltare, que significa "saltar". O que torna a condução mais rápida em axônios mielinizados? A resposta é que a abertura de canais diminui um

Fisiologia Humana

271

o

Bainha de mielina

Nó de Ranvier 1

+

1

Despolarização

++++++++

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--------

++++++++

(a) Os potenciais de ação aparentemente saltam de um nó de Ranvier para o outro. Apenas os nós possuem canais de Na+ controlados por voltagem.

8 Bainha de mielina degenerada

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O vazamento de corrente ', retarda a condução. \

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(b) Em doenças desmielinizantes, a condução perde velocidade devido ao vazamento de corrente nas regiões previamente isoladas entre os nós.

•

FIGURA 8-18

Condução saltatória.

pouco a velocidade de condução. Em axônios não mielinizados, os canais devem se abrir sequencialmente em toda a membrana do axônio para manter a amplitude do potencial de ação. Um estudante comparou este processo a mover-se em uma tela de computador pressionando repetidamente a barra de espaço. Entretanto, em axônios mielinizados, apenas os nós necessitam de canais de Na+ por causa das propriedades isolantes da bainha de mielina. Assim, quando o potencial de ação passa pelos segmentos mielinizados, sua condução não é retardada pela abertura de canais. Na analogia do estudante, isso é como percorrer rapidamente a tela do computador usando a tecla TAB. A condução saltatória é então uma alternativa eficaz para os axônios de grande diâmetro e permite a condução rápida de potenciais de ação nos axônios pequenos. Um axônio mielinizado de rã com 1O µm de diâmetro conduz potenciais de ação na mesma velocidade que um axônio

não mielinizado de lula que tem 500 µm de diâmetro. Um neurônio mielinizado de mamífero com 8,6 µm de diâmetro conduz potenciais de ação a 120 m/s (432 km/h) ao passo que uma fibra de dor não mielinizada pequena de 1,5 µm conduz potenciais de ação a apenas 2 m/s (7,2 Km/h). Em resumo, os potenciais de ação percorrem diferentes axônios a velocidades diferentes, dependendo dos dois parâmetros, diâmetro do axônio e mielinização. R VISANDO CONCEITOS Coloque os seguintes neurônios em ordem de velocidade de condução, do mais rápido para o mais lento. (a) Axôn io mielinizado, 20 µ m de diâmet ro. (b) Axôn io não mielinizado, 20 µm de diâmetro. (c) Axôn io não mielinizado, 200 µm de diâmetro. Respost a: p. 294

Em doenças desmielinizantes, a perda da mielina dos neurônios dos vertebrados pode ter efeitos devastadores na

272

Dee Unglaub Silverthorn

BIOTECNOLOGIA

auto-imunes. Atualmente, os pesquisadores estão usando a tecnologia do DNA recombinante para estudar as doenças desmielinizantes em camundongos.

MODELOS DE CAMUNDONGO MUTANTE O uso de modelos de an imais no estudo de doenças humanas tem se tornado uma parte valiosa da pesquisa biomédica. O sequenciamento do genoma do camundongo nos mostra que 99% dos cerca de 30.000 genes do camundongo têm equivalentes (homólogos) humanos diretos. Isto significa que se pode usar o camundongo para compreender o que os genes, e as proteínas que estes codificam, fazem em humanos saudáveis e doentes. As vezes, mutações naturais produzem doenças animais que se assemelham a doenças humanas. Dois exemplos desses mutantes são o camundongo Twitcher, no qual a mielina normal degenera devido a um problema metabólico hereditário, e o camundongo Wobbler, no qual os neurônios motores somáticos que controlam os membros morrem. Em outros casos, os cientistas usam técn icas de biotecnologia para criar camundongos que não possuem genes específicos (camundongos knock-out) ou para criar camundongos que contêm genes extras que foram inseridos artificialmente (camundongos transgênicos)*. O camundongo é o organismo ideal para se realizar estes experimentos. Ele é pequeno, relativamente barato e possui um tempo de vida curto. Adicionalmente, seus processos biológicos são similares aos dos humanos, e o genoma do camundongo pode ser facilmente manipulado por tecnologias de engenharia genética. Para saber mais, leia os artigos em uma edição especial da revista Nature sobre o genoma dos camundongos (www.nature.com/nature/mousegenome). Você pode obter informações adicionais sobre os diferentes camundongos knock-out e transgênicos que estão sendo usados para pesquisa no centro de dados do Mouse Genome lnformatics do Jackson Laboratory (www.informatics.jax.org). * N. de T. Tanto os camundongos knock-out como os transgênicos são genericamente conhecidos no Brasil como "camundongos geneticamente modificados".

sinalização neural. No sistema nervoso central e periférico, a perda da mielina retarda a condução dos potenciais de ação. Além disso, quando os íons va.z am para fora nas regiões da membrana agora não isoladas, entre os nós de Ranvier ricos em canais, a despolarização que atinge um nó pode não estar acima do limiar, e a condução pode falhar (Fig. 8-18b). A esclerose múltipla é ,, a doença desmielinizante mais comum e mais conhecida. E caracterizada por uma grande variedade de queixas neurológicas, incluindo fadiga, fraqueza muscular, dificuldade ao caminhar e perda de visão. A síndrome de Guillain-Barré, descrita no "Solucionando o problema" deste capítulo, também é caracterizada pela destruição da mielina. No presente momento, pode-se tratar alguns dos sintomas, mas não as causas das doenças desmielinizantes, que são principalmente doenças hereditárias ou

Fatores químicos alteram a atividade elétrica Uma grande variedade de substâncias químicas altera a condução dos potenciais de ação ligando-se aos canais de Na+, K+ ou Ca2 + na membrana do neurônio. Por exemplo, algumas neurotoxinas se ligam e bloqueiam os canais de Na+. Os anestésicos locais, como a procaína, que bloqueiam a sensibilidade, funcionam da mesma maneira. Se os canais de Na+ não estão funcionais, o Na+ não entra no axônio. Consequentemente, uma despolarização que se inicia na zona de disparo não pode ser restaurada e perde força à medida que se move pelo axônio, semelhante ao que ocorre com um potencial graduado normal. Se a onda de despolarização consegue alcançar o terminal axônico, ela pode ser fraca demais para liberar neurotransmissores. Como resultado disso, a mensagem do neurônio pré-sináptico não é transmitida para a célula pós-sináptica e a sinalização elétrica falha. Alterações nas concentrações de K+ e Ca2 + no líquido extracelular também estão associadas à atividade elétrica anormal no sistema nervoso. A relação entre os níveis de K+ no líquido extracelular e a condução de potenciais de ação é a mais direta e fácil de compreender, bem como é uma das mais significativas clinicamente. A concentração de K+ no sangue e no líquido intersticial é o principal determinante do potencial de repouso de todas as células. Se a concentração de K+ no sangue se altera além da faixa normal de 3 ,5 a 5 mmol/L, o resultado é uma mudança no potencial de membrana em repouso das células (Fig. 8-19 e ). Esta mudança não é importante para a maioria das células, mas pode ter consequências sérias para o corpo como um todo devido à relação entre o potencial de repouso e a excitabilidade dos tecidos nervoso e muscular. Em níveis normais de K+, os potenciais graduados sublimiares não desencadeiam potenciais de ação, e os potenciais graduados supralimiares o fazem (Fig. 8-19 a, b). Um aumento na concentração de K+ no sangue - hipercalemia [hiper-, acima + kalium, potássio + -emia, no sangue] - aproxima do limiar o potencial de membrana em repouso de um neurônio, fazendo com que as células disparem potenciais de ação em resposta a potenciais graduados menores (Fig. 8-19c). Se a concentração de K+ no sangue diminuir muito (hipocalemia), o potencial de membrana em repouso das células hiperpolariza, afastando-se do limiar. Neste caso, um estímulo forte o suficiente para disparar um potencial de ação quando o potencial de repouso é o normal - 70 mV não alcança o valor limiar (Fig. 8-19d). Esta condição se apresenta como fraqueza muscular, pois os neurônios que controlam os músculos esqueléticos não estão disparando potenciais de ação normalmente. A hipocalemia e sua resultante fraqueza muscular é a razão pela qual bebidas esportivas suplementadas com Na+ e K+, como Gatorade™, foram desenvolvidas. Quando as pessoas suam excessivamente, elas perdem sais e água. Se elas repõem essa perda de líquidos com água pura, o K+ restante no sangue é diluído, causando hipocalemia. Repondo a per-

Fisiologia Humana

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Est~ulo

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{a) Quando o K+ no sangue está dentro dos níveis normais (normocalemia), um potencial graduado abaixo do limiar (sublimiar) não dispara um potencial de ação.

•

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o-

273

{b) Na normocalemia, um estímulo acima do limiar (supralimiar) vai disparar um potencial de ação.

{e) Na hipercalemia, o aumento na concentração de K+ no sangue deixa o potencial da membrana mais próximo do limiar. Agora um estímulo que normalmente seria sublimiar pode disparar um potencial de ação.

{d) Na hipocalemia, a diminuição da concentração de K+ no sangue hiperpolariza a membrana e torna menos provável que o neurônio dispare potenciais de ação em resposta a um estímulo que normalmente seria supralimiar.

FIGURA 8-19 Efeito da concentração extracelular de potássio na excitabilidade dos neurônios. Na hipercalemia (c), a membrana despolariza e a célula se torna mais excitável. Na hipocalemia (d), a membrana hiperpolariza e a célula se torna menos excitável.

da de suor com uma solução diluída de sais, a pessoa pode prevenir uma queda potencialmente perigosa nos níveis de K+ do sangue. Devido à importância do K+ para o funcionamento normal do sistema nervoso, o corpo regula os níveis de K+ no sangue mantendo-os dentro de uma faixa estreita. Discutimos o importante papel dos rins na manutenção do balanço iônico no Capítulo 19.

COMUNICAÇÃO CÉLULA-CÉLULA NO SISTEMA NERVOSO O fluxo de informação pelo sistema nervoso usando sinalização elétrica e química é uma das áreas de pesquisa mais ativas da neurociência de hoje porque muitas doenças devastadoras afetam esse processo. A especificidade da comunicação neural depende de vários fatores: as moléculas sinalizadoras secretadas pelos neurônios, os receptores nas células-alvo para estas subtâncias químicas e as conexões anatômicas entre os neurônios e seus alvos, as quais ocorrem em regiões conhecidas como sinapses.

Os neurônios nas sinapses Cada sinapse tem duas partes: (1) o terminal axônico da célula pré-sináptica e (2) a membrana da célula pós-sináptica (Fig. 8-20 e ). Em um reflexo neural, a informação se move da célula pré-sináptica para a célula pós-sináptica. As células pós-sinápticas podem ser neurônios ou não. Na maioria das sinapses entre neurônios, os terminais axônicos pré-sinápticos estão próximos dos dendritos ou do corpo celular do neurônio pós-sináptico. Em geral, neurônios pós-sinápticos com muitos dendritos também têm muitas sinapses. Um número moderado de sinapses é 10.000, mas estima-se que algumas células no encé-

8

falo possuam mais de 150.000 sinapses em seus dendritos! As sinapses também podem ocorrer no axônio ou até mesmo no terminal axônico da célula pós-sináptica. As sinapses são classificadas como químicas ou elétricas dependendo do tipo de sinal que passa da célula pré-sináptica para a pós-sináptica.

Sinapses elétricas As sinapses elétricas transferem um sinal elétrico, ou corrente, diretamente do citoplasma de uma célula para a outra através das junções comunicantes. A informação pode fluir em ambas as direções através da maioria das junções comunicantes, porém em algumas a corrente pode fluir apenas em uma direção (uma sinapse retificadora). As sinapses elétricas existem principalmente em neurônios do SNC. Elas também são encontradas nas células da

A forma clássica da síndrome de Guillai n-Barré encont ra da na Europa e na América do Norte é uma doença na qual a miel ina que isola os axônios é destruída. Uma maneira de diagnost icar a síndrome da Gu illain-Barré, a esclerose múltipla e outras doenças desmieli nizantes é pelo teste de condução nervosa. Esse teste mede a força combinada dos potenciais de ação de muitos neurôn ios e a velocidade em que são conduzidos quando percorrem os axon1os. A

o

Questão 3: Na síndrome de Guillain-Barré, qual o resultado esperado de um teste de condução nervosa?

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o Axônio do . neuron10 pré-sináptico ~

Mitocôndria

-~

Terminal axônico

Vesículas sinápticas

Neurônio pós-sináptico

transmissores polipeptídicos e as enzimas proteicas necessárias para o metabolismo no terminal axônico devem ser produzidos no corpo celular. As enzimas dissolvidas são carregadas até o terminal axônico por transporte axonal lento, mas os neurotransmissores, que são consumidos mais rapidamente que as enzimas, são transportados em vesículas por transporte axonal rápido. Quando examinamos o terminal axônico de uma célula pré-sináptica com um microscópio eletrônico, encontramos muitas vesículas sinápticas pequenas e mitocôndrias grandes no citoplasma (Fig. 8-21 e ). Algumas vesículas estão "ancoradas" nas zonas ativas ao longo da membrana mais próxima da fenda sináptica, esperando por um sinal para liberar seu conteúdo. Outras vesículas atuam como um reservatório, aglomerando-se perto dos sítios de ancoragem. Cada vesícula contém neurotransmissores que são liberados conforme a demanda. REVISANDO CONCEITOS 16. Quais organelas são necessárias para sintetizar proteínas e armazená-las em vesículas?

-~

17. Qual a função das mitocôndrias nas células?

Fenda sináptica

18. Como as mitocõndrias chegam ao terminal axõnico? Respostas: p. 294

O cálcio é o sinal para a liberação do neurotransmissor na sinapse Neurotransmissor

•

Receptores

Membrana pós-sináptica

FIGURA 8-20 Os neurotransmissores são a mensagem em uma sinapse química. O terminal axônico contém mitocôndrias e vesículas sinápticas preenchidas com neu rotransmissores. A membrana pós-sináptica possu i receptores para o neurotransmissor que se difunde através da fenda sináptica.

glia, em músculos cardíaco e liso e em células não excitáveis que usam sinais elétricos, como a célula ~ pancreática. A principal vantagem da sinapse elétrica é a rápida condução dos sinais de célula para célula que sincroniza a atividade em uma rede de células. As junções comunicantes também permitem que as moléculas sinalizadoras químicas se difundam entre células adjacentes.

Sinapses químicas A grande maioria das sinapses no sistema nervoso são sinapses químicas, as quais usam neurotransmissores para levar informação de uma célula para outra. Nas sinapses químicas, o sinal elétrico da célula présináptica é convertido em um sinal químico que cruza a fenda sináptica entre o neurônio pré-sináptico e seu alvo (Fig. 8-20). A ligação do neurotransmissor com seu receptor na célula pós-sináptica inicia uma resposta elétrica (uma resposta muito rápida) ou ativa uma via de segundo mensageiro (uma resposta mais lenta). [ ~ p . 184] A síntese de neurotransmissores pode acontecer no corpo celular do neurônio ou no terminal axônico. Entretanto, os terminais axônicos não possuem as organelas necessárias para a síntese de proteínas. Consequentemente, os neuro-

A liberação de neurotransmissores na fenda sináptica ocorre por exocitose. Pelo que podemos saber, a exocitose nos neurônios é similar à exocitose em outros tipos de células, como as células ~pancreáticas descritas no Capítulo 5 [ ~ p . 171]. As neurotoxinas que bloqueiam a liberação de neurotransmissores, incluindo as toxinas botulínica e tetânica, exercem sua ação inibindo proteínas específicas do mecanismo de exocitose da célula. A Figura 8-21 • mostra como os neurotransmissores são liberados por exocitose. Quando a despolarização de um potencial de ação alcança o terminal axônico CD, a mudança no potencial de membrana dá início a uma sequência de even2 tos. A membrana do terminal axônico possui canais de Ca + controlados por voltagem que se abrem em resposta à despolarização @. Como os íons cálcio são mais concentrados no líquido extracelular do que no citosol, eles se movem para 2 dentro da célula. O Ca + liga-se a proteínas reguladoras e inicia a exocitose @. A membrana da vesícula sináptica se funde com a membrana celular, com o auxílio de várias proteínas da membrana. A área fundida se abre e os neurotransmissores se movem de dentro da vesícula sináptica para a fenda sináptica ©. As moléculas do neurotransmissor se difundem através da fenda para se ligarem com receptores na membrana da célula pós-sináptica. Quando os neurotransmissores se ligam aos seus receptores, uma resposta é iniciada na célula pós-sináptica @. No modelo clássico de exocitose, a membrana da vesícula torna-se parte da membrana do terminal axônico [ ~ Fig. 5-21, p . 153]. Este aumento da área de superfície da membrana é compensado pela reciclagem endocitótica das vesículas em regiões fora das zonas ativas (ver Fig. 8-4, p. 252). Entretanto, um segundo modelo de secreção está surgindo. Neste

275

Fisiologia Humana

Um potencial de ação despolariza o terminal axônico.

A despolarização abre canais de Ca2+ controlados por voltagem e o Ca2+ entra na célula.

Terminal axônico - - - - - - - - - . . . - - Moléculas do neurotransmissor Vesícula sináptica - - - - -...J

A entrada do cálc io inicia a exocitose do conteúdo das vesículas sinápticas.

O neurotransmissor se d ifunde através da fenda sináptica e se liga aos receptores na célula pós-sináptica.

Proteína de ancoragem - - Resposta da célula - - ~ Fenda

• • o

A ligação do neurotransmissor inicia uma resposta na célula pós-sináptica.

~--

Célula pós-sináptica

•

FIGURA 8-21

sináptica

Canal de Ca2+ controlado por voltagem

Receptor

Resposta da célula

8

Transferência de informação na sinapse.

modelo, denominado via kiss-and-run*, as vesículas sinápticas se fundem à membrana pré-sináptica em um complexo denominado poro de fusão. Esta fusão abre um pequeno canal que é grande o suficiente apenas para a passagem do neurotransmissor. Então, ao invés da área fundida se ampliar e incorporar a membrana da vesícula à membrana celular, a vesícula se separa do poro de fusão e retorna ao pool de vesículas no citoplasma. R VISANDO CONCEITOS Em um experimento sobre transmissão sináptica, uma sinapse foi colocada em um meio equivalente ao líquido extracelular, mas que não possuía Ca 2 +. Um potencial de ação foi iniciado no neurônio pré-sináptico. Apesar de o potencial de ação ter alcançado o terminal axônico na sinapse, a resposta normal da célula pós-sináptica não ocorreu. A que conclusão os pesquisadores chegaram com base neste resultado? Resposta: p. 295

Os neurônios secretam sinais químicos Quais são as moléculas de sinalização neurócrina que os neurônios liberam? Sua composição química é variada, e elas podem funcionar como neurotransmissores, neuromoduladores ou neuro-hormônios [ ~ p. 252]. Os neurotransmissores e os neuromoduladores atuam como sinais parácrinos, com suas células-alvo localizadas perto do neurônio que as secreta. Os neuro-hormônios, em comparção, são secretados no sangue e distribuídos por todo o corpo [ ~ p. 180].

*N. de T. Via kiss and run ("beija e foge") sem tradução consolidada em língua portuguesa. Alguns autores chamam esse processo de fusão reversível das vesículas, uma vez que a formação do poro de fusão é transitória.

Geralmente, os neurotransmissores agem em uma sinapse e geram uma resposta rápida. Os neuromoduladores agem tanto em áreas sinápticas quanto em áreas não sinápticas, e produzem ação mais lenta. Alguns neuromoduladores e neurotransmissores também agem na célula que os secreta, o que os torna sinais autócrinos além de parácrinos. O número de moléculas identificadas como neurotransmissores e neuromoduladores é grande e cresce diariamente.

O sistema nervoso secreta substâncias , . neurocr1nas O arranjo das substâncias neurócrinas no corpo é surpreendente (Tabela 8-4 e ). Elas podem ser informalmente dividi-

O Dr. McKhann decidiu realizar testes de condução nervosa em algumas das crianças paralisadas no Hospital de Beijing. Ele descobriu que apesar da velocidade de condução ao longo dos nervos das crianças ser normal, a força somada dos potenciais de ação que percorriam o nervo estavam bastante diminuída.

Questão 4: A doença paralítica que afetava as crianças chinesas é uma condição desmielinizante? Explique por que sim ou porquenao.

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Principais substâncias neurócrinas* SUBSTÂNCIA QUÍMICA Acetilcolina (ACh)

RECEPTOR

LOCALIZAÇÃO DO RECEPTOR

PRINCIPAIS AGONISTAS, ANTAGONISTAS E POTENCIADORES**

Múscu los esqueléticos, neurônios autonômicos, SNC

Nicotina: agon ista; curare, a-bungarotoxina: antagonistas

RPG

Músculos liso e cardíaco, glându las endócrinas e exócrinas, SNC

Muscarina: agonista; atropina: antagonista

TIPO

Colinérgico

Nicotínico

Muscarínico

Aminas Noradrenalina (NA)

Adrenérg ico {a, ~)

RPG

Músculos liso e cardíaco, glându las endócrinas e exócrinas, SNC

Ergotamina, fento lamina: antagonistas a; propranolol : antagonista ~

Dopamina (DA)

Dopam ina (O)

RPG

SNC

Antipsicóticos: antagonistas; bromocriptina: agonista

Serotonina (5-hidroxitriptam ina, 5-HT)

Serotonérgico (5-HT)

SNC

Sumatriptano: agonista; LSD: antagonista

Histamina

Histamina (H)

RPG

SNC

Ranit idina (Zantac®) e cimetidina (Tagamet®): antagonistas

AMPA

RC (Na+, K+)

SNC

NMDA

RC (Na+, K+, Ca 2 +)

SNC

RPG

SNC

Glicina: potenciador; quisqualato: agon ista

Aminoácidos Glutamato

Glutaminérgico ionotrópico (iGluR)

Glutaminérgico metabotrópico (mGluR) GABA (ácido -y-aminobutírico)

GABA

SNC

Picrotoxina: antagonista; álcool, barbituratos: potenciadores

Glicina

Gl icina

SNC

Estriquinina: antagonista

Purinas Adenosina

Purina (P)

RPG

SNC

Nenhum

N/A

N/A

Gases Óxido nítrico (NO)

*Esta tabela não inclui os inúmeros peptídeos que atuam como neurócrinos. ** Esta lista não inclui muitas substâncias químicas que são usados como agonistas e antagonistas em pesquisas fisiológicas. Para rever a potenciação, ver p. 231. ***RC, Receptor cana l iônico; RPG, receptor acoplado à proteína G; AMPA, ácido propriônico a-amino-3-hidroxi-5-metil-4 isoxazol; NMDA, N-metil-D-aspartato; LSD, ácido lisérgico dietilamina; N/A, não aplicável.

Fisiologia Humana

das em sete classes de acordo com sua estrutura: (1) acetilcolina, (2) aminas, (3) aminoácidos, (4) purinas, (5) gases, ( 6) peptídeos e (7) lipídeos. Os neurônios do SNC liberam muitas substâncias neurócrinas diferentes, incluindo alguns polipeptídeos conhecidos principalmente por sua atividade hormonal. Em contraste, o SNP secreta apenas três substâncias neurócrinas importantes: os neurotransmissores acetilcolina e noradrenalina e o neuro-hormônio adrenalina.

Acetilcolina A acetilcolina (ACh), isolada em uma classe química, é sintetizada a partir da colina e da coenzima acetil A (acetil CoA). A colina é uma molécula pequena também encontrada em fosfolipídeos de membrana. A acetil CoA é o intermediário metabólico que liga a glicólise ao ciclo do acido cítrico [ $ p. 110]. A síntese da ACh a partir destes dois precursores é uma reação enzimática simples que ocorre no terminal axônico (Fig. 8-22 e ). Os neurônios que secretam ACh e os receptores que se ligam à ACh são descritos como colinérgicos.

Aminas Neurotransmissores aminas, assim como os hormônios amina [ $ p. 224], são derivados de um único aminoácido. O aminoácido tirosina é convertido em dopamina, noradrenalina e adrenalina. Todas estas três substâncias neurócrinas também funcionam como neuro-hormônios quando secretadas pela medula da suprarrenal [$Fig. 11-10, p. 394]. Os neurônios que secretam noradrenalina são chamados de neurônios adrenérgicos, ou, mais apropriadamente, neurônios noradrenérgicos. O adjetivo adrenérgico não tem a mesma ligação óbvia ao seu neurotransmissor, como o colinérgico tem com a acetilcolina. Ao invés disso, o adjetivo deriva do nome britânico para a epinefrina, adrenalina. No início do século XX, pesquisadores britânicos pensavam que os neurônios simpáticos secretavam adrenalina (epinefrina), daí o nome adrenérgico. Apesar de o nosso entendimento ter mudado, o nome persiste. Sempre que você encontrar referências ao "controle adrenérgico" de uma função, você deve pensar em um neurônio secretando noradrenalina. Outros neurotransmissores aminas incluem a serotonina (também chamada de 5-hidroxitriptamina ou 5-HT), sintetizada a partir do aminoácido triptofano, e a histimina, sintetizada a partir da histidina. Os neurotransmissores aminas são todos ativos no SNC. Além disso, a noradrenalina é o principal neurotransmissor da divisão autônoma simpática da parte periférica do sistema nervoso.

Aminoácidos No mínimo quatro aminoácidos funcionam como neurotransmissores no SNC. O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório do SNC, e o aspartato tem a mesma função em regiões específicas do encéfalo. O principal neurotransmissor inibitório no encéfalo é o ácido -y-aminobutírico (GABA). O aminoácido glicina é o principal neurotransmissor inibitório da medula espinal. Ele também potencializa os efeitos excitatórias do glutamato em um tipo de receptor do glutamato [$ p. 234, potenciação].

Peptídeos O sistema nervoso secreta uma grande variedade de peptídeos que atuam como neurotransmissores e neuromoduladores, além de funcionar como neuro-hormônios.

277

BIOTECNOLOGIA

SOBRE COBRAS, CARACÓIS, ARANHAS E SUSHI O que cobras, caracóis marinhos e aranhas têm a ver com neurofisiologia? Todos estes an imais fornecem aos cientistas substâncias para o estudo da transmissão sináptica, extraídos dos venenos neurotóxicos que estes an imais usam para matar suas presas. A cobra asiática Bungarus multicinctus fornece a a-bungarotoxina, um veneno de longa duração que se liga firmemente aos receptores nicotínicos da acetilcol ina. O caracol cone caçador de peixes, o Conus geographus, e a aranha teia-de-funil, a Agelenopsis aperta, uti lizam toxinas que bloqueiam diferentes t ipos de canais de Ca 2 + controlados por voltagem. Entretanto, um dos venenos mais potentes conhecidos vem do peixe baiacu japonês, uma iguaria muito apreciada cuja carne é consumida como sush i. O baiacu possui tetrodotoxina (TIX) em suas gônadas. Esta neurotoxina bloqueia os canais de Na+ nos axôn ios e impede a transmissão de potenciais de ação, de modo que a ingestão de apenas uma quantidade muito pequena pode ser fata l. Os chefes de cozinha que preparam para consumo o baiacu, ou fugu, são cuidadosamente treinados para evitar a contaminação da carne do peixe enquanto removem as gônadas tóxicas. Mesmo assim, há sempre algum risco em se comer fugu - uma razão pela qual a pessoa mais jovem da mesa é a primeira a provar o prato.

Estes peptídeos incluem a substância P, envolvida em algumas vias da dor, e os peptídeos opioides (encefalinas e endorfinas), que medeiam o alívio da dor, ou analgesia (an' sem + algos, dor). Peptídeos que funcionam tanto como neuro-hormônios quanto como neurotransmissores incluem a colecistocinina (CCK), a vasopressina e o peptídeo natriurético atrial. Muitos peptídeos neurotransmissores são cossecretados com outros neurotransmissores.

Purinas A adenosina, o monofosfato de adenosina (AMP) e o trifosfato de adenosina (ATP) podem funcionar como neurotransmissores. Estas moléculas, conhecidas coletivamente . ,, . como purinas [ $ p. 34], ligam-se a receptores punnergzcos presentes no SNC e em outros tecidos excitáveis, como ocoração.

Gases Um dos neurotransmissores mais interessantes é o óxido nítrico (NO), um gás instável sintetizado a partir do oxigênio e do aminoácido arginina. O oxido nítrico quando atua como neurotransmissor se difunde livremente para a célula-alvo, ao invés de ligar-se a um receptor na membrana [$ p. 191]. Uma vez dentro da célula-alvo, o óxido nítrico liga-se a proteínas. Com uma meia-vida de apenas 2 a 30 segundos, o óxido nítrico é difícil de ser estudado. Ele também é liberado de outras células que não os neurônios, e muitas vezes age como uma substância parácrina.

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CoA

Acetil CoA Terminal _ __, axon1co A

'

Enzima

o

A

Acetilcolina

Ch A acetilcolina (ACh) é sintetizada a partir de colina e acetil CoA.

Vesícula sináptica

Na fenda sináptica, a ACh é rapidamente quebrada pela enzima acetilcolinesterase.

A

e

Ch

A colina é transportada de volta para o terminal axônico e utilizada para a síntese de mais ACh. Acetato

e

FIGURA 8-22

Acetilcolinesterase (AChE)

Célula pós-sináptica

Síntese e reciclagem da acetilcolina na sinapse.

FOCO CLINICO

MIASTENIA GRAVE

o que haveria

de errado se de repente suas pálpebras começassem a cair, você começasse a ter dificuldade em acompanhar objetos em movimento e ficasse com dificuldade de mastigar, engolir e falar? Que doença ataca est es músculos esqueléticos, mas não ataca os músculos maiores dos braços e das pernas? A resposta é a miastenia grave (myo-, músculo + asthenes, fraco + gravis, grave), uma doença aut o-imune na qual o corpo não reconhece os receptores de acet ilcolina (ACh) dos músculos esqueléticos como parte de si pró prio. Ent ão o sist ema imunitário produz ant icorpos cont ra os recept ores. Os anticorpos se ligam à proteína recept ora de ACh e a alteram de modo que a célula muscular retira est es receptores da membrana e os dest rói. Esta destruição deixa o músculo com menos recept ores de ACh na membrana. Mesmo que a liberação de neurotransmissor seja normal, o músculo-alvo tem uma respost a diminuída, que se apresent a como fraqueza muscular. Atualmente, a ciência médica não possui cura para a m iastenia grave, apesar de vários fármacos ajudarem a con trolar os sint omas. Para saber mais sobre est a doença, visite o site da Fundação de Miasten ia Grave da Am érica em www.

myasthenia.org.

Pesquisas recentes sugerem que o monóxido de carbono (CO) e o gás sulfídrico, também chamado de sulfeto de , . hidrogênio (H2S), ambos conhecidos como gases tox1cos, são produzidos no corpo em quantidades muito pequenas, atuando como neurotransmissores.

Lipídeos As substâncias neurócrinas lipídicas incluem diversos eicosanoides (p. 31) que são os ligantes endógenos para os receptores canabioides. O receptor canabinoide CB 1 é encontrado no encéfalo e o receptor CB2 é encontrado em células imunitárias. Estes receptores foram denominados por um de seus ligantes exógenos, o /:l.9 -tetraidrocanabinol (THC), que vem da planta Cannabis sativa, comumente conhecida como maconha.

Múltiplos tipos de receptores amplificam os efeitos dos neurotransmissores Todos os neurotransmissores, exceto o óxido nítrico ligam-se a um ou mais tipos de receptores. Cada tipo de receptor pode ter múltiplos subtipos, permitindo que um neurotransmissor tenha efeitos diferentes em tecidos diferentes. Os subtipos de receptores são distinguidos pela combinação de letras e números subscritos. Por exemplo, a serotonina (5-HT) possui pelo menos 20 subtipos de receptores identificados, incluindo o 5-HT1A e o 5-HT4 • Os receptores de neurotransmissores são agrupados em duas das categorias de receptores de membrana que foram discutidas no Capítulo 6 [ $ p. 182]: canais iônicos controlados por ligante e receptores acoplados à proteína G (RPG). Os receptores que alteram a função do canal iônico são de-

Fisiologia Humana

nominados receptores ionotrópicos. Receptores que atuam por meio de sistemas de segundo mensageiro são chamados de receptores metabotrópicos. Alguns dos RPGs metabotrópicos regulam a abertura ou o fechamento de canais iônicos. O estudo dos neurotransmissores e de seus receptores tem sido bastante simplificado por dois avanços da biologia molecular. Os genes de muitos subtipos de receptores foram clonados, permitindo aos pesquisadores construir receptores mutantes e estudar suas propriedades. Além disso, os pesquisadores descobriram ou sintetizaram uma grande variedade de moléculas agonistas e antagonistas que imitam ou inibem a atividade dos neurotransmissores ligando-se aos receptores [ $ p. 41]. A Tabela 8-4 inclui descrições dos tipos de receptores e alguns de seus agonistas ou antagonistas.

Receptores colinérgicos Os receptores colinérgicos possuem dois subtipos principais: o nicotínico, denominado assim porque a nicotina é um de seus agonistas, e o muscarínico, para o qual a muscarina, um composto encontrado em alguns fungos, é um agonista. Os receptores colinérgicos nicotínicos são encontrados no músculo esquelético, na divisão autônoma do SNP e no SNC. Os receptores nicotínicos são canais de cátion monovalente pelos quais o Na+ e o K+ podem passar. A entrada de sódio na célula excede a saída de K+ porque o gradiente eletroquímico do Na+ é maior. Como resultado, a entrada líquida de Na+ despolariza a célula póssináptica e torna mais provável que ela dispare um potencial de ação. Os receptores colinérgicos muscarínicos possuem cinco subtipos relacionados. Todos são acoplados a proteínas G e associados a sistemas de segundo mensageiro. A resposta do tecido à ativação dos receptores muscarínicos varia conforme o subtipo do receptor. Estes receptores estão presentes no SNC e na divisão autônoma parassimpática do SNP.

Receptores adrenérgicos Os receptores adrenérgicos são divididos em duas classes: a. (alfa) e J3 (beta), cada uma com vários subtipos. Assim como os receptores colinérgicos muscarínicos, os receptores adrenérgicos estão associados a proteínas G e iniciam cascatas de segundo mensageiro. A ação da adrenalina nos receptores-J3 em fígado de cães foi o que levou E. W. Sutherland à descoberta do AMP cíclico e do conceito de sistemas de segundo mensagens como transdutores de mensageiros extracelulares [ '$ p. 187]. As duas classes de receptores adrenérgicos funcionam por meio de diferentes vias de segundo mensageiro. R~VISANDO

CONCEITOS Quando as indústrias farmacêuticas criam medicamentos, elas tentam produzir um dado fármaco o mais específico possível para um determinado subtipo de receptor t ido como alvo. Por exemplo, um farmáco pode ter como alvo os receptores adrenérgicos-J3 1, ao invés de todos os receptores a. e J3. Qual seria a vantagem disso? Resposta: p. 295

Receptores glutamatérgicos

o glutamato é o principal

neurotransmissor excitatório do SNC e também atua como neuromodulador. A ação do glutamato em uma sinapse em

279

O Dr. McKhann então pediu para ver os relatórios das autópsias de algumas das crianças que morreram de paralisia no Hospital de Beijing. Os patologistas perceberam que os pacientes possuíam a mielina normal, mas os axônios estavam dan ificados. Em alguns casos, o axôn io foi completamente dest ruído, deixando apenas uma casca vazia de mielina.

Questão 5: Os resultados da investigação do Dr. McKhann sugerem que as crianças chinesas tinham síndrome de Guillain-Barré? Explique sua resposta.

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particular depende dos tipos de receptores presentes na célula-alvo. Receptores glutamatérgicos metabotrópicos agem por meio de receptores acoplados à proteína G. Dois receptores ionotrópicos do glutamato são receptores-canais. Os receptores NMDA são assim chamados devido ao agonista do glutamato N-metil-D-aspartato, e os receptores AMPA são assim chamados pelo seu agonista, o áddo a.-amino-3-hidroxiS-metilisoxazol-4-propriônico. Os receptores AMPA são canais de cátions monovalentes controlados por ligante similares aos receptores-canais nicotínicos de acetilcolina. A ligação do glutamato abre o canal, e a célula despolariza devido ao influxo líquido de Na+. Os receptores NMDA são incomuns por diversas razões. Primeiro, eles são canais de cátions que permitem a passagem de Na+, K+ e Ca2+. Segundo, a abertura do canal requer a ligação do glutamato e uma mudança no potencial de membrana. O canal do receptor NMDA é bloqueado por um íon magnésio (Mg2 +) durante os potenciais de membrana em repouso. A ligação do glutamato abre o portão ativado por ligante, mas os íons não podem passar pelo Mg2 +. Entretanto, se a célula despolariza, o Mg2 + que bloqueia o canal é removido, e então os íons fluem através do poro (ver Fig. 8-32).

Algumas respostas pós-sinápticas são lentas A combinação de um neurotransmissor com seu receptor inicia uma série de respostas na célula pós-sináptica (Fig. 8-23 e ). Nas respostas mais simples, o neurotransmissor liga-se a um receptor acoplado a um canal na célula pós-sináptica e abre o canal levando ao movimento de íons entre o líquido extracelular e a célula pós-sináptica. A mudança resultante no potencial de membrana é chamada de potencial sináptico rápido porque inicia rapidamente e dura apenas alguns milissegundos. Se o potencial sináptico é despolarizante, ele é chamado de potencial pós-sináptico excitatório (PEPS) porque aumenta as chances da célula disparar um potencial de ação. Se o potencial sináptico é hiperpolarizante, ele é chamado de potencial pós-sináptico inibitório (PIPS) porque a hi-

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Terminal axônico pré-sináptico

Potenciais sinápticos lentos e efeitos de longa duração

Potencial sináptico rápido e de curta duração

•

Canal iônico controlado por ligante

•

•

•

•

•

Receptor acoplado à proteína G

R G

Célula pós-sináptica

Altera a abertura de . ." . canais 1on1cos

Canais iônicos abertos

Mais Na+ entra

PEPS= despolarização excitatória

•

Via inativa Ativa a via do segundo mensageiro

Canais iônicos fechados

Mais K+ • • sai ou mais c1- entra

Menos Na+ entra

PIPS = hiperpolarização inibitória

Modifica proteínas existentes ou regula a síntese de novas proteínas

Menos K+ sai

PEPS= despolarização excitatória

Resposta intracelular coordenada

FIGURA 8-23 Respostas rápidas e lentas em células pós-sinápticas. Os neurotransmissores geram respostas rápidas e breves abrindo canais iônicos diretamente. Quando se ligam a receptores diferentes, os neurotransmissores podem gerar respostas mais lentas e de maior duração ativando sistemas de segundo mensageiro.

perpolarização move o potencial de membrana para longe do limiar e torna menos provável que a célula dispare um potencial de ação. Nas respostas pós-sinápticas lentas, os neurotransmissores ligam-se a receptores acoplados à proteína G que estão associados a sistemas de segundo mensageiro. O segundo mensageiro pode agir no lado citoplasmático da membrana celular para abrir ou fechar canais iônicos. (potenciais sinápticos rápidos sempre abrem canais iônicos.) Os potenciais de membrana resultantes deste processo são chamados de potenciais sinápticos lentos porque o sistema de segundo mensageiro leva mais tempo para gerar uma resposta. Além disso, a resposta dura mais, geralmente de segundos a minutos.

As respostas pós-sinápticas lentas não estão limitadas a alterar o estado de abertura dos canais iônicos. A ativação dos sistemas de segundo mensageiro pelos neurotransmissores também pode modificar as proteínas existentes na célula ou regular a síntese de novas proteínas. Este tipo de resposta lenta tem sido relacionado ao crescimento e desenvolvimento dos neurônios e aos mecanismos responsáveis pela memória de longa duração.

A atividade dos neurotransmissores é rapidamente finalizada Uma característica-chave da sinalização neural é a sua curta duração, que é alcançada pela rápida remoção ou inativação

Fisiologia Humana

281

Vaso sanguíneo Célula pré-sináptica Os neurotransmissores podem retornar aos terminais axônicos para reutilização ou ser transportados para as células da glia.

Vesícula sináptica

Célula da glia

As enzimas inativam os neurotransmissores.

-·

•

• • • • •

•

•

• • •

•

• ••

. : ...

Os neurotransmissores podem difundir-se para fora da fenda sináptica por difusão.

Célula pós-sináptica

•

FIGURA 8-24

8

lnativação de neurotransmissores.

dos neurotransmissores na fenda sináptica. Relembre do Capítulo 2 que a ligação do ligante à proteína é reversível e dirigese a um estado de equilíbrio, com uma razão constante ligante não ligado: ligado [$ p. 40]. Se o neurotransmissor não ligado é removido da sinapse, os receptores liberam o neurotransmissor ligado, finalizando sua atividade e mantendo constante a razão neurotransmissor não ligado: neurotransmissor ligado. A remoção do neurotransmissor não ligado da fenda sináptica pode ser realizada de diversas maneiras (Fig. 8-24 e ). Algumas moléculas do neurotransmissor simplesmente se afastam da sinapse por difusão, afastando-se de seus receptores. Outros neurotransmissores são inativados por enzimas na fenda sináptica. Muitos neurotransmissores são removidos do líquido extracelular por transporte tanto de volta para a célula pré-sináptica quanto para neurônios adjacentes ou células da glia. Por exemplo, a acetilcolina (ACh) no líquido extracelular é rapidamente degradada pela enzima acetilcolinesterase (AChE) na matriz extracelular e na membrana da célula pós-sináptica (ver Fig. 8-22). A colina da ACh degradada é ativamente transportada de volta para o terminal axônico pré-sináptico e usada para a síntese de nova acetilcolina para encher as vesículas sinápticas recicladas. Em contraste, a ação da noradrenalina no tecido-alvo é finalizada quando o neurotransmissor intacto é ativamente transportado de volta para o terminal axônico pré-sináptico. Uma vez de volta ao terminal axônico, a noradrenalina é reempacotada nas vesículas ou degradada por enzimas intracelulares, como a monoamino-oxidase (MAO), encontrada nas mitocôndrias. REVISANDO CONCEITOS 21. Uma das classes de antidepressivos são os inibidores seletivos da recaptação de serotonina (SSRls). O que eles fazem com a atividade da serotonina na sinapse? Resposta: p. 295

INTEGRAÇÃO DA TRANSFERÊNCIA DA INFORMAÇÃO NEURAL A comunicação entre neurônios não é sempre um evento um-para-um. Algumas vezes, um único neurônio pré-sináptico se ramifica, e seus colaterais fazem sinapse com vários neurônios-alvo. Este padrão é conhecido como divergência (Fig. 8-2Sa e ). Se um número maior de neurônios présinápticos fornece informação para um número menor de neurônios pós-sinápticos, o padrão é conhecido como convergência (Fig. 8-25b). A combinação da convergência e da divergência no SNC pode resultar em um neurônio pós-sináptico com sinapses de até 10.000 neurônios pré-sinápticos (Fig. 8-26 e ). Por exemplo, os neurônios de Purkinje do SNC possuem dendritos extremamente ramificados, de modo que eles podem receber informações de muitos neurônios (Fig. 8-27 e ). Além disso, agora sabemos que a visão tradicional das sinapses químicas como locais de comunicação unidirecional, com todas as mensagens movendo-se de uma célula pré-sináptica para uma pós-sináptica, não está sempre correta. No encéfalo, existem algumas sinapses onde as células de ambos os lados da fenda sináptica liberam neurotransmissores que agem na célula oposta. Talvez mais importante ainda foi a descoberta de que muitas células pós-sinápticas se comunicam com seus neurônios pré-sinápticos enviando neuromoduladores que se ligam a receptores pré-sinápticos. Variações na atividade sináptica têm um papel importante para determinar como a comunicação ocorre no sistema nervoso. A modulação da atividade nas sinapses é chamada de plasticidade sináptica fplasticus, que pode ser moldado]. A modulação pode aumentar a atividade na sinapse (facilitação ou potenciação [ ~ p . 234] ou pode diminuir a atividade (inibição ou depressão). Algumas vezes, as modificações

282

Dee Unglaub Silverthorn

Terminais axônicos de neurônios pré-sinápticos

(a) Em uma via divergente, um neurônio pré-sináptico se ramifica para afetar um maior número de neurônios pós-sinápticos.

o

Dendrito do neurônio pós-sináptico

Processos das células da glia .._ Axônio

(b) Em uma via convergente, muitos neurônios pré-sinápticos fornecem sinais de entrada para influenciar um número menor de neurônios pós-sinápticos.

•

FIGURA 8-26 A abundância de sinapses em um neurônio pós-sináptico. O corpo celular e os dendritos de um neurônio motor somático estão quase completamente cobertos por sinapses que fornecem sinais de entrada de outros neurônios.

•

FIGURA 8-27 Os dendritos densamente ramificados de uma célula de Purkinje (neurônio) demonstra a convergência de sinais provenientes de muitas sinapses para o corpo celular.

QUESTÃO DA FIGURA O padrão da divergência é simi lar a' em um sistema de segundo mensageiro.

•

FIGURA 8-25

Divergência e convergência.

Fisiologia Humana

283

Terminal axônico pré-sináptico

(i)

o

Três neurônios excitatórias disparam. Seus potenciais graduados separadamente estão abaixo do limiar. Os potenciais graduados alcançam a zona de disparo e se somam para criar um sinal supralimiar.

Um potencial de ação é gerado.

'

--~

(a)

1

}- Zona de disparo

e

Potencial de ação

Um neurônio inibitório e dois excitatórias disparam.

8 Neurônio ......_., inibitório

•

FIGURA 8-28 A somação espacial ocorre quando as correntes de potenciais graduados quase simultâneas se combinam. Em (a), a soma de vários sinais sublimiares resulta em um potencial de ação. Em (b), um neurônio pré-sináptico inibitório impede o potencial de ação, um exemplo de inibição pós-sináptica.

são de curta duração, mas em outras situações as alterações na sinapse persistem por períodos significativos de tempo. Nesta seção examinamos algumas das maneiras pelas quais a comunicação nas sinapses pode ser modificada.

As vias neurais podem envolver muitos neuron1os A

o

Quando dois ou mais neurônios pré-sinápticos convergem nos dendritos ou no corpo celular de uma única célula póssináptica, a resposta da célula é determinada pela soma dos sinais de entrada dos neurônios pré-sinápticos. Se todos os estímulos geram potenciais excitatórias pós-sinápticos sublimiares (abaixo do limiar) (PEPS), os PEPSs podem se somar para gerar um potencial supralimiar (acima do limiar) na zona de disparo. Um potencial de ação iniciado por diversos potenciais graduados quase simultâneos é um exemplo de somação espacial. A palavra espacial (spatium, espaço) se refere ao fato de que os potenciais graduados se originam a partir de diferentes localizações (espaços) no neurônio. A Figura 8-28a • ilustra a somação espacial onde três neurônios pré-sinápticos liberando neurotransmissores ex-

o -;--____,,_ }

(b)

Os potenciais somados estão abaixo do limiar, então nenhum potencial de ação é gerado.

Zona de disparo

Sem potencial de ação

citatórios ("neurônios excitatórias") convergem para um neurônio pós-sináptico. Os PEPSs de cada neurônio são muito fracos para iniciar um potencial de ação, mas se os três neurônios pré-sinápticos dispararem ao mesmo tempo, a soma dos três PEPSs é supralimiar e gera um potencial de ação. A inibição pós-sináptica pode ocorrer quando um neurônio pré-sináptico libera um neurotransmissor inibitório em uma célula pós-sináptica e altera sua resposta. A Figura 8-28b mostra três neurônios, dois excitatórias e um inibitório, convergindo para uma célula pós-sináptica. Os neurônios disparam, gerando um potencial pós-sináptico inibitório (PIPS) e dois potenciais graduados excitatórias que se somam quando atingem a zona de disparo. O PIPS neutraliza os dois PEPSs, criando um sinal integrado que está abaixo do limiar. Portanto, nenhum potencial de ação é iniciado na zona de disparo. A soma de potenciais graduados nem sempre requer sinais de entrada de mais de um neurônio pré-sináptico. Dois potenciais graduados abaixo do limiar vindos do mesmo neurônio pré-sináptico podem ser somados se chegarem na zona de disparo suficientemente próximos no tempo. A soma de potenciais graduados que se sobrepõem no tempo é

284

Dee Unglaub Silverthorn

+30 Estímulos 0<1& X2)

o C\1

e

~

o

.o

E Q) E

5'

E

Q)

C\1

e

"'O

.o

C\1 ·(.)

E

2 o o..

C\1 ....

Limiar -55 - -- -- - -E Q)

e

Q)

-55 - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - Limiar - - -- -- -- -

"'O

cu -70 i---....,,, ·(.) eQ)

õ

o.. X2

Tempo (ms)

X1

Tempo (ms)

{b) Somação causando um potencial de ação. Se dois potenciais sublimiares atingem a zona de disparo em um curto período de tempo, eles podem se somar e gerar um potencial de ação.

{a) Sem somação. Dois potenciais graduados sublimiares não vão iniciar um potencial de ação se estão distantes no tempo.

•

X2

FIGURA 8-29 A somação temporal ocorre quando dois potenciais graduados de um neurônio pré-sináptico ocorrem próximos no tempo.

chamada de somação temporal (tempus, tempo). Vamos ver como isso pode acontecer. A Figura 8-29a • mostra o registro obtido de um eletrodo colocado na zona de disparo de um neurônio. Um estímulo (X 1) inicia um potencial graduado sublimiar no corpo celular no tempo indicado no eixo x. O potencial graduado alcança a zona de disparo e a despolariza como mostrado no gráfico (A1) mas não o suficiente para disparar um potencial de ação. Um segundo estímulo (X2) ocorre depois, e seu potencial graduado sublimiar (A2) alcança a zona de disparo algum tempo depois do primeiro. O intervalo entre os dois estímulos é tão grande que os dois potenciais graduados não se sobrepõem. Nenhum dos potenciais está acima do limiar, então nenhum potencial de ação é disparado. Na Figura 8-29b, os dois estímulos acontecem mais próximos no tempo. Como resultado, os dois potenciais graduados sublimiares atingem a zona de disparo quase ao mesmo tempo. O segundo potencial graduado adiciona sua despolarização à do primeiro, fazendo com que a zona de disparo despolarize até o limiar. Em muitas situações, os potenciais graduados em um neurônio incorporam somas temporais e espaciais. A soma de potenciais graduados demonstra uma propriedade-chave dos neurônios: a integração pós-sináptica. Quando múltiplos sinais atingem um neurônio, a integração pós-sináptica gera um sinal com base na força e duração relativa dos sinais. Se o sinal integrado está acima do limiar, o neurônio dispara um potencial de ação. Se o sinal integrado está abaixo do limiar, o neurônio não dispara. A Figura 8-30 • mostra a distribuição de sinapses excitatórias e inibitórias em uma reconstrução tridimensional de espinhos dendríticos de várias formas e tamanhos. Os sinais de entrada dessas sinapses somados determinam a atividade do neurônio pós-sináptico.

R VISANDO CONCEITOS Na Figura 8-28b, assumimos que o potencial de membrana em repouso do neurôn io pós-sináptico é de - 70 mV e o limiar é de - 55 mV. Se o neurônio pré-sináptico inibitório gera um PIPS de - 5 mV e os dois neurônios pré-sinápticos excitatórios geram PEPSs de 1O e 12 mV, o neurônio pós-sináptico vai ou não disparar um potencial de ação? 23. Nos gráficos da Figura 8-29, por que o potencial de membrana não muda ao mesmo tempo que o estímulo? Respostas: p. 295

A atividade sináptica pode ser modulada Todos os exemplos de modulação já discutidos ocorrem no lado pós-sináptico de uma sinapse, mas a atividade das células pré-sinápticas também pode ser alterada. Quando um neurônio modulador (inibitório ou excitatório) termina no terminal axônico de uma célula pré-sináptica ou próximo dele, seus PEPSs ou PIPSs podem alterar o potencial de ação que alcança o terminal e geram uma modulação

. ,,, . pre-sznaptica. ,,,

Se a atividade no neurônio modulador diminui a liberação do neurotransmissor, a modulação é chamada de inibição pré-sináptica (Fig. 8-3 la e ). A inibição pré-sináptica permite a modulação seletiva dos colaterais e seus alvos. Um colateral pode ser inibido ao passo que outros não são afetados. Na fadlitação pré-sináptica, a entrada modulatória aumenta a liberação de neurotransmissor pela célula présináptica. A modulação pré-sináptica fornece um meio mais preciso de controle do que a modulação pós-sináptica. Na modulação pós-sináptica, se um neurônio modulatório faz sinapse nos dendritos ou no corpo celular de um neurônio, a

Fisiologia Humana

285

Sinapse inibitória (vermelho) Cabeça do espinho

Pescoço do espinho

o

Sinapse excitatória (azul}

•

FIGURA 8-30

~

Espinhos

Uma reconstrução tridimensional de espinhos dendríticos e suas sinapses.

(a) Na inibição pré-sináptica, um neurônio modulatório faz sinapse em um colateral do neurônio pré-sináptico e seletivamente inibe um alvo. Sem liberação de neurotransmissor Célula-alvo Terminal axôni co -------=,,.......,,:::::::::::.... pré-sináptico

Sem resposta

oº

~ Neurotransmissor

Potencial de ação

Resposta

liberado

ob

80 Um neurônio excitatório dispara.

Um potencial de ação é gerado.

Resposta

Um neurônio inibitório dispara, bloqueando a liberação de neurotransmissor em uma sinapse.

(b) Na inibição pós-sináptica, todos os alvos do neurônio pós-sináptico serão igualmente inibidos.

Sem resposta

Um neurônio inibitório modula o sinal

Neurônio excitatório

@

o

IP,_SP EPSP

Sem resposta

e e

Sem resposta

Um neurônio excitatório e um inibitório pré-sináptico disparam.

•

FIGURA 8-31

O sinal modulado no neurônio pós-sináptico está abaixo do limiar.

Inibição pré-sináptica e pós-sináptica.

Nenhum potencial de ação é iniciado na zona de disparo.

Nenhuma resposta ocorre nas células-alvo.

8

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~-Axôn i o

pré-sináptico Glutamato

• •• •• • • •o•••

,,,-~~ ,~~~ V

~.:::;:::::::-

O g lutamato se liga a canais AMPAe NMDA.

••

Ca2+ Na+

Mg2+

- - -

e

++ +

- ++

Receptor AMPA Ca2 +

Liberação de substância , . paracnna

Célula pós-sináptica

•

FIGURA 8-32

o

A entrada resultante de Na+ via canais AM PA despolariza a célula pós-sináptica.

A despolarização ejeta o Mg2+ do receptor-canal NMDA e abre o canal.

++

Receptor NMDA

O Ca2+ entra no citoplasma por canais NMDA. O Ca2+ ativa vias de segundo . mensageiro.

Vias de segundo • mensageiro

A célula torna-se mais sensível ao glutamato

• Substância parácrina da célula pós-sináptica aumenta a liberação de glutamato .

Potenciação de longa duração.

responsividade de todo o neurônio pós-sináptico é alterada. Nesse caso, todas as células-alvo do neurônio pós-sináptico são afetadas igualmente (Fig. 8-31b). A atividade sináptica também pode ser alterada mudando-se a responsividade da célula-alvo ao neurotransmissor. Isto pode ser feito alterando-se a identidade, a afinidade ou o número de receptores do neurotransmissor. Os moduladores podem alterar todos estes parâmetros influenciando a síntese de enzimas, de transportadores de membrana e de receptores. A maior parte dos neuromoduladores atua usando sistemas de segundo mensageiro que alteram proteínas existentes, e seus efeitos duram muito mais do que os dos neurotransmissores. Uma molécula sinalizadora pode atuar como neurotransmissor ou como neuromodulador dependendo do seu receptor (Fig. 8-23). R VISANDO CONCEITOS Por que os terminais axônicos algumas vezes são chamados de "t ransdut ores biológicos"? Resposta : p. 295

A potenciação de longa duração altera as • sinapses Dois dos assuntos principais na neurobiologia atual são a potenciação de longa duração (LTP) (potentia, poder) e a depressão de longa duração (LTD), processos nos quais a atividade na sinapse induz mudanças sustentadas na quali-

dade ou quantidade de conexões sinápticas. Muitas vezes as alterações na transmissão sináptica, como a facilitação e a inibição já discutidas, são processos breves de duração limitada. Entretanto, se a atividade sináptica persiste por períodos maiores, os neurônios podem se adaptar por meio da LTP e da LTD. Nosso conhecimento sobre a LTP e a LTD está mudando rapidamente, e os mecanismos podem não ser os mesmos em diferentes regiões do encéfalo. As descrições a seguir mostram um pouco do que atualmente conhecemos sobre as adaptações de longo prazo da transmissão sináptica. Um elemento-chave nas alterações de longo prazo no SNC é o aminoácido glutamato, o principal neurotransmissor excitatório no SNC. Como você já aprendeu, o glutamato tem dois tipos de receptores canais: receptores NMDA e receptores AMPA. O receptor NMDA tem duas propriedades incomuns: seu canal é bloqueado por um portão e por um íon Mg2+, e permite que o Ca2+, bem como o Na+ e o K+fluam por ele. O canal NMDA abre apenas quando o receptor está ligado ao glutamato e a célula está despolarizada. Na potenciação de longa duração, quando os neurônios pré-sinápticos liberam glutamato, o neurotransmissor se liga a ambos receptores, NMDA e AMPA, na célula pós-sináptica (Fig. 8-32 CD e ). A ligação ao receptor AMPA abre um canal de cátion, e a entrada resultante de Na+ despolariza a célula ®.A ligação do glutamato ao receptor NMDA abre o portão do canal, e a despolarização da célula cria uma repulsão elé-

Fisiologia Humana

trica que expulsa o Mg2+ do canal NMDA @. Quando o canal 2 NMDA está aberto, o Ca + entra no citosol ©. O sinal do Ca2+ inicia vias de segundo mensageiro 5. Como resultado dessas vias, a célula pós-sináptica torna-se mais sensível ao glutamato, possivelmente inserindo mais receptores de glutamato na membrana pós-sináptica [regulação para cima, ~ p. 194] Além disso, a célula pós-sináptica libera uma substância parácrina que atua na célula pré-sináptica aumentando a liberação de glutamato 6. A depressão de longa duração parece ter dois componentes: uma alteração no número de receptores pós-sinápticos e uma alteração nas isoformas das proteínas do receptor. Diante da liberação continuada de neurotransmissor dos neurônios pré-sinápticos, os neurônios pós-sinápticos removem receptores AMPA da membrana da célula por endocitose [$ p . 152], um processo similar à regulação para baixo de receptores, discutida no sistema endócrino [ i: p. 236]. Além disso, diferentes subunidades são inseridas nos receptores AMPA, mudando o fluxo de corrente nos canais iônicos. Os pesquisadores acreditam que a potenciação e a depressão de longa duração estão relacionadas com os processos neurais da aprendizagem e da memória, e às alterações encefálicas que ocorrem durante a depressão clínica e outras doenças mentais. A associação clínica torna a LTP e a LTD temas "quentes" na pesquisa das neurociências. REVISANDO CONCEITOS 2 25 Por que a despolarização da membrana expulsa o Mg para o líquido extracelular? Resposta: p. 295

Alterações na transmissão sináptica são responsáveis por muitas doenças A transmissão sináptica é o passo mais vulnerável no processo de sinalização no sistema nervoso, sendo o ponto em que muitas coisas podem dar errado, levando à alteração do funcionamento normal. Entretanto, ao mesmo tempo, os receptores nas sinapses estão expostos ao líquido extracelular, sendo mais acessíveis a fármacos do que os receptores intracelulares. Recentemente foi descoberto que várias doenças do sistema nervoso são relacionadas a problemas na transmissão sináptica. Estas doenças incluem a doença de Parkinson, a esquizofrenia e a depressão. As doenças das sinapses mais compreendidas são as que envolvem a junção neuromuscular. As doenças resultantes de problemas na transmissão sináptica dentro do SNC são mais difíceis de serem estudadas porque são mais difíceis de serem isoladas anatomicamente. Os fármacos que atuam na atividade sináptica, particularmente nas sinapses do SNC, são os mais antigos e mais amplamente usados de todos os agentes farmacológicos. A cafeína, a nicotina e o álcool são drogas comuns em muitas culturas. Alguns farmácos que usamos para tratar distúrbios como esquizofrenia, depressão, ansiedade e epilepsia agem influenciando eventos na sinapse. Em muitas doenças que afeta.m o SNC, ainda não compreendemos completamente a causa da doença ou o mecanismo de ação do fármaco. Este assunto é uma das principais áreas da pesquisa farmacoló-

287

O Dr. McKhann suspeita que a doença que afetou as crianças chinesas - a qual ele denominou polineuropatia axonal motora aguda (AMAN) - pode ser causada por uma infecção bacteriana. Ele também acredita que esta doença inicia seu dano aos axônios nas junções neuromusculares. Questão 6: Com base na informação dada neste capítulo, quais outras doenças envolvem a alteração da transmissão sináptica?

247

249

252

273

275

279

290

gica, e novas classes de fármacos estão sendo formuladas e aprovadas a cada ano.

O desenvolvimento do sistema nervoso depende de sinais químicos Durante o desenvolvimento de um sistema tão complexo como o sistema nervoso, de que modo mais de 100 bilhões de neurônios no encéfalo conseguem encontrar seus alvos corretos e fazer sinapses em meio de um número dez vezes maior de células da glia? Como um neurônio motor somático na medula espinal encontra o caminho correto para formar uma sinapse com seu músculo-alvo no dedão do pé? A resposta está nos sinais químicos usados pelo embrião em desenvolvimento, desde fatores que controlam a diferenciação das células-tronco até os que direcionam o alongamento de um axônio até seu alvo. Os axônios das células nervosas embrionárias lançam prolongamentos especiais chamados de cones de crescimento que se estendem através do compartimento extracelular até encontrarem suas células-alvo (Fig. 8-33 e ). Nos experimentos em que as células-alvo foram deslocadas para uma localização não usual no embrião, muitas vezes os axônios conseguem encontrar seus alvos "farejando" seu rastro químico. Os cones de crescimento dependem de muitos tipos diferentes de sinalização para encontrar seu caminho: fatores de crescimento, moléculas na matriz extracelular e proteínas da membrana nos cones de crescimento e nas células ao longo do caminho. Por exemplo, as integrinas [ $ p . 74] na membrana do cone de crescimento ligam-se às lamininas, que são proteínas fibrosas da matriz extracelular. As moléculas de adesão das células nervosas (NCAMs) [ ~ p. 72] interagem com as proteínas da membrana de outras células. Uma vez que um axônio alcança sua célula-alvo, uma sinapse se forma. Entretanto, a formação das sinapses deve ser seguida de atividade elétrica e química, ou a sinapse vai desaparecer. A sobrevivência dos neurônios parece depender de fatores neurotróficos (trophikos, nutrir) secretados por neurônios e células da glia. Ainda há muito para aprender sobre esse processo complicado, e esta é uma área ativa da pesquisa fisiológica.

8

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Bebês que são negligenciados ou privados de estímulos sensoriais podem apresentar um atraso no desenvolvimento devido à falta de estímulo ao sistema nervoso. Por outro lado, não existem evidências de que estimulação extra na infância melhore o desenvolvimento intelectual, apesar do movimento popular de expor bebês à arte, à música e a línguas estrangeiras antes mesmo de eles aprenderem a andar. Uma vez que as sinapses se formam, elas não são fixas por toda a vida. Variações na atividade elétrica podem causar a reorganização das conexões. Este processo plasticidade sináptica continua por toda a vida. Esta é uma das razões pelas quais adultos mais velhos devem continuar aprendendo novas habilidades e informações.

Quando os neurônios são danificados, os segmentos separados do corpo celular morrem

•

FIGURA 8-33 Cones de crescimento em um axônio em desenvolvimento.

Este cenário de "use ou perca" é bem representado pelo fato de o encéfalo do bebê ter apenas um quarto do tamanho do encéfalo adulto. O crescimento posterior do encéfalo não ocorre devido ao aumento do número de células, mas sim do aumento no número e tamanho de axônios, dendritos e sinapses. O desenvolvimento depende da atividade elétrica no encéfalo - em outras palavras, depende da movimentação de potenciais de ação pelas vias sensoriais e pelos intemeurônios.

Podemos produzir neurônios quando somos jovens, mas o que acontece quando os neurônios são danificados? As respostas dos neurônios maduros ao dano são similares em muitos aspectos ao crescimento dos neurônios durante o desenvolvimento. Ambos os processos contam com uma combinação de sinais químicos e elétricos. Esta é outra área ativa de pesquisa, porque os danos à medula espinal e ao encéfalo devido a doenças e acidentes incapacitam muitas pessoas a cada ano. A perda de um neurônio de uma via reflexa pode ter consequências drásticas para toda a via. Se o corpo celular morre quando um neurônio é danificado, todo o neurônio morre. Se o corpo celular permanece intacto e apenas o axônio é cortado, a maior parte do neurônio sobrevive (Fig. 8-34 e ). Na área danificada, o citoplasma vaza para fora até que a membrana seja recru-

... ... ...

Coto proximal

Axônio

•

... ... ...

... ... ...

Coto distal

Mielina

FIGURA 8-34 Lesões nos neurônios. Quando um axônio é cortado, a parte que está ligada ao corpo celular (coto proximal) continua viva, mas a parte do axônio distal em relação ao corte começa a se desintegrar e morre. Sob algumas circunstâncias, o coto proximal pode voltar a crescer através da bainha existente de células de Schwann e formar outra vez a sinapse com seu alvo adequado.

... ... ...

... ... ...

Fisiologia Humana

tada para selar a abertura. O coto proximal (o segmento mais próximo do corpo celular) incha à medida que se acumulam organelas e filamentos carregados para o axônio por transporte axonal. Fatores químicos produzidos pelas células de Schwann próximas à área danificada movem-se por transporte retrógrado até o corpo celular, avisando-o de que ocorreu um dano. O segmento distal do axônio (coto distal), privado de sua fonte de proteínas, lentamente começa a se degenerar. A morte desta parte do neurônio pode demorar um mês ou mais, mas a transmissão sináptica cessa quase imediatamente. A bainha de mielina ao redor do axônio distal começa a desenrolar-se, e o próprio axônio se desfaz. Os fragmentos são eliminados pela microglia ou fagócitos que ingerem e digerem os restos celulares. Sob algumas condições, os axônios no SNP podem se regenerar e restabelecer suas conexões sinápticas. As células de Schwann do neurônio danificado secretam certos fatores

289

neurotróficos que mantêm o corpo celular vivo e estimulam o novo crescimento do axônio. O broto em crescimento de um axônio que está se regenerando se comporta de maneira similar ao cone de crescimento de um neurônio em desenvolvimento, seguindo sinais químicos na matriz extracelular ao longo de seu caminho anterior até que o axônio torne a unir-se com sua célula-alvo. Entretanto, algumas vezes, a perda do axônio distal é permanente, e a via é destruída. ,, E menos provável que a regeneração de axônios no SNC ocorra naturalmente. As células da glia do SNC tendem a selar e a cicatrizar a região danificada, e as células danificadas do SNC secretam fatores que inibem o novo crescimento axonal. Muitos cientistas estão estudando estes mecanismos de crescimento e inibição axonal na esperança de encontrar tratamentos que possam restaurar as funções de vítimas de danos na medula espinal e de doenças neurodegenerativas.

8

Paralisia misteriosa Neste Solucionando o problema, você aprendeu sobre a polineuropatia axonal motora aguda (AMAN), uma paralisia desconcertante que os médicos pensam ser uma nova doença. Embora seus sintomas lembrem aqueles da clássica síndrome de Guillian-Barré (GBS), a AMAN não é uma doença desmielinizante e afeta apenas os neurônios motores. Entretanto, em ambas AMAN e GBS clássica, o sistema imunitário produz ant icorpos contra componentes do sistema nervoso, levando os especialistas a concluírem que a AMAN é um subtipo da GBS. A forma clássica da GBS foi renomeada como polineuropatia desmielinizante inflamatória aguda, ou AIDP. A AIDP é mais comum na Europa e América do Norte, ao passo que

a AMAN é a forma predominante na China, Japão e América do Sul. Um número significativo de pacientes com AMAN desenvolve sua doença após uma doença gastrintestinal causada pela bactéria Campylobacter jejuni, e os especialistas suspeitam que os ant icorpos contra a bactéria também atacam os glicolipídeos da membrana axonal, chamados de gangliosídeos. Para aprender mais sobre a associação entre Campy/obacter jejuni e a GBS, veja "Campylobacter Species e Guillian-Barré Syndrome", Clínica/ Microbiology Reviews 11: 555-567, July 1998(http://cmr.asm.org). Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Quais divisão(ões) do sistema nervoso pode(m) estar envolvida(s) na síndrome de Guillain-Barré (GBS)?

O sistema nervoso é d ividido em sistema nervoso periférico (SNP), o qual possui as subdivisões aferente (sensorial) e eferente, e sistema nervoso centra l (SNC). Os neurônios eferentes são neurônios motores somáticos, que controlam os músculos esqueléticos, ou neurônios autonômicos, que controlam as g lândulas e os múscu los liso e cardíaco.

Os pacientes que sofrem da sindrome de Guillain-Barré não têm sensibil idade nem movem os músculos. Isto sugere um problema nos neurônios aferentes e nos neurônios motores somáticos. Entretanto, também é possível que haj a um problema no centro integrador do SNC. Você não tem informação suficiente para determ inar qual divisão está afetada.

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Você acha que a para lisia observada nas crianças chinesas afetou tanto os neurônios sensoriais (aferentes) quanto os neurônios motores somáticos? Expl ique sua resposta.

As crianças chinesas podem sentir uma picada de agulha, mas não conseguem mover os múscu los.

A função sensorial (aferente) é normal se elas podem sentir a picada da agu lha. A paralisia dos múscu los sugere um problema nos neurônios motores somáticos, nos centros no SNC que controlam o movimento ou nos próprios músculos.

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

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Na síndrome de GuillainBarré, qual o resu ltado esperado de um teste de condução nervosa?

Os testes de condução nervosa medem a velocidade de condução e a amplitude dos potenciais de ação. Na síndrome de Guillain-Barré, a miel ina ao redor dos neurônios é destruída.

A m ielina isola os axônios e aumenta a velocidade de condução. Sem a mielina, os íons vazam para fora dos axônios. Então, na síndrome de Guillain-Barré, seria esperada uma diminuição na velocidade de condução e diminuição da amplitude dos potencias de ação.

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A doença paralítica que afetava as crianças chinesas é uma condição desmiel inizante? Exp lique sua resposta.

Os testes de condução nervosa mostraram velocidade de condução normal, mas uma diminuição na amplitude dos potenciais de ação.

A perda da mielina deveria d iminuir avelocidade de condução, bem como a amplitude dos potencias de ação. Sendo assim, esta doença provavelmente não é uma doença desmiel inizante.

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Os resu ltados da investigação do Dr. McKhann sugerem que as crianças chinesas t inham a síndrome de Guillain-Barré clássica? Explique sua resposta.

Os dados das autópsias das crianças que morreram da doença mostraram que os axônios estavam danificados, mas a mielina estava normal.

A síndrome de Guillain-Barré clássica é uma doença desmiel inizante que afeta tanto os neurônios sensoriais quanto os motores. As crianças ch inesas possuíam funções sensoriais normais, e os testes de condução nervosa e os estudos histológicos indicavam mielina normal. Sendo assim, é razoável concluir que esta doença não era a síndrome de Guillain-Barré.

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Com base na informação deste capítulo, quais outras doenças envolvem a alteração da transmissão sináptica?

A transmissão sináptica pode ser alterada b loqueando a liberação de neurotransmissor da célula pré-sináptica, interferindo na ação do neurotransm issor na célula-alvo, ou removendo o neurotransmissor da sinapse.

A doença de Parkinson, a depressão, a esqu izofrenia e a miastenia grave são re lacionadas à alteração na transmissão sináptica [ $- p. 278).

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RESUMO DO CAPÍTULO Este capítulo apresenta o sistema nervoso, um dos principais sistemas de controle responsáveis pela manutenção da homeostase. As divisões do sistema nervoso estão correlacionadas com os passos em uma via reflexa. Os receptores sensoriais monitoram variáveis reguladas e enviam sinais de entrada para o SNC pelos neurônios sensoriais (aferentes). Os sinais de saída, tanto elétricos quanto químicos, percorrem as divisões eferentes (motora somática e autônoma) até seus alvos em todo o corpo. A transferência de informação e a comunicação dependem dos sinais elétricos que passam ao longo dos neurônios, das interações moleculares entre as moléculas sinalizadoras e seus receptores, e da transdução de sinal nas células-alvo. Nos Capítulos 9 a 11 e 13 você vai aprender mais detalhes sobre os processos básicos introduzidos aqui. 1. O sistema nervoso é uma rede complexa de neurônios que formam o sistema de controle rápido do corpo. (p. 245) 2. As propriedades emergentes do sistema nervoso incluem a consciência, a inteligência e a emoção. (p. 245)

Organização do sistema nervoso 3. O sistema nervoso é dividido em sistema nervoso central (SNC), composto do encéfalo e da medula espinal, e sistema nervoso periférico. (p. 247; Fig. 8-1) 4. O sistema nervoso periférico possui neurônios aferentes (sensoriais), que levam informação para o SNC, e neurônios eferentes, que levam informação do SNC para as várias partes do corpo. (p. 247) 5. Os neurônios eferentes incluem os neurônios motores somáticos, que controlam os músculos esqueléticos, e os neurônios autonômicos, que controlam os músculos liso e cardíaco, as glândulas e alguns tipos de tecido adiposo. (p. 249) 6. Os neurônios autonômicos são subdivididos em partes simpática e parassimpática. (p. 249)

Fisiologia Humana

Células do sistema nervoso Sistema nervoso 1: revisão anatômica

7. Os neurônios possuem um corpo celular com um núcleo e organelas para dirigirem a atividade celular, dendritos para receber sinais de entrada e um axônio para transmitir sinais elétricos do corpo celular para o terminal axônico. (p. 249; Fig. 8-2) 8. Os interneurônios são neurônios que se encontram inteiramente dentro do SNC. (p. 250; Fig. 8-3) 9. A região em que um terminal axônico encontra sua célula-alvo é chamada de sinapse. A célula-alvo é chamada de célula póssináptica, e o neurônio que libera o sinal químico é conhecido como célula pré-sináptica. A região entre as duas células é a fenda sináptica. (p. 252) 10. Material é transportado entre o corpo celular e o terminal axônico por transporte axonal. (p. 252; Fig. 8-4) 11. As células da glia fornecem suporte físico e se comunicam com os neurônios. As células de Schwann e as células satélite são células da glia presentes no sistema nervoso periférico. A microglia, os oligodendrócitos, os astrócitos e as células ependimárias são células da glia encontradas no SNC. A microglia são células imunitárias modificadas que agem como fagócitos. (p. 253; Fig. 8-5) 12. As células de Schwann e os oligodendrócitos formam as bainhas de mielina isolantes ao redor dos neurônios. Os nós de Ranvier são as partes não isoladas da membrana que ocorrem em intervalos ao longo do axônio. (p. 253; Fig. 8-6) 13. As células-tronco neurais que podem formar novos neurônios e glia são encontradas na camada ependimária bem como em outras partes do sistema nervoso. (p. 253)

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Sinais elétricos nos neurônios Sistema nervoso 1: potencial de membrana; canais iônicos; potencial de ação

14. O potencial de membrana é influenciado pelos gradientes de concentração de íons através da membrana e pela permeabilidade da membrana a esses íons. (p. 256) 15. A equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK) calcula o potencial de membrana com base nos gradientes de concentração dos íons e na permeabilidade da membrana. (p. 256) 16. A permeabilidade iônica de uma célula muda quando os canais iônicos na membrana abrem ou fecham. O movimento de apenas alguns íons altera de forma significativa o potencial de membrana. (p. 25 7) 17. Os canais iônicos com portão abrem ou fecham em resposta a sinais químicos ou mecânicos ou em resposta à despolarização da membrana celular. Os canais também fecham por inativação (p. 257) 18. Os potenciais graduados são despolarizações ou hiperpolarizações cuja força (amplitude) é diretamente proporcional à intensidade do evento que os inicia. Os potenciais graduados perdem força à medida que se movem pela célula. (p. 258; Tabela 8-3; Fig. 8-7) 19. A onda de despolarização que se move pela célula com um potencial graduado é conhecida como fluxo de corrente local. (p. 259) 20. Os potenciais de ação são sinais elétricos rápidos que viajam do corpo celular ao terminal axônico sem diminuição na sua amplitude. (p. 261) 21. Os potenciais de ação iniciam na zona de disparo se um único potencial graduado ou a soma de múltiplos potenciais gra-

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duados excederem a despolarização mínima conhecida como limiar. (p. 260; Fig. 8-8) Os potenciais graduados despolarizantes tornam mais provável que o neurônio dispare um potencial de ação. Os potenciais graduados hiperpolarizantes tornam menos provável que o neurônio dispare um potencial de ação. (p. 260) Os potenciais de ação são despolarizações uniformes "tudo-ounada". (p. 261) A fase ascendente do potencial de ação é devida a um aumento na permeabilidade ao Na+. A fase descendente do potencial de ação é devida a um aumento na permeabilidade ao K+. (p. 262; Fig. 8-9) Os canais de Na+ controlados por voltagem do axônio têm um portão de ativação rápido e um portão de inativação mais lento. (p. 263; Fig. 8-10) Uma vez que um potencial de ação iniciou, existe um curto período de tempo conhecido como período refratário absoluto durante o qual um segundo potencial de ação não pode ser iniciado, não importando a intensidade do estímulo. Devido a isso, os potenciais de ação não podem ser somados. (p. 264; Fig. 8-12) Durante o período refratário relativo, um potencial graduado maior do que o normal é necessário para iniciar um potencial de ação. (p. 264) A informação sobre a intensidade e a duração de um estímulo é codificada pela frequência dos potenciais de ação propagados. (p. 265; Fig. 8-13) Muito poucos íons cruzam a membrana durante um potencial de ação. A Na+ -K+ -ATPase por fim devolve o Na+ e o K+ ao seus compartimentos originais. (p. 265) A bainha de mielina em torno de um axônio acelera a condução, aumentando a resistência da membrana e diminuindo o vazamento de corrente. Axônios de diâmetro maior conduzem mais rapidamente os potenciais de ação do que os axônios de diâmetro menor (p. 270). O aparente salto dos potenciais de ação de nó para nó é chamado de condução saltatória. (p. 271; Fig. 8-18) As mudanças na concentração de K+ no sangue afetam o potencial de membrana de repouso e a condução de potenciais de ação. (p. 272; Fig. 8-19)

Comunicação célula-célula no sistema nervoso Sistema nervoso li: revisão de anatomia; transmissão sináptica; canais iônicos

33. Nas sinapses elétricas, um sinal elétrico passa diretamente do citoplasma de uma célula para outra através das junções comunicantes. As sinapses químicas usam neurotransmissores para levar informações de uma célula para outra, com os neurotransmissores se difundindo através da fenda sináptica. (p. 273) 34. Os neurotransmissores são sintetizados no corpo celular ou no terminal axônico. Eles são armazenados em vesículas sinápticas e são liberados por exocitose quando um potencial de ação atinge o terminal axônico. Os neurotransmissores se combinam com seus receptores nas células-alvo. (p. 274; Fig. 8-21) 35. Há varios tipos de neurotransmissores. Os neurônios colinérgicos secretam acetilcolina. Os neurônios adrenérgicos secretam noradrenalina. O glutamato, o GABA, a serotonina, a adenosina e o óxido nítrico são outros neurotransmissores importantes. (p. 277; Tabela 8-4) 36. Os receptores dos neurotransmissores são canais iônicos com portão controlados por ligante ou receptores acoplados à proteína G. Os canais iônicos geram potenciais sinápticos rápidos. Os

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receptores acoplados à proteína G geram potenciais sinápticos lentos ou modificam o metabolismo celular. (p. 280; Fig. 8-23) 37. A ação dos neurotransmissores é rapidamente finalizada pela recaptação dos mesmos pela célula, pela difusão para longe da sinapse ou pela degradação enzimática. (p. 281; Fig. 8-24)

Integração da transferência da informação neural Sistema nervoso li: potenciais sinápticos e integração celular 38. Quando um neurônio pré-sináptico faz sinapse com um número maior de neurônios pós-sinápticos, o padrão é chamado de divergência. Quando vários neurônios pré-sinápticos fazem sinapse com um número menor de neurônios pós-sinápticos, o padrão é chamado de convergência. (p. 282; Fig. 8-25)

39. A transmissão sináptica pode ser modulada em resposta à atividade na sinapse, um processo chamado de plasticidade sináptica. (p. 282) 41. A modulação pré-sináptica de um terminal axônico permite a modulação seletiva dos colaterais e seus alvos. A modulação pós-sináptica ocorre quando um neurônio modulatório, normalmente inibitório, faz sinapse com o corpo celular ou dendritos de uma célula pós-sináptica. (p. 283; Fig. 8-31) 42. A potenciação de longa duração e a depressão de longa duração são mecanismos pelos quais os neurônios mudam a qualidade ou a quantidade de suas conexões sinápticas. (p. 295) 43. Os neurônios em desenvolvimento encontram seu caminho até seus alvos por meio de sinais químicos. (p. 287)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Liste as três classes funcionais de neurônios, e explique como eles diferem estrutural e funcionalmente. 2. Os neurônios motores somáticos controlam os _ _ _ _. Os neurônios controlam os músculos liso e cardíaco, glândulas exócrinas e algumas glândulas endócrinas e alguns tipos de tecido adiposo.

3. Os neurônios autonômicos são classificados como neurônios _ _ _ ou ____.

4. Relacione cada termo com sua descrição: (a) Axônio 1. Processo de um neurônio que (b) Dendrito recebe sinais (c) Aferente 2. Neurônio sensorial, que transmi(d) Eferente tem informações ao SNC (e) Zona de disparo 3. Processo longo que transmite sinais para a célula-alvo 4. Região do neurônio onde os potenciais de ação iniciam 5. Neurônio que transmite informação do SNC para as demais partes do corpo 5. Cite os dois tipos principais de células encontradas no sistema nervoso. 6. Desenhe um neurônio típico e indique o corpo celular, o axônio, os dendritos, o núcleo, a zona de disparo, o cone axônico, os colaterais e os terminais axônicos. Desenhe as mitocôndrias, o retículo endoplasmático rugoso, o aparelho de Golgi e as vesículas nas partes apropriadas do neurônio. 7. O transporte axonal se refere: ' (a) A liberação de neurotransmissores na fenda sináptica. (b) Ao uso de microtúbulos para enviar secreções do corpo celular para o terminal axônico. (c) Ao movimento de organelas e citoplasma ao longo do axônio. (d) Ao movimento do terminal axônico para a sinapse com uma nova célula pós-sináptica. (e) Nenhuma das anteriores. 8. Relacione as características apropriadas com os dois tipos de potenciais. As características podem se aplicar a um ou a ambos os tipos.

(a) Potencial de ação (b) Potencial graduado

1. tudo ou nada 2. pode ser somado 3. a amplitude diminui com adistância 4. apresenta período refratário 5. a amplitude depende da intensidade do estímulo 6. não possui limiar 9. Relacione a(s) célula(s) glial(is) com as funções. (a) células imunitárias modificadas 1. astrócitos (b) ajuda a formar a barreira hema- 2. células ependimárias tencefálica 3. microglia (c) forma mielina 4. oligodendrócitos (d) separa os compartimentos líqui- 5. células satélite dos no SNC 6. células de Schwann (e) encontrado(a) no sistema nervoso periférico (f) encontrado(a) nos gânglios 10. Liste os quatro principais tipos de canais iônicos encontrados nos neurônios. Eles são controlados por ligante, por voltagem ou mecanicamente? 11. Organize os seguintes eventos na ordem correta: (a) O neurônio eferente atinge o limiar e dispara um potencial de ação. (b) O neurônio aferente atinge o limiar e dispara um potencial de ação. (c) O órgão efetor responde produzindo uma resposta. (d) O centro integrador chega a uma decisão sobre a resposta. (e) O órgão sensorial detecta uma mudança no meio. 12. Um potencial de ação é (marque todas as respostas corretas): (a) uma reversão nas concentrações de Na+ e K+ dentro e fora do neurônio (b) do mesmo tamanho e forma no início e no fim do axônio (c) iniciado por potenciais graduados pós-sinápticos inibitórios (d) transmitido para a extremidade distal de um neurônio causando a liberação do neurotransmissor Nas Questões 13 a 17, escolha entre os seguintes íons para preencher as lacunas corretamente: Na+, K+, Ca2+, Cl- . 13. A membrana em repouso é mais permeável ao do que ao . Apesar de o contribuir pouco para o potencial de membrana em repouso, ele tem um papelchave na geração de sinais elétricos em tecidos excitáveis.

Fisiologia Humana

14. A concentração de _ _ _ _ é 12 vezes maior fora da célula do que dentro. 15. A concentração de _ _ _ _ é 30 vezes maior dentro da célula do que fora. 16. Os potenciais de ação ocorrem quando o _ _ _ _ entra na célula. 17. O potencial de membrana em repouso é devido à alta permeabilidade da célula ao . 18. O que é a bainha de mielina? 19. Liste dois fatores que aumentam a velocidade de condução. 20. Liste três maneiras pelas quais um neurotransmissor pode ser removido da sinapse. 21. Desenhe um gráfico de um potencial de ação. Abaixo do gráfico, desenhe a posição dos portões dos canais de K+ e Na+ durante cada fase.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 22. Crie um mapa mostrando a organização do sistema nervoso usando os seguintes termos, mais quaisquer termos que você quiser adicionar: Astrócitos Músculos Célula ependimária Divisão simpática Neurônio Células da glia Encéfalo Neurônio eferente Células de Schwann Estímulo Neurotransmissor Células satélite Glândulas Oligodendrócitos Divisão autônoma Integração Sinais aferentes Sinais eferentes Divisão motora somática Interneurônio Divisão parassimpática Medula espinal SNC Divisão periférica Microglia Divisão sensorial 23. O que causa a fase de despolarização de um potencial de ação? (Marque todas as que se aplicarem.) (a) A saída do K+ da célula através de canais com portão controlados por voltagem. (b) O K+ sendo bombeado para dentro da célula pela bomba Na+_K+-ATPase. (c) O Na+ sendo bombeado para dentro da célula pela bomba Na+_K+-ATPase. (d) A entrada do Na+ na célula através de canais com portão controlados por voltagem. (e) A abertura do portão de inativação do canal de Na+. 24. Liste quatro neurotransmissores, seu(s) receptor(es), e diga se o receptor é um canal iônico ou um receptor acoplado à proteína G.

25. Organize os seguintes termos para descrever a sequência de eventos após a ligação de um neurotransmissor ao seu receptor no neurônio pós-sináptico. Os termos podem ser usados mais de uma vez ou nenhuma vez. (a) O potencial de ação dispara no cone axônico. (b) A zona de disparo atinge o limiar. (c) A célula despolariza. (d) Exocitose. (e) Ocorre um potencial graduado. (f) Os canais iônicos com portão controlados por ligante se abrem. (g) Ocorre o fluxo de corrente local. (h) Ocorre a condução saltatória. (i) Os canais de Ca2+ controlados por voltagem se abrem. (j) Os canais de K+ controlados por voltagem se abrem. (k) Os canais de Na+ controlados por voltagem se abrem.

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26. Relacione o melhor termo (hiperpolariza, despolariza, repolariza) aos seguintes eventos. A célula em questão possui um potencial de membrana em repouso de - 70 m V. (a) O potencial de membrana muda de - 70 m V para - 50 m V. (b) O potencial de membrana muda de - 70 m V para - 90 m V. (c) O potencial de membrana muda de + 20 mV para - 60 mV. (d) O potencial de membrana muda de - 80 m V para - 70 m V.

27. Um neurônio possui um potencial de membrana em repouso de - 70 m V. Este neurônio vai se hiperpolarizar ou despolarizar quando cada um dos eventos a seguir ocorrer? (Mais de uma resposta pode se aplicar; liste todas as que estão corretas.) (a) Na+ entra na célula (b) K+ sai da célula (c) c1- entra na célula (d) Ca2 + entra na célula 28. Defina, compare e diferencie os seguintes conceitos: (a) Limiar, sublimiar, supralimiar, tudo ou nada, ultrapassagem, subpassagem (b) Potencial graduado, PEPS, PIPS (c) Período refratário absoluto, período refratário relativo (d) Neurônio aferente, neurônio eferente, interneurônio (e) Neurônio sensorial, neurônio motor somático, neurônio simpático, neurônio autonômico, neurônio parassimpático (f) Potencial sináptico rápido, potencial sináptico lento (g) Somação temporal, somação espacial (h) Convergência, divergência 29. Se todos os potenciais de ação em um determinado neurônio são idênticos, como o neurônio transmite informação sobre a intensidade e a duração do estímulo? 30. A presença da mielina permite que o axônio: (a) Produza potenciais de ação mais frequentes. (b) Conduza impulsos mais rapidamente. (c) Produza potenciais de ação de maior amplitude. (d) Produza potenciais de ação de maior duração.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 31. Se os músculos e os neurônios dos bebês humanos estão completamente funcionais e desenvolvidos ao nascimento, porque eles não conseguem focar os olhos, sentar ou aprender a engatinhar dentro de horas após o nascimento? (Dica: a força muscular não é o problema.) 32. Os canais de Na+ controlados por voltagem de um neurônio se abrem quando este se despolariza. Se a despolarização abre esses canais, porque eles se fecham quando o neurônio está em sua despolarização máxima? 33. Um dos medicamentos que Jim toma para pressão alta faz com que seu nível de K+ no sangue diminua de 4,5 mM para 2,5 mM. O que acontece com o potencial de membrana em repouso de suas células do fígado (hepatócitos)? (Marque todas as que estiverem corretas.) (a) Diminui (b) Aumenta (c) Não muda (d) Torna-se mais negativo (e) Torna-se menos negativo (f) Dispara um potencial de ação (g) Despolariza (h) Hiperpolariza (i) Repolariza

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34. Caracterize cada um dos seguintes estímulos como mecânico, químico ou térmico: (a) Banho com água a 41 ºC (b) Acetilcolina (c) Um pouco de perfume (d) Adrenalina (e) Suco de limão (f) Um soco no braço 35. Um axônio não mielinizado tem necessidades de ATP muito maior do que um axônio mielinizado de mesmo diâmetro e comprimento. Você pode explicar por quê?

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 36. A equação de GHK muitas vezes é abreviada para excluir o cloreto, que tem um papel mínimo no potencial de membrana na maioria das células. Além disso, devido à dificuldade em se determinar os valores absolutos da permeabilidade da membrana para o Na+ e para o K+, a equação é revisada para usar a razão da permeabilidade dos dois íons como a = PNa/PK: Vm

=

[K+]fora + a [Na +]fora 61 log + + [K ]dentro+ a[Na ]dentro

Então, se você souber as permeabilidades relativas da membrana para estes dois íons e suas concentrações intracelular (LIC) e extracelular (LEC), você pode calcular o potencial de membrana de uma célula. (a) Uma célula em repouso possui um valor a de 0,025 e as seguintes concentrações de íons:

Na+: LIC = 5 mM, LEC = 135 mM K+: LIC = 150 mM, LEC = 4mM Qual é o potencial de membrana da célula? (b) A permeabilidade ao Na+ da célula em (a) aumenta subitamente, e a = 20. Agora, qual é o potencial de membrana da célula? (c) A Sra Nguyen tem pressão alta e seu médico prescreveu um diurético que diminuiu o K+ plasmático (LEC) de 4 mM para 2,5 mM. Usando os outros valores em (a), agora qual é o potencial de membrana? (d) O médico prescreveu um suplemento de K+, e ela decidiu que, se dois comprimidos é bom, quatro deve ser melhor. Se K+ plasmático (LEC) agora foi para 6mM, o que acontece com o potencial de membrana? 37. Em cada um dos seguintes cenários, um potencial de ação será produzido? O neurônio pós-sináptico tem um potencial de membrana em repouso de - 70 m V. (a) Quinze neurônios fazem sinapse com um neurônio póssináptico. Na zona de disparo, 12 dos neurônios produzem PEPSs de 2 m V cada, e os outros três produzem PIPSs de 3 m V cada. O limiar da célula pós-sináptica é - 50 m V. (b) Quatorze neurônios fazem sinapse com um neurônio póssináptico. Na zona de disparo, 11 dos neurônios produzem PEPSs de 2 m V cada, e os outros três produzem PIPSs de 3 m V cada. O limiar da célula pós-sináptica é - 60 m V. (c) Quinze neurônios fazem sinapse com um neurônio póssináptico. Na zona de disparo, 14 dos neurônios produzem PEPSs de 2 m V cada, e 1 outro produze um PIPS de 9 m V. O limiar da célula pós-sináptica é - 50 m V.

RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de ••Revisando conceitos•• Página 249 1. Compare sua resposta com o mapa na Figura 8-1, p. 248. Página 252 2. Os neurônios que secretam neuro-hormônios terminam perto dos vasos sanguíneos para que os neuro-hormônios possam entrar na circulação. 3. Ver Figura 8-2. Página 255 4. A mielina isola a membrana dos axônios. A microglia são células fagocíticas no SNC. As células ependimárias formam barreiras epiteliais entre os compartimentos líquidos do SNC. 5. As células de Schwann estão no SNP, e cada célula de Schwann forma mielina ao redor de uma pequena porção de um axônio. Os oligodendrócitos estão no SNC, e um oligodendrócito forma mielina ao redor dos axônios de diversos neurônios. Página 256 6. Para o Ca2+, a carga elétrica z é + 2; a razão da concentração iônica é 1/0,0001 = 10.000 ou 104 • O log de 104 é 4 (ver Apêndice B). Então, Eíon = (61X4)/(+ 2) = 122 mV.

Página 257 7. (a) Despolariza; (b) Despolariza. 8. Despolariza. Página 259 9. (a) 1, (b) 2, (c) 2, (d) 1 Página 259 10. A zona de disparo de um neurônio sensorial está próxima de onde os dendritos convergem. Não se pode dizer onde a zona de disparo se encontra em um neurônio anaxônico. Para neurônios multipolares, a zona de disparo está na junção do corpo celular com o axônio. Página 264 11. O potencial de membrana vai despolarizar e permanecer despolarizado. 12. Durante o repouso, o portão de ativação está fechado, e o portão de inativação está aberto. Página 265 13. (b) Página 269 14. O potencial de ação vai se mover em ambas as direções porque os canais de Na+ ao redor do local de estímulo não foram inativados por uma despolarização prévia. Ver períodos refratários, p. 264.

Fisiologia Humana

Página 271 15. a, c, b Página 274 16. As proteínas são sintetizadas nos ribossomos do retículo endoplasmático rugoso; então, as proteínas são levadas ao aparelho de Golgi para serem empacotadas em vesículas. 17. As mitocôndrias são os principais locais de síntese de ATP. 18. As mitocôndrias alcançam o terminal axônico pelo transporte axonal rápido ao longo dos microtúbulos. Página 275 19. Os pesquisadores concluíram que algum evento entre a chegada do potencial de ação no terminal axônico e a despolarização da célula pós-sináptica era dependente do Ca2+ extracelular. Hoje sabemos que este evento é a liberação do neurotransmissor.

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a partir de -70 mV, o que totaliza -53 mV [- 70 -(- 17) = -53mV] que está acima do limiar que é de -55 mV. 23. O potencial de membrana não muda ao mesmo tempo que o estímulo porque a despolarização deve viajar do ponto do estímulo até o ponto do registro. Página 286 24. Os terminais axônicos convertem (transduzem) o sinal elétrico do potencial de ação em um sinal químico do neurotransmissor. Página 287 25. A despolarização torna a parte de dentro da membrana mais positiva em relação à parte de fora. Assim como as cargas se repelem, o potencial de membrana mais positivo tende a repelir o Mg2 +.

Respostas para as questões das figuras

Página 279 20. Devido ao fato de que subtipos diferentes de receptores funcionam por meio de diferentes vias de transdução, medicamentos que tenham como alvo subtipos específicos de receptores têm menor probabilidade de causar de efeitos colaterais indesejáveis.

Página 260 Figura 8-7: O potencial graduado é mais forte em B. No gráfico, A está entre 3 e 4, e B está perto do 1.

Página 281 21. Os SRRis diminuem a recaptação da serotonina pelo terminal axônico, aumentando então o tempo em que a serotonina está ativa na sinapse.

Página 270 Figura 8-17: O diâmetro seria de 8 mm.

Página 284 22. O neurônio pós-sináptico vai disparar um potencial de ação, porque o efeito resultante vai ser uma despolarização de 17 mV

Página 268 Figura 8-15: a) 4; b) 2, 3; c) 1; d) 3; e) 4.

Página 282 Figura 8-25: Amplificação.

8

ervoso

Propriedades emergentes das redes • neura1s Evolução do sistema nervoso Anatomia do sistema nervoso central 299

O sistema nervoso central se desenvolve a partir de um tubo oco 301 O sistema nervoso central é dividido em substância cinzent a e substância branca 301 Os ossos e o tecido conectivo sust entam o sistema nervoso central 301 O encéfa lo fl utua no líquido cerebrospinal 303 A barreira hematencefálica protege o encéf alo de substâncias nocivas do sangue 305 O tecido neural t em necessidades metaból icas especiais

Medula espinal Encéfalo 309

O tronco encefálico é a transição entre a medu la espinal e o d iencéfalo 310 O tronco encefálico consist e em bulbo, ponte e mesencéfalo 31 1 O cerebelo coordena os moviment os 31 1 O diencéfalo cont ém centros homeost áticos 31 1 O cérebro é o local das funções superiores do encéfa lo

312

O cérebro t em reg iões distintas de substância branca e substância cinzent a

Funções do encéfalo 314 O córtex cerebral é organizado em áreas f uncionais 314 A informação sensorial é int egrada na medula espina l e no encéfa lo 315 A informação sensorial é processada gerando a percepção 316 O sistema motor controla os sinais de saída (eferência) do sistema nervoso central 317 O sistema comportamenta l modu la respostas motoras 318 O sistema ativador reticular influencia o estado de alerta 319 Por que dormimos? 320 As f unções fi siológicas apresent am rit mo circadiano 32 1 A emoção e a motivação envolvem vias neurais complexas 322 Humores são estados emocionais de longa duração 322 O aprend izado e a memória modificam as conexões sinápticas no encéfalo 323 O aprend izado é a aquisição do conheciment o 323 A memória é a habilidade de reter e evocar informações 325 A linguagem é o comportamento cognitivo ma is elaborado 325 A persona lidade é uma combinação da experiência com a herança

CONHECIMENTOS BÁSICOS Direções do corpo: Apêndice D Regu lação para cima: 194 Difusão através de membranas: 139 Junções célula-célula: 72 Sinapse: 274 Célu las gliais: 253 Epitélio t ransportador: 154 Bases iônicas do potencial de ação: 258 Neurotransmissores e neuromoduladores: 180 Neuro-hipófise: 228 Potenciais sinápticos lento e rápido: 280 Potenciação de longa duração: 285

Arranjos neuronais têm importantes propriedades que não são elucidadas por qualidades aditivas de neurônios individuais.

-0. Hechter, em Biology and Medldne lnto the 21st Century, 1991

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Espasmos infantis Aos quatro meses de idade, Ben podia rolar, sustentar sua cabeça e alcançar as coisas. Aos sete meses, ele estava quase paralisado e permanecia indiferente em seu cercado. Ele t inha perdido suas habilidades tão gradualmente que era difícil lembrar quando cada uma tinha sido perdida, mas sua mãe podia lembrar exatamente quando tudo começou. Um dia ela estava se preparando para alimentá-lo, quando ouviu um choro que vinha da cadeirinha onde Ben estava sentado. Quando ela olhou, a cabeça de Ben caiu sobre o tórax, voltou-se para trás e então se moveu rapidamente para frente, chocando-se com a mesa da sua cadeirinha. A mãe de Ben o apanhou em seus braços e podia sentir que ele ainda convulsionava contra seu ombro. Esta foi a primeira de muitas convulsões que aconteceram com frequência e duração crescentes.

305

320

322

326

327

att Nagle está paralisado do pescoço para baixo, respira com ajuda de um respirador, sentado imóvel na sua cadeira de rodas, com uma pequena caixa no topo da sua cabeça. Mas esta não era uma caixa qualquer: era parte de uma interface computador-cérebro (BCI) com 96 eletrodos de registro implantados no cérebro de Matt. Na tela do computador colocada em frente a Matt estava um cursor que se movia pela tela quando Matt pensava onde ele queria ir. No final de um ano do experimento revolucionário em 2005, Matt abria email, jogava jogos, e abria e fechava uma mão robótica usando apenas seus pensamentos. Esta história pode soar como ficção científica, mas a BrainGate®BCI e o experimento são reais. Os cientistas que desenvolveram o BrainGate usaram o que nós sabemos sobre o cérebro humano para aproveitar seus sinais elétricos e criar ligações sem fio com máquinas externas. Neste capítulo, vamos estudar a estrutura e a organização do nosso principal centro integrador, o sistema nervoso central.

PROPRIEDADES EMERGENTES DAS REDES NEURAIS Os neurônios no sistema nervoso conectam-se formando circuitos que têm funções específicas. Os circuitos mais complexos são os do encéfalo, nos quais bilhões de neurônios são conectados em redes intrincadas que convergem e divergem, criando um número infinito de vias possíveis. A sinalização dentro dessas vias produzem o pensamento, a linguagem, o sentimento, o aprendizado e a memória - os comportamentos complexos que nos torna humanos. Alguns neurocientistas têm proposto que a unidade funcional do sistema nervoso mudou do neurônio individual para redes neurais, porque mesmo a função mais básica requer circuitos de neurônios.

297

Como as combinações de neurônios interligados por cadeias ou redes possuem coletivamente propriedades emergentes não encontradas em um único neurônio? Ainda não temos uma resposta para esta pergunta. Alguns cientistas buscam responder a isso procurando comparar o sistema nervoso com os circuitos integrados dos computadores. Programas de computador têm tentado imitar os processos do pensamento humano. Este campo de estudo, chamado de inteligência artifidal, tem criado alguns programas interessantes, como o "psiquiatra" programado para responder a uma determinada queixa com comentários e sugestões apropriados. No entanto, não estamos perto de criar um encéfalo tão complexo como o humano, ou mesmo um tão complexo como o Hal, o computador do filme clássico 2001: Uma Odisseia no Espaço. Provavelmente uma razão para os computadores ainda não poderem simular precisamente a função encefálica é que esses computadores não possuem plasticidade, a habilidade de mudar as conexões dos circuitos em resposta a estímulos sensoriais e experiências anteriores [ $ p. 282]. Ainda que alguns programas de computador possam mudar suas respostas sob condições especiais, eles não se aproximam da plasticidade das redes do encéfalo humano, o qual facilmente se reestrutura como resultado de estímulos sensoriais, da aprendizagem, da emoção e da criatividade. Além disso, agora sabemos que o encéfalo pode acrescentar novas conexões quando as células-tronco neurais se diferenciam. Os computadores não podem adicionar novos circuitos a si mesmos. Como neurônios interligados simplesmente podem criar comportamentos afetivos, os quais são relacionados com sentimento e emoção, e comportamentos cognitivos (cognoscere, saber), relacionados com o pensamento? Em suas pesquisas sobre os princípios organizacionais que determinam esses comportamentos, os cientistas buscam pistas nos sistemas nervosos animais mais simples.

EVOLUÇAO DO SISTEMA NERVOSO Todos os animais têm capacidade de detectar e responder a mudanças no seu meio. Mesmo organismos unicelulares como o Paramécio têm a capacidade de realizar tarefas básicas da vida: achar comida, evitar tornar-se comida, encontrar um companheiro. Contudo, estes organismos unicelulares não possuem um encéfalo evidente ou centro integrador, apenas o potencial de membrana em repouso que existe nas células vivas. Os primeiros animais multicelulares a desenvolverem neurônios foram os membros do filo das Cnidárias, a águaviva e a anêmona marinha. Seus sistemas nervosos são uma rede nervosa composta de neurônios sensoriais, interneurônios e neurônios motores que inervam músculos e glândulas (Fig. 9-la e ). Estes animais respondem a estímulos com comportamentos complexos, ainda que sem sinais de entrada provenientes de um centro controlador identificável. Se você vê uma água-viva nadando ou uma anêmona marinha com um pedaço de camarão na boca, é difícil de imaginar como uma rede difusa de neurônios pode criar tais movimentos coordenados complexos. Contudo, os mesmos prin-

9

298

Dee Unglaub Silverthorn

(a) Rede nervosa da água-viva.

(b) O sistema nervoso do verme chato

tem um encéfalo primitivo.

(e) O sistema nervoso da minhoca tem um encéfalo simples e gânglios ao longo do cordão nervoso. Esôfago

Encéfalo primitivo -------.,.__ Encéfalo primitivo ;

r

/' "::::;-;;--:::;

Boca

Gânglio -~

su bfari ngeal

(d) O prosencéfalo do peixe é pequeno comparado com o restante do encéfalo.

(e) O prosencéfalo do ganso é maior.

Cordão nervoso ventral com gânglio

(f) O prosencéfalo humano predomina no encéfalo.

Prosencéfalo -+---+Prosencéfalo

•

Cerebelo

FIGURA 9-1

7é:::.~~::::::;;:::;::=::::;::7'-r

Evolução do sistema nervoso.

cípios básicos que você aprendeu no Capítulo 8 se aplicam para a água-viva e os humanos. Sinais elétricos em forma de potenciais de ação e sinais químicos passando ,,através de sinapses são os mesmos para todos os animais. E somente no número e na organização dos neurônios que uma espécie difere da outra. R VISANDO CONCEITOS 1. Relacione cada um dos seguintes termos com o(s) t ipo(s) de neurônio: (a) (b) (c) (d) (e)

Neurônio aferente Sinal eferente Centro integrador Sinal de entrada Sinal de saída

1. lnterneurônio 2. Neurônio motor 3. Neu rôn io sensorial Resposta: p. 331

Nos vermes chatos primitivos, observamos o início do sistema nervoso como o conhecemos nos animais superiores, embora nos vermes chatos a distinção entre o sistema nervoso central e o sistema nervoso periférico não seja clara. Vermes chatos têm um encéfalo rudimentar constituído de um agrupamento de corpos de neurônios concentrados na região da cabeça (cefálica). Dois grandes nervos denominados cordões nervosos saem do encéfalo primitivo e se dirigem para uma rede nervosa que inerva as regiões distais do corpo dos vermes chatos (Fig. 9-lb). Os vermes segmentados, ou anelídeos, como as minhocas, têm um sistema nervoso central mais avançado (Fig. 9-lc). Os agrupamentos de corpos celulares não são mais

restritos à região da cabeça, como nos vermes chatos, mas também se encontram em pares fundidos, chamados de gânglios [ ~ p. 253], ao longo do cordão nervoso. Como cada segmento do verme contém um gânglio, os reflexos simples podem ser integrados dentro de um segmento sem sinais de entrada do encéfalo. Reflexos que não requerem integração no encéfalo também ocorrem em animais superiores e são chamados de reflexos espinais nos seres humanos e em outros vertebrados. Os anelídeos e os invertebrados superiores têm reflexos complexos controlados por redes neurais. Os pesquisadores usam a sanguessuga (um tipo de anelídeo) e a Aplisia, um tipo de molusco sem concha, para estudar as redes neurais e a formação das sinapses, pois os neurônios nestas espécies são 10 vezes maiores do que os do encéfalo humano e porque as redes possuem números idênticos de neurônios em cada animal. A função neural destes invertebrados fornece um modelo simples que pode ser aplicado para redes mais complexas de vertebrados. Os corpos dos neurônios aglomerados no encéfalo persistem nos filos mais avançados e tornam-se cada vez mais complexos. Uma vantagem do encéfalo cefálico é que na maioria dos animais a cabeça é a parte do corpo que primeiro estabelece contato com o ambiente quando o animal se move. Por essa razão, à medida que o encéfalo evoluiu, ele tornou-se associado a receptores cefálicos especializados, como os olhos para a visão e os quimiorreceptores para o olfato e o paladar.

Fisiologia Humana

Nos artrópodes superiores, como os insetos, regiões específicas do encéfalo estão associadas com funções particulares. Encéfalos mais complexos estão associados com comportamentos complexos, como a capacidade dos insetos sociais, como formigas e abelhas, de organizar-se em colônias, dividir o trabalho e comunicar-se entre si. O polvo (um molusco cefalópode) tem o desenvolvimento encefálico mais sofisticado entre os invertebrados, bem como o comportamento mais sofisticado. Na evolução do encéfalo dos vertebrados, a mudança mais drástica é observada na região do prosencéfalo (cérebro anterior), o qual inclui o telencéfalo (cérebro). Nos peixes, o prosencéfalo é uma pequena saliência destinada principalmente ao processamento de informações olfatórias sobre odores do ambiente (Fig. 9-ld). Em pássaros e roedores, parte do prosencéfalo aumenta formando o cérebro com uma superfície lisa (Fig. 9-le). Nos humanos, o cérebro é a parte mais desenvolvida e característica do encéfalo, com sulcos e dobras profundos (Fig. 9-lf). Acima de tudo, é o que nos faz humanos. Todas as evidências indicam que ele é a parte do encéfalo que permite o raciocínio e a cognição. A outra estrutura encefálica cuja evolução é evidente nos vertebrados é o cerebelo, a região do rombencéfalo dedicada a coordenar os movimentos e o equilíbrio. Pássaros (Fig. 9-le) e humanos (Fig. 9-lf) têm uma estrutura cerebelar bem desenvolvida. O cerebelo, assim como o cérebro, é facilmente identificado nestes filos devido a suas dobras e sulcos. Neste capítulo, começamos com uma visão geral anatômica e funcional do sistema nervoso central. Então, veremos como as redes neurais geram as funções encefálicas superiores do pensamento e das emoções.

BIOTECNOLOGIA "

IDENTIFICANDO NEURONIOS EM UMA REDE Um dos desafios que os neurofisiologistas e neuroanatomistas enfrentam é identificar as redes neuronais que controlam funções específicas - uma tarefa que pode ser comparada a desenredar uma massa de linha de fios do tamanho de uma bola de praia. Em 1971, K. Kristensson e colaboradores introduziram o uso da peroxidase de raiz forte (Horseradish peroxidase, HRP), uma enzima que age na presença de seu substrato produzindo um produto visível (colorido ou fluorescente). Quando injetada no líquido extracelular próximo dos terminais do axôn io, a HRP é introduzida no neurônio por endocitose. As vesículas que contêm HRP são então transportadas por um transporte axonal retrógrado rápido para o corpo celu lar e os dendritos [ ~ p. 252]. Quando a reação enzima-substrato se completa, o neurônio torna-se visível, permitindo ao pesquisador traçar todo o seu trajeto, do alvo até sua origem. Atualmente, com a ajuda de anticorpos fluorescentes, os cientistas podem até dizer quais canais iôn icos, neurotransmissores e receptores os neuron1os usam. A

'

299

Crista neural

Placa neural

{a) 20g dia embrionário {vista dorsal)

~--

Abertura anterior do tubo neural

A crista neural torna-se o sistema nervoso periférico

Superfície dorsal do corpo -

......-..

r

-

o

O tubo neural torna-se o SNC

•

FIGURA 9-2 Desenvolvimento do sistema nervoso humano. (a) No 202 dia embrionário (vista dorsal), as células da placa neural (roxo) migram em direção à linha média. As células da crista neural migram com as células da placa neural. (b) No 23° dia de desenvolvimento embrionário, a formação do tubo neural está quase completa.

ANATOMIA DO SISTEMA NERVOSO CENTRAL O sistema nervoso central (SNC) dos vertebrados consiste em encéfalo e medula espinal. Como você aprendeu em seções prévias, o encéfalo aumenta em complexidade e grau de especialização à medida que sobe na árvore filogenética desde peixes a humanos. No entanto, se observarmos o sistema nervoso dos vertebrados durante o desenvolvimento, surge um padrão anatômico básico. Em todos os vertebrados, o SNC consiste em camadas de tecido nervoso circundando uma cavidade central revestida por um epitélio e preenchida com um líquido.

O sistema nervoso central se desenvolve a partir de um tubo oco Muito precocemente no embrião, as células que formarão o sistema nervoso se dispõem em uma região achatada chamada de placa neural. Com o desenvolvimento (aproximada-

9

300

Dee Unglaub Silverthorn

Rombencéfalo

.-----7

Bulbo 1 - ---:;::;;:;::----..-..

--

Cerebelo e ponte

::::-

''

Telencéfalo

-

, _ r--T---

Mesencéfalo

Mesencéfalo - '" Prosencéfalo Diencéfalo

Rombencéfalo Prosencéfalo

Mesencéfalo

Ponte

-+---'

Telencéfalo.............,

Medula espinal

Medula espinal

Bulbo

Medula espinal ~;;::::/ Olho

Lúmen do tubo neural

Mesencéfalo Bulbo

(b) Na 6ª semana, o tubo neural se diferenciou nas (e) Na 11 ª semana do desenvolvimento embrionário, regiões do encéfalo presentes no nascimento. A cavidade o crescimento do telencéfalo (cérebro) é central (lúmen) mostrada na secção transversal originará notavelmente mais rápido do que o das outras divisões do encéfalo. os ventrículos do encéfalo. (ver Fig. 9-5)

(a) Um embrião humano de quatro semanas most rando a extremidade anterior do tubo neural, a qual se especializou em três regiões do encéfalo.

Dorsal (superior)

/

:/_

~~~~P~/- Cerebelo /A-::~

Ventral (inferior)

~·~~!'-7i...-r-- Ponte

~ ~~--J~- --+-- -

Bulbo Medula espinal

Ventral

•

(anterior) ~--+++-~

cranianos

Dorsal (posterior)

Caudal (d) No nascimento, o telencéfalo encobre a maior parte das outras regiões do encéfalo. Seu crescimento rápido dentro dos limites rígidos do crânio força o desenvolvimento de uma superfície convoluta e com sulcos.

•

(e) As direções "dorsal" e "ventral" são diferentes no encéfalo devido à flexão do tubo neural durante o desenvolvimento.

FIGURA 9-3 O tubo neural se especializa nas sete principais regiões do sistema nervoso.

mente no 20º dia do desenvolvimento humano), as células da borda da placa neural migram para a linha média (Fig. 9-2a e ). Aproximadamente no 23º dia do desenvolvimento humano, as células da placa neural se fundem formando o tubo neural (Fig. 9-2b). As células da crista neural originadas das bordas laterais da placa neural agora situam-se na superfície dorsal do tubo neural. O lúmen do tubo neural permanecerá oco e se torna a cavidade central do SNC. As células de revestimento do tubo neural se diferenciam no epitélio chamado de epêndima [~ p. 253] ou permanecem como células-tronco neurais indiferenciadas. As células das camadas externas do tubo neural se tornam os neurônios e a glia do SNC. As células da crista

neural se tornam neurônios sensoriais e motores do sistema nervoso periférico. Na 4ª semana do desenvolvimento humano, a porção anterior do tubo neural começa a se especializar nas regiões do encéfalo (Fig. 9-3a e ). Três divisões são distinguidas: o prosencéfalo, o mesencéfalo e o rombencéfalo. O tubo posterior ao rombencéfalo originará a medula espinal. Neste estágio, a porção do prosencéfalo que originará o telencéfalo não é muito maior do que as outras regiões do encéfalo. Com o desenvolvimento, o crescimento do telencéfalo ultrapassa o de outras regiões (Fig. 9-3b). Na 6ª semana, o SNC já formou as sete maiores divisões presentes no nascimento. Seis destas regiões constituem o encéfalo - (1)

Fisiologia Humana

telencéfalo, (2) diencéfalo, (3) mesencéfalo, (4) e (5) cerebelo e ponte, (6) bulbo - e a sétima é a medula espinal. O telencéfalo e o diencéfalo desenvolvem-se a partir do prosencéfalo. O cerebelo, a ponte e o bulbo são divisões do rombencéfalo. Na 6ª semana, a cavidade central (lúmen) do tubo neural começa a se alargar constituindo os ventrículos (ventre) do encéfalo. Há dois ventrículos laterais (o primeiro e o segundo) e dois ventrículos descendentes (o terceiro e o quarto). A cavidade central do tubo neural torna-se também o canal central da medula espinal. Na 11 ª semana, o telencéfalo está visivelmente expandido (Fig. 9-3c), e ao nascimento é a estrutura maior e mais evidente do encéfalo humano (Fig. 9-3d). O telencéfalo completamente desenvolvido circunda o diencéfalo, o mesencéfalo e a ponte, restando somente o cerebelo e o bulbo visíveis abaixo dele. Por causa da flexão (dobramento) do tubo neural no início do desenvolvimento (ver Fig. 9-3b), alguns termos direcionais têm diferentes significados quando aplicados ao encéfalo (Fig. 9-3e).

O sistema nervoso central é dividido em substância cinzenta e substância branca O sistema nervoso central, assim como o sistema nervoso periférico, é composto de neurônios e células gliais de sustentação. Como vimos no Capítulo 8, os interneurônios são neurônios completamente contidos dentro do SNC. Neurônios sensoriais (aferentes) e neurônios eferentes ligam interneurônios a receptores periféricos e a órgãos efetores, respectivamente. Quando observados macroscopicamente, os tecidos do SNC são divididos em substância cinzenta e substância branca (Fig. 9-4c e ). A substância cinzenta consiste em corpos, dendritos e terminais axônicos de neurônios amielínicos. Os corpos celulares estão reunidos de forma organizada tanto no encéfalo como na medula espinal. Eles formam camadas em algumas partes do encéfalo, e em outras partes formam grupos de neurônios que têm funções similares. Agrupamentos de corpos celulares no encéfalo e na medula espinal são conhecidos como núcleos, em geral sendo identificados com nomes específicos, como o núcleo geniculado lateral, onde a informação visual é processada. A substância branca é composta principalmente de axônios mielinizados e contém muito poucos corpos celulares. Sua cor pálida é devida às bainhas de mielina que envolvem os neurônios. Os feixes de axônios que conectam diferentes regiões do SNC são chamados de tratos. Os tratos no sistema nervoso central são equivalentes aos nervos no sistema nervoso periférico. A consistência do encéfalo e da medula espinal é macia e gelatinosa. Embora os neurônios individuais e as células gliais tenham um citoesqueleto interno extremamente organizado, que mantém a forma e a orientação das células, o tecido neural tem uma matriz extracelular mínima e precisa contar com um suporte externo para se proteger de traumas. Este suporte se dá na forma de uma cobertura externa de osso, três camadas de membrana de tecido conectivo e líquido entre as membranas.

301

REVISANDO CONCEITOS 2. Cite o nome dos quat ro tipos de células gliais do SNC e descreva a função de cada uma. [ ~ p. 253] Resposta: p. 331

Os ossos e o tecido conectivo sustentam o sistema nervoso central Nos vertebrados, o encéfalo está protegido pelos ossos do crânio (Fig. 9-4a), e a medula espinal se estende ao longo do canal da coluna vertebral. A segmentação do corpo, que é uma característica de alguns invertebrados, pode ainda aparecer nas vértebras, as quais estão empilhadas umas sobre as outras e separadas por discos de tecido conectivo. Os nervos do sistema nervoso periférico entram e saem da medula espinal passando através de forames localizados entre as vértebras (Fig. 9-4c). Três camadas de membrana, coletivamente denominadas meninges (meninx, membrana), situam-se entre os ossos e os tecidos do sistema nervoso central. Estas membranas ajudam a estabilizar o tecido neural e a protegê-lo do impacto contra os ossos. A partir do osso até o tecido nervoso, as membranas são (1) a dura-máter, (2) a aracnoide-máter e (3) a pia-máter (Fig. 9-4b, c). A membrana interna, a pia-máter (pius, devotado+ mater, mãe), é uma fina membrana que adere à superfície do encéfalo e da medula espinal. As artérias que fornecem sangue para o encéfalo estão associadas com esta camada. A camada intermediaria, a aracnoide-máter (arachnoides, teia de aranha) é frouxamente aderida à membrana interna, deixando um espaço subaracnóideo entre as duas camadas. A dura-máter (durare, durar) é a mais espessa das três membranas (pense em durável) e está associada a veias que drenam sangue do encéfalo por meio de vasos ou cavidades chamadas de seios. O componente protetor final do SNC é o líquido extracelular, o qual ajuda a acolchoar o delicado tecido neural. O crânio tem um volume interno de 1,4 L, sendo cerca de 1 L ocupado por células. O restante do volume é dividido em dois compartimentos extracelulares distintos: o sangue (100 a 150 mL) e os líquidos cerebrospinal (LCE) e intersticial (250 a 300 mL). O LCE e o líquido intersticial juntos formam o meio extracelular dos neurônios. O líquido intersticial encontra-se no interior da pia-máter; o LCE encontra-se nos ventrículos e no espaço entre a pia-máter e a aracnoide-mater. Os líquidos cerebrospinal e intersticial comunicam-se entre si por junções permeáveis da membrana pial e pela camada de células ependimárias que revestem os ventrículos. R VISANDO CONCEITOS 3. O que é um gânglio? Qual é a estrutura equivalente no SNC? 4. Os nervos periféricos são equivalentes a qual estrutura do SNC? Respostas: p. 331

O encéfalo flutua no líquido cerebrospinal O líquido cerebrospinal, ou LCE, é uma solução salina que é continuamente secretada pelos plexos corioideos, uma região especializada das paredes dos ventrículos (Fig. 9-5b e ).

9

302

Dee Unglaub Silverthorn

SISTEMA NERVOSO CENTRAL

VISTA SECCIONADA DO SNC

-

=

~

~~:::~~~~~~~::::::-~~~;;~~=== Crânio ;: Dura-máter

Crânio Hemisférios cerebrais

;L-:::::;:;;~~- Seio venoso .-"';j~-

Aracnoide-máter

Cerebelo Espaço subdural Nervos espinais

Espaço subaracnóideo

{b) Camadas meníngeas do encéfalo que amortecem e protegem o delicado tecido neural.

QUESTÃO DA FIGURA A partir do crânio, denomine as meninges que formam os limites do seio venoso e dos espaços subdural e subaracnóideo.

Nervos espinais torácicos

Substância cinzenta --/j~;­

--~

Substância branca

Nervo L---et-"--"'7 Vértebras

seccionadas

espinal Medula espinal

- - - ,'ff-e

---"1.zr-.::::;:::.-

--------f~.::;..:----L---: 1

------- Pia-máter __.-- - Aracnoide-máter

Meninges

- -- - Dura-máter

Nervos espinais --~ lombares

Corpo da -+--+--<----.. vértebra

-.\---- Gânglio autonômico

Nervos espinais • sacrais ...--Nervo espinal

Nervo coccígeo

--'~-.,

{a) Vista posterior.

e

FIGURA 9-4

:--·,,.

{c) Vista posterior da medula espinal e da vértebra.

Fisiologia Humana

O plexo corioideo é muito similar ao tecido do rim e consiste em capilares e um epitélio de transporte [ ~ p. 154] derivado do epêndima. As células do plexo corioideo bombeiam seletivamente sódio e outros solutos do plasma para dentro dos ventrículos, criando um gradiente osmótico que puxa água junto com os solutos (Fig. 9-Sc). O LCE flui dos ventrículos para dentro do espaço subaracnoideo entre a pia-máter e a aracnoide-máter, circundando todo o encéfalo e a medula espinal (Fig. 9-Sb). O LCE circula ao redor do tecido neural, sendo finalmente reabsorvido de volta para o sangue por estruturas especiais chamadas de granulações ou vilosidades da aracnoide-máter (Fig. 9-Sd). A taxa de fluxo do LCE no SNC é suficiente para renovar o líquido cerca de três vezes ao dia. O LCE tem duas funções: proteção física e proteção química. O encéfalo e a medula espinal flutuam na camada delgada de líquido entre as membranas. A flutuabilidade do LCE reduz o peso do encéfalo em cerca de 30 vezes. Menos peso implica menos pressão sobre os vasos sanguíneos e os nervos conectados ao SNC. O LCE também promove proteção por amortecimento. Quando ocorre um choque na cabeça, o LCE é comprimido antes que o encéfalo bata no crânio. Entretanto, a água é minimamente compressível, o que ajuda o LCE a acolchoar o encéfalo. Para um exemplo do poder de proteção do LCE agite um bloco de queijo tofu* (representando o encéfalo) em uma jarra vazia. Depois agite outro bloco de tofu numa jarra completamente cheia de água para ver como o LCE protege o encéfalo. Além da proteção física aos delicados tecidos do SNC, o LCE cria um meio extracelular regulado rigidamente para os neurônios. O plexo corioideo é seletivo para as substâncias que ele transporta para os ventrículos, o que resulta em uma composição do LCE diferente do plasma. As concentrações de K+, Ca2 +, HC0 3 - e glicose são mais baixas no LCE, e a concentração de H+ é mais alta. Somente a concentração do Na+ no LCE é similar à do sangue. Além disso, o LCE normalmente contém muito pouca proteína e nenhuma célula " sangu1nea. O LCE troca solutos com o líquido intersticial do SNC e fornece uma rota pela qual os resíduos podem ser removidos. Clinicamente, uma amostra do LCE é considerado um indicador do meio químico do encéfalo. Esta amostra é obtida por um procedimento chamado de punção lombar, no qual geralmente o líquido é retirado do espaço subaracnoideo entre as vértebras na extremidade inferior da medula espinal. A presença de proteínas ou células sanguíneas no LCE sugere uma infecção. · VISANDO CONCEITOS Se a concentração de H+ no LCE é mais alta do que no sangue, o que pode se dizer sobre o pH do LCE?

*N. de T. Queijo tofu é um queijo feito à base de soja presente na culinária japonesa.

303

6. Se os vasos sanguíneos localizados entre as meninges romperem devido a um trauma no crânio, o que pode acontecer? 7. O LCE é mais parecido com o plasma ou com o líquido intersticial? Explique sua resposta. Respostas: p. 331

A barreira hematencefálica protege o encéfalo de substâncias nocivas do sangue A camada final de proteção do encéfalo é uma barreira funcional entre o líquido intersticial e o sangue. Essa barreira é necessária para isolar o principal centro controlador do corpo de substâncias potencialmente nocivas do sangue e de patógenos circulantes, como as bactérias. Para obter esta proteção, a maior parte dos 640 km de capilares do encéfalo cria uma barreira hematencefálica funcional (Fig. 9-6 e ). Embora não seja uma barreira literal, a grande seletividade da permeabilidade dos capilares do encéfalo protege o encéfalo de toxinas e flutuações hormonais, de íons e de substâncias neuroativas, como neurotransmissores circulantes. Por que os capilares do encéfalo são muito menos permeáveis do que outros capilares? Na maioria dos capilares, junções célula-célula permeáveis e poros permitem trocas de solutos entre o plasma e o líquido intersticial [ ~ p. 72]. Nos capilares do encéfalo, entretanto, as células endoteliais formam junções de oclusão umas com as outras, as quais evitam o movimento de solutos entre as células. Aparentemente, a formação das junções de oclusão é induzida por sinais parácrinos provenientes de astrócitos adjacentes cujos pés envolvem os capilares. Portanto, é o próprio tecido encefálico que cria a barreira hematencefálica. A permeabilidade seletiva da barreira hematencefálica pode ser atribuída a suas propriedades de transporte. O endotélio capilar usa transportadores de membrana e canais específicos para transportar os nutrientes e outras substâncias úteis do sangue para o líquido intersticial do encéfalo. Outros transportadores de membrana levam os resíduos do líquido intersticial para o plasma. Qualquer molécula solúvel em água que não é transportada por estes carreadores não pode atravessar a barreira hematencefálica. Uma ilustração interessante de como a barreira hematencefálica funciona é visto na doença de Parkinson - um distúrbio neurológico no qual os níveis do neurotransmissor dopamina no encéfalo são muito baixos porque os neurônios dopaminérgicos estão danificados ou mortos. A dopamina administrada por via oral ou por injeção é ineficaz, pois ela não atravessa a barreira hematencefálica. O precursor da dopamina L-dopa, entretanto, é transportado através das células da barreira hematencefálica por um transportador de aminoácidos [ ~ p. 147]. Quando os neurônios têm acesso à L-dopa no líquido intersticial, eles a metabolizam em dopamina, permitindo que a deficiência seja tratada. Embora a barreira hematencefálica exclua muitas substâncias solúveis em água, pequenas moléculas lipossolúveis podem difundir-se através da membrana das células

9

304

Dee Unglaub Silverthorn

Cérebro

(a) Os ventrículos laterais consistem no primeiro ventrículo e segundo ventrículo. O terceiro e o quarto ventrículo estendem-se através do tronco encefálico e unem-se ao canal central da medula espinal. Compare a vista frontal com a secção transversal da Fig. 9-3b. Vista lateral

1----

Quarto ventrículo - - -

F-- - - -

Cerebelo -----~,.r

..,____ _ _ _ _ _ Canal central ~r-------

-----~~~~

Medula espinal - - - - - ------1e"'--"' Vista frontal Líquido cerebrospi nal

CIRCULAÇÃO DO LIQUIDO CEREBROSPINAL Vilosidades aracnoideas

. cran10 ~

Dura-máter Revestimento endotelial

Plexo corioideo do terceiro ventrículo

~-----''-=--=- Sangue

no seio venoso

~- Movimento

do líquido =---- Granulação aracnóidea =-- Dura-máter

Aracnoide- --;-+-;,...... -máter

(camada interna) PiaAracnoide- "--- Espaço -máter Espaço -máter subdural subaracnóideo (d) O líquido cerebrospinal é reabsorvido de volta para o sangue pelas projeções digitiformes da aracnoide-máter, chamadas de vi losidades.

(b) O líquido cerebrospinal é secretado nos ventrículos e flui por todo o espaço aracnoideo onde acolchoa o sistema nervoso central. ~-

Plexo corioideo do quarto ventrículo

,.______ Medula espinal ;T.--- -

-;.!~~----

•

Capilar o-:;;-- -

• ,_.-r---::7'1 Célu las

•

Canal central

Espaço subaracnóideo

- - - Aracnoide-máter

ependimárias

•

•

e e

I

J:.-.UJ..A•'r~ / .--' ' '----.....__--.

l~Á_g_u_a~I

Líquido c erebrospinal no terceiro ventrículo

íons, vitaminas, nutrientes

(e) O plexo corioideo transporta íons e nutrientes do sangue para o líquido cerebrospinal.

e

FIGURA 9-5

1

iM - - - -

Dura-máter

QUESTÕES DA FIGURA 1. Os médicos podem coletar uma amostra do LCE quando suspeitam de uma infecção no encéfalo. Qual o local menos arriscado e mais fácil de inserir uma agulha através das meninges (Ver Fig. 9-5b)? 2. O aqueduto do mesencéfalo (aqueduto de Sílvio) é uma passagem estreita entre o 3° e o 4° ventrículos. O que acontece ao fluxo do LCE se o aqueduto for bloqueado por um tumor ou uma infecção, uma condição conhecida por estenose aquedutal [stenos, estreito]? Em um estudo de "imageamento" trid imensional do encéfalo, como você esperaria d istinguir uma estenose aquedutal de um bloqueio do fluxo do LCE no espaço subaracnóideo próximo do lobo frontal?

Fisiologia Humana

Pé do astrócito

305

~____,,__..

Junção de oclusão

Os pés dos astrócitos secretam substâncias , . paracnnas que promovem a formação das junções de oclusão.

Astrócito

/\A.._.... ' - - -

~.....,,,,.....

(a)

•

' - Lúmen do capi lar

"?J==:~r-1--- Junções de oclusão J! evitam o movimento de solutos entre as células endoteliais.

Lâmina basal

{b)

FIGURA 9-6 Barreira hematencefálica. O movimento de material através da barreira hematencefálica é regulado para proteger os neurônios de substâncias do sangue potencialmente nocivas.

[ ~ p. 139]. Esta é uma das razões porque alguns anti-histamínicos dão sonos, e outros, não. Os primeiros anti-histamínicos eram aminas lipossolúveis que facilmente atravessavam a barreira hematencefálica e agiam nos centros encefálicos que controlam a vigília. Os novos fármacos são menos lipossolúveis e por isso não têm o mesmo efeito sedativo. Poucas áreas do encéfalo não têm uma barreira hematencefálica funcional, e seus capilares têm um endotélio permeável como a maioria dos capilares do resto do corpo. Nestas áreas do encéfalo, a função dos neurônios adjacentes depende de alguma forma do contato direto com o sangue. Por exemplo, o hipotálamo libera neurohormônios que precisam passar para os capilares do sistema porta hipotálamo-hipófise para serem distribuídos para a adeno-hipófise [ ~ p. 232]. Outra região que não tem barreira hematencefálica é o centro do vômito no bulbo. Estes neurônios monitoram a presença no sangue de substâncias estranhas possivelmente tóxicas, como os medicamentos. Se detectam algum perigo, eles iniciam o reflexo do vômito. O vômito remove o conteúdo do sistema digestório e elimina toxinas ingeridas.

O tecido neural tem necessidades metabólicas • • espec1a1s Uma propriedade única do sistema nervoso central é seu metabolismo especializado. Os neurônios precisam de um suprimento constante de oxigênio e glicose para produzir o ATP usado para o transporte ativo de íons e neurotransmissores. O oxigênio passa livremente através da barreira hematencefálica, e os transportadores de membrana transportam a glicose do plasma para o líquido intersticial do encéfalo. Níveis muito baixos de cada substrato podem ter resultado devastador na função do encéfalo.

9 Ben foi diagnosticado como portador de espasmos infantis, uma forma de epilepsia caracterizada pelo início de convulsões nas quais a cabeça cai aos quatro a sete meses de idade, e por uma interrupção ou deterioração do desenvolvimento mental. Ben começou um mês de tratamento com injeções de adrenocorticotrofina (ACTH) [ ~ p. 229] para controlar as convulsões. Os cientistas não têm certeza por que este hormônio é tão eficiente para controlar este t ipo de convulsão, mas sabe-se que dentre seus efeitos está o aumento da formação de mielina, o aumento da integridade da barreira hematencefálica e o aumento da ligação do neurotransmissor GABA nas sinapses. Como se esperava, as convulsões de Ben desapareceram completamente antes de um mês de tratamento e seu desenvolvimento começou a retornar ao nível normal.

Questão 1: Como uma barreira hematencefálica permeável pode levar a uma cascata de potenciais de ação que desencadeiam uma convulsão? Questão2: O GABA abre canais da c1- na célula pós-sináptica. O que isso causa no potencial de membrana da célula? O GABA torna mais ou menos provável que a célula dispare potenciais de ação? Questão 3: Por que é importante limitar a duração do tratamento com ACTH, particularmente em pacientes muito jovens? [~ p. 235]

297

lrl

320

322

326

327

306

Dee Unglaub Silverthorn

Por causa de sua alta demanda de oxigênio, o encéfalo recebe cerca de 15% do sangue bombeado pelo coração. Se o fluxo sanguíneo para o encéfalo é interrompido, ocorre dano no encéfalo depois de apenas poucos minutos sem oxigênio. Os neurônios são igualmente sensíveis à falta de glicose. Em circunstâncias normais, a única fonte de energia para os neurônios é a glicose (Em situações de jejum prolongado, o encéfalo pode metabolizar cetonas produzidas pela degradação de lipídeos [ ~ p . 115]). Algumas estimativas revelam que o encéfalo é responsável por aproximadamente metade do consumo de glicose do corpo. Consequentemente, o corpo usa várias vias homeostáticas para assegurar que a concentração de glicose no sangue permaneça adequada para atender à demanda do encéfalo. Se a homeostase falhar, uma hipoglicemia progressiva (baixo nível de glicose no sangue) leva à confusão, à inconsciência e, por fim, à morte. Agora que você tem uma ampla visão geral do sistema nervoso central, iremos examinar a estrutura e a função da medula espinal e do encéfalo com mais detalhes. REVISANDO CONCEITOS 8. A fosforilação oxidativa ocorre em qual organela? 9. Cite duas rotas metabólicas para o metabolismo aeróbio da glicose. O que acontece com o NADH produzido nestas vias? 1O. No final dos anos de 1800, o cientista Paul Ehrlich injetou corante azul na circulação sanguínea de an imais. Ele observou que todos os tecidos ficaram azuis, exceto o encéfalo. Ele não conhecia a barreira hematencefálica e tirou

FOCO CLfNICO

,

w A HIPOGLICEMIA E O ENCEFALO w m Os neurônios são exigentes em relação à sua nutrição. ~ Na maioria das circunstâncias, a única biomolécu la que e os neurônios usam para obter energia é a glicose. Surpreendentemente, isto pode representar um problema para pacientes diabéticos, cujo problema é excesso de glicose no sangue. Em face da hiperglicemia (elevação da glicose no sangue) sustentada, as células da barreira hematencefálica regulam para baixo [ ~ p. 43) seus transportadores de glicose. Então, se o nível de glicose no sangue destes pacientes diminuir para abaixo do normal devido ao excesso de insul ina ou os neurôn ios do encéfalo podem não ser capazes de captar glicose suficientemente rápido para manter sua atividade elétrica. Os astrócitos vizinhos possuem pequenas quantidades de glicogênio que pode ser convertido um glicose, cogênio se esgotam, a função neuronal começa a falhar. O indivíduo pode apresentar confusão, irritabilidade e fala incompreensível e, a não ser que os neurônios recebam glicose rapidamente, eles podem sofrer danos permanentes. Em casos extremos, a hipoglicemia pode causar coma ou até mesmo a morte.

...

uma conclusão diferente sobre seu resultado. Que outra explicação Ehrlich teria proposto? 11. Em um experimento subsequente, um aluno de Ehrlich injetou o corante no LCE de alguns animais. O que você acha que ele observou sobre a coloração do encéfalo e de outros tecidos do corpo? Respostas: p. 33 1

MEDULA ESPINAL A medula espinal é a principal via para o fluxo de informações em ambos os sentidos entre o encéfalo e a pele, as articulações e os músculos do corpo. Além disso, a medula espinal contém redes neurais responsáveis pela locomoção. Se a medula espinal é seccionada, há perda da sensibilidade da pele e dos músculos, bem como paralisia, a perda da capacidade de controlar voluntariamente os músculos. A medula espinal é dividida em quatro regiões (cervical, torádca, lombar e sacral), denominadas de acordo com as vértebras adjacentes (ver Fig. 9-4a e ). Cada região é subdividida em segmentos, e de cada segmento surge um par bilateral de nervos espinais. Pouco antes do nervo espinal unir-se à medula espinal, ele se divide em dois ramos chamados de raízes (Fig. 9-7a e ). A raiz dorsal de cada nervo espinal é especializada em conduzir informações sensoriais de entrada. O gânglio da raiz dorsal, uma dilatação encontrada na raiz dorsal antes dela entrar na medula (Fig. 9-7b), contém os corpos celulares dos neurônios sensoriais. A raiz ventral carrega informações provenientes do SNC para os músculos e as glândulas. Em uma secção transversal, a medula espinal tem um centro de substância cinzenta, em forma de borboleta ou da letra H, rodeado de substância branca. As fibras sensoriais da raiz dorsal fazem sinapse com interneurônios dos cornos dorsais da substância cinzenta. Os corpos celulares do corno dorsal estão organizados em dois núcleos distintos, um para informações somáticas e outro para informações viscerais (Fig. 9-7b). Os cornos ventrais da substância cinzenta contêm corpos celulares de neurônios motores que conduzem sinais eferentes para músculos e glândulas. Os cornos ventrais estão organizados em núcleos somáticos motores e autonômicos. As fibras eferentes deixam a medula espinal pela raiz ventral. A substância branca da medula espinal é o equivalente biológico a cabos de fibra óptica que as companhias telefônicas usam para conduzir nossos sistemas de comunicação. A substância branca pode ser dividida em diversas colunas compostas de tratos de axônios que transferem informações para cima e para baixo na medula. Os tratos ascendentes conduzem informações sensoriais para o encéfalo. Eles ocupam as porções dorsal e lateral externa da medula espinal (Fig. 9-7c). Os tratos descendentes conduzem principalmente sinais eferentes (motores) do encéfalo para a medula. Eles ocupam as porções ventral e lateral interna da substância branca. Os tratos propriospinais (proprius, dele mesmo) são aqueles que permanecem dentro da medula. A medula espinal pode funcionar como um centro integrador autossuficiente para reflexos espinais simples, com

Fisiologia Humana

Substância -----~ branca Substância cinzenta Raiz dorsal: -----:::-"';:.~

307

Informação sensorial vai para o encéfalo A1 1 1 1

leva informações • • sensor1a1s (aferentes) para o SNC

1 1 t 1 1 1 1 1

'------ Raiz ventral:

(a) Um segmento da medula espinal, vista ventral, mostrando seus pares de nervos.

leva informações motoras (eferentes) para músculos e glândulas

Medula espinal

Núcleos sensoriais viscerais ~-- Núcleos

Estímulo

..

sensoriais somáticos corno

Gânglio da raiz dorsal

1

(

-

; arsal'-4-J 1

1 \

"'

-

Informação sensorial

Centro integrador

,.___..__-+---Núcleos eferentes autonômicos

Corno - - -----.-. Corno lateral entrai

T

Raiz-~- ~~

:----- -4 t--..._-_-_:_:,;"' '- - - - Núcleos motores

ventral

Um reflexo espinal gera uma resposta sem sinais de entrada rovenientes do encéfalo.

somáticos (b) A substância cinzenta consiste em núcleos sensoriais e motores. Para o encéfalo

Comandos para músculos e glândulas

Resposta

'

'

• FIGURA 9-8 A medula espinal é um centro integrador. Em um reflexo espinal, a informação sensorial entra na medula espinal e tem efeito sem comandos do encéfalo. Porém, informações sensoriais sobre o estímulo podem ser enviadas para o encéfalo.

':.•--' '

•' . -·

LEGENDA

Os tratos ascendentes levam informações sensoriais para o encéfalo.

D

A partir do encéfalo

Os tratos descendentes levam comandos para os neurônios motores.

informações quando elas passam através deles. Os reflexos têm um papel crucial na coordenação dos movimentos, o que será discutido com mais detalhes no Capítulo 13. R VISANDO CONCEITOS Quais as diferenças entre cornos, raízes, tratos e colunas da medula espinal?

.• •'.• '

•

13. Se a raiz dorsal da medula espinal for seccionada, que Respost as: p. 332 funções serão interrompidas?

ENCÉFALO (c) A substância branca na medula espinal consiste em axônios que carregam informações para o encéfalo ou a partir dele.

• FIGURA 9-7 A medula espinal contém os corpos celulares de neurônios eferentes e tratos de axônios que vão e vêm do encéfalo.

sinais passando de um neurônio sensorial através da substância cinzenta para um neurônio eferente (Fig. 9-8 e ). Além disso, os interneurônios espinais podem direcionar informações sensoriais para o encéfalo por tratos ascendentes ou conduzir comandos do encéfalo para os neurônios motores. Em muitos casos, os interneurônios também modificam as

Há milhares de anos, Aristóteles declarou que o coração era a sede da alma. Entretanto, a maioria das pessoas hoje concorda que o encéfalo é um órgão que dá à espécie humana seus atributos únicos. O desafio que os cientistas enfrentam hoje é entender como circuitos formados por milhões de neurônios resultam em comportamentos complexos, como falar, escrever uma sinfonia ou criar mundos imaginários para um jogo interativo de computador. A função do encéfalo pode ser a principal propriedade emergente [;;: p. 8]. A questão que permanece é se teremos capacidade de decifrar como as emoções, como felicidade e amor, surgem a partir de sinais químicos e elétricos que passam ao longo de circuitos de neuron1os. A

o

9

308

Dee Unglaub Silverthorn

VISTA LATERAL DO SNC

ANATOMIA DO ENCÉFALO

_ _ _.,._____ Lobo temporal

n~~-+---

_........ Lobo occipital

Medula espinal Lobo-~-­

~ 1

parietal Ponte____,

Cerebelo

Osso ; Osso front ,,-. parietal

'\_

Bulbo _

_,

Osso temporal ~

{b) Vista lateral do encéfalo

"1) 11., ....,

J Occipital

>:--:::-=--:~-::--""'e"""- Giro

do cíng ui o

{e) Crânio

_ _........,.._ _ Lobo parietal .---"""

.....:~~"'----:;f-;:-:-~~=t-- Corpo caloso ----=-~~~-=----+-

{a)

Tálamo Lobo occipital

Lobo _ ______.,=_,.._ temporal Ponte

__.J

Bulbo _ _,

{c) Vista mediossagital do encéfalo

Tálamo

----

------

- ---

-

Tratos ~--­

ascendentes para o cérebro seccionados

Trato óptico -~3'----

Mesencéfalo

-

- . - --+-""" Tratos para o _ - -"--' cerebelo seccionados _ - - -

{d) Vista lateral do

tronco encefálico

---

• , \

e

FIGURA 9-9

Medula espinal

Fisiologia Humana

309

,

REGIÃO

FUNÇÃO

Cérebro (Lobos Frontal • , Parietal , Occipital

e Temporal • )

• Córtex cerebral (ver Fig. 9-15) Campos sensoriais ,

Areas motoras ,

Areas associativas

• Núcleos da base (ver Fig. 9-11)

Percepção Movimentos dos músculos esqueléticos Integração da informação e controle de movimentos voluntários Movimentos

• Sistema límbico (ver Fig. 9-13) • Amígdala

Emoção e memória

• Hipocampo

Aprendizado e memória

' Diencéfalo (yer Fig. 9-1 O) -

• Tálamo

Centro integrador e estação retransmissora de informações sensoriais e motoras

Hipotálamo

Homeostase e regulação de comportamentos (ver Tabela 9-2)

Hipófise

Secreção de hormônios

• Glândula pineal

Cerebelo

Secreção de melatonina Coordenação dos movimentos

E possível estudar o encéfalo em muitos níveis de organização. As visões mais reducionistas consideram os neurônios individualmente e o que ocorre com eles em resposta a estímulos químicos e elétricos. Um estudo mais integrado considera grupos de neurônios e como eles interagem com outros em drcuitos, ou redes. A abordagem mais complicada começa com um comportamento ou resposta fisiológica e avança em sentido inverso para dissecar os circuitos neurais que originaram o comportamento ou resposta. Por séculos, os estudos da função do encéfalo ficaram restritos às descrições anatômicas. Entretanto, quando estudamos o encéfalo vemos que não há uma relação 1: 1 ordenada entre estrutura e função. O encéfalo adulto humano tem uma massa de aproximadamente 1.400 g e contém um número estimado de 1012 neurônios. Qu.a ndo você considera que cada um desses milhões de neurônios pode receber até 200.000 sinapses, o número de possíveis conexões neuronais é incrível. Para complicar ainda mais, essas sinapses não fixas e estão constantemente mudando. O princípio básico a ser lembrado sobre o encéfalo é que uma função, mesmo que aparentemente simples como dobrar seus dedos, envolverá múltiplas regiões do encéfalo (bem como da medula espinal). Inversamente, uma região do encéfalo pode estar envolvida em várias funções ao mesmo tempo. Em outras palavras, entender o encéfalo não é simples e direto. A Figura 9-9 • apresenta um resumo anatômico para acompanhar a descrição das principais regiões do encéfalo, da mais primitiva para a mais complexa. Das seis principais regiões do encéfalo presentes ao nascimento (ver Fig. 9-3b), somente o bulbo, o cerebelo e os hemisférios cerebrais (cérebro) estão visíveis quando o encéfalo intacto é visto de perfil. (ver Fig. 9-3e). As outras três divisões (diencéfalo, mesencéfalo e ponte) são cobertas pelos hemisférios cerebrais.

Tronco encefálico -

Mesencéfalo • Ponte

• Bulbo Formação reticular (ver Fig. 9-19)

Movimento dos olhos Estação retransmissora entre o cérebro e o cerebelo; coordenação da respiração Controle de funções involuntárias Vigília, sono, tônus muscular, modulação da dor

O tronco encefálico é a transição entre a medula espinal e o diencéfalo O tronco encefálico é a mais antiga e mais primitiva região do encéfalo e consiste em estruturas que derivam do mesencéfalo e do rombencéfalo embrionários. O tronco encefálico pode ser dividido em substância branca e substância cinzenta, sendo que em alguns aspectos sua anatomia é similar à da medula espinal. Alguns tratos ascendentes da medula espinal passam através do tronco encefálico, ao passo que outros tratos ascendentes fazem sinapse neste ponto. Tratos descendentes provenientes de centros superiores do encéfalo também passam através do tronco encefálico no seu caminho para a medula espinal. Pares de nervos periféricos partem do tronco encefálico, similar aos nervos espinais ao longo da medula espinal (Fig. 9-9d). Onze dos 12 nervos cranianos (números II-XII) originam-se ao longo do tronco encefálico. (O primeiro nervo craniano, o nervo olfatório (1), entra no prosencéfalo.)

9

310

Dee Unglaub Silverthorn

Os nervos cranianos NUMERO

NOME

TIPO

FUNÇÃO

1

Olfatório

Sensorial

Informação olfatória do nariz (cheiro)

li

Óptico

Sensorial

Informação visual a partir dos olhos

Ili

Oculomotor

Motor

Movimento dos olhos, constrição da pupila, forma da lente (cristalino)

IV

Troclear

Motor

Movimento dos olhos

V

Trigêmeo

Misto

Informação sensorial da face, boca; sinais motores para a mastigação

VI

Abducente

Motor

Movimento dos olhos

VII

Facial

Misto

Sensorial gustatório; sinais eferentes para glândulas salivares e lacrimais, expressão facial

VIII

Vestibu lococlear

Sensorial

Audição e equi líbrio

IX

Glossofaríngeo

Misto

Sensibilidade da cavidade oral, baro e quimiorreceptores dos vasos sanguíneos; eferência para a deglutição, secreção das glândulas salivares parótidas

X

Vago

Misto

Sensibilidade e eferência para muitos órgãos internos, músculos e glândulas

XI

Acessório espinal

Motor

Músculos da cavidade oral, alguns múscu los do pescoço e do ombro

XII

Hipoglosso

Motor

Músculos da língua

Os nervos cranianos levam informações sensoriais e motoras para a cabeça e o pescoço (Tabela 9-l e ). Os nervos são descritos de acordo com sua constituição, se têm fibras sensoriais, fibras eferentes, ou ambas (nervos mistos). Por exemplo, o nervo craniano X, o nervo vago (vagus, errante), é um nervo misto que leva fibras motoras e sensoriais para muitos órgãos internos. Um componente importante do exame neurológico clínico é testar as funções controladas por estes nervos. Localizados em todo o tronco encefálico estão grupos discretos de corpos de células nervosas (núcleos). Muitos destes núcleos estão associados com a formação reticular, uma coleção difusa de neurônios que se estendem ao longo de todo o tronco encefálico. O nome reticular significa "rede" e é originado dos cruzamentos de axônios que se ramificam profusamente para cima para divisões superiores do encéfalo e para baixo em direção à medula espinal. Os núcleos do tronco encefálico estão envolvidos em muitos processos básicos, incluindo sono e vigília, tônus muscular e reflexos de estiramento, coordenação da respiração, regulação da pressão sanguínea e modulação da dor. R VISANDO CONCEITOS São constituídos de substância branca ou cinzenta: (a) Tratos ascendentes (c) Tratos descendentes

(b) Formação reticu lar

15. Usando a informação da Tabela 9-1, descreva os t ipos de atividades que você poderia pedir para um paciente executar se desejasse testar a função de cada nervo craniano.

16. Na terminolog ia anatômica direcional, o cérebro, o qual está localizado perto do topo do crân io, é considerado em relação ao tronco encefálico. Respostas: p. 331

O tronco encefálico consiste em bulbo, ponte e mesencéfalo Começando na medula espinal e dirigindo-se para o topo do crânio, o tronco encefálico inclui o bulbo, a ponte e o mesencéfalo (Fig. 9-9d). Alguns especialistas incluem o cerebelo como parte do tronco encefálico. O quarto ventrículo, em forma de losango, percorre o interior do tronco encefálico e conecta-se com o canal central da medula espinal (ver Fig. 9-Sa). O bulbo, também chamado de medula oblonga, é a transição da medula espinal para o encéfalo (Fig. 9-9d). Sua substância branca inclui tratos somatossensoriais ascendentes (soma, corpo), que levam informações sensoriais para o encéfalo, e o trato corticospinal descendente, que conduz informações do cérebro para a medula espinal. Cerca de 90% das fibras dos tratos corticospinais atravessam a linha média para o lado oposto do corpo na região do bulbo chamada de pirâmide. Como resultado deste cruzamento, cada lado do encéfalo controla o lado oposto do corpo. A substância cinzenta do bulbo inclui os núcleos que controlam muitas funções involuntárias, como pressão sanguínea, respiração, deglutição e vômito.

Fisiologia Humana

A ponte (adjetivo pontino) é uma protuberância bulbosa na superfície ventral do tronco encefálico, acima do bulbo e abaixo do mesencéfalo. Por causa da sua função primária, que é a de atuar como estação retransmissora de informações transferidas entre o cerebelo e o cérebro, a ponte muitas vezes é agrupada com o cerebelo. A ponte também coordena o controle da respiração juntamente com os centros do bulbo. A terceira região do tronco encefálico, o mesencéfalo (mesos, meio), é uma área relativamente pequena que se encontra entre o diencéfalo e as porções inferiores do tronco encefálico. A função primária do mesencéfalo é controlar o movimento dos olhos, mas ele também transmite sinais para os reflexos auditivos e visuais.

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•

Corpo cato So

O cerebelo coordena os movimentos O cerebelo é a segunda maior região do encéfalo (Fig. 9-9ac). Está localizado sobre a base do crânio logo acima da nuca. O nome cerebelo (adjetivo cerebelar) significa "pequeno cérebro", e, de fato, a maioria das células nervosas do encéfalo estão no cerebelo. A função especializada do cerebelo é processar informações sensoriais e coordenar a execução dos movimentos. As informações sensoriais que chegam no cerebelo vêm de receptores somáticos da periferia do corpo e de receptores do equilíbrio localizados na orelha interna. O cerebelo também recebe informações motoras de neurônios do cérebro. A função cerebelar é descrita com mais detalhes no Capítulo 13. O diencéfalo contém centros homeostáticos O diencéfalo, ou "entre-encéfalo", localiza-se entre o tronco encefálico e o cérebro (hemisférios cerebrais). Ele é composto de duas partes principais, o tálamo e o hipotálamo, e duas estruturas endócrinas, as glândulas hipófise e pineal (Fig. 9-10 e ). A maior parte do diencéfalo é ocupada por muitos núcleos pequenos que formam o tálamo (tálamo, quarto de dormir; adjetivo talâmico). O tálamo recebe fibras sensoriais do trato óptico, das orelhas e da medula espinal, bem como informação motora do cerebelo. Ele envia fibras para o cérebro, onde a informação é processada. O tálamo muitas vezes é descrito como uma estação de retransmissão, pois a maioria das informações sensoriais provenientes das partes inferiores do SNC passa através dele. Como a medula espinal, o tálamo pode modificar as informações que passam através dele, tornando-se um centro integrador, bem como uma estação de retransmissão. O hipotálamo encontra-se abaixo do tálamo. Embora o hipotálamo ocupe menos de 1% do volume total do encéfalo, ele é o centro da homeostase e contém centros que controlam vários comportamentos motivados, como fome e sede. Comandos do hipotálamo também influenciam várias funções da divisão autônoma do sistema nervoso, bem como várias funções endócrinas (Tabela 9-2 e ). O hipotálamo recebe informações de múltiplas origens, incluindo o cérebro, a formação reticular e vários receptores sensoriais. Comandos do hipotálamo vão primeiro para o tálamo e finalmente para múltiplas vias efetoras.

311

Tálamo

1

Adeno-hipófise

•

~-­

Hipotálamo

Glândula pineal

Neuro-hipófise

FIGURA 9-10 Diencéfalo. O diencéfalo localiza-se entre o tronco encefálico e o cérebro. Ele consiste em tálamo, hipotálamo, glândula pineal e glândula hipófise.

Duas importantes estruturas endócrinas estão localizadas no diencéfalo: a glândula hipófise e a glândula pineal. Você aprendeu sobre a função endócrina da glândula hipófise no Capítulo 7 [ $ p. 228]. A neuro-hipófise (hipófise posterior) é uma projeção do hipotálamo para baixo e secreta neuro-hormônios que são sintetizados em núcleos hipotalâmicos. A adeno-hipófise (hipófise anterior) é uma verdadeira glândula endócrina. Seus hormônios são regulados por neuro-homônios hipotalâmicos secretados no sistema porta hipotálamo-hipófise. A glândula pineal, a qual secreta o hormônio melatonina, também foi mencionada no Capítulo 7 [ $ p. 239] e é discutida posteriormente neste capítulo. REVISANDO CONCEITOS Começando a partir da medula espinal, cite as subdivisões do tronco encefá lico? 18. Quais são as quatro estruturas primárias do diencéfalo? Respostas: p. 332

O cérebro é o local das funções superiores do encéfalo Como foi comentado, o cérebro é a maior e mais evidente parte do encéfalo humano e preenche a maior parte da ca-

9

312

Dee Unglaub Silverthorn

vidade craniana. Ele é composto de dois hemisférios conectados principalmente pelo corpo caloso (Figs. 9-9c e 9-10), uma estrutura distinta formada por axônios que cruzam de um lado para o outro do encéfalo. Esta conexão assegura que os dois hemisférios se comuniquem e cooperem um com o outro. Cada hemisfério cerebral é dividido em quatro lobos, denominados pelos ossos do crânio onde cada um está localizado: frontal, parietal, temporal e occipital (Fig. 9-9b, c, e). A superfície do cérebro humano e de outros primatas tem aspecto enrugado semelhante a uma noz, com reentrâncias chamadas de sulcos dividindo circunvoluções, chamadas de gi.ros (gyrus, aro ou círculo). Durante o desenvolvimento, o cérebro cresce mais rápido do que o crânio que o cerca, fazendo com que o tecido se dobre sobre si mesmo para se ajustar a um volume menor. O grau de dobramento está diretamente relacionado com o nível de processamento que o encéfalo é capaz. Mamíferos menos desenvolvidos, como os roedores, têm o encéfalo com uma superfície relativamente lisa. Por outro lado, o encéfalo humano é tão convoluto que, se fosse inflado o suficiente para ficar com a superfície lisa, ele seria três vezes maior e precisaria de uma cabeça do tamanho de uma bola de praia.

Funções do hipotálamo 1. Ativa o sistema nervoso simpático

• Controla a liberação de catecolaminas da medula da suprarrenal {como na reação de luta ou fuga) • Ajuda a manter a concentração de glicose agindo no pâncreas endócrino 2. Mantém a temperatura do corpo

• Estimula os tremores e a sudorese 3. Controla a osmolaridade do corpo

• Estimula a sede e o comportamento de beber • Estimula a secreção de vasopressina [ ~ p. 229) 4. Controla a função reprodutiva

• Regula a secreção de ocitocina {para contração uterina e ejeção do leite) • Controla os hormônios tróficos da adeno-hipófise FSH e LH [ $ p. 233) 5. Controla a ingestão alimentar

• Estimula o centro da saciedade • Estimula o centro da fome QUESTÃO DA

FIGURA

6. Interage com o sistema límbico influenciando os com-

portamentos e as emoções

Esta secção do encéfalo é uma secção através do plano_ _ _.

7. Influencia o centro de controle cardiovascular no bulbo

(a) Coronal (b) Lateral (c) Frontal (d) Transversal (e) Sagital

8. Secreta hormônios tróficos que controlam a liberação de hormôn ios da glândula adeno-hipófise

O cérebro tem regiões distintas de substância branca e substância cinzenta

r

Núcleos ----.. da base

~-- Corpo

caloso ./T"'~-r-- Ventrícu l o

lateral

Tratos de substância branca Ponta do ventrículo lateral

•

FIGURA 9-11

L

Substância cinzenta do córtex cerebral

Substância cinzenta do cérebro. O córtex

cerebral e os núcleos da base são duas das três regiões de substância cinzenta do cérebro. A terceira região, o sistema límbico, é detalhada na Figura 9-13. A vista frontal mostrada aqui é similar à vista seccional obtida por modernas técnicas de diagnóstico por imagem.

A substância cinzenta cerebral pode ser dividida em três principais regiões: o córtex cerebral, os núcleos da base e o sistema límbico. O córtex cerebral (córtex, casca; adjetivo cortical, plural córtices) é a camada externa do cérebro, com apenas poucos milímetros de espessura (Fig. 9-11 e ). Os neurônios do córtex cerebral são anatomicamente organizados em distintas colunas verticais e camadas horizontais ,, (Fig. 9-12 e ). E dentro destas camadas que nossas funções encefálicas superiores originam-se. A segunda região de substância cinzenta cerebral consiste nos núcleos ou gânglios da base* (Fig. 9-11), os quais estão envolvidos no controle dos movimentos. Os gânglios da base também são denominados núcleos da base. Os neuroanatomistas preferem reservar o termo gânglios para grupos de corpos celulares nervosos fora do SNC, mas o termo gânglios da base é comumente usado em cenários clínicos. A terceira região do cérebro é o sistema límbico (limbus, borda), o qual circunda o tronco encefálico (Fig. 9-13 e ). O sistema límbico representa provavelmente a região mais primitiva do cérebro. Ele age como uma ligação entre as funções * N. de T. Núcleos da base segundo a nômina anatômica.

Fisiologia Humana

1

313

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2

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3

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Substância cinzenta

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(a) Camadas de células dentro da substância cinzenta

•

FIGURA 9-12

...

Substância branca

(b) Fotomicrografia do córtex cerebral

Os corpos celulares do córtex cerebral formam camadas distintas.

cognitivas superiores, como o raciocínio, e as respostas emocionais mais primitivas, como o medo. As principais áreas do sistema límbico são a amigdaloide e o giro do cíngulo, os quais estão relacionados à emoção e à memória, e o hipocampo, o qual está associado com o aprendizado e a memória. A substância branca do cérebro é encontrada principalmente na sua parte interna (Fig. 9-11). Feixes de fibras permitem que diferentes regiões do córtex se comuniquem entre si e transfiram informações de um hemisfério ao outro, principalmente através do corpo caloso. De acordo com algumas estimativas, o corpo caloso pode ter até 200 milhões de axônios passando através dele! As informações entram e

saem do cérebro através dos tratos que passam pelo tálamo (com exceção da informação olfatória, a qual vai diretamente dos receptores olfatórios para o cérebro). R VISANDO CONCEITOS Cite a localização anatômica no encéfalo onde os neurônios de um lado do corpo cruzam para o lado oposto. 20. Denomine as divisões do encéfalo em ordem anatômica, iniciando a partir da medula espinal. Respostas: p. 332

FUNÇÕES DO ENCÉFALO

Em uma visão simplista, o encéfalo é um processador de informações muito semelhante a um computador. Ele recebe informações sensoriais dos meios interno e externo, integra e processa a informação e, se apropriado, gera uma resposta (Fig. 9-14a e ). Esta é a via reflexa básica introduzida no - - - O giro do cíngulo Capítulo 6 [ ~ p. 198]. O que torna o encéfalo mais comtem um papel na emoção plicado do que esta via reflexa simples, entretanto, é a sua habilidade de gerar informações e respostas na ausência de estímulo externo. Simular este estímulo intrínseco requer um diagrama mais complexo do que a via simples ilustrada na Figura 9-14a. - O hipocampo está envolvido na Larry Swanson, da Universidade da Califórnia do Sul, aprendizagem apresentou uma forma de simular as funções do encéfalo e na memória em seu livro Brain Architecture: Understanding the Basic Plan ~~~- A amígdala está envolvida na emoção (Oxford University Press, 2003). Ele descreve três sistemas , . e na memoria que influenciam as respostas do sistema motor do corpo: (1) o sistema sensorial, o qual monitora os meios interno e externo e inicia respostas reflexas; (2) o sistema cognitivo, que reside no córtex cerebral e é capaz de iniciar respostas voluntárias, e (3) o sistema comportamental, o qual também reside no encéfalo e controla os ciclos sono-vigília e outros comportamentos intrínsecos. Informações sobre as respostas fisiológicas e comportamentais geradas pelo sistema motor retroalimentam o sistema sensorial, o qual, por sua vez, se comunica com os sistemas cognitivo e comportamental (Fig. 9-14b). • FIGURA 9-13 O sistema límbico inclui a amígdala, o hipocampo e o giro do cíngulo. Anatomicamente, o sisNa maioria dos sistemas fisiológicos de órgãos do corpo tema límbico é parte da substância cinzenta do cérebro. que você estudará neste livro, vias reflexas simples, iniciadas O tálamo não é parte do sistema límbico e está reprepelo sistema sensorial e executadas por sinais motores, são sentado na figura com o propósito de orientação. adequadas para explicar os mecanismos de controle home-

9

314

Dee Unglaub Silverthorn

e ). A informação que passa por uma via em geral é processaEntrada sensorial

Retroai imentação

Sistema sensorial (reflexo) Sistema cognitivo (voluntário)

/

Integração

'-./

SNC

Via eferente

Sistema motor

Resposta

Resposta fisiológica ou ~mportamental

{a) Reflexo neural simples

•

{b) O estado comportamental e a cognição influenciam as respostas do encéfalo.

FIGURA 9-14 As vias reflexas no encéfalo podem ser simples ou complexas.

ostático. Entretanto, os sistemas cognitivo e comportamental permanecem sendo fonte potencial de influência. Em sua forma mais simples, esta influência pode ser um comportamento voluntário, como prender a respiração, que supera funções automáticas. Interações mais sutis e complicadas incluem o efeito das emoções na fisiologia normal, como as palpitações cardíacas induzidas por estresse e o papel dos ritmos circadianos na fadiga de viagem ("jet lag") e na inversão de turno de trabalho. Nas seções seguintes, daremos uma olhada rápida nos sistemas sensorial e motor no encéfalo. Os receptores e as vias do sistema sensorial são tema do Capítulo 10, e o controle neural do sistema motor é discutido nos Capítulos 11 e 13. Este capítulo conclui com a discussão sobre alguns aspectos dos sistemas comportamental e cognitivo, como ritmos circadianos, ciclos sono-vigília, emoção, aprendizagem ,, . e memoria.

O córtex cerebral é organizado em áreas funcionais O córtex cerebral atua como centro integrador para a informação sensorial e como uma região de tomada de decisões para muitos tipos de respostas motoras. Se examinarmos o córtex do ponto de vista funcional, ele pode ser dividido em três especializações: (1) áreas sensoriais (também chamadas de campos sensoriais), as quais recebem estímulos sensoriais e os traduzem em percepção (consciência); (2) áreas motoras, as quais comandam os movimentos dos músculos esqueléticos e (3) áreas de associação (córtices de associação), as quais integram informações de áreas motoras e sensoriais e podem comandar comportamentos voluntários (Fig. 9-15

da em mais de uma dessas áreas. As áreas funcionais do córtex cerebral não necessariamente correspondem aos lobos anatômicos do encéfalo. Por uma razão, a especialização funcional não é simétrica no córtex cerebral: cada lobo tem funções especiais não compartilhadas com o lobo correspondente do lado oposto. Esta lateralização cerebral da função é muitas vezes referida como dominância hemisférica, mais popularmente conhecida como dominância cerebral direito-esquerdo (Fig. 9-16 e ). A capacidade verbal e a linguagem tendem a estar concentradas no lado esquerdo do cérebro, e as habilidades espaciais no lado direito. O hemisfério esquerdo é o hemisfério dominante para as pessoas destras e parece que o hemisfério direito é dominante para muitas pessoas canhotas. Porém, até estas generalizações estão sujeitas a mudanças. As conexões neurais no cérebro, assim como em outras partes do sistema nervoso, exibem um certo grau de plasticidade. Por exemplo, se uma pessoa perde um dedo, as regiões do córtex motor e do sensorial previamente destinadas a controlar o dedo não ficam inativas. Em vez disso, regiões adjacentes do córtex estendem seus campos funcionais e assumem a parte do córtex que não é mais usada pelo dedo ausente. Similarmente, habilidades normalmente associadas com um lado do córtex cerebral podem ser desenvolvidas pelo outro hemisfério, como quando uma pessoa destra com a mão direita quebrada aprende a escrever com a mão esquerda. Muito do que sabemos sobre as áreas funcionais do córtex cerebral é proveniente de estudos com pacientes que tinham defeitos neurológicos herdados ou sofreram danos em acidentes ou guerras. Em alguns casos, lesões cirúrgicas realizadas para tratar alguma condição clínica, como a epilepsia incontrolável, revelaram relações funcionais em áreas particulares do encéfalo. Técnicas de diagnóstico por imagem, como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) e imagens por ressonância magnética {Uncional (IRMf), são formas não invasivas de observar o encéfalo humano funcionando (Fig. 9-17 e ).

A informação sensorial é integrada na medula espinal e no encéfalo O sistema sensorial monitora os meios interno e externo e envia informações para os centros de integração neural, os quais, por sua vez, iniciam respostas apropriadas. Na sua forma mais simples, esta via é o reflexo clássico, ilustrado na Figura 9-14a. Os reflexos mais simples podem ser integrados na medula espinal, sem os sinais de entrada provenientes dos centros superiores do encéfalo (ver Fig. 9-8). Entretanto, mesmo reflexos espinais simples geralmente enviam informações sensoriais para o encéfalo, gerando a percepção do estímulo. Funções encefálicas relacionadas com a percepção são as mais difíceis de estudar porque requerem comunicação entre o sujeito e o investigador. O sujeito deve ser capaz de informar ao investigador o que ele ou ela está vendo, ouvindo ou sentindo.

Fisiologia Humana

LOBO FRONTAL

LOBO PARIETAL

Córtex motor primário Movimentos dos músculos esqueléticos

Coordena informações provenientes de outras áreas de associação, controla alguns comportamentos

315

Córtex sensorial somático primário

Área de associação motora (córtex pré-motor)

Áreas de associação sensorial

Informação sensorial da pele, do sistema musculoesquelético, das vísceras e dos botões gustatórios

LOBO OCCIPITAL

\Área pré- - -+-M -frontal de associação

Área de associação visual

Visão

Córtex visual

Gosto ---@órtex gustatório

Odor -{9órtex olfatório 1

Córtex auditivo

Área de associação auditiva 1 1

Audição

LOBO TEMPORAL

•

FIGURA 9-15 O córtex cerebral é especializado em áreas funcionais. O córtex cerebral contém áreas sensoriais para percepção, áreas motoras que coordenam os movimentos e áreas de associação que integram informações.

Informações sensoriais do corpo percorrem vias ascendentes até o encéfalo. Informações sobre a posição e o movimento das articulações e dos músculos vão para o cerebelo, bem como para o córtex cerebral, permitindo ao cerebelo participar da coordenação automática inconsciente dos movimentos. A maioria das informações sensoriais continua até o córtex cerebral, onde cinco áreas sensoriais processam as informações. O córtex sensorial somático primário (também chamado de córtex somatossensorial) no lobo parietal é o ponto final das vias vindas da pele, do sistema musculoesquelético e das vísceras (ver Fig. 9-15). As vias somatossensoriais conduzem informações sobre tato, temperatura, dor, coceira e posição do corpo. Danos nestas partes do encéfalo levam à redução da sensibilidade da pele no lado oposto do corpo, porque as fibras sensoriais cruzam para o lado oposto da linha média quando ascendem através da medula espinal ou do bulbo. Os sentidos especiais da visão, da audição, da gustação e da olfação (odor) possuem diferentes regiões do encéfalo dedicadas a processar seus estímulos sensoriais (ver Fig. 9-15). O córtex visual, localizado no lobo occipital, recebe informações dos olhos. O córtex auditivo, localizado no lobo temporal, recebe informações das orelhas. O córtex olfatório, uma pequena região do lobo temporal, recebe aferências dos quimiorreceptores do nariz. O córtex gustatório, mais profundamente no hemisfério perto da borda do lobo frontal, recebe informações sensoriais dos botões gustatórios. Os

sentidos especiais e o somático são descritos em detalhes no próximo capítulo.

A informação sensorial é processada gerando a percepção Logo que as informações sensoriais alcançam as áreas corticais apropriadas, o processamento das informações é iniciado. As vias neurais se estendem das áreas sensoriais para as áreas de associação apropriadas, as quais integram estímulos somáticos, visuais, auditivos e outros estímulos em percepção, a interpretação cerebral dos estímulos sensoriais. Frequentemente, o estímulo percebido é muito diferente do estímulo verdadeiro. Por exemplo, fotorreceptores dos olhos recebem ondas de luz de diferentes frequências, mas nós percebemos as ondas de energia diferente como cores diferentes. Similarmente, o encéfalo traduz as ondas de pressão batendo na orelha como som e interpreta a ligação de substâncias químicas a quimiorreceptores como gosto ou odor. Um aspecto interessante da percepção é a forma como nosso cérebro insere uma informação que falta para criar uma figura completa, ou traduzir um desenho bidimensional em uma forma tridimensional (Fig. 9-18 e ). Assim, algumas vezes, percebemos o que o nosso encéfalo espera perceber. Nossa tradução perceptual do estímulo sensorial permite que a informação influencie e seja usada no controle motor voluntário ou nas funções cognitivas complexas como a linguagem.

9

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FIGURA 9-16 Lateralização cerebral. A distribuição das áreas funcionais nos dois hemisférios cerebrais não é simétrica.

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A.' 1 ::=

MÃO DIREITA

MÃO ESQUERDA

Córtex pré-frontal

Córtex pré-frontal

Centro----+---:..... da fala

QUESTÕES DA FIGURA • O que a pessoa vê se um acidente vascular cerebral destruir toda a função do córtex visual d ireito? • Qual é a função do corpo caloso?

~T.f-~ct-tt- Análise

pelo tato Córtex auditivo(orelha direita)

~

- -- Córtex auditivo (orelha esquerda)

~

Centro ---T-...,~ interpretativo geral (linguagem e cálculo matemático) Córtex visual ------~~:;;;;1-->-"1 (campo visual direito) HEMISFÉRIO ESQUERDO

-

--+--'---r---f-- - Visualização e análise espacial

t--i..::=~p,,e-------

HEMISFÉRIO DIREITO

QUESTÃO DA FIGURA Na imagem acima, a área do cérebro ativada ao ver palavras localiza-se no lobo , e a área do cérebro ativada durante a criação de palavras localiza-se no lobo .

•

Córtex visual (campo visual esquerdo)

FIGURA 9-17 Tomografia por emissão de pósitrons (PET scan) do encéfalo funcionando.

O sistema motor controla os sinais de saída {eferência} do sistema nervoso central O componente motor do sistema nervoso está associado à divisão eferente, mostrada na Figura 8-1 [$ p. 248]. A resposta motora pode ser dividida em três principais tipos: (1) movimento dos músculos esqueléticos, controlado pela divisão motora somática; (2) sinais neuroendócrinos, neuro-hormônios secretados na corrente sanguínea por neurônios localizados principalmente no hipotálamo e na medula da suprarrenal; e (3) respostas viscerais, a ação dos músculos liso e cardíaco ou das glândulas exócrinas e endócrinas. As respostas viscerais são controladas pela divisão neurovegetativa ou autônoma do sistema nervoso. As informações sobre o movimento dos músculos esqueléticos são processadas em várias regiões do SNC. Vias estímulo-resposta simples, como o reflexo patelar, são processadas na medula espinal ou no tronco encefálico. Embora esses reflexos não exijam integração no córtex cerebral, eles podem ser modificados ou superados por sinais provenientes do sistema cognitivo. Os movimentos voluntários são iniciados pelo sistema cognitivo e originados no córtex motor primário e na área motora de associação no lobo frontal do cérebro (ver Fig.

Fisiologia Humana

/\ <

> V

(a)

•

FIGURA 9-18

(b)

Percepção. O encéfalo tem a habilidade

de interpretar informações sensoriais para criar a percepção (a) de formas ou (b) de objetos tridimensionais.

9-15). Estas regiões recebem sinais provenientes de áreas sensoriais, bem como do cerebelo e dos núcleos da base. Longos neurônios eferentes chamados de células piramidais projetam axônios das áreas motoras através do tronco encefálico até a medula espinal. Outras vias vão do córtex para os núcleos da base e regiões inferiores do encéfalo. Vias motoras descendentes cruzam para o lado oposto do corpo, por conseguinte, danos nas áreas motoras se manifestam como paralisia ou perda da função no lado oposto do corpo. Uma discussão detalhada da coordenação do movimento do corpo pode ser encontrada no Capítulo 13. Respostas neuroendócrinas e viscerais são coordenadas principalmente no hipotálamo e no bulbo. O tronco encefálico contém os centros de controle de muitas funções automáticas vitais, como respiração, pressão sanguínea. Ele rece-

317

be informações sensoriais do corpo e retransmite comandos motores para músculos e glândulas periféricos. O hipotálamo contém centros de regulação da temperatura, do comportamento alimentar, do controle da osmolaridade do corpo, entre outros. A resposta à estimulação destes centros pode ser um reflexo neural ou hormonal ou uma resposta comportamental. O estresse, a reprodução e o crescimento também são mediados pelo hipotálamo por meio de vários hormônios. Você aprenderá sobre esses reflexos nos últimos capítulos onde serão discutidos os vários sistemas do corpo. Os estímulos sensoriais não são os únicos fatores determinantes das respostas motoras do encéfalo. O sistema comportamental pode modular vias reflexas e o sistema cognitivo exerce ambos os controles, voluntário e involuntário, sobre as funções motoras.

O sistema comportamental modula respostas motoras O sistema comportamental é um importante modulador do processamento cognitivo e sensorial. Muitos neurônios do sistema comportamental são encontrados em regiões encefálicas fora do córtex cerebral, incluindo partes da formação reticular no tronco encefálico, o hipotálamo e o sistema límbico. Os neurônios conhecidos coletivamente como sistemas modulatórios difusos se originam na formação reticular no tronco encefálico e projetam seus axônios para grandes áreas do encéfalo (Fig. 9-19 e, Tabela 9-3 e). Existem quatro sistemas modulatórios que geralmente são classificados de acor-

Sistema modulatório difuso SISTEMA (NEUROMODULADOR)

LOCAL DE ORIGEM DOS NEURÔNIOS

ESTRUTURAS QUE OS NEURÔNIOS INERVAM

FUNÇÕES MODULADAS PELO SISTEMA

Noradrenérgico (noradrenalina)

Locus ceruleus da ponte

Córtex cerebra l, tálamo, hipotálamo, bulbo olfatório, cerebelo, mesencéfalo, medula espinal

Atenção, alerta, ciclos sonovigília, aprendizado, memória, ansiedade, dor e humor

Serotoninérgico (serotonina)

Núcleos da rafe na linha média do tronco encefálico

Núcleos inferiores se projetam para a medula espina l

Dor, locomoção

Núcleos superiores se projetam para a maior parte do encéfalo

Ciclo sono-vigília, comportamentos emocionais e humor, tais como comportamento agressivo e depressão

Dopam inérgico (dopam ina)

Substância negra no mesencéfalo Tegmento ventral do mesencéfa lo

Córtex Córtex e parte do sistema límbico

Controle motor Centros de "recompensa" associados a comportamentos de adição

Colinérgico (acetilcolina)

Base do cérebro; ponte e mesencéfa lo

Cerebelo, h ipocampo, tá lamo

Ciclos sono-vigíl ia, alerta, aprendizado, memória, informação sensoria l passando através do tálamo

9

318

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do com os neurotransmissores que secretam: noradrenérgi.cos (noradrenalina), serotoninérgi.cos (serotonina), dopaminérgi.cos (dopamina) e colinérgi.cos (acetilcolina). Os sistemas modulatórios difusos regulam as funções do encéfalo por influenciar a atenção, a motivação, a vigília, a memória, o controle motor, o humor e a homeostase metabólica.

Hipotálamo

O sistema ativador reticular influencia o estado de alerta

-~

Cerebelo

Locus ceruleus

-~

(a) • Noradrenalina

Para os -L::'--:1i,rY:;;;~::;::.:;=::;:::.::: núcleos da base

Núcleos ~-'<-­ da rafe

.. ==-

(b) • Serotonina

Córtex ____,,...__ pré-frontal

r-::-r-""'"="'"-'T-.,.=----r-.:--~~-

Para os núcleos da base

~:+::-r~=-- substância negra

,

Area tegmental ventral

(e) • Dopamina

Giro do --;;~-/:?';:!..... cíngulo

Uma função do sistema comportamental é controlar os níveis de consciência e os ciclos de sono-vigília. Consciência é o estado de alert.a do corpo ou a consciência de si e do meio. Evidências experimentais mostram que o sistema ativador reticular, uma coleção difusa de neurônios na formação reticular, tem um papel essencial na manutenção do alerta do "encéfalo consciente". Se as conexões entre a formação reticular e o córtex cerebral são interrompidas cirurgicamente, o animal fica em coma por longos períodos de tempo. Outra evidência da importância da formação reticular no estado de alerta vem de estudos que mostram que os anestésicos gerais deprimem a transmissão sináptica nesta região do encéfalo. Presumivelmente, o bloqueio das vias ascendentes entre a formação reticular e o córtex cerebral cria um estado de inconsciência. Fisiologicamente, o que distingue o estado de vigília dos vários estágios do sono? Uma forma de definir os estados de alerta é o padrão de atividade elétrica criada por neurônios corticais. A medição da atividade do encéfalo é registrada por um procedimento denominado eletroencefalografia. Os eletrodos são colocados na superfície do couro cabeludo e detectam as despolarizações dos neurônios corticais na região logo abaixo dos eletrodos. Em estados de vigília, muitos neurônios estão disparando, mas não em um padrão coordenado. Presumivelmente, a dessincronização da atividade elétrica nos estados de vigília é produzida por sinais ascendentes originados na formação reticular. Um eletroencefalograma, ou EEG, do estado de vigíliaalerta (olhos abertos) mostra um padrão rápido e irregular, sem predomínio de ondas. Nos estados de vigília-repouso (olhos fechados), sono ou coma, a atividade elétrica dos neurônios sincroniza em ondas com um padrão característico (Fig. 9-20 ... e ). A medida que o estado de alerta da pessoa diminui, a frequência das ondas diminui. Quanto mais sincrônica a atividade dos neurônios corticais, maior a amplitude das ondas. Consequentemente, o estado de vigília-repouso é caracterizado por ondas de baixa amplitude e alta frequência e o sono profundo é marcado por ondas de alta amplitude e baixa frequência. A cessação completa das ondas do encéfalo é um dos critérios clínicos para determinar a morte do indivíduo.

• Fórnice-~

Núcleos-pontinos

(d) • Acetilcolina

FIGURA 9-19 Os sistemas modulatórios difusos modulam funções encefálicas. Os neurônios conhecidos coletivamente como sistemas modulatórios difusos se originam na formação reticular do tronco encefálico e projetam seus axônios para grandes áreas do encéfalo. Os quatro sistemas são denominados por seus neurotransmissores.

319

Fisiologia Humana

Ondas alfa

Vigília, olhos fechados

Vigília

Estágio 1

Estágio 1 -

Estágio 2

Estágio 2 -

Estágio 3

Estágio 3 -

Sono de ondas lentas: ondas Estágio 4 delta

Estágio 4 -

REM

-

-

~

1

(a)

(b)

Q U EST ÕES

DA

F 1G U R A

Qual padrão de EEG tem a maior frequência? Qual o de maior amplitude?

LEGENDA

~

-

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~

- -

~

1

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....--

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1

2

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3

1

1

1

4

5

6

1

7

Tempo de sono (h)

I

Amplitude

1

1

1 1 1

Frequência

e

FIGURA 9-20 Eletroencefalogramas (EEGs) e o ciclo do sono. Os registros da atividade elétrica do encéfalo durante períodos de vigília-repouso e de sono mostram padrões característicos.

Por que dormimos? Nos humanos, nosso principal período de repouso é marcado por um comportamento conhecido como sono, definido como um estado facilmente reversível de inatividade caracterizado pela falta de interação com o meio externo. Por que nós precisamos dormir é um dos mistérios não resolvido da neurofisiologia. Algumas explicações que têm sido propostas incluem a necessidade de conservar energia, fugir de predadores, permitir ao corpo se recompor e processar a memória. A maioria dos mamíferos e pássaros apresenta os mesmos estágios do sono humano, revelando que o sono é uma propriedade muito antiga do encéfalo dos vertebrados. Até 1960, o sono era visto como um estado passivo que resultava da falta de estímulos para o encéfalo. Experimentos mostraram, então, que a atividade neural nos tratos ascendentes do tronco encefálico para o córtex cerebral é necessária para o sono. Em outros estudos, foi mostrado que durante o sono, o encéfalo consome tanto oxigênio como quando acordado e, algumas vezes, até mais. Por isso, o sono é agora considerado um estado ativo. O sono é dividido em quatro estágios, cada um deles marcado por eventos identificáveis e previsíveis, associados com mudanças somáticas e padrões no EEG característicos (Fig. 9-20a). As duas principais fases do sono são o sono de ondas lentas (também chamado de sono profundo ou sono não REM, estágio 4) e o sono REM (movimento rápido dos olhos) (estágio 1). O sono de ondas lentas é identificado no EEG pela presença de ondas delta, ondas de grande amplitude, baixa frequência e de longa duração que percorrem o córtex cerebral. Durante esta fase do ciclo do sono, as pessoas ajustam a posição do corpo sem comando consciente do encéfalo para isso. Em contraste, o sono REM é marcado por um padrão de EEG semelhante ao da pessoa acordada, com ondas de baixa amplitude e alta frequência. Durante o sono R.EM, a ativida-

de do encéfalo inibe os neurônios motores que se dirigem para os músculos esqueléticos, paralisando-os. Exceção a este padrão são os músculos que movimentam os olhos e os que controlam a respiração. O controle das funções homeostáticas é deprimido durante o sono REM e a temperatura do corpo diminui, aproximando-se da temperatura ambiente. O sono REM é o período durante o qual a maioria dos sonhos ocorre. Os olhos movem-se atrás das pálpebras fechadas, como se acompanhassem a ação do sonho. As pessoas são mais propensas a acordar espontaneamente nos períodos de sono REM. As oito horas de sono típicas consistem na repetição dos ciclos, como mostra a Figura 9-20b. Na primeira hora, a pessoa vai da vigília para o sono profundo (estágio 4; primeira área azul na Figura 9-20b). Depois, ocorrem ciclos entre o sono profundo e o sono REM (estágio 1), com estágios transitórios (estágios 2 a 3) entre eles. Perto do final das oito horas do período de sono, a pessoa permanece a maior parte tempo no estágio 2 e no sono REM, até finalmente despertar. Se o sono é um processo neurologicamente ativo, o que nos deixa com sono? A possibilidade de um fator indutor do sono foi proposta inicialmente em 1913, quando cientistas observaram que o líquido cerebrospinal de cães privados de sono poderia induzir o sono em animais normais. Desde então, diversos tipos de fatores indutores do sono têm sido identificados. Curiosamente, muitos deles também são substâncias que aumentam a resposta imunitária, como interleucina-1, interferon, serotonina e fator de necrose tumoral. Como resultado destes achados, alguns investigadores têm sugerido que uma resposta para o enigma da razão biológica do sono é que nós precisamos dormir para aumentar nossa resposta imunitária. Independente de esta ser ou não a razão para dormirmos, a ligação entre o sistema imunitário e a indução do sono pode ajudar a explicar por que nós tendemos a dormir mais quando estamos doentes.

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CONCEITOS EMERGENTES

ADENOSINA E A ''SACUDIDA DO CAFÉ'' A cafeína e as outras metilxantinas, teobromina e teofilina (encontradas no chocolate e no chá) são provavelmente os psicoativos mais amplamente consumidos e conhecidos desde os tempos antigos por seus efeitos estimulantes. Pesquisas moleculares têm revelado que as metilxantinas são antagonistas do receptor para a adenosina, uma molécula composta pela base nitrogenada adenina mais o açúcar ribose [ ~ p. 34]. A adenosina at ua como um importante neuromodulador no sistema nervoso central. Quatro subtipos de receptor de adenosina foram identificados e são todos proteínas de membrana dependentes de AMPc acoplados à proteína G. A descoberta de que o efeito estimulante da cafeína se origina do bloqueio dos receptores adenosina tem levado os cientistas a investigar o papel da adenosina no ciclo sono-vigíl ia. Evidências sugerem que a adenosina se acumu la no líquido extracelular durante as horas de vigília, diminuindo progressivamente a atividade dos neurôn ios que promovem a vigília. Outros papéis para a adenosina no encéfa lo incluem seu possível envolvimento no sistema adição/recompensa e no desenvolvimento da depressão.

Distúrbios do sono são relativamente comuns, o que pode ser deduzido pela variedade de agentes indutores do sono disponíveis nas farmácias. Os distúrbios do sono mais comuns são a insônia (dificuldade de iniciar o sono ou permanecer adormecido o suficiente para despertar descansado), a apneia do sono e o sonambulismo. A apneia do sono (apnoos, sem respiração) é uma condição na qual a pessoa acorda quando os músculos das vias aéreas relaxam a ponto de obstruírem a respiração normal. O sonambulismo (somnus, dormir + ambulare, caminhar) é um distúrbio do comportamento do sono que por muitos anos se pensou que representasse a ação dos sonhos. Entretanto, a maioria dos sonhos ocorre durante o sono REM (estágio 1), ao passo que o sonambulismo ocorre durante o sono profundo (estágio 4). Durante os episódios de sonambulismo, que podem durar de 30 segundos a 30 minutos, os olhos da pessoa estão abertos e registrando o ambiente. Ela tem habilidade para desviar de objetos, pode subir escadas e, em alguns casos, há relatos de que a pessoa executa tarefas como preparar comida ou vestir roupas. A pessoa em geral tem pouca ou nenhuma lembrança consciente do episódio de sonambulismo quando acorda. O sonambulismo é mais comum em crianças, e a frequência dos episódios diminui com a idade. Existe também um componente genético, quando a tendência ao sonambulismo ocorre em famílias. Para saber mais sobre os diferentes tipos de distúrbios do sono, veja o site do U.S. National Institutes of Health do National Center for Sleep Disorder Research (www.nhlbi.nih.gov/ about/ncsdr).

REVISANDO CONCEITOS 21. Durante o sono, os neurônios retransm issores do tálamo reduzem as informações que chegam ao cérebro, alterando seus potenciais de membrana . Estes neurônios mais provavelmente foram despolarizados ou hiperpolarizados? Explique seu raciocínio. Resposta: p. 332

As funções fisiológicas apresentam ritmos circadianos Todos os organismos (inclusive as plantas) têm um padrão diário alternado de repouso e de atividade. Os ritmos do ciclo sono-vigília, assim como muitos outros ciclos biológicos, geralmente seguem um ciclo claro-escuro de 24 horas, sendo denominados ritmos drcadianos [$ p. 204]. Quando um organismo é colocado em condições de claro ou escuro constantes, estas atividades rítmicas persistem, aparentemente determinadas por um relógio interno. Nos mamíferos, o "relógio" consiste em uma rede de neurônios localizados no núcleo supraquiasmático do hipotálamo. Uma interpretação muito simples de experimentos recentes sobre as bases moleculares do relógio é que o ciclo do relógio é o resultado de uma complexa alça de retroalimentação na qual genes específicos são ativados e determinam a síntese de proteínas. As proteínas se acumulam, desativam os genes e depois elas mesmas são degradadas. Na ausência das proteínas, os genes voltam a ser ativados, e o ciclo inicia novamente. O relógio tem atividade intrínseca que é sincronizada com o meio externo via informação sensorial sobre os ciclos de luz recebida pelos olhos. Os ritmos circadianos nos humanos podem ser encontrados na maioria das funções fisiológicas e em geral corres-

Cerca de seis meses depois de começar o tratamento com ACTH, as convulsões "cabeça caída " de Ben retornaram e seu desenvolvimento voltou a diminuir mais uma vez. Um EEG realizado logo após a convulsão não most rou padrões erráticos de ondas específicos das convulsões infantis, mas mostrou atividade anorm al no córtex direito. O neurologista pediu uma tomografia por emissão de pósitrons (PET) para determinar o foco da atividade convulsiva de Ben. Ben recebeu uma injeção de glicose marcada radiativamente. Ele foi então colocado no cent ro da máquina de PET, alin hado com os detectores de radiação, os quais geraram um mapa do seu encéfalo, mostrando áreas de alta e baixa radiatividade. Aquelas partes de seu encéfalo que estavam mais ativas absorveram mais glicose e emitiram mais radiação quando a radiatividade começou a decair. Questão 4: Qual a razão para usar glicose marcada com radiatividade (e não outro nutriente) para o escaneamento por PET?

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Fisiologia Humana

pondem às fases dos nossos ciclos sono-vigília. Por exemplo, a temperatura do corpo e a secreção de cortisol ciclam em um padrão diário [ $ Fig. 6-29, p. 205]. A secreção de melatonina pela glândula pineal também está fortemente associada ao ciclo claro-escuro e parece retroalimentar o núcleo supraquiamático para modular o ciclo do relógio.

A emoção e a motivação envolvem vias neurais complexas A emoção e a motivação são dois aspectos das funções do encéfalo que provavelmente representam uma sobreposição do sistema comportamental e do sistema cognitivo. As vias envolvidas são complexas e formam circuitos fechados que levam informações interconectando várias partes do encéfalo, incluindo hipotálamo, sistema límbico e córtex cerebral. Ainda não entendemos os mecanismos neurais determinantes, sendo esta uma grande e ativa área de pesquisa das neurociências. As emoções são difíceis de definir. Sabemos o que elas são e podemos denominá-las, mas em muitos aspectos elas resistem à descrição. Uma característica da emoção é que ela é difícil de ser ligada ou desligada voluntariamente. As emoções mais comumente descritas, as quais surgem de diferentes partes do encéfalo, são raiva, agressividade, excitação sexual, medo, prazer, contentamento e felicidade. O sistema límbico, particularmente a região conhecida como corpo amigdaloide, é o centro da emoção no encéfalo humano. Cientistas têm estudado o papel desta região do encéfalo por meio de experimentos realizados em animais e humanos. Quando o corpo amigdaloide é estimulado artificialmente em humanos, o que pode ser feito durante uma cirurgia de epilepsia, os pacientes relatam sentir medo e ansiedade. Lesões experimentais que destroem o corpo amigdaloide de animais tornam estes animais domesticáveis e hipersexuados. Assim, os neurobiólogos acreditam que o corpo amigdaloide é o centro de instintos básicos, como o medo e a agressividade. As vias das emoções são complexas (Fig. 9-21 e ). Os estímulos sensoriais que chegam ao córtex cerebral são elaborados no encéfalo para criar uma representação (percepção) do mundo. Depois, a informação é integrada por áreas de associação e passada para o sistema límbico. Uma retroalimentação do sistema límbico para o córtex cerebral gera a consciência da emoção, ao passo que vias descendentes para o hipotálamo e para o tronco encefálico iniciam os comportamentos voluntários e as respostas inconscientes mediadas pelos sistemas autônomo (neurovegetativo), endócrino, imunitário e motor somático. O resultado físico das emoções pode ser tão drástico quaanto o martelar do coração de uma reação de luta ou fuga, ou insidioso como o desenvolvimento de batimentos cardíacos irregulares. As conexões entre a mente e o corpo são difíceis de serem estudadas e levaremos muitos anos de pesquisa para entendê-la. A motivação é definida como os sinais internos que determinam comportamentos voluntários. Alguns destes comportamentos, como comer, beber, fazer sexo, estão relacionados com a sobrevivência. Outros, como a curiosidade e

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Estímulos • • sensoriais

A integração ocorre dentro de áreas das associação do córtex cerebral

cerebral

Retroalimentação gera a consciência da emoção

informação integrada

Sistema límbico gera a emoção

9 LEGENDA

Hipotálamo e tronco encefálico

iniciam

Respostas motoras somáticas

espostas autonômicas

-

--1 ....1

Respostas Respostas endócrinas ~~ imunitárias

(tanto voluntárias como inconscientes)

e

FIGURA 9-21 Ligação entre as emoções e as funções fisiológicas. A associação entre estresse e aumento da suscetibilidade às infecções virais é um exemplo de resposta imunitária associada às emoções.

fazer sexo (novamente), estão associados às emoções. Alguns estados motivacionais são conhecidos como impulso e geralmente têm três propriedades em comum: (1) aumentam o estado de alerta do SNC, (2) comportamento orientado para um objetivo e (3) são capazes de coordenar comportamentos distintos para alcançar esse objetivo. Os comportamentos motivados muitas vezes trabalham em paralelo com respostas autonômicas e endócrinas, como os comportamentos originados no hipotálamo. Por exemplo, se você come pipoca salgada, a osmolaridade de seu corpo aumenta. Este estímulo atua no centro da sede do hipotálamo, motivando você a procurar alguma coisa para beber. O aumento da osmolaridade também atua no centro endócrino do hipotálamo, liberando um hormônio que aumenta a retenção de água pelos rins. Dessa maneira, um estímulo provoca tanto um comportamento motivado como uma resposta endócrina homeostática.

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Alguns comportamentos motivados podem ser ativados por estímulos internos que podem não ser óbvios mesmo para a pessoa na qual está ocorrendo. Comer, curiosidade e sexo são três exemplos de comportamentos com estímulos complexos relacionados a seu começo. Você pode comer, por exemplo, porque está com fome ou porque a comida está com uma boa aparência ou porque não quer ferir os sentimentos de alguém. Muitos comportamentos motivados param quando a pessoa alcança certo nível de satisfação, ou saciedade, mas também podem continuar apesar de sentir-se saciado. Prazer é um estado motivacional que têm sido intensamente estudado devido a suas relações com comportamentos de adição, como o uso de drogas. Estudos em animais têm mostrado que o prazer é um estado fisiológico que é acompanhado pelo aumento da atividade do neurotransmissor dopamina em certas partes do encéfalo. Drogas que são aditivas, como a cocaína e a nicotina, atuam aumentando os efeitos da dopamina e com isso aumentando a sensação de prazer percebida pelo encéfalo. Como resultado, o uso destas drogas rapidamente se torna um comportamento aprendido. Interessantemente, nem todos os comportamentos de adição são prazerosos. Por exemplo, há vários comportamentos compulsivos que envolvem automutilação, como arrancar o cabelo com a raiz. Felizmente, muitos comportamentos podem ser modulados pela motivação.

Humores são estados emocionais de longa duração Os humores são similares às emoções, mas são sentimentos subjetivos relativamente estáveis, com duração mais longa, relacionados com a sensação de bem-estar da pessoa. Os humores são difíceis de definir em um nível neurobiológico, mas evidências obtidas ao estudar e tratar distúrbios de humor indicam que o que se pensava ser puramente de origem psicológica é realmente uma função do SNC. Depressão e outros distúrbios do humor resultam de uma liberação ou recepção anormal de um neurotransmissor em diferentes regiões do encéfalo. Estima-se que os distúrbios do humor são a quarta maior causa de doenças no mundo hoje. A depressão é um transtorno do humor que afeta aproximadamente 10% da população dos Estados Unidos a cada ano. Ela é caracterizada por distúrbios do sono e do apetite, alteração do humor e da libido, que podem afetar seriamente a habilidade das pessoas no desempenho na escola, no trabalho ou nas relações pessoais. Muitos não compreendem que a depressão não é um sinal de fraqueza mental ou moral e que ela pode ser tratada com sucesso com medicamentos e psicoterapia. (Para informações detalhadas sobre depressão, acesse www.

nlm.nih.gov/medlineplus/depression. html.) O tratamento medicamentoso tem mudado nos últimos anos, mas todas as principais categorias de antidepressivos alteram algum aspecto da transmissão sináptica. Os mais antigos antidepressivos tricíclicos, como a amitriptilina, bloqueiam a recaptação na noradrenalina no neurônio pré-sináptico, aumentando com isso a vida ativa do neurotransmissor. Os antidepressivos conhecidos como inibidores seletivos da recaptação da serotonina, ou SSRI, diminuem a velocidade de remoção da serotonina (e possivelmente

também da noradrenalina) da sinapse. Como resultado da inibição da recaptação, a serotonina permanece mais tempo que o usual na fenda sináptica, aumentando a atividade dependente de serotonina no neurônio pós-sináptico. Outros antidepressivos alteram os níveis cerebrais de dopamina. A eficácia dessas diferentes classes de antidepressivos sugere que a noradrenalina, a serotonina e a dopamina estão envolvidas,, nas vias encefálicas do humor e da emoção. E interessante que os pacientes precisam tomar antidepressivos por algumas semanas antes de experimentar seu efeito completo. Isto sugere que as mudanças que ocorrem no encéfalo são modulações de longo prazo de vias, ao invés de simplesmente aumento das respostas sinápticas rápidas. As causas da depressão maior são complexas e provavelmente envolvem uma combinação de fatores genéticos, os sistemas modulatórios difusos serotoninérgico e noradrenérgico, fatores tróficos como o fator neurotrófico derivado do encéfalo (BDNF), e do estresse. Estudos para descobrir as bases biológicas dos distúrbios do funcionamento do encéfalo são os maiores focos de pesquisas em neurociências da atualidade. Algumas pesquisas sobre o funcionamento do encéfalo têm se mostrado um tanto controversas, particularmente em relação à sexualidade e a quanto o comportamento em geral é geneticamente determinado nos humanos. Não iremos analisar de modo aprofundado nenhum destes assuntos, pois são complexos e requerem longas explicações. Em vez disso, veremos brevemente alguns dos modelos recentes propostos para explicar os mecanismos básicos das funções cognitivas superiores.

O aprendizado e a memória modificam as conexões sinápticas no encéfalo Por muitos anos, a motivação, o aprendizado e a memória (todos aspectos do estado cognitivo) foram considerados campos da psicologia e não da biologia. Neurobiólogos, em décadas passadas, estiveram mais interessados nas redes e aspectos celulares do funcionamento neuronal. Recentemente,

A interrupção no desenvolvimento de Ben é uma característica ún ica da convulsão infantil. As porções anormais do encéfalo emitem potenciais de ação contínuos durante as frequentes convulsões e acabam modif icando as interconexões dos neurônios do encéfalo. A porção danificada do encéfalo prejudica a porção normal de tal forma que iniciar a medicação ou cirurgia devem ser realizadas tão logo seja possível. Se a intervenção não começar logo, o encéfalo pode ser dan ificado permanentemente e a recuperação do desenvolvimento nunca ocorrer.

Questão 5: A habilidade do encéfalo de mudar suas conexões sinápticas como resultado da atividade neuronal é chamada de .

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Fisiologia Humana entretanto, os dois campos têm se sobreposto cada vez mais. Os cientistas descobriram que as bases da função cognitiva parecem ser explicáveis em termos de eventos celulares que influenciam a plasticidade - eventos como a potenciação de longa duração [ $ p. 285]. A habilidade das conexões neuronais de mudar com a experiência é fundamental para os dois processos cognitivos, aprendizado e memória.

O aprendizado é a aquisição do conhecimento Como você sabe quando aprendeu alguma coisa? O aprendizado pode ser demonstrado por mudanças de comportamento, mas as mudanças de comportamento não são necessárias para que a aprendizagem aconteça. O aprendizado pode ser internalizado e nem sempre resulta em comportamento aparente enquanto a aprendizagem estiver acontecendo. Alguém que observa você lendo seu livro poderia dizer se você está ou não aprendendo alguma coisa? O aprendizado pode ser classificado em dois tipos principais: associativo e não associativo. O aprendizado associativo ocorre quando dois estímulos são associados um com o outro, como o experimento clássico de Pavlov no qual ele, simultaneamente, oferece comida aos cães e toca uma campainha. Depois de um tempo, os cães associam o som da campainha com a comida e começam a salivar em antecipação à comida se a campainha for tocada. Outra forma de aprendizado associativo ocorre quando o animal associa o estímulo com um determinado comportamento. Um exemplo poderia ser o comportamento de um camundongo que leva um choque cada vez que toca uma certa parte de sua gaiola. Eles logo associam essa parte da gaiola com uma experiência desagradável e evitam esta área. O aprendizado não associativo é uma mudança de comportamento que acontece depois da exposição repetida a um único estímulo. Este tipo de aprendizagem inclui habituação e sensibilização, dois comportamentos adaptativos que nos permitem filtrar e ignorar estímulos de fundo e responder com mais sensibilidade aos estímulos potencialmente nocivos. Na habituação, o animal mostra uma diminuição da resposta a um estímulo irrelevante que é repetido muitas vezes. Por exemplo, um ruído intenso repentino pode assustá-lo, mas se o ruído é repetido novamente muitas vezes, o seu encéfalo começa a ignorá-lo. Respostas habituadas permitem ignorar estímulos que avaliamos e consideramos insignificantes. A sensibilização é o oposto da habituação, e os dois comportamentos combinados ajudam a aumentar as chances de sobrevivência do organismo. No aprendizado da sensibilização, a exposição a um estímulo nocivo ou intenso causa um aumento da resposta na exposição subsequente. Por exemplo, pessoas que ficam doentes quando comem certa comida podem perder a vontade de comer esta comida novamente. A sensibilização é adaptativa porque ela nos ajuda a evitar estímulos potencialmente nocivos.

A memória é a habilidade de reter e evocar informações A memória é a habilidade de reter e evocar informações. Temos vários tipos de memória: de curta duração e de longa

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duração, reflexiva e declarativa. O processamento de diferentes tipos de memória parece acontecer por diferentes vias. Com técnicas de imagem não invasivas, como a ressonância magnética e a tomografia por emissão de pósitrons, os pesquisadores têm sido capazes de rastrear a atividade do encéfalo à medida que indivíduos aprendem a realizar tarefas. A memória é armazenada por todo o córtex cerebral em vias conhecidas como vias da memória. Alguns componentes da memória são armazenados no córtex sensorial, onde são processados. Por exemplo, imagens são armazenadas no córtex visual e sons no córtex auditivo. Aprender uma tarefa ou recordar uma tarefa já aprendida pode envolver múltiplos circuitos encefálicos que trabalham em paralelo. Este processamento paralelo ajuda a recuperar a informação no caso de um dos circuitos sofrer dano. ,,. E assim que memórias específicas são generalizadas, permitindo que novas informações sejam comparadas às informações armazenadas. Por exemplo, uma pessoa que nunca viu uma bola de vôlei irá reconhecê-la como bola, pois ela tem as mesmas características gerais de todas as outras bolas que a pessoa viu. Nos seres humanos, o hipocampo parece ser uma estrutura importante no aprendizado e na memória. Por exemplo, um paciente que tem parte do hipocampo destruído, para tratar um certo tipo de epilepsia, também apresenta problemas para lembrar informações novas. Quando lhe é dada uma lista de palavras para repetir, ele lembra as palavras, contanto que sua atenção permaneça focada na tarefa. Se ele se distrai, entretanto, a memória das palavras desaparece e ele tem de aprender a lista novamente. As informações armazenadas na memória de longa duração antes da cirurgia não são afetadas. Esta incapacidade de lembrar da cirurgia recém-adquiridas é um déficit conhecido como amnésia anterógrada (amnesia, esquecimento). A memória tem múltiplos níveis de armazenamento, e nosso banco de memórias está constantemente mudando (Fig. 9-22 e ). Quando um estímulo chega ao SNC, ele primeiro vai para a memória de curta duração, uma área de armazenamento limitado que pode reter somente cerca de 7 a 12 partes da informação de cada vez. As informações na memória de curta duração desaparecem, a não ser que um esforço, como a repetição, seja feito para armazená-la em uma forma mais permanente. A memória de trabalho é uma forma especial de memória de curta duração processada nos lobos pré-frontais. Esta região do córtex cerebral está envolvida na manutenção de registros de partes de informações suficientemente grandes para serem usadas em uma tarefa que acontece depois que a informação foi adquirida. A memória de trabalho nesta região é associada à memória de longa duração armazenada, de forma que a informação recém-adquirida pode ser integrada com a informação armazenada e influenciá-la. Por exemplo, suponha que você esteja tentando atravessar uma rua movimentada. Você olha para a esquerda e vê que não há carros vindo por algumas quadras. Você então olha para a direita e vê que não há carros vindo também desta direção. A memória de trabalho armazenou a informação que a rua para a esquerda está vazia, e então usando o conhecimento armaze-

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Informação de entrada

Memória de curta duração

processamento (consolidação)

+

Memória de longa duração

Localiza e evoca

Saída

•

FIGURA 9-22

)

Processamento da memória. A infor-

mação nova vai para a memória de curta duração, mas é perdida a menos que seja processada e armazenada como memória de longa duração.

nado sobre segurança, você é capaz de concluir que não há trafego em nenhuma direção e é seguro atravessar a rua. Nas pessoas com dano nos lobos pré-frontais do cérebro, estas tarefas tomam-se mais difíceis, pois elas são incapazes de recordar se a rua está vazia no lado esquerdo enquanto avaliam o tráfego do lado direito. A memória de trabalho permite-nos coletar uma série de fatos da memória de curta duração e da memória de longa duração e conectá-los em uma ordem lógica para solucionar problemas ou planejar ações. A memória de longa duração é uma área de armazenamento capaz de reter uma grande quantidade de informações. O processamento da informação que converte memória de curta duração em memória de longa duração é conhecido como consolidação (Fig. 9-22). A consolidação pode demorar períodos de tempo variáveis, de segundos até minutos. As informações passam por muitos níveis intermediários de memória durante a consolidação e em cada um destes estágios a informação pode ser localizada e evocada. Os cientistas estudaram a consolidação da memória de curta duração na memória de longa duração e descobriram que este processo envolve mudanças nas conexões sinápticas dos circuitos envolvidos na aprendizagem. Em alguns casos, formam-se sinapses novas; em outros, a eficácia da transmissão sináptica é alterada tanto pela potenciação de longa duração quanto pela depressão de longa duração. Estas mudanças são evidências da plasticidade e mostram que o cérebro não tem conexões permanentes predeterminadas. A memória de longa duração tem sido dividida em dois tipos, os quais são consolidados e armazenados usando diferentes vias neuronais (Tabela 9-4 e ). A memória não declarativa ou reflexiva (implícita), a qual é automática e não requer processo consciente para criar nem para evocar, envolve o corpo amigdaloide e o cerebelo. As informações armazenadas na memória não declarativa são adquiridas lentamente por meio da repetição. Habilidades motoras estão incluídas nesta categoria, assim como procedimentos e hábitos.

Por exemplo, você não precisa pensar sobre colocar um ponto no final de cada sentença ou sobre como pegar um garfo. A memória não declarativa também tem sido chamada de memória de procedimentos*, pois em geral diz respeito a como fazer as coisas. As memórias não declarativas podem ser adquiridas tanto pelo processo de aprendizado associativo como pelo não associativo, e estas memórias são armazenadas. A memória declarativa (explícita), por outro lado, requer atenção consciente para ser evocada. Sua criação geralmente depende do uso de habilidades cognitivas superiores, como inferência, comparação e avaliação. As vias neuronais envolvidas neste tipo de memória estão nos lobos temporais. A memória declarativa trata do conhecimento sobre nós mesmos e sobre o mundo ao nosso redor que pode ser relatado ou descrito verbalmente. Algumas vezes as informações podem ser transferidas da memória declarativa para a memória não declarativa. O lançador do time de futebol americano é um bom exemplo. Quando ele aprendeu a lançar a bola quando era um menino, teve de prestar muita atenção para segurar a bola e coordenar os músculos para lançá-la com precisão. Até este ponto da aprendizagem de lançar a bola, o processo ocorreu na memória declarativa e exigiu esforço consciente quando o menino analisava seus movimentos. Com a repetição, entretanto, a mecânica de lançar a bola foi transferida para a memória não declarativa: tornou-se um reflexo que pode ser executado sem pensamento consciente. Esta transferência permite ao lançador usar sua mente consciente para analisar a trajetória e o tempo do seu passe enquanto a mecânica do passe se tornou automática. Atletas frequentemente se referem a esta automaticidade dos movimentos corporais aprendidos como memória muscular. A memória é uma coisa individual. Processamos informações com base nas nossas experiências e percepção do mundo. Como as pessoas têm experiências muito diferentes ao longo de suas vidas, duas pessoas não processarão uma

Tipos de memória de longa duração MEMÓRIA NÃO DECLARATIVA (IMPL(CITA)

MEMÓRIA DECLARATIVA (EXPLÍCITA)

Evocar é automático e não requer atenção consciente

Evocar requer atenção consciente

Adquirida lentamente pela repetição

Depende de habilidades cognitivas superiores, como inferência, comparação e avaliação

Inclui habilidades motoras, procedimentos e hábitos

Memórias que podem ser relatadas verbalmente

Memória de procedimentos pode ser demonstrada

*N. de T. A memória de procedimentos é um tipo de memória não declarativa, assim como a memória muscular.

Fisiologia Humana

determinada informação da mesma maneira. Se você perguntar a um grupo de pessoas sobre o que aconteceu durante um evento particular, como uma palestra ou um acidente automobilístico, não haverá duas descrições idênticas. Cada pessoa irá processar o evento de acordo com suas próprias percepções e experiências. O processamento experiencial é importante para lembrar quando estudamos em grupo, porque é improvável que todos os membros do grupo aprendam e recordem a informação da mesma maneira. A perda de memória e a incapacidade de processar e armazenar novas memórias são condições clínicas devastadoras. Nas pessoas mais novas, problemas de memória são geralmente associados com traumas do encéfalo por acidentes. Em pessoas mais velhas, acidentes vasculares cerebrais e demência (demens, fora da mente) progressiva são as principais causas da perda de memória. A doença de Alzheimer é uma doença neurodegenerativa progressiva com déficit cognitivo responsável por metade dos casos de demência associada à velhice. Estima-se que ela afeta cerca de 5, 1 milhões de norteamericanos, com um número que tende a aumentar na geração Baby Boom*. A doença Alzheimer é caracterizada pela perda de memória que progride até um ponto onde o paciente não reconhece os membros da família. Com o passar do tempo, até a personalidade muda e, nos estágios finais, outras funções cognitivas falham e os pacientes não podem se comunicar com os seus cuidadores. O diagnóstico da doença de Alzheimer é feito geralmente pelo declínio do desempenho do paciente nos exames mentais. O único diagnóstico definitivo é o pós-morte, quando o tecido encefálico pode ser examinado, sendo observados degeneração neuronal, placas extracelulares constituídas de proteína f3-amiloide e emaranhados intracelulares da tau, uma proteína normalmente associada com os microtúbulos. Embora a presença de placas e agregados seja o diagnóstico, a causa da doença de Alzheimer não está clara. Há um componente genético conhecido e outras teorias incluem o estresse oxidativo e a inflamação crônica. Atualmente não há prevenção comprovada ou tratamento, embora os fármacos que são agonistas da acetilcolina ou inibidores da acetilcolinesterase reduzam a progressão da doença. A previsão de que existirão 14 milhões de pessoas com Alzheimer no ano 2050 coloca esta doença na vanguarda das pesquisas neurobiológicas.

A linguagem é o comportamento cognitivo mais elaborado Uma das características de um sistema nervoso desenvolvido é a habilidade de um membro de uma espécie de trocar informações complexas com outros membros da mesma espécie. Apesar de ser encontrada predominantemente em pássaros e mamíferos, esta habilidade também existe em certos insetos que propagam informações surpreendentemente de*N. de T. A geração Baby boom, também chamada de geração pós-guerra, é assim conhecida por ter ocorrido um grande número de nascimentos logo após a II Guerra Mundial, o que representou, em um primeiro momento, o rejuvenescimento populacional (maior número de indivíduos na idade infantil). Com o passar dos anos, este efeito aumentou muito o número de pessoas daquela geração que agora estão em franco processo de envelhecimento.

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talhadas por meio de sons (grilos), toque e visão (abelhas) e odor (formigas). Nos seres humanos, a troca de informações complexas acontece primariamente pela linguagem falada e escrita. Como a linguagem é considerada o comportamento cognitivo mais elaborado, ela tem recebido considerável atenção dos neurobiólogos. A habilidade da linguagem requer a entrada de informações sensoriais (principalmente da audição e da visão), processamento em vários centros do córtex cerebral e a coordenação de sinais motores para a vocalização e a escrita. Na maioria das pessoas, os centros para a habilidade da linguagem estão localizados no hemisfério esquerdo do cérebro. Até 70% das pessoas que são canhotas (cérebro direito dominante) ou ambidestras usam seu cérebro esquerdo para falar. A capacidade de comunicação através da fala tem sido dividida em dois processos: a combinação de diferentes sons para formar palavras (vocalização) e a combinação de palavras em sentenças gramaticamente corretas e com significado. A integração da linguagem falada no cérebro humano envolve duas regiões do córtex cerebral: a área de Wernicke no lobo temporal, e a área de Broca, no lobo frontal, perto do córtex motor (Fig. 9-23 e ). A maior parte do que sabemos sobre estas áreas vem de estudos de pessoas com lesões no cérebro (pois animais não humanos não são capazes de falar). Até mesmo os primatas, que se comunicam em nível similar ao de uma criança pequena por meio de linguagem de sinais e outros meios visuais, não têm habilidade física para vocalizar os sons da linguagem humana. Sinais de entrada nas áreas da linguagem vêm tanto do córtex visual (leitura) como do córtex auditivo (audição). Sinais sensoriais dos dois córtices vão primeiro à área de Wernicke depois para a área de Broca. Depois da integração e do processamento, sinais da área de Broca para o córtex motor iniciam uma ação falada ou escrita. Se ocorrer dano à área de Wernicke, a pessoa não tem habilidade de entender qualquer informação falada ou visual. A fala da própria pessoa, como resultado, é absurda, pois ela não tem consciência dos seus próprios erros. Esta condição é conhecida como afasia receptiva (a-, não + phatos, fala) porque a pessoa não tem habilidade para entender os estímulos sensoriais. Por outro lado, pessoas com danos na área de Broca entendem a linguagem falada e escrita, mas não são capazes de falar e escrever na sintaxe normal. Suas respostas para as perguntas consistem em palavras apropriadas agrupadas em ordem aleatória. Estes pacientes podem ter dificuldade para lidar com sua inaptidão, pois estão conscientes de seus enganos, mas são incapazes de corrigi-los. Danos na área de Broca causam a afasia expressiva. Formas mecânicas de afasia ocorrem como resultado do dano ao córtex motor. Pacientes com este tipo de dano são incapazes fisicamente de formar sons que constituem aspalavras ou de coordenar os músculos do seu braço e mão para escrever.

A personalidade é a combinação da experiência com a herança Um dos aspectos mais difíceis do funcionamento do encéfalo para converter o campo abstrato da psicologia em cir-

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Córtex

Dee Unglaub Silverthorn

---+----'-":-:f;;---~:::-----:':-7-~

motor Área de Broca

--t-:---'.:-::-:---:--

--

Área de ---t-----'-"----=~~~~ Wernicke

.--- - --t:-

Vendo palavras

Córtex visual

(a) Falando uma palavra escrita

CórteX ----r-.:.___:~-----:'--~­

motor Área de Broca

--+...,.....,.,...,,.,.....-...,.--

--:-- .----....

Ouvindo palavras

Córtex auditivo

Área de Wernicke

(b) Falando uma palavra ouvida

•

funcionam mal, gerando depressão, esquizofrenia e outros transtornos de personalidade. Os psiquiatras por muitos anos tentaram tratar estes transtornos como se ocorressem somente devido a eventos da vida da pessoa, mas agora sabemos que há um componente genético em muitos destes transtornos. A esquizofrenia (schizein, separar + phren, a mente) é um exemplo de distúrbio cerebral que tem tanto bases genéticas quanto ambientais. Na população norteamericana como um todo, o risco do desenvolvimento de esquizofrenia é de cerca de 1o/o. Entretanto, se um dos pais tem esquizofrenia, o risco aumenta para 10%, indicando que as pessoas podem herdar a suscetibilidade para desenvolver este distúrbio. A causa da esquizofrenia não é atualmente conhecida. Entretanto, assim como muitas outras condições que envolvem alteração do estado mental, a esquizofrenia pode ser tratada com medicamentos que influenciam a liberação de neurotransmissores e a atividade no encéfalo. Para aprender mais sobre diagnóstico e tratamento da esquizofrenia, veja o website do National Institutes of Health www.nlm.nih.gov/ medlineplus/schizophrenia.html. Ainda temos muito a aprender sobre o reparo de danos no SNC. Uma das maiores tragédias da vida é a mudança

FIGURA 9-23 Processamento cerebral da linguagem falada e visual. Pessoas com dano na área de Wernicke não reconhecem a comunicação falada ou escrita. Aqueles com danos na área de Broca entendem, mas são incapazes de responder apropriadamente.

cuitos físicos da neurobiologia é a combinação de atributos que chamamos de personalidade. O que é que nos faz indivíduos? Os pais de mais de uma criança contarão a você que seus filhos eram diferentes desde o nascimento, e até mesmo no útero. Se todos temos a mesma estrutura encefálica, o que nos torna diferentes? Esta questão fascina muitas pessoas. A resposta que está surgindo de pesquisas na área da neurobiologia, é que somos uma combinação das nossas experiências com as características genéticas que herdamos. Um fator complicador é a "experiência" durante o desenvolvimento, uma vez que os cientistas estão mostrando que a exposição do embrião a hormônios ainda no útero pode alterar as vias no encéfalo. O que aprendemos ou experimentamos e que armazenamos na memória cria um padrão único de conexões neuronais no nosso encéfalo. Algumas vezes, estes circuitos

A tomograf ia por emissão de pósitrons (PET scan) revelou duas manchas, ou loci (plural de locus), anormais no hem isfério direito de Ben, uma no lobo parietal e outra sobreposta a uma porção do córtex motor primário. Como as áreas que desencadeavam as convulsões de Ben estavam localizadas no mesmo hem isfério e estavam no córtex, ele se tornou candidato à hemisferectomia, remoção do córtex do hemisfério afetado. Os cirurgiões removeram 80% do córtex cerebral direito, poupando áreas cruciais para a visão, a audição e o processamento sensorial. Normalmente, o córtex motor também poderia ser poupado, mas no caso de Ben um ponto disparador das convulsões se sobrepunha a esta região.

Questão 6: Em quais lobos estão localizados os centros da visão, da audição e do processamento sensorial? Questão 7: Quais habilidades de Ben poderiam ser perdidas se seu hemisfério esquerdo tivesse sido removido? Questão 8: levando em conta que a cirurgia ocorreu no córtex do hemisfério direito, qual parte do cérebro os cirurgiões evitam retirar? Questão 9: Por que os cirurgiões tomaram cuidado para poupar o ventrículo lateral direito de Ben?

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Fisiologia Humana

de personalidade que algumas vezes acompanha o trauma craniano. Danos físicos em circuitos delicados do encéfalo não somente podem alterar a inteligência e a memória armazenada, mas também podem criar uma nova personalidade. A pessoa depois da lesão pode não parecer ser a mesma de antes da lesão. Embora a mudança possa não ser perceptível

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para a pessoa afetada, isto pode ser devastador para a famí, lia e os amigos da vítima. A medida que aprendemos mais sobre como os neurônios se ligam uns aos outros, talvez tenhamos habilidade para encontrar um meio de restaurar as redes neurais danificadas e impedir os efeitos duradores dos traumas na cabeça e dos distúrbios cerebrais.

Espasmos infantis Ben permaneceu livre das convulsões desde a cirurg ia e começou a apresent ar desenvolvimento normal em todas as áreas, exceto na sua capacidade motora. Ele permaneceu um pouco debi litado e menos coordenado no lado esquerdo, o lado oposto da cirurgia (contralatera~. mas depois de um tempo a fraqueza deve dim inuir com o auxílio da f isioterapia. A recuperação de Ben é um testemunho da inacredit ável plasticidade do encéf alo. Independentemente dos danos f ísicos causados no encéfalo, vários epilépticos apresentam atraso no desenvolvimento que se origina de aspectos sociais de seus distúrbios. Crianças pequenas com convulsões frequentes mu itas vezes têm dificuldade de socialização com seus pares, devido à superprot eção dos pais, perda de d ias escolares e receio de pessoas que não entendem a epi lepsia. Seus problemas

1

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podem-se estender até a vida adulta, quando os epilépticos podem ter dificuldade para encontrar emprego ou dirigir, se suas convulsões não estiverem controladas. Existem inúmeros exemplos de adultos que têm sucesso na cirurgia para a epilepsia, mas ainda são incapazes de se inserir completament e na sociedade por causa da sua falta de habilidade social e para o trabalho. Não é surpresa que a taxa de depressão seja mu ito mais alta nos epilépt icos. Para aprender mais sobre epilepsia, acesse o site da Epilepsy Foundation

(www. epilepsyfoudation. org). Para t estar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sint etizadas na t abela a seguir. Este problema foi escrito por Susan E. Johnson enquanto era estudante na Un iversidade do Texas em Austin onde estudava Ciências Biomédicas.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Como uma barreira hematencefálica permeável pode levar a uma cascata de potenciais de ação que desencadeiam uma convulsão?

Neurotransmissores e outras substâncias químicas ci rcu lam livremente no sangue e normalmente são separados do tecido encefálico pela barreira hematencefálica.

Moléculas carregadas negativamente e neurotransmissores entrando no encéfa lo podem despolarizar neurôn ios e desencadear potenciais de açao.

O que o GABA faz ao potencial de membrana das células? O GABA torna mais ou menos provável que a célula dispare potenciais de ação?

O GABA abre canais de c1-.

c1- entrando no neurônio h i perpola-

Por que é importante limitar a duração do tratamento com ACTH?

ACTH exógeno atua em uma alça curta de retroalimentação negativa, d i minuindo a liberação do CRH do h i potálamo e a produção do ACTH pela adeno-hipófise. Ver Figura 7-15,

-

riza a célu la e torna menos provável que ela dispare potenciais de ação.

p. 231. 4

Qual a razão para usar glicose marcada com radiatividade (e não outro nutriente) para o escaneamento por PET?

A glicose é a principal fonte de energ ia para o encéfalo.

5

A habi lidade do encéfalo de mudar suas conexões sinápticas como resu ltado da atividade neuronal é chamada de .

Mudanças nas conexões sinápticas como resultado da atividade neuronal são um exemplo de plasticidade.

Supressão de longo prazo da secreção de hormônios endógenos pelo ACTH pode causar a atrofia de neurônios que secretam CRH e ACTH, resultando em uma deficiência de cortisol por toda a vida. O uso de glicose está mais corre lacionado com a atividade do encéfalo do que qualquer outro nutriente do corpo. Áreas com uso de glicose anormalmente alto são sugestivas de células h i perativas.

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

6

Em quais lobos estão localizados os centros da visão, da audição e do processamento sensorial?

A visão é processada no lobo occipital, a audição, no lobo temporal, e as informações sensoriais, no lobo parietal.

N/A

7

Quais habilidades de Ben poderiam ser perd idas se seu hemisfério esquerdo t ivesse sido removido?

Na maioria das pessoas, o hemisfério esquerdo contém a área de Wernicke e a área de Broca, dois centros vitais da fa la. O hemisfério esquerdo controla as funções motoras e sensoriais do lado direito.

Pacientes que sofrem a hemisferectomia esquerda têm d if iculdade com a fala (palavras abstratas, gramática e fonética). Eles apresentam perda das funções motoras e sensoriais do lado d ireito.

8

Levando em conta que a cirurgia ocorreu no córtex do hemisfério direito, qual parte do cérebro os cirurg iões evitaram retirar?

O cérebro consiste em substância cinzenta no córtex e em núcleos internos, substância branca e ventrícu los.

Os cirurgiões evitam retirar a substância cinzenta, os núcleos internos e os ventrículos.

9

Por que os cirurgiões tomaram cuidado para poupar o ventrícu lo lateral d ireito de Ben?

As paredes dos ventrículos contêm o plexo corioideo, o qual secreta o LCE. O LCE tem um papel vital de proteção por acolchoar o encéfalo.

A proteção do LCE é particularmente importante após a remoção de partes do tecido encefálico, pois o potencial dano devido a traumas na cabeça é mu ito maior.

*N/A, não aplicável.

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RESUMO DO CAPÍTULO O encéfalo é o principal centro controlador do corpo (como você aprenderá nos próximos capítulos), e as respostas homeostáticas em muitos sistemas de órgãos são projetadas para manter as funções do encéfalo. A habilidade do encéfalo de criar pensamentos complexos e emoções na ausência de estímulos externos é uma das suas propriedades emergentes.

Propriedades emergentes das redes neurais 1. As redes neurais criam comportamentos afetivo e cognitivo. (p. 297) 2. O encéfalo exibe plasticidade, a habilidade de mudar suas conexões como resultado da experiência. (p. 297)

Evolução do sistema nervoso 3. O sistema nervoso desenvolveu-se a partir de uma rede simples de neurônios até encéfalos complexos. (p. 297; Fig. 9-1) 4. O cérebro é responsável pelo pensamento e a emoção. (p. 299)

Anatomia do sistema nervoso central 5. O sistema nervoso central consiste em camadas de células ao redor de uma cavidade central preenchida por um liquido e se desenvolve a partir do tubo neural do embrião. (p. 299; Fig. 9-2) 6. A substância cinzenta do SNC consiste em corpos de neurônios amielínicos, dendritos e terminais axônicos. Os corpos celulares tanto formam camadas em algumas partes do encéfalo como formam grupos de células conhecidos como núcleos (p. 301)

7. Os axônios mielinizados formam a substância branca do SNC e feixes chamados de tratos. (p. 301) 8. O encéfalo e a medula espinal estão envolvidos pelas meninges e pelos ossos do crânio e vértebras. As meninges são a pia-máter, a aracnoide-máter e a dura-máter. (p. 301; Fig. 9-4) 9. O plexo corioideo secreta o líquido cerebrospinal (LCE) no interior dos ventrículos do encéfalo. O LCE acolchoa o tecido e cria um meio quimicamente controlado. (p. 303; Fig. 9-5) 10. Junções de oclusão nos capilares do encéfalo criam uma barreira hematencefálica que evita que substâncias possivelmente perigosas do sangue entrem no líquido intersticial. (p. 303; Fig. 9-6) 11. O combustível normal dos neurônios é a glicose, por isso o corpo regula rigorosamente a concentração de glicose no sangue. (p.306)

A medula espinal 12. Cada segmento da medula espinal está associado com um par de nervos espinais. (p. 307) 13. As raízes dorsais dos nervos espinais trazem as informações sensoriais. Os gânglios das raízes dorsais contêm corpos celulares de neurônios sensoriais. (p. 307; Fig. 9-7) 14. As raízes ventrais carregam informações do sistema nervoso para os músculos e as glândulas. (p. 307) 15. Os tratos ascendentes de substância branca transportam informações sensoriais para o encéfalo, e os tratos descendentes

Fisiologia Humana

transportam sinais eferentes a partir do encéfalo. Tratos propriospinais permanecem dentro da medula espinal. (p. 307) 16. Reflexos espinais são integrados na medula espinal. (p. 307; Fig. 9-8)

O encéfalo 17. O encéfalo tem seis divisões principais: cérebro, diencéfalo, mesencéfalo, cerebelo, ponte e bulbo. (p. 309; Fig. 9-9) 18. O tronco encefálico é dividido em bulbo, ponte e mesencéfalo. Os nervos cranianos II até XII se originam aqui. (p. 309; Tabela 9-1) 19. A formação reticular é uma coleção difusa de neurônios que tem um papel em muitos processos básicos. (p. 310) 20. O bulbo contém tratos somatossensoriais e corticospinais que conduzem informações entre o cérebro e a medula espinal. Muitos tratos cruzam a linha média na região da pirâmide do bulbo. O bulbo contém os centros de controle de muitas funções involuntárias. (p. 310) 21. A ponte atua como uma estação de retransmissão de informações entre o cerebelo e o cérebro. (p. 311) 22. O mesencéfalo controla o movimento dos olhos e retransmite sinais para os reflexos auditivos e visuais. (p. 311) 23. O cerebelo processa informações sensoriais e coordena a execução dos movimentos. (p. 311) 24. O diencéfalo é composto de tálamo e hipotálamo. O tálamo retransmite e modifica informações sensoriais e motoras que vão e vêm do córtex cerebral. (p. 311; Fig. 9-10) 25. O hipotálamo contém centros para comportamentos motivados e tem um papel-chave na homeostasia pelo seu controle sobre as funções endócrinas e neurovegetativas (autonômicas). (p. 311; Tabela 9-2) 26. A glândula hipófise e a glândula pineal são glândulas endócrinas localizadas no diencéfalo. (p. 311) 27. O cérebro é composto de dois hemisférios conectados pelo corpo caloso. Cada hemisfério cerebral está dividido em lobos: frontal, parietal, temporal e occipital. (p. 312) 28. A substância cinzenta cerebral inclui o córtex cerebral, os núcleos da base e o sistema límbico. (p. 312; Fig. 9-11) 29. Os núcleos da base ajudam a controlar os movimentos. (p. 312) 30. O sistema límbico atua como ligação entre as funções cognitivas e as respostas emocionais. Ele inclui a amígdala (corpo amigdaloide) e o giro do cíngulo, associados à emoção e à memória, e o hipocampo, associado com o aprendizado e a memória. (p. 312; Fig. 9-13)

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Funções do encéfalo 31. Três sistemas encefálicos influenciam as respostas motoras: o sistema sensorial, o sistema cognitivo e o sistema comportamental. (p. 313; Fig. 9-14) 32. As funções encefálicas superiores, como o raciocínio, originamse no córtex cerebral. O córtex cerebral contém três especializações funcionais: áreas sensoriais, áreas motoras e áreas de associação. (p. 314; Fig. 9-15) 33. Cada hemisfério do cérebro desenvolveu funções não compartilhadas com o outro hemisfério, uma especialização conhecida como lateralização cerebral. (p. 314; Fig. 9-16) 34. As áreas sensoriais recebem informações dos receptores sensoriais. O córtex sensorial somático primário processa informações sobre o tato, a temperatura e outras sensações somáticas. O córtex visual, o córtex auditivo, o córtex gustatório e o

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50.

51.

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córtex olfatório recebem informações sobre visão, som, gosto e odor, respectivamente. (p. 315-311) As áreas de associação integram informações sensoriais gerando a percepção. A percepção é a interpretação do estímulo sensorial pelo cérebro. (p. 315) Respostas motoras incluem movimentos dos músculos esqueléticos, secreção neuroendócrina e respostas viscerais. (p. 316) As áreas motoras comandam os movimentos dos músculos esqueléticos. Cada hemisfério cerebral contém um córtex motor primário e uma área de associação motora. (p. 317) O sistema comportamental controla os estados de alerta e modula os sistemas sensorial e cognitivo. (p. 317) Os sistemas modulatórios difusos da formação reticular influenciam a atenção, a motivação, a vigília, a memória, o controle motor, o humor e a homeostase metabólica. (p. 317; Fig. 9-19, Tabela 9-3) O sistema ativador reticular mantém o encéfalo consciente ou ciente de si e do meio. A atividade elétrica no encéfalo varia com o nível de alerta e pode ser registrada pelo eletroencefalograma. (p. 318; Fig. 9-20) Os ritmos circadianos são controlados por um relógio interno localizado no núcleo supraquiasmático do hipótálamo. (p. 320) O sono é um estado de inatividade facilmente reversível comestágios característicos. As duas principais fases do sono são o sono REM (movimento rápido dos olhos) e o sono de ondas lentas (sono não REM). A razão fisiológica do sono é incerta. (p. 319) O sistema límbico é o centro da emoção no encéfalo humano. Eventos emocionais influenciam funções fisiológicas. (p. 321; Fig. 9-21) A motivação se origina de sinais internos que determinam os comportamentos voluntários relacionados com a sobrevivência ou com as emoções. O impulso motivacional cria comportamentos orientados por objetivos. (p. 321) O humor é um estado emocional de longa duração. Muitos transtornos de humor podem ser tratados alterando a neurotransmissão no encéfalo. (p. 322) O aprendizado é a aquisição do conhecimento sobre o mundo ao nosso redor. O aprendizado associativo ocorre quando dois estímulos estão associados entre si. O aprendizado não associativo inclui comportamentos de imitação, como o aprendizado de um idioma. (p. 323) Na habituação, o animal mostra uma diminuição da resposta a um estímulo que é repetido muitas vezes. Na sensibilização, a exposição a um estímulo nocivo ou intenso gera uma resposta aumentada na exposição subsequente. (p. 323) A memória tem múltiplos níveis de armazenamento e é constantemente modificada. A informação é armazenada inicialmente na memória de curta duração, mas desaparece se não for consolidada na memória de longa duração. (p. 323; Fig. 9-22) A memória de longa duração inclui a memória não declarativa, a qual não requer processo consciente para sua criação ou evocação, e a memória declarativa, a qual usa habilidades cognitivas de alto nível para sua formação e requer atenção consciente para sua evocação. (p. 324; Tabela 9-4) A consolidação da memória de curta duração na memória de longa duração parece envolver mudanças nas conexões sinápticas dos circuitos envolvidos na aprendizagem. (p. 324) A linguagem é considerada o comportamento cognitivo mais elaborado. A integração da linguagem falada no cérebro humano envolve o processamento de informações na área de Wemicke e na área de Broca. (p. 325; Fig. 9-23)

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QUESTOES (Respostas no Apêndice A.) ,

NIVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. A habilidade do encéfalo humano de mudar as conexões dos circuitos e a função em resposta a estímulos sensoriais e experiências passadas é chamada de . 2. Comportamentos estão associados a sentimento e emoção. Comportamentos estão associados ao . , . rac1oc1n10. 3. A parte do encéfalo chamada de é a que nos faz humanos, originando o raciocínio e a cognição. 4. Nos vertebrados, o sistema nervoso central é protegido pelos ossos do e das . 5. Dê os nomes das meninges, começando com a camada mais próxima dos ossos. 6. Liste e explique os propósitos do líquido cerebrospinal (LCE). Onde o LCE é produzido? 7. Compare a concentração no LCE de cada uma das seguintes substâncias com suas concentrações no plasma sanguíneo. (a) ttco- 3 (b) ca2 + (c) Glicose (d) H+ (e) Na+

(f)

K+

8. A única fonte de combustível dos neurônios em circunstâncias normais é a . Baixa concentração deste combustível no sangue se chama . Para sintetizar ATP suficiente para o transporte contínuo de íons, os neurônios consomem grande quantidade de . Para suprir estas necessidao/o do sangue bombeado pelo coração des, cerca de vai para o encéfalo. 9. Relacione cada uma das seguintes áreas com suas funções: (a) bulbo 1. coordena a execução dos movimen(b) ponte tos (c) mesencéfalo 2. é constituído pelo tálamo e o hipo(d) formação tálamo reticular 3. controla o alerta e o sono (e) cerebelo 4. preenche a maior parte do crânio (f) diencéfalo 5. contém centros de controle da pressão sanguínea e da respiração (g) tálamo 6. retransmite e modifica informações (h) hipocampo que vão e vêm do cérebro (i) cérebro 7. transmite informações para o cerebelo 8. contém centros integradores da homeostase 9. retransmite sinais e reflexos visuais e controla o movimentos dos olhos 10. O que é a barreira hematencefálica e qual a sua função? 11. Como a substância cinzenta e a substância branca diferem entre si, anatômica e funcionalmente? 12. Denomine as áreas do córtex cerebral que (a) comandam a percepção, (b) comandam os movimentos e (c) integram informações e comandam os comportamentos voluntários.

13. A que se refere a lateralização cerebral? Que funções tendem a ser centralizadas em cada hemisfério? 14. Cite os 12 pares cranianos em ordem numérica e suas principais funções. 15. Cite e defina as duas principais fases do sono. Como elas diferem entre si? 16. Liste alguns reflexos e comportamentos homeostáticos influenciados pelo hipotálamo. Qual a origem dos estímulos emocionais para esta área? 17. Acredita-se que a região do sistema límbico, éo centro dos instintos básicos (como o medo) e dos estados de aprendizagem emocional. 18. Quais as principais categorias do aprendizado? Defina habituação e sensibilização. Qual estrutura anatômica do cérebro é importante tanto para o aprendizado como para a memória? 19. Quais os dois centros do córtex que estão envolvidos na integração da linguagem falada?

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

20. Faça um mapa com os seguintes termos que descrevem a anatomia do SNC. Você pode desenhar figuras ou adicionar termos se você desejar. barreira hematencefálica nervos lombares capilares nervos sacrais coluna vertebral nervos torácicos corpos celulares núcleos dura-máter pia-máter plexo corioideo encéfalo raiz dorsal epêndima raiz ventral gânglio da raiz dorsal

21.

22.

23. 24.

25.

líquido cerebrospinal substância branca medula espinal substância cinzenta aracnoide-má ter tratos ascendentes tratos descendentes meninges tratos propriospinais nervos cervicais nervos cranianos ventrículos Trace o caminho que o LCE percorre através do sistema nervoso. Quais os três sistemas encefálicos que regulam as respostas motoras do SNC? Explique o papel das áreas de Wemicke e de Broca na linguagem. Compare e diferencie os seguintes conceitos: (a) sistemas modulatórios difusos, formação reticular, sistema límbico e sistema reticular ativador (b) diferentes formas de memória (c) núcleo e gânglio (d) tratos, nervos, cornos, fibras nervosas e raízes Substitua cada interrogação da tabela a seguir com a(s) palavra(s) apropriada(s):

Fisiologia Humana

,

AREA CEREBRAL

LOBO

FUNÇÃO

Córtex somático sensorial primário

1•

Recebe informações sensoriais dos receptores periféricos

1•

Processa as informações provenientes dos olhos

Occipital

Córtex auditivo

Temporal

1•

Temporal

Areas de associação

-

1• •

Recebe aferências de quimiorreceptores do nariz

1•

Córtices motores ,

-

-

NA

-

1• 1•

26. Em relação à onda mostrada a seguir, desenhe (a) uma onda com frequência menor, (b) uma onda com maior amplitude, (c) uma onda com uma frequência mais alta. (Dica: ver Fig. 9-20, ~ p. 319)

27. Que propriedades os estados motivacionais têm em comum? 28. Que mudanças ocorrem nas sinapses à medida que as memórias

são formadas?

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

29. Mr. Anderson, um paciente com AVC, apresentou afasia ex-

pressiva. Seu astuto terapeuta, Cheryl, o ensinou a cantar para expressar suas necessidades. Que sinais ele apresentava antes da terapia? Como você sabe que ele não tem afasia receptiva? Usando o que você aprendeu sobre a lateralização cerebral, explique por que cantar funcionou para ele? 30. Um estudo foi feito com 40 adultos que foram ensinados sobre a importância do uso de cintos de segurança em seus

331

carros. No fim da apresentação, todos os participantes alca.n çaram no mínimo 90o/o de compreensão em um teste sobre o material ensinado. As pessoas também foram secretamente filmadas entrando e saindo do estacionamento do local da aula. Vinte sujeitos ao entrar usavam seus cintos de segurança; 22 usaram o cinto ao irem embora. Houve aprendizagem? Qual é a relação entre o aprendizado e realmente afivelar o cinto de segurança? 31. Em 1913, Henri Pieron manteve um grupo de cães acordados por vários dias. Antes de permitir que dormissem, ele retirou o LCE dos animais privados de dormir e o injetou em cães normais descansados. Os cães injetados imediatamente dormiram por períodos de duas a seis horas. Que conclusão você pode tirar sobre a possível origem de um fator indutor do sono? Quais controles Pieron deveria ter incluído? 32. Um estudo de 2002* mostrou resultados de um estudo prospectivo [ ~ p . 14] feito em Utah. O estudo começou em 1995, com a avaliação cognitiva de 1.889 mulheres com média de idade de 7 4,5 anos. Os investigadores perguntaram a elas sobre o uso de cálcio, suplementos vitamínicos e terapia de reposição hormonal pós-menopausa (estrogênio ou estrogênio/progesterona). Entrevistas de acompanhamento em 1998 avaliaram o desenvolvimento do distúrbio de Alzheimer na população em estudo. Os dados mostraram que 58 entre 800 mulheres que não tinham usado a terapia de reposição hormonal desenvolveram Alzheimer, em comparação com 26 entre 1.066 mulheres que usaram hormônios. (a) Os pesquisadores podem concluir a partir dos dados mostrados que a terapia de reposição hormonal diminui o risco de desenvolver doença de Alzheimer? Existe outra informação que deveria ser incluída na análise dos dados? (b) O quanto estes dados são aplicáveis às mulheres norteamericanas como um todo? Que outra informação você poderia querer saber sobre as pessoas do estudo antes de tirar alguma conclusão? *"Terapia de reposição h ormonal e incidência do distúrbio de Alzheimer em mulheres idosas: Th e Cache County study". JAMA 288: 2123-2129, 6 de novembro de 2002.

RESPOSTAS

tfRespostas para as questões de ''Revisando conceitos'' Página 298 1. (a) 3; (b) 2; (c) 1; (d) 3; (e) 2. Página 301 2. As células gliais do SNC são os astrócitos, os oligodendrócitos, a microglia e o epêndima. Para as funções, ver a Figura 8-5, p. 254. Página 301 3. O gânglio é formado por corpos celulares de neurônios agrupados fora do SNC. O equivalente no SNC é o núcleo.

4. Tratos no SNC equivalem aos nervos periféricos.

Página 303 5. Quando a concentração de H+ aumenta, o pH diminui, o que significa que o pH do LCE deve ser mais baixo do que o pH do sangue. 6. O sangue se acumula no espaço entre as membranas, empurrando o tecido encefálico macio contra o crânio. (Isto é chamado de hematoma subdural.)

7. O LCE é mais semelhante ao líquido intersticial, pois ambos contêm pouca proteína e nenhuma célula sanguínea. Págin a 306 8. A fosforilação oxidativa ocorre nas mitocôndrias.

9. As duas vias são a glicólise e o ciclo do ácido cítrico. A glicose é metabolizada a piruvato na glicólise e então entra no ciclo do

9

332

Dee Unglaub Silverthorn

ácido cítrico (também chamado de ciclo do ácido tricarboxílico). O NADH2 transfere elétrons de alta energia para o sistema transportador de elétrons para a síntese de ATP. 10. Outra explicação poderia ser que alguma propriedade do tecido encefálico o torna resistente à coloração pelo corante. Isto é o que Ehrlich concluiu. 11. O encéfalo cora-se de azul desta vez, mas nenhum dos outros tecidos do corpo são corados porque os corantes não pode atravessar a barreira hematencefálica e entrar na circulação sanguínea. Página 307 12. Os cornos são áreas de substância cinzenta da medula espinal. As raízes são as porções dos nervos espinais situadas imediatamente antes que eles entrem na medula espinal. Tratos são longas projeções de substância branca (axônios) que se estendem para cima e para baixo na medula espinal. Colunas são grupos de tratos que conduzem informações similares. 13. O corte das raízes dorsais interromperá as funções sensoriais. Página 310 14. (a) e (c) são substância branca, (b) é substância cinzenta. 15. As atividades incluiriam movimentos dos olhos, da mandíbula ou da língua e testar o gosto, o olfato e a audição.

Página 320 21. Os neurônios que enviam menos sinais provavelmente estão hiperpolarizados, porque necessitariam estímulos maiores para iniciar um potencial de ação.

. . .__,, . Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 302 Figura 9-4: A dura-máter circunda completamente o seio venoso e forma um limite do espaço subdural. A aracnoide-máter separa o espaço subdural e o espaço subaracnóideo. A pia-máter forma o outro limite do espaço subaracnóideo. Página 304 Fig. 9-5: 1. O acesso mais fácil é no espaço subaracnóideo abaixo da extremidade inferior da medula espinal, onde há menos risco de danificar a medula. Este procedimento é chamado de punção lombar. 2. O bloqueio do aqueduto causará acúmulo de LCE nos primeiro, segundo e terceiro ventrículos. O bloqueio próximo ao lombo frontal fará com que o líquido se acumule em todos os ventrículos. Você buscaria o aumento do quarto ventrículo para ajudar a localizar o ponto do bloqueio.

16. O cérebro está em posição dorsal ou superior ao tronco encefálico.

Página 312 Figura 9-11: (a) e (c) são corretas. Ver Fig. Dl no Apêndice D.

Página 311 17. As três subdivisões do tronco encefálico incluem o bulbo, a ponte e o mesencéfalo. 18. O diencéfalo é composto de tálamo, hipotálamo, glândula hipófise e glândula pineal.

Página 316 Figura 9-16: (a) A perda da função no córtex visual direito indica que a pessoa não pode ver nada no campo visual esquerdo. (b) Os tratos do corpo caloso trocam informações entre os dois lados do cérebro.

Página 313 19. Os neurônios atravessam de um lado do corpo para o outro nas pirâmides do bulbo (ver Figura 10-9, p 343). 20. As divisões do encéfalo, começando pela medula espinal, são bulbo, ponte, cerebelo, mesencéfalo, diencéfalo e cérebro.

Página 316 Figura 9-17: occipital, frontal. Página 319 Figura 9-20: As ondas alfa têm a frequência mais alta, e as ondas delta têm a amplitude maior.

•

1a

ensor1a

Propriedades gerais dos sistemas sensoriais 335

Os receptores são sensíveis a formas particulares de energia 336 A transdução sensorial converte os estímu los em potenciais graduados 336 Um neurônio sensorial tem um campo receptivo 338 O sistema nervoso central integra a informação sensoria l 339 A codificação e o processamento distinguem as propriedades do estímu lo

Sensibilidade somática 343

344 346 346 346

As vias da percepção somáticas se projetam para o córtex somatossensorial e para o cerebelo Os receptores do tato respondem a muitos estímulos diferentes Os receptores de temperatura são terminações nervosas livres Os nociceptores iniciam respostas protetoras A dor e o prurido são med iados por nociceptores

Quimiorrecepção: olfato e paladar 349 352 353

•

O olfato é um dos sentidos mais antigos O paladar é uma combinação de cinco sensações básicas A transdução gustatória usa receptores e canais

A orelha: audição 355 A audição é a nossa percepção do som 356 A transdução do som é um processo com múltiplas etapas 357 A cóclea é preench ida por líquido 358 Os sons são processados primeiro na cóclea 361 As vias aud it ivas se proj etam para o córtex aud it ivo 361 A perda auditiva pode resu ltar de lesões mecânicas ou neurais

A orelha: equilíbrio 363 363 363

363

O vestíbulo dá informações sobre movi mente e posição Os cana is semicircu lares detectam a aceleração rotacional Os órgãos otolíticos detectam a aceleração linear e a posição da cabeça As vias do equilíbrio projetam-se primariamente para o cerebelo

O olho: visão 365 Os olhos são protegidos pelo crânio 367 A luz entra no olho através da pupila 368 A lente foca a luz na retina 371 A fototransdução ocorre na retina 372 Os fotorreceptores transduzem a luz em sinais elétricos 376 O processamento do sinal começa na retina

CONHECIMENTOS BÁSICOS Somação: 283 Sistemas de segundos mensageiros: 184 Limiar: 257 Proteínas G: 186 Plasticidade: 282 Controle tônico: 196 Potencia l de membrana: 166 Potenciais graduados:

258 Liberação de neurotransmissores: 274

A natureza não se comunica com o homem enviando mensagens codificadas. - Oscar Hechter, em Biology and Medicine into the 21st Century, 1991

SOLUCIONANDO O PROBLEMA Processamento das informações pelo sistema sensorial

Doença de Meniere Em 23 de dezembro de 1888, Vincent Van Gogh, o lendário pintor francês, retornou ao seu quarto na hospedaria em Arles, na França, pegou uma faca e cortou a própria orelha. Um médico local, Dr. Felix Ray, examinou Van Gogh nessa noite e escreveu que o pintor t inha sido acometido por "alucinações auditivas " e que, em um esforço para livrar-se delas, "se mutilou cortando sua orelha" . Poucos meses depois, Van Gogh se internou em um hospital psiquiátrico. Em 1890, Van Gogh foi morto pelas próprias mãos. Historiadores têm sugerido que Van Gogh sofria de epilepsia, mas alguns neurologistas norte-americanos não concordam. Eles concluíram que os estranhos ataques do pintor, que apresentava vertigens, náuseas e tinido intolerável (zumbido ou outros sons no ouvido), os quais ele descreveu em cartas desesperadas aos seus familiares, são mais consistentes com a doença de Meniere, uma condição que afeta a orelha interna. Hoje, Anant, uma estudante de 20 anos, será examinada por um otorrinolaringologista para ver se as suas crises periódicas graves de vertigens e náuseas são causadas pela mesma condição que pode ter levado Van Gogh ao suicídio.

Ili

339

357

365

369

371

379

O PROCESSAMENTO DOS ESTÍMULOS GERALMENTE É CONSCIENTE

Sentidos especiais

Sentidos somáticos

Visão

Tato

Audição

Temperatura

Gustação

Dor

Olfação

Coceira (prurido)

Equi líbrio

Propriocepção

O PROCESSAMENTO GERALMENTE É INCONSCIENTE

Estímulos somáticos

Estímulos viscerais

Comprimento e tensão muscu lares

Pressão sanguínea

Propriocepção

Distensão do trato gastrintestinal Concentração sanguínea da glicose Temperatura corpora l interna

magine que você está flutuando no escuro em um tanque com água salgada: não há sons, nem luz, nem brisa. O ar e a água estão na mesma temperatura do seu corpo. Você está em uma câmara de privação sensorial, e as únicas sensações que você tem consciência vêm do seu próprio corpo. Você se sente sem peso, a sua respiração ocorre sem esforço, e você percebe os batimentos do seu coração. Na ausência de estímulos externos, você se volta para o seu interior e para ouvir o que o seu corpo tem a dizer. Nas décadas passadas, os tanques de flutuação para privação sensorial foram populares como um modo de conter o estresse de um mundo atribulado. Estas câmaras são difíceis de serem encontradas agora, mas ilustram o papel da divisão aferente do sistema nervoso: fornecer informações sobre os meios interno e externo do nosso corpo. Algumas vezes, percebemos sinais sensoriais quando eles chegam ao nível de percepção consciente, mas outras vezes eles são processados em nível completamente inconsciente (Tabela 10-le ). Os estímulos que em geral não chegam ao nível de consciência incluem mudanças no comprimento e na tensão musculares, bem como vários parâmetros internos que o corpo monitora para manter a homeostase, como a pressão sanguínea e o pH. As respostas a esses estímulos constituem muitos dos reflexos inconscientes do corpo, e você os encontrará nos próximos capítulos, quando estudarmos os processos que mantêm a homeostase fisiológica. Neste capítulo, vamos abordar os estímulos sensoriais cujo processamento chega ao nível de percepção consciente. Tais estímulos estão associados com os sentidos especiais, como a visão, a audição, a gustação, a olfação e o

Osmolaridade dos líquidos corpo• ra1s Insuflação do pulmão p H do líquido cerebrospinal Oxigênio e pH do sangue

equilíbrio, e com os sentidos somáticos, como tato, temperatura, dor, coceira e propriocepção. A propriocepcão, a qual é definida como a consciência do movimento e posição do corpo no espaço, é mediada por receptores sensoriais presentes nos músculos e nas articulações chamados de proprioceptores, e pode ser consciente ou inconsciente. Se você fechar os olhos e colocar os braços acima da cabeça, você terá consciência desta posição por causa da ativação dos proprioceptores. Inicialmente, consideramos as propriedades gerais das vias sensoriais. Depois, veremos os receptores e vias sensoriais específicos que distinguem os diferentes sistemas sensoriais uns dos outros.

PROPRIEDADES GERAIS DOS SISTEMAS SENSORIAIS Todas as vias sensoriais têm certos elementos em comum. Elas começam com um estímulo, na forma de energia física que atua sobre um receptor sensorial. O receptor é um transdutor que converte o estímulo em um sinal intracelular,

Fisiologia Humana

Estímulo

;<--;---?"Terminações nervosas livres

335

Estímulo

Estímulo

" v--

Terminação nervosa encapsulada

[.....,.~

Camadas de tecido conectivo

,.----- Célula receptora especializada (célula pi losa)

9 º

Vesículas sinápticas

:::J-- Sinapse

tt---- Axônio não mielinizado

-:-:----- Axônio m ielinizado

.,,..___ Axônio mielinizado

....--- Corpo celular

-

(a} Receptores simples são neurônios com term inações nervosas livres.

•

(b} Receptores neurais complexos têm terminações nervosas envoltas por cápsulas de tecido conectivo.

-corpo celular do neurônio sensorial

(c} A maioria dos receptores sensoriais especiais são células que liberam neurotransmissores em neurônios sensoriais, iniciando um potencial de ação.

FIGURA 10-1 Receptores sensoriais. (a) Os receptores simples podem ter axônios mielinizados ou não mielinizados. (b) Esta ilustração mostra um corpúsculo de Pacini, sensível ao tato. (c) A célula ilustrada é uma célula pilosa (ciliada) encontrada na orelha interna.

em geral uma mudança no potencial de membrana. Se o estímulo produz uma mudança que atinge o limiar, são gerados potenciais de ação que passam ao longo de um neurônio sensorial para o sistema nervoso central, onde os sinais de entrada são integrados. Alguns estímulos chegam ao córtex cerebral, onde geram a percepção consciente, mas outros agem inconscientemente, sem a nossa consciência. A cada sinapse ao longo da via, o sistema nervoso pode modular e ajustar a informação sensorial. Os sistemas sensoriais do corpo humano variam amplamente em complexidade. Os sistemas mais simples são neurônios sensoriais únicos com ramificações dendríticas que funcionam como receptores, como os da dor e do prurido. A maioria dos sistemas complexos é formada por órgãos sensoriais multicelulares, como a orelha e o olho. A cóclea da orelha interna contém cerca de 16.000 receptores sensoriais e mais de um milhão de partes associadas, e o olho humano tem cerca de 126 milhões de receptores sensoriais.

Os receptores são sensíveis a formas particulares de energia Os receptores do sistema sensorial variam amplamente em complexidade, desde terminações ramificadas de um neurônio sensorial único até células complexas extremamente organizadas, como os fotorreceptores. Os receptores mais simples, como os receptores somatossensoriais dos sentidos somáticos, consistem em um neurônio com terminações nervosas livres ("nuas") (Fig. 10-lae ). Nos receptores mais complexos, as terminações nervosas são envoltas por cápsulas de tecido conectivo (Fig.10-lb). Os axônios dos receptores simples e dos complexos podem ser mielinizados ou não mielinizados. Os sentidos especiais têm os receptores mais especializados. Os receptores do olfato são neurônios, mas os outros quatro sentidos especiais usam células receptoras não neurais que fazem sinapse com neurônios sensoriais. A célula pilosa da orelha interna, mostrada na Figura 10-lc, é um exemplo de receptor não neural. Quando ativada, a célula pilosa libera um

1O

336

Dee Unglaub Silverthorn

Tipos de receptores sensoriais TIPO DE RECEPTOR

EXEMPLOS DE ESTÍMULO

Quimiorreceptores

Oxigênio, pH, diversas moléculas orgânicas, como a glicose

Mecanorreceptores

Pressão (barorreceptores), estiramento celu lar (osmorreceptores), vibração, aceleração, som

Fotorreceptores

Fótons de luz

Termorreceptores

Graus variados de ca lor

neurotransmissor que inicia um potencial de ação no neurônio sensorial associado. Os receptores neurais e os não neurais desenvolvem-se a partir do mesmo tecido embrionário. As estruturas acessórias não neurais são cruciais para o funcionamento de muitos sistemas sensoriais. Por exemplo, a lente e a córnea do olho ajudam a focar a luz nos fotorreceptores. Os pelos dos nossos braços ajudam os receptores somatossensoriais a detectar o movimento do ar milímetros acima da superfície da pele. As estruturas acessórias frequentemente aumentam a capacidade de obtenção de informação do sistema sensorial. Os receptores são divididos em quatro grandes grupos, com base no tipo de estímulo ao qual são mais sensíveis (Tabela 10-2e ). Os quimiorreceptores respondem a ligantes químicos que se ligam ao receptor (p. ex., olfato e paladar). Os mecanorreceptores respondem a diversas formas de energia mecânica, incluindo pressão, vibração, gravidade, aceleração e som (p. ex., audição). Os termorreceptores respondem à temperatura, e os fotorreceptores da visão respondem ao estímulo da luz. R VISANDO CONCEITOS

Cada receptor sensorial tem um estímulo adequado, uma forma particular de energia à qual ele é mais responsivo. Por exemplo, os termorreceptores são mais sensíveis a modificações da temperatura do que da pressão, e os mecanorreceptores respondem preferencialmente a estímulos que deformem a membrana celular. Embora os receptores sejam específicos para uma forma de energia, eles podem responder a muitas outras formas se a intensidade for suficientemente alta. Os fotorreceptores do olho respondem mais prontamente à luz, por exemplo, mas um soco no olho pode nos fazer "ver estrelas", um exemplo de energia mecânica com força suficiente para estimular os fotorreceptores. Os receptores sensoriais podem ser inacreditavelmente sensíveis à sua forma preferencial de estímulo. Por exemplo, um único fóton de luz estimula certos fotorreceptores, e uma única molécula odorante pode ativar os quimiorreceptores envolvidos no sentido do olfato. O estímulo mínimo necessário para ativar um receptor é conhecido como limiar, exatamente como a despolarização mínima necessária para desencadear um potencial de ação é chamada de limiar [$ p. 25 7]. Como um estímulo físico ou químico é convertido em uma alteração no potencial de membrana? O estímulo abre ou fecha canais iônicos no receptor de membrana, direta ou indiretamente (via segundo mensageiro). Na maioria dos casos, a abertura do canal resulta no influxo resultante de Na+ ou de outros cátions através do receptor, despolarizando a membrana. Em poucos casos, a resposta ao estímulo é a hiperpolarização, que ocorre quando o K+ deixa a célula. No caso da visão, o estímulo (luz) fecha canais de cátions hiperpolarizando a membrana do receptor. A mudança no potencial de membrana do receptor sensorial é um potencial graduado [$ p. 258] denominado potencial receptor. Em algumas células, o potencial receptor desencadeia um potencial de ação que percorre a fibra sensorial até o SNC. Em outras células, os potenciais receptores influenciam a secreção de neurotransmissores pela célula receptora, os quais, por sua vez, alteram a atividade elétrica de um neurônio sensorial associado.

1. Que vantagem os axônios mielinizados fornecem? 2. Que papel acessório a orelha (pina ou aurícula) exerce no sistema auditivo? 3. Para cada estímulo somático e visceral listados na Tabela 10-1, qual dos seguintes tipos de receptor é o transdutor apropriado: mecano-, quimio-, foto- ou termorreceptor? Respostas: p. 383

A transdução sensorial converte os estímulos em potenciais graduados Como os receptores convertem os diversos estímulos físicos, como a luz ou o calor, em sinais elétricos? O primeiro passo é a transdução, que é a conversão da energia do estímulo em informação que pode ser processada pelo sistema nervoso [ $ p. 182]. Em muitos receptores, a abertura ou fechamento de canais iônicos converte a energia mecânica, química, térmica ou luminosa diretamente em uma mudança no potencial de membrana. Alguns mecanismos de transdução sensorial incluem a transdução de sinal e sistemas de segundo mensageiro [$ p. 184] que iniciam a mudança no potencial de membrana.

Um neurônio sensorial tem um campo receptivo Os neurônios sensoriais somáticos e visuais são ativados pelos estímulos que ocorrem dentro de uma área física específica conhecida como campo receptivo do neurônio. Por exemplo, um neurônio da pele sensível ao tato responde à pressão que ocorre dentro do seu campo receptivo. No caso mais simples, um campo receptivo está associado com um neurônio sensorial (o neurônio sensorial primário na via), o qual, por sua vez, faz sinapse com um neurônio do SNC (o neurônio sensorial secundário). Entretanto, os campos receptivos frequentemente se sobrepõem com campos receptivos vizinhos (Fig. 10-2 e ). (Os neurônios sensoriais primários e secundários também são conhecidos como neurônios de primeira ordem e neurônios de segunda ordem.) Adicionalmente, os neurônios sensoriais dos campos receptivos vizinhos podem exibir convergência [$ p. 282), na qual vários neurônios pré-sinápticos enviam sinais para um número menor de neurônios pós-sinápticos (Fig. 10-2). A convergência permite que múltiplos estímulos subliminares

Fisiologia Humana

Os neurôn ios sensoriais Neurônios sensoriais primários convergem sobre um primários neurônio sensorial secundário

337

A informação do campo

.,.,,-"t'"'"---...... receptivo secundário vai para o encéfalo

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Neurônio sensorial secundário

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Os campos receptivos de três neurônios sensoriais primários se sobrepõem, formando um grande campo receptivo secu ndário SECÇÃO DA MEDULA ESPINAL

•

FIGURA 10-2 Campos receptivos de neurônios sensoriais. A convergência dos neurônios sensoriais primários permite que estímulos sublimiares simultâneos se somem no neurônio sensorial secundário e iniciem um potencial de ação (na ilustração, somente parte do neurônio sensorial secundário é mostrada).

simultâneos se somem no neurônio (secundário) pós-sináptico. Quando múltiplos neurônios sensoriais primários convergem para um único neurônio sensorial secundário, seus campos receptivos individuais se fundem em um único grande campo receptivo secundário, como indicado na Figura 10-2.

(a) Convêrgencia de muitos neurônios sensoriais primários para um único neurônio sensorial secundário criando um grande campo receptivo secundário. Dois estímulos dentro do mesmo campo recept ivo secundário são percebidos como um único ponto, pois apenas um sinal vai para o encéfalo.

O tamanho dos campos receptivos secundários determina o quanto uma dada área é sensível a um estímulo. Por exemplo, a sensibilidade para o tato é demonstrada por um teste de discriminação de dois pontos (Fig. 10-3ae ). Em algumas regiões da pele, como os braços e as pernas, alfine-

(b) Quando poucos neurônios primários convergem, os campos receptivos secundários são muito menores. Os dois estím ulos ativam vias separadas e são percebidos como estímulos d istintos.

Um compasso com pontos separados por 20 mm

Superfície da pele

---

--

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Neurônios • • +-- - - - sensoriais - - - - -..... primários

Neurônios • • + - - - - - - - - sensor1a1s------. secundários

Um sinal vai para o encéfalo.

•

10

------- ... ""'"""- - --

Superfície da pele

--- -

•

•

Dois sinais vão para o encéfalo.

FIGURA 10-3 A discriminação entre dois pontos varia de acordo com o tamanho do corpo receptivo secundário. (a) Regiões menos sensíveis da pele são encontradas nos braços e nas pernas. Nestas regiões, dois estímulos distantes 20 mm não podem ser percebidos separadamente. (b) Nas regiões mais sensíveis, como a ponta dos dedos, dois estímulos separados por uma distância tão pequena como 2 mm podem ser percebidos como dois estímulos distintos.

338

Dee Unglaub Silverthorn

Córtex sensorial somático . , . pnmano

Córtex gustatório -------....

Córtex olfatório ------. Córtex ~- auditivo

Bulbo olfatório -----.

+--- Córtex visual As vias olfatórias se projetam do nariz para o córtex olfatório através do bulbo olfatório.

lho

e

Tálamo

A maioria das vias sensoriais se projeta para o tálamo. O tálamo modifica e retransmite a informação para os centros corticais. As vias do equilíbrio se projetam primariamente para o cerebelo.

Som Tronco encefálico

Língua

QUESTÃO DA FIGURA Quais vias sensoriais não fazem sinapse no tálamo? Sentidos somáticos

•

FIGURA 10-4 Vias sensoriais no cérebro. A maioria das vias, com exceção da via olfatória, passa através do tálamo no seu caminho em direção ao córtex cerebral. Algumas vias do equilíbrio vão diretamente para o cerebelo.

tes colocados a uma distância de 20 mm um da outro são interpretados pelo cérebro como uma única alfinetada. Nestas áreas, muitos neurônios primários convergem sobre um único neurônio secundário, de modo que o campo receptivo secundário é muito grande (Fig. 70-3a). Em contraste, áreas sensoriais da pele mais sensíveis; como a ponta dos dedos, têm campos receptivos menores, com uma proporção de 1:1 entre neurônios sensoriais primários e secundários. Nestas regiões, dois alfinetes separados por menos de 2 mm podem ser percebidas como dois toques separados (Fig. 10-3b).

O sistema nervoso central integra a informação sensorial A informação sensorial de grande parte do corpo entra na medula espinal e segue por vias ascendentes até o encéfalo. Algumas informações sensoriais vão diretamente para o tronco encefálico via nervos cranianos[ $ p. 310]. A informação sensorial que inicia reflexos viscerais é integrada no tronco encefálico ou na medula espinal e em geral não chega à percepção consciente. Um exemplo de reflexo visceral inconsciente é o controle da pressão sanguínea por centros do tronco encefálico.

Cada divisão principal do encéfalo processa um ou mais tipos de informação sensorial (Fig. 10-4 e ). Por exemplo, o mesencéfalo recebe informação visual, e o bulbo recebe aferências dos sons e do paladar. Informações sobre o equilíbrio são processadas principalmente no cerebelo. Estas vias, junto com aquelas que levam informações somatossensoriais, projetam-se para o tálamo, o qual atua como uma estação de retransmissão e processamento antes que a informação seja repassada para o cérebro. Somente a informação olfatória não passa pelo tálamo. O sentido do olfato, um tipo de quimiorrecepção, é considerado um dos sentidos mais antigos, e mesmo os encéfalos vertebrados mais primitivos têm regiões bem desenvolvidas para o processamento da informação olfatória. A informação sobre os odores vai do nariz via primeiro nervo craniano [ $ p. 310] bulbo olfatório e para o córtex olfatório no cérebro. Talvez por causa dessa aferência direta para o cérebro que os odores estejam tão intimamente vinculados à memória e à emoção. A maioria das pessoas já experimentou sentir um cheiro que subitamente trás à memória um fluxo de lugares ou pessoas do passado. Um aspecto interessante do processamento da informação sensorial pelo SNC é o limiar perceptivo, ou seja, a

Fisiologia Humana

intensidade do estímulo necessária para que você tome consciência de uma determinada sensação. Os estímulos bombardeiam constantemente seus receptores sensoriais, mas seu cérebro pode filtrar e "desligar" alguns estímulos. Você vivencia uma mudança no limiar de percepção quando você "ignora" o rádio enquanto está estudando, ou quando você fica "desligado" durante uma palestra. Em ambos os casos, o som é adequado para estimular os neurônios sensoriais na orelha interna, mas os neurônios superiores da via bloqueiam os sinais recebidos não deixando que cheguem à consciência. A diminuição da percepção de um estímulo é realizada por uma modulação inibitória [ ~ p. 42], a qual diminui um estímulo supralimiar até que ele fique abaixo do limiar de percepção. A modulação inibitória frequentemente ocorre nos neurônios secundários e superiores de uma via sensorial. Se o estímulo modulado torna-se subitamente importante, como quando o professor lhe pergunta algo, você pode conscientemente focar a sua atenção e interromper a modulação inibitória. Neste ponto, seu cérebro consciente procura recuperar e lembrar o som de entrada recente, a partir do seu inconsciente para que você possa responder à questão.

Origem do som

,,

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1 1 1 1

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339

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'' '' \ '' \ \ ' \

O som demora mais para chegar à '--'"'-. orelha direita

\ \

Sinais vindos do lado esquerdo

Direita

no cérebro

10 A codificação e o processamento distinguem as propriedades do estímulo Se todos os estímulos são convertidos em potenciais de ação nos nervos sensoriais e todos os potenciais de ação são idênticos, como o sistema nervoso central pode saber a diferença entre calor e pressão, ou entre uma alfinetada no dedo do pé ou na mão? Os atributos do estímulo devem ser preservados de alguma maneira quando o estímulo entra no sistema nervoso para ser processado. Isso significa que o SNC deve distinguir as quatro propriedades de um estímulo: (1) sua natureza, ou modalidade, (2) sua localização, (3) sua intensidade e (4) sua duração.

Modalidade sensorial A modalidade de um estímulo é indicada por quais neurônios sensoriais são ativados e e por onde

A doença de Méniere - denominada assim no século XIX, em homenagem ao seu descobridor, o médico francês Prosper Méniere - é associada com o acúmulo de líquido dentro da orelha interna e é também a forma mais comum de hidropisia endolinfática [hidra-, água]. Os sintomas da doença incluem crises esporádicas de vertigem, náuseas e zumbidos, acompanhados por perda auditiva e sensação de plen itude nas orelhas. A vertigem é uma falsa sensação de movimento giratório que os pacientes descrevem frequentemente como tontura. Questão 1: Em que parte do encéfalo a informação sensorial sobre o equilíbrio é processada?

334

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Vista superior da cabeça

e

FIGURA 10-5 O cérebro usa as diferenças temporais, em vez de neurônios específicos, para localizar o som.

as vias dos neurônios ativados terminam no cérebro. Cada tipo de receptor é mais sensível a uma modalid.a de particular de estímulo. Por exemplo, alguns neurônios respondem mais fortemente ao toque; outros respondem a mudanças na temperatura. Cada modalidade sensorial pode ser subdividida em qualidades. Por exemplo, a visão colorida é dividida em vermelho, azul e verde de acordo com o comprimento de onda que estimular mais fortemente os diferentes receptores visuais. Adicionalmente, o cérebro associa um sinal proveniente de um grupo específico de receptores com uma modalidade específica. Esta associação 1: 1 de um receptor com uma sensação é denominada código de linha ''rotulada''.* O estímulo de um receptor para o frio sempre é percebido como frio, se o estímulo real for frio ou se ocorrer uma despolarização artificial do receptor. Uma pancada no olho que faz com que se "veja" um flash de luz é outro exemplo de código de linha "rotulada".

Localização do estímulo A localização de um estímulo também é codificada de acordo com quais campos receptivos são ativados. As regiões sensoriais do cérebro são muito organizadas em relação aos sinais de entrada, e os sinais provenientes de receptores sensoriais adjacentes são processados em regiões adjacentes do córtex. Este arranjo preserva a organização topográfica dos receptores da pele, dos olhos ou de outras regiões nos centros de processamento cerebral. Por exemplo, receptores de tato presentes na mão se projetam para uma área específica do córtex cerebral. A esti-

379 *N. de T. Também chamado de código de indentificação linear, no qual há uma linha de comunicação exclusiva para cada modalidade sensorial.

340

Dee Unglaub Silverthorn

Estímulo

Estímulo

o

tCO

Alfinete - - - - 1 1

át Q)

-o

cn ·co ·(.)

Pele -----,,,-"'

e .$

- -

8. Q)

•

o

A

Neurônios _____, sensoriais . , . pnmanos

A resposta do neurônio primário é proporcional à intensidade do estímulo.

-o co ·(.) e

'

,

e

B

A

"

/

/

Nível tônico

cQ)

:::J

O"

~

u..

•

••

Vias mais próximas ao estímulo inibem os neurônios vizinhos.

Neurônios secundários

o

ICO

(,)o

co

Q)

-o

cn ·co ·(.)

e

Q)

A

o e.

A inibição dos neurônios laterais aumenta a percepção do estímulo.

Neurônios terciários

B

Q)

-o co ·(.) e

- -

--

e Nível tônico

cQ)

:::J

A

•

B

g....

e

u..

FIGURA 10-6 A inibição lateral aumenta o contraste e torna mais fácil a percepção do estímulo. A resposta dos neurônios sensoriais primários A, B e C é proporcional à intensidade do estímulo em cada campo receptivo. Os neurônios sensoriais secundários A e C são inibidos pelo neurônio secundário B, criando um contraste maior entre B e seus neurônios vizinhos.

mulação experimental desta área do córtex durante uma cirurgia cerebral é interpretado como um toque na mão, ainda que não tenha havido contato real. Similarmente, a dor do membro fantasma relatada por alguns pacientes amputados ocorre quando neurônios sensoriais secundários da medula espinal se tornam hiperativos, resultando na sensação de dor em um membro que não está mais ali. Porém, a informação auditiva é uma exceção para a regra da localização. Os neurônios das orelhas internas são sensíveis a diferentes frequências sonoras, mas não têm campos receptivos e sua ativação não fornece informações sobre a localização do som. Em vez disso, o cérebro usa o tempo de ativação do receptor para computar a localização, como é mostrado na Figura 10-Se . Um som originado diretamente da frente da pessoa chega simultaneamente às duas orelhas. Um som originado em um lado do corpo chega na orelha mais próxima vários milissegundos antes do que na outra orelha. A diferença de tempo que o estímulo sonoro leva para chegar aos dois lados do córtex auditivo é registrada pelo cérebro e essa informação é usada para determinar a origem do som. A inibição lateral, a qual aumenta o contraste entre os campos receptivos ativados e os campos receptivos vizinhos

que estão inativos, é outra forma pela qual um estímulo pode ser localizado. A Figura 10-6 • mostra este processo para um estímulo de pressão na pele. Um toque do alfinete na pele ativa três neurônios sensoriais primários, cada um liberando neurotransmissores para os seus neurônios secundários correspondentes. Entretanto, os três neurônios sensoriais secundários não respondem da mesma maneira. O neurônio secundário mais próximo do estímulo (neurônio B) suprime a resposta dos neurônios secundários laterais a ele (ou seja, de cada lado), onde o estímulo é mais fraco, e simultaneamente permite que a sua própria via prossiga sem interferência. A inibição dos neurônios mais distantes doestímulo aumenta o contraste entre o centro e a periferia do campo receptivo, e assim a sensação é localizada mais facilmente. A inibição lateral também é usada no sistema visual para aguçar nossa percepção das bordas. A via da Figura 10-6 também demonstra o código de população, no qual receptores múltiplos podem funcionar juntos para enviar mais informações ao SNC do que seria possível a partir de um único receptor. Por meio da comparação dos sinais gerados a partir de vários receptores, o SNC pode fazer cálculos complexos sobre a qualidade e as características espaciais e temporais de um estímulo.

Fisiologia Humana

Localdetransdução

Zona de disparo

341

...,....__ Corpo celular Terminal axônico

Axônio mielinizado

Estímulo

>E

-

Amplitude

1

~@ ~

-

1

Duração

'

1-' 1

5

{a) Estímulo moderado

o

10

@ • •• @

Limiar -------

,_

1

.

-

1

1

1

5

10

Tempo (s)

o

1

1

5

10

•

>

s

20

~

o

ctl

•••• • •••• • • ••••

~ -20 ~ -40 Q) -60 "O ~ -80 ...__,._ _ _ _ _...,.......... (.)

(b) Estímulo mais longo e mais intenso

•

e

o

a..

A amplitude e a duração do potencial receptor variam de acordo com o estímulo.

~

5

10

o

5

10

O potencial receptor é integrado na zona de disparo.

o

5

10

A frequência dos potenciais de ação é proporcional à intensidade do estímulo. A duração de uma série de potenciais de ação é proporcional à duração do estímulo.

A liberação do neurotransmissor varia de acordo com o padrão dos potenciais de ação que chegam ao terminal axônico.

FIGURA 10-7 Os neurônios sensoriais usam a frequência dos potenciais de ação e a duração de série de potenciais para codificar.

R VISANDO CONCEITOS Na Figura 10-6, que tipo(s) de canal iônico poderia(m) ser abertos nos neurônios A e C para diminuir a sua responsividade: Na+ K+ ci- ou Ca2 +? Resposta: p. 383 I

I

Intensidade e duração do estímulo A intensidade de um estímulo não pode ser diretamente calculada a partir de um único potencial de ação do neurônio sensorial, pois um único potencial de ação é "tudo ou nada". Em vez disso, a intensidade do estímulo é codificada em dois tipos de informação: o número de receptores ativados (outro exemplo de código de população) e a frequência dos potenciais de ação provenientes de tais receptores (código de frequência). O código de população para a intensidade ocorre porque o limiar para o estímulo preferencial não é o mesmo para todos os receptores. Somente os receptores mais sensíveis (os que têm limiares mais baixos) responderão a um estímulo de baixa intensidade. Quando aumenta a intensidade de um estímulo, são ativados receptores adicionais. Assim, o SNC traduz o número de receptores ativados em uma medida de intensidade de estímulo. Para neurônios sensoriais individuais, a discriminação da intensidade começa no receptor. Se um estímulo está abaixo do limiar, o neurônio sensorial primário não responde. Uma

vez que a intensidade do estímulo excede o limiar, o neurônio sensorial primário começa a disparar potenciais de ação. À medida que a intensidade do estímulo aumenta, a amplitude do potencial receptor aumenta proporcionalmente, e a frequência dos potenciais de ação no neurônio sensorial primário aumenta até uma frequência máxima (Fig. 10-7e ). Similarmente, a duração de um estímulo é codificada pela duração da série de potenciais de ação no neurônio sensorial. Em geral, um estímulo mais longo gera uma série mais longa de potenciais de ação no neurônio sensorial primário. Entretanto, se o estímulo persiste, alguns receptores se adaptam, ou deixam de responder. Os receptores se dividem em duas classes, dependendo de como eles se adaptam a uma estimulação contínua. Os receptores tônicos são receptores de adaptação lenta que disparam rapidamente no início da ativação, depois diminuem e mantêm seus disparos enquanto o estímulo estiver presente (Fig 10-Sae ). Os barorreceptores sensíveis à pressão, os receptores de irritação e alguns receptores táteis e proprioceptores são classificados nesta categoria. Em geral, os estímulos que ativam os receptores tônicos são parâmetros que devem ser monitorados continuamente pelo corpo. Em comparação, os receptores fásicos são receptores de adaptação rápida que disparam quando recebem um es-

10

342

Dee Unglaub Silverthorn

(b) Receptores fásicos se adaptam rapidamente a um estímulo constante e desligam.

(a) Receptores tônicos são receptores de adaptação lenta que sinalizam a duração de um estímulo.

·Estímulo

-

,_

Estímulo

Receptor-

Potencial receptor

A

•

neuron10 sensorial

•

Potenciais de ação no neurônio sensorial

Tempo-----+

Tempo-----+

FIGURA 10-8 Os receptores tônicos se adaptam lentamente e os receptores f ásicos se adaptam rapidamente.

tímulo, mas param de disparar se a intensidade do estímulo permanecer constante (Fig.10-8b). Os receptores fásicos sinalizam especificamente as mudanças que ocorrem em um parâmetro. Uma vez que o estímulo chegue a uma intensidade estável, os receptores fásicos se adaptam a este novo estado estável e desligam. Este tipo de resposta permite que o corpo ignore a informação que foi avaliada e considerada como não ameaçadora para a homeostase ou o bem-estar. Nosso sentido do olfato é um exemplo de sentido que usa receptores fásicos. Por exemplo, você pode sentir seu perfume quando o coloca pela manhã, mas à medida que o dia passa os seus receptores olfatórios se adaptam e não são mais estimulados pelas moléculas do perfume. Você não sente mais a fragrância, ainda que outras pessoas possam comentar sobre ela. A adaptação de receptores fásicos permite que você filtre informações sensoriais irrelevantes e se concentre nas informações novas, diferentes ou essenciais. Em geral, uma vez que a adaptação de um receptor fásico tenha ocorrido, a única maneira de gerar um novo sinal é aumentar a intensidade do estímulo excitatório ou remover o estímulo completamente e permitir que o receptor se recomponha voltando às condições iniciais. O mecanismo molecular da adaptação de um receptor sensorial depende do tipo de receptor. Em alguns receptores, os canais de K+ presentes na membrana do receptor se abrem, causando a repolarização da membrana e cessando o sinal. Em outros receptores, os canais de Na+ são rapidamente inativados. Já em outros receptores, vias bioquímicas alteram a responsividade dos receptores. Estruturas acessórias também podem diminuir a quantidade de estímulo que chega ao receptor. Na orelha, por exemplo, músculos muito pequenos se contraem e dimi-

nuem a vibração dos ossículos em resposta a ruídos altos, diminuindo o sinal sonoro antes que ele chegue aos receptores auditivos. Resumindo, a especifidade das vias sensoriais é estabelecida de diversas maneiras: 1. Cada receptor é mais sensível a um tipo particular de estímulo. 2. Um estímulo acima do limiar desencadeia potenciais de ação em um neurônio sensorial que se projeta para o SNC. 3. A intensidade e a duração do estímulo são codificadas pelo padrão de potenciais de ação que chegam ao SNC. 4. A localização e a modalidade do estímulo são codificadas de acordo com quais receptores são ativados ou (no caso do som) pelo tempo de ativação do receptor. 5. Cada via sensorial projeta-se para uma região específica do córtex cerebral dedicada a um campo receptivo particular. O cérebro pode então determinar a origem de cada sinal de entrada. R

VISANDO CONCEITOS 5. Como os receptores sensoriais comunicam ao SNC a intensidade de um estímulo? 6. Qual é o significado adaptativo dos receptores de irritação serem tônicos, ao invés de fásicos? Respostas: p. 383

SENSIBILIDADE SOMÁTICA Existem quatro modalidades somatossensoriais: tato, propriocepcão, temperatura e nocicepção, a qual inclui a dor e o prurido. Discutimos detalhes da propriocepção no Capítulo 13.

Fisiologia Humana

343

As sensações são percebidas no córtex somatossensorial primário.

o

As vias sensoriais fazem sinapse no tálamo.

-TÁLAMO

BULBO~

e Tato discriminativo, propriocepcão, vibração Nocicepção, temperatura, tato grosseiro

o...

As vias do tato discriminativo, vibração e propriocepcão cruzam a linha média no bulbo.

Dor, temperatura e tato grosseiro cruzam a linha média na medula espinal

10

LEGENDA Neurônio sensorial primário

•

•

Neurônio sensorial secundário

•

Neurônio terciário

QUESTÃO DA FIGURA MEDULA ESPINAL

Um coágulo sanguíneo danifica os tratos sensoriais que passam na parte inferior direita do bulbo. Diga se as seguintes sensações f icariam anormais no lado d ireito (ipsilateral) ou no lado esquerdo (contralateral) do corpo. (a) dor

•

FIGURA 10-9

(b) propriocepção

(c) temperatura

As vias sensoriais cruzam a linha média do corpo.

As vias da percepção somática se projetam para o córtex somatossensorial e para o cerebelo Os receptores da sensibilidade somática são encontrados tanto na pele quanto nas vísceras. A ativação dos receptores desencadeia potenciais de ação nos neurônios sensoriais primários associados. Na medula espinal, muitos dos neurônios sensoriais primários fazem sinapse com interneurônios que funcionam como neurônios sensoriais secundários. A localização da sinapse entre o neurônio sensorial primário e o neurônio secundário varia de acordo com o tipo de receptor (Fig. 10-9 e ). Os neurônios associados com receptores de nocicepção, temperatura e tato grosseiro fazem sinapse com seus neurônios secundários assim que entram na medula espinal. Em contraste, a maior parte dos neurônios do tato discriminativo*, da vibração e os proprioceptivos possuem *N. de T. O tato discriminativo é também chamado de tato fino ou epicrítico.

axônios muito longos que se projetam para cima pela medula espinal até o bulbo (Tabela 10-3 e ). Todos os neurônios sensoriais secundários cruzam a linha média do corpo em algum ponto, de modo que as sensações do lado esquerdo do corpo são processadas pelo hemisfério direito do cérebro, e vice-versa. Os neurônios do secundários da nocicepção, da temperatura e do tato grosseiro cruzam a linha média na medula espinal e depois sobem para o encéfalo. Os neurônios do tato discriminativo, da vibração e da propriocepção cruzam a linha média no bulbo. No tálamo, os neurônios sensoriais secundários fazem sinapse com os neurônios sensoriais terciários, os quais por sua vez se projetam para a região somatossensorial do córtex cerebral. Além disso, muitas vias sensoriais enviam ramos para o cerebelo, de modo que ele pode usar a informação para coordenar o equilíbrio e os movimentos do corpo. O córtex somatossensorial [ $ p. 315] é a parte do cérebro que reconhece onde os tratos sensoriais ascendentes se

344

Dee Unglaub Silverthorn

Vias sensoriais ESTIMULO IRRITANTES, TATO DISCRIMINATIVO, TEMPERATURA, PROPRIOCEPÇÃO, TATO VIBRAÇÃO GROSSEIRO

Bulbo

Corno dorsal da medula espinal

Cruzam a linha média do corpo

Cruzam a linha média do corpo

Os neurônios sensoriais secundários terminam no:

Tálamo

Tálamo

Os neurônios sensoriais terciários terminam no:

Córtex somatossensorial

Córtex somatossensorial

Os neurônios sensor1a1s pr1mar1os terminam no: •

•

•

I

•

A quantidade de espaço no córtex

somatossensorial

~ -------

dedicada a cada parte do corpo é proporcional à sensibilidade dessa parte.

e J

originam. Cada via sensorial tem uma região correspondente no córtex, de modo que todas as vias sensoriais da mão esquerda terminam em uma área, todas as vias do pé esquerdo terminam em outra área, assim por diante (Fig. 10-10 e ). Dentro da região cortical destinada para uma parte específica do corpo, colunas de neurônios são dedicadas a tipos particulares de receptores. Por exemplo, uma coluna cortical ativada por receptores de frio da mão esquerda pode ser encontrada próxima a uma coluna ativada por receptores de pressão localizados na pele da mão esquerda. Este arranjo colunar cria uma estrutura extremamente organizada que mantém a associação entre receptores específicos e a modalidade sensorial que eles transmitem. Algumas das pesquisas mais interessantes sobre o córtex somatossensorial têm sido realizadas em pacientes que estão sendo submetidos à cirurgia cerebral para tratar epilepsia. Como o tecido cerebral não tem fibras nervosas para a dor, este tipo de cirurgia pode ser realizada com o paciente acordado sob anestesia local. O cirurgião estimula uma região específica do cérebro e pergunta ao paciente o que ele sente. A capacidade do paciente de se comunicar com o cirurgião durante este processo tem expandido consideravelmente o nosso conhecimento sobre as regiões cerebrais. Experimentos também podem ser feitos com animais não humanos estimulando receptores periféricos e monitorando a atividade elétrica do córtex. Nós aprendemos, a partir destes experimentos, que quanto mais sensível for uma região do corpo aos estímulos táteis e a outros estímulos, maior será a região correspondente no córtex. Interessantemente, o tamanho das regiões não é fixo. Se uma parte do corpo em particular é mais utilizada, sua região topográfica no córtex irá se expandir. Por exemplo, as pessoas com deficiência visual que aprendem a ler Braille com a ponta dos dedos desenvolvem uma ampliação da região do córtex somatossensorial dedicada à ponta dos dedos. Em comparação,

Sinais sensoriais do lado esquerdo do corpo Secção transversal do hemisfério cerebral direito e das áreas sensoriais do córtex cerebral

e

FIGURA 10-10

Córtex somatossensorial. Cada parte do corpo é representada próximo à área do córtex sensorial que processa os estímulos dessa parte do corpo.

se uma pessoa perde um dedo ou membro, a porção do córtex somatossensorial destinada para a estrutura que falta começa a ser assumida pelos campos sensoriais das estruturas adjacentes. A reorganização do "mapa" do córtex somatossensorial é um exemplo da notável plasticidade [p. 282] do encéfalo. Infelizmente, algumas vezes a reorganização não é perfeita e pode resultar em sensações sensoriais, incluindo a dor, que o cérebro interpreta como sendo localizadas no membro que falta (dor do membro fantasma).

Os receptores sensíveis ao tato respondem a muitos estímulos diferentes Os receptores táteis estão entre os receptores mais comuns do corpo. Eles respondem a muitas formas de contato físico, tais como estiramento, pressão contínua, ondulação ou toque leve, vibração e textura. Eles são encontrados tanto na pele (Fig. 10-11• ) como em regiões mais profundas do corpo. Os receptores táteis que estão associados a músculos; articulações ou órgãos internos são discutidos em capítulos posteriores.

Fisiologia Humana

Os receptores de Merkel detectam a

345

O corpúsculo de Meissner

pressão contínua e a textura

responde aos movimentos suaves e vibração de baixa frequência

Pelo Terminação nervosa livre

~~ •

-

•

•

• •

• J

'

A terminação nervosa livre dos nociceptores responde a estímulos • nocivos

As terminações nervosas livres da raiz dos Raiz do pelo pelos detectam o movimento dos pelos O corpúsculo de

~-•..,..:------;;=...+:::::::,,.,Os nervos sensoriais transmitem os sinais para a medula espinal

Pacini detecta a vibração

O corpúsculo de Ruffini responde ao estiramento da pele

•

FIGURA 10-11

10

Receptores táteis da pele. Diferentes tipos de receptores

táteis são distribuídos nas camadas superficiais e profundas da pele.

Os receptores do tato assumem muitas formas (Tabela 10-4e ). Alguns são terminações nervosas livres, como os que circundam a base dos pelos; outros são mais complexos. A maioria dos receptores táteis é difícil de ser estudada devido ao seu pequeno tamanho. Entretanto, os corpúsculos de Pacini, que respondem à vibração (alta frequência), são um dos maiores receptores do corpo, e muito do que conhecemos sobre os receptores somatossensoriais vem de estudos destas estruturas. Os corpúsculos de Pacini são compostos de terminações nervosas encapsuladas em camadas de tecido conectivo (ver Fig. 10-lb). Eles são encontrados nas camadas subcutâneas da pele e nos músculos, nas articulações e nos órgãos inter-

nos. As camadas concêntricas de tecido conectivo nos corpúsculos criam grandes campos receptivos. Os corpúsculos de Pacini respondem melhor a vibrações de alta frequência, nas quais a energia é transferida através da cápsula de tecido conectivo para a terminação nervosa, onde a energia abre canais iônicos regulados mecanicamente [ ~ p. 144]. Os corpúsculos de Pacini são receptores fásicos de adaptação rápida, e esta propriedade permite que eles respondam a um estímulo tátil, mas logo o ignore. As propriedades dos demais receptores táteis mostrados na Figura 10-11 - corpúsculos de Meissner, Ruffini e receptores de Merkel - estão resumidas na Tabela 10.4.

Receptores táteis da pele RECEPTOR

ESTÍMULO

LOCALIZAÇÃO

ESTRUTURA

ADAPTAÇÃO

Terminações nervosas livres

Vários estímulos de tato e pressão

Ao redor da raiz dos pelos e sob a superfície da pele

Terminações nervosas não mielinizadas

Variável

Corpúsculos de Meissner

Vibração de baixa frequência, toque leve

Camadas superficiais da pele

Encapsulados em tecido conectivo

Rápida

Corpúsculos de Pacini

Vibração

Camadas profundas da pele

Encapsulados em tecido conectivo

Rápida

Corpúsculos de Ruffini

Estiramento da pele

Camadas profundas da pele

Terminações nervosas alargadas

Lenta

Receptores de Merkel

Pressão contínua, textura

Camadas superficiais da pele

Terminações nervosas alargadas

Lenta

346

Dee Unglaub Silverthorn

Classes de fibras nervosas somatossensoriais

TIPOS DE FIBRAS

CARACTERÍSTICAS DAS FIBRAS

VELOCIDADE DE CONDUÇÃO

A~

Grandes, mielinizadas

30-70 m/s

Estímulos mecânicos

A'ô (A-delta)

Pequenas, mielinizadas

12-30 m/s

Frio, dor rápida, estímulos mecânicos

e

Pequenas, não mielinizadas

0,5-2 m/s

Dor lenta, calor, frio, estímulos mecânicos

(A-beta),

Os receptores de temperatura são terminações nervosas 1ivres Os receptores de temperatura são extremidades nervosas livres que terminam nas camadas subcutâneas da pele. Os receptores para o frio são primariamente sensíveis a temperaturas mais baixas do que a do corpo. Os receptores para o calor são estimulados por temperaturas na faixa que se estende desde a temperatura normal do corpo (37ºC) até aproximadamente 45ºC. Acima desta temperatura, os receptores de dor são ativados, gerando uma sensação de calor doloroso. O campo receptivo de um termorreceptor tem cerca de 1 mm de diâmetro, e os receptores são dispersos ao longo do corpo. Existe um número consideravelmente maior de receptores para o frio do que para o calor. Receptores de temperatura se adaptam lentamente entre 20 e 40ºC. Sua resposta inicial nos informa que a temperatura está mudando, e sua resposta continuada nos informa sobre a temperatura do ambiente. Fora da faixa entre 20 e 40ºC, onde a probabilidade de dano tecidual é maior, os receptores não se adaptam. Os receptores de temperatura têm um papel importante na termorregulação, a qual é discutida no Capítulo 22.

Os nociceptores iniciam respostas protetoras Os nociceptores (nocere, causar dano) são receptores que respondem a vários estímulos nocivos (químicos, mecânicos ou térmicos) que causam ou têm potencial de causar danos aos tecidos. A ativação dos nociceptores inicia respostas adaptativas protetoras, como a ação reflexa de retirar a mão de uma placa quente tocada acidentalmente. Os nociceptores não estão limitados à pele. O desconforto do uso excessivo de músculos e articulações nos ajuda a evitar danos adicionais nestas estruturas. Duas sensações podem ser percebidas quando os nociceptores são ativados: dor e prurido (coceira). Os nociceptores, algumas vezes, são chamados de receptores de dor, ainda que a dor seja uma sensação percebida e não um estímulo. A dor nociceptiva é mediada por terminações nervosas livres cujos canais iônicos são sensíveis a vários estímulos químicos, mecânicos e térmicos. Por exemplo, canais de membrana denominados receptores vaniloides (também chamados de canais receptores de potencial transitório vaniloide do tipo 1 ou canais TRPV 1) respondem à lesão por calor, bem como à capsaicina, a substância química que faz com que as pimentas picantes queimem nossa boca. Na extremidade

ASSOCIADA COM

oposta do espectro de temperatura, pesquisadores recentemente identificaram uma proteína de membrana que responde tanto ao frio quanto ao mentol, uma das razões porque alimentos com sabor de menta são percebidos como frios. A ativação do nociceptor é modulada por substâncias químicas locais que são liberadas quando ocorre dano tecidual, incluindo K+, histamina e prostaglandinas liberados pelas células danificadas; a serotonina liberada pelas plaquetas ativadas pelo tecido danificado; e um peptídeo conhecido como substância P, o qual é secretado por neurônios sensoriais primários. Estas substâncias químicas, que também medeiam a resposta inflamatória no local da lesão, ativam ou sensibilizam nociceptores diminuindo o seu limiar de ativação. A sensibilidade aumentada à dor no local do dano tecidual é denominada dor inflamatória. Os nociceptores podem ativar duas vias: (1) respostas protetoras reflexas, que são integradas na medula espinal, (2) vias ascendentes para o córtex cerebral que torna a sensação consciente (dor ou coceira). Os neurônios sensoriais primários dos nociceptores terminam no corno dorsal da medula espinal (ver Fig. 10-9). Ali eles fazem sinapse com os neurônios sensoriais secundários que se projetam para o encéfalo ou para interneurônios de circuitos locais. Respostas a irritantes que são integradas na medula espinal iniciam reflexos protetores inconscientes rápidos que automaticamente removem a área estimulada da fonte do estímulo. Por exemplo, se você acidentamente tocar uma placa quente, um reflexo de retirada automático fará com que você tire a mão mesmo antes que tenha consciência do calor. Este é um exemplo dos reflexos espinais discutidos no Capítulo 9 [ ~ p. 307]. A falta de envolvimento do encéfalo em muitos reflexos protetores tem sido demonstrada em uma preparação clássica denominada "rã espinal", na qual o encéfalo do animal é destruído. Se a pata da rã é colocada em um bequer com água quente ou um ácido forte, o reflexo de retirada causa a contração da perna e afasta a pata do estímulo. A rã é incapaz de sentir dor porque o encéfalo, o qual traduz o estímulo sensorial em percepção, não funciona.

A dor e o prurido são mediados por nociceptores Sinais aferentes a partir de nociceptores são levados para o SNC por três tipos de fibras sensoriais primárias: fibras A~ (Abeta), fibras Aõ (A-delta) e fibras C (Tabela 10-5 e ). A sensação mais comum conduzida por essas vias é a dor, mas quan-

Fisiologia Humana

do a histamina ou outro estímulo ativa o subtipo de fibra C, percebemos a sensação que chamamos de coceira (prurido). A coceira é proveniente somente de nociceptores da pele e é característica de muitos erupções cutâneas e outras doenças de pele. Entretanto, a coceira também pode ser um sintoma de várias doenças sistêmicas, incluindo esclerose múltipla, hiperparatireoidismo e diabete melito. As vias superiores da coceira não são tão bem entendidas como as vias da dor, mas há uma interação antagonista entre as duas sensações. Quando sentimos coceira, nós coçamos, gerando uma sensação dolorosa leve que parece interromper a sensação de coceira. Muitos dos analgésicos opioides, como a morfina, aliviam a dor embora em algumas pessoas eles produzam coceira como efeito colateral. A dor é uma percepção subjetiva, a interpretação do cérebro da informação sensorial transmitida ao longo das vias que começam nos nociceptores. A dor também é extremamente individual e pode variar com o estado emocional da pessoa. A discussão aqui é limitada à experiência sensorial da dor. A dor rápida, descrita como aguda e localizada, é rapidamente transmitida para o SNC por fibras mielinizadas pequenas do tipo Aõ. A dor lenta, descrita como surda* e mais difusa, é transmitida por fibras pequenas não mielinizadas do tipo C. A distinção de tempo entre as duas é mais evidente quando o estímulo se origina longe do SNC, como quando você bate o dedo do pé. Você primeiro experimenta uma sensação aguda de fincada (dor rápida) seguida rapidamente de uma dor surda latejante (dor lenta). As vias ascendentes da nocicepção cruzam a linha média do corpo na medula espinal e ascendem para o tálamo e áreas sensoriais do córtex (ver Fig. 10-9). As vias também enviam ramos para o sistema límbico e para o hipotálamo. Como resultado, a dor pode ser acompanhada por dor emocional (sofrimento) e várias reações neurovegetativas (autonômicas), como náuseas, vômitos e sudorese. Nossa percepção da dor está sujeita à modulação em vários níveis do sistema nervoso. Ela pode ser exacerbada por experiências passadas ou suprimida em emergências quando a sobrevivência depende de se ignorar a lesão. Nessas emergências, vias descendentes inibem os neurônios nociceptores na medula espinal. A estimulação artificial destas vias inibitórias é uma das técnicas mais modernas que estão sendo utilizadas para controlar a dor crônica. A dor também pode ser suprimida no corno dorsal da medula espinal, antes que os estímulos sejam enviados para os tratos espinais ascendentes. Geralmente, interneurônios inibitórios tonicamente ativos na medula espinal inibem as vias ascendentes da dor (Fig. 10-12a e ). As fibras C provenientes dos nociceptores fazem sinapse com esses interneurônios inibitórios. Quando ativadas por um estímulo doloroso, as fibras C simultaneamente excitam a via ascendente e bloqueiam a inibição tônica (Fig. 10-12b). Esta ação permite que o sinal de dor da fibra C siga para o encéfalo sem impedimento. Na teoria do controle do portão da modulação da dor, as fibras A~ que levam informação sensorial sobre estímulos * N. de T. A dor surda é descrita como imprecisa, contínua e de pouca

intensidade.

347

(a) Na ausência do sinal de entrada das fibras C, interneurônios inibitórias tonicamente ativos inibem a via da dor. lnterneurônio inibitório Nenhum sinal para o encéfalo

Dor lenta Fibra C

Via ascendente da dor (b) Na dor forte, a fibra C interrompe inibição da via, permitindo que um sinal forte seja enviado para o encéfalo.

Estímulo ..P=t::::-... doloroso

10 Estímulo doloroso forte para o encéfalo '~,..1~-

A inibição cessa

(e) A dor pode ser modulada por sinais somatossensoriais simultâneos. Fibra A~ Tato ou estímulo não-;===~ doloroso Estímulo doloroso

e

O estímulo doloroso diminui

FIGURA 10-12 No modelo do controle do portão da modulação da dor, o estímulo não doloroso pode diminuir o sinal de dor.

mecânicos ajudam a bloquear a transmissão da dor (Fig. 1012c). As fibras A~ fazem sinapse nos interneurônios inibitórios e aumentam a atividade inibitória dos interneurônios. Se chegam ao neurônio inibitório estímulos simultâneos de fibras C e de fibras A~, a resposta integrada é a inibição parcial da via ascendente da dor, de modo que a dor percebida pelo cérebro é menor. A teoria do controle do portão explica por que esfregar um cotovelo ou uma canela esfolada diminui a dor: o estímulo tátil de esfregar ativa as fibras A~ e ajuda a diminuir a sensação de dor. A dor pode ser sentida nos músculos esqueléticos (dor somática profit.nda), assim como na pele. A dor muscular durante o exercício está associada com o início do metabolismo

348

Dee Unglaub Silverthorn

•

QUESTÃO DA FIGURA Um homem vai ao médico e se queixa de uma dor que se irradia para o braço esquerdo. Isto sugere ao médico que o homem pode ter um problema em qual órgão?

Fígado e ,• ves1cula biliar

Pele (estímulo comum)

Estômago

l Apêndice ----1-___._I-+-_,, vermiforme

• ~-

Intestino delgado

...----+-

Colo

'

Ureteres

Neurônios sensoriais . , . pnmanos

Rim (estímulo incomum)

Neurônio sensorial secundário {a) A dor nos órgãos internos frequentemente é sentida na superfície do corpo, uma sensação conhecida como dor referida.

•

FIGURA 10-13

Via sensorial ascendente para o córtex cerebral somatossensorial

{b) Uma teoria que explica a dor referida diz que nociceptores de diversas localizações convergem para um único trato ascendente na medula espinal. Os sinais de dor a partir da pele são mais comuns do que a dor dos órgãos internos, e o cérebro associa a ativação da via com a dor na pele. Adaptada a partir de H.L. Fields, Pain (McGraw Hill, 1987).

Dor referida.

anaeróbio e frequentemente é percebida como uma sensação de ardência ou queimação no músculo. Alguns cientistas sugerem que o metabólito liberado durante o exercício responsável pela sensação de queimação é o K+, conhecido por aumentar a resposta à dor. A dor muscular que ocorre devido a uma isquemia (falta de fluxo de sangue adequado que reduz o suprimento de oxigênio) ocorre também durante o infarto agudo do miocárdio (ataque cardíaco). A dor no coração e em outros órgãos internos (dor visceral) frequentemente é mal localizada e pode ser sentida em áreas situadas longe do local do estímulo (Fig. 10-13ae ). Por exemplo, a dor da isquemia cardíaca pode se sentida no pescoço e no ombro e braço esquerdos. Esta dor referida aparentemente ocorre porque vários neurônios sensoriais primários convergem sobre um único trato ascendente (Fig. 10-13b). De acordo com este modelo, quando o estímulo doloroso se origina nos receptores viscerais, o cérebro não é capaz de distinguir os sinais viscerais dos sinais mais comuns originados nos receptores somáticos. Consequentemente, a dor é interpretada como proveniente das regiões somáticas, e não das vísceras.

A dor crônica, de um tipo ou de outro, afeta milhões de pessoas todos os anos. Este tipo de dor frequentemente é muito maior do que a ativação do nociceptor poderia indicar e reflete lesões ou mudanças de longa duração no sistema nervoso. A dor crônica é uma dor patológica, e é também denominada dor neuropática. Uma das formas mais comuns de dor neuropática é a neuropatia diabética, que se desenvolve como consequência das concentrações de glicose sanguínea cronicamente elevadas. Os cientistas ainda não entendem completamente a causa da neurotoxicidade da glicose ou da dor neuropática, o que toma seu tratamento difícil. O alívio da dor é de considerável interesse para os profissionais da área da saúde. Fármacos analgésicos (analgesia, sem dor) variam desde a aspirina (ácido acetil-salicílico) a potentes opioides, como a morfina. O ácido acetil-salicílico inibe as prostaglandinas, diminui a inflamação, e presumivelmente diminui a transmissão dos sinais de dor gerados no local da lesão. Os fármacos opioides atuam diretamente nos receptores opioides do SNC que são parte de um sistema analgésico que responde a moléculas opioides endógenas [ ~ p. 278]. A ativação de receptores opioides bloqueia a

Fisiologia Humana

percepção da dor pela diminuição da liberação do neurotransmissor dos neurônios sensoriais primários e pela inibição pós-sináptica dos neurônios sensoriais secundários. Os opioides endógenos incluem três famílias: endorfinas, encefalinas e dinorfinas. As encefalinas e as dinorfinas são secretadas por neurônios associados com as vias da dor. O opioide endógeno ~-endorfina é produzido a partir do mesmo próhormônio do ACTH (adrenocorticotrofina) nas células neuroendócrinas do hipotálamo [Fig. 7-4b, $ p. 223]. Embora os fármacos opioides sejam eficazes no alívio da dor, eles também têm extremo potencial para a adição, e o abuso na prescrição de analgésicos tem sido amplamente divulgado. Consequentemente, os cientistas estão explorando fármacos e estratégias alternativas para o alívio da dor. Em muitas pessoas, os fármacos anti-inflamatórios não narcóticos, como os inibidores da COX2 (ciclo-oxigenase 2), inibem a dor. Para pessoas com dor crônica grave, possíveis tratamentos incluem a estimulação elétrica inibitória das vias da dor para o encéfalo, ou em casos extremos, a secção cirúrgica dos nervos sensoriais na raiz dorsal. A acupuntura também pode ser eficaz, embora a razão fisiológica para a sua eficácia ainda não esteja clara. A teoria mais aceita de como a acupuntura funciona propõe que as agulhas da acupuntura colocadas adequadamente induzem a liberação de endorfinas pelo cérebro.

349

FOCO CLINICO

ANALGÉSICOS NATURAIS Muitos fármacos que usamos hoje em dia para aliviar a dor são derivados de moléculas de plantas ou de animais. Um dos mais novos inibidores naturais da dor (ana lgésicos) é o ziconotide, um composto sintético relacionado com o veneno do caracol do Pacífico Sul utilizado para matar peixes. Este fármaco funciona bloqueando os canais de cálcio nos neurônios nociceptores. O ziconotide, aprovado em 2004 para o tratamento da dor crônica grave, é muito tóxico. Para minimizar os seus efeitos colaterais sistêmicos, ele deve ser injetado diretamente no líquido cerebrospina l ao redor da medula espinal (via intratecal). O ziconotide alivia a dor, mas também pode causar alucinações e outros sintomas psiquiátricos; por este motivo, ele é o últ imo tratamento a ser utilizado. Outros fármacos inibidores da dor de origem biológ ica incluem o ácido acetil sa licílico, derivado da casca do sa lgueiro (árvore do gênero Salix), e os opiáceos, como a morfina e a codeína, que são proven ientes da papoula, Papaver somniferum. Estes fármacos têm sido utilizados na medicina ocidental e chinesa por séculos, e hoje você pode comprar casca de salgueiro como um fitoterápico.

R VISANDO CONCEITOS 7. Qual é a vantagem adaptativa de um reflexo espinal? 8. Coloque em ordem de velocidade da transmissão do sinal os seguintes tipos de fibras, desde as mais rápidas até as mais lentas: (a) diâmetro pequeno, fibra mielinizada; (b) diâmetro grande, fibra mielinizada; (c) diâmetro pequeno, fibra desmielinizada. 9. Seu olfato usa receptores fásicos. Que outros receptores (sensoriais) se adaptam a um estímulo contínuo? Respostas: p. 383

QUIMIORRECEPÇÃO: OLFATO E PALADAR Os cinco sentidos especiais - olfato, paladar, audição, equilíbrio e visão - estão concentrados na região da cabeça. Do mesmo modo que os sentidos somáticos, os sentidos especiais contam com receptores para transformar a informação do ambiente em padrões de potenciais de ação que podem ser interpretados pelo cérebro. O olfato e o paladar são formas de quimiorrecepção, um dos sentidos mais antigos na perspectiva evolutiva. Bactérias unicelulares utilizam aquimiorrecepção para "sentir" o seu meio externo, e animais primitivos sem sistema nervoso organizado usam a quimiorrecepção para localizar alimento e se reproduzir. Tem sido proposto que a quimiorrecepção evoluiu, originando a comunicação sináptica química dos animais.

O olfato é um dos sentidos mais antigos Imagine andar pela manhã e descobrir um novo mundo ao seu redor, um mundo cheio de odores que você nunca sonhou que existissem - odores que dizem mais sobre o am-

biente que o rodeia do que você já imaginou olhando para ele. Isto foi exatamente o que ocorreu a um jovem paciente do Dr. Oliver Sacks (história narrada no livro O Homem que

con{Undiu sua mulher com um chapéu e outros casos clínicos). Ou então, imagine que você está andando de skate sem capacete em uma calçada e cai, batendo a cabeça. Quando retorna à consciência, o mundo não tem mais odor: você não sente cheiro da grama, nem de perfume ou do lixo. Até o seu alimento perdeu muito do gosto, e agora você só come para sobreviver porque não tem prazer em comer. Não consideramos o papel essencial do olfato nas nossas vidas até que uma lesão ou mesmo um resfriado afete a nossa capacidade olfatória. A olfação (olfacere, cheirar) permite que discriminemos milhares de diferentes odores. Ainda assim, nosso olfato não é tão sensível a estes odores como o de muitos animais que precisam do olfato para a sua sobrevivência. O bulbo olfatório, a extensão do prosencéfalo que recebe estímulos de neurônios olfatórios primários, é muito mais desenvolvido nos vertebrados cuja sobrevivência está mais intimamente relacionada com o monitoramento químico do seu ambiente (Fig. 10-14 e ). O sistema olfatório humano consiste em neurônios olfatórios primários (células receptoras olfatórias) cujos axônios formam o nervo olfatório (nervo craniano I [ $ p. 310]). O nervo olfatório faz sinapse com neurônios sensoriais secundários localizados no bulbo olfatório, que então processam a informação de entrada (Fig. 10-14b). Neurônios de segunda e de terceira ordem se projetam do bulbo olfatório pelo trato olfatório para o córtex olfatório (Fig. 10-15 e ). O trato olfatório, ao contrário da maioria das outras vias sensoriais, não passa pelo tálamo.

10

350

Dee Unglaub Silverthorn

O SISTEMA OLFATÓRIO

Bulbo o lfatório

Trato olfatório

Bulbo olfatório

(a) O epitélio olfatório localiza-se na parte superior da cavidade nasal e suas células olfatórias se projetam para o bulbo olfatório.

Osso

• ' Os axônios das células receptoras olfatórias --'~~~~~=t=*l. (nervo craniano 1) levam informações para o bulbo olfatório

Epitélio olfatório

Neurônios sensoriais secundários Neurônios sensoriais primários (células olfatórias)

(b) As células olfatórias fazem sinapse com os neurônios sensoriais secundários no bulbo olfatório.

Lâmina própria - --

A camada de células ---H basais inclui células-tronco que substit uem as células receptoras olfatórias Célula receptora ---:-4-+-..::lJ4---f-~~~--''-.1 em desenvolvimento Célula olfatória - f-\-_.;..:::.\--e (neurônio sensorial)

Célula de sustentação - -

Cílios olfatórios --.... (dendrites) contêm receptores de odor Camada mucosa as moléculas odorantes devem dissolver-se nesta camada

e

FIGURA 10-14

~~=-­

{e) As células olfatórias do epitélio olfatório vivem somente cerca de dois meses. Elas são substit uídas por novas células cujos axônios devem encontrar seu caminho até o bulbo olfatório.

QUESTÃO

DA FIGURA

Múltiplos neurônios primários no epitélio fazem sinapse com um neurônio secundário no bulbo olfatório. Este padrão é um exemplo de qual princípio?

351

Fisiologia Humana

Este arranjo parece muito simples, mas ocorre um processamento complexo no bulbo olfatório antes que os sinais passem para o córtex. Algumas vias modulatórias descendentes provenientes do córtex terminam no bulbo olfatório, e existem conexões modulatórias recíprocas dentro e entre os dois bulbos olfatórios. Adicionalmente, as vias olfatórias levam informações para a amígdala (corpo amigdaloide) e o hipocampo, partes do sistema límbico que estão envolvidas ,, . com a emoçao e a memoria. Um aspecto surpreendente do olfato é a sua ligação com o paladar, a memória e a emoção. Um perfume especial ou o aroma de um alimento pode desencadear memórias e cria uma onda de nostalgia em relação ao tempo, espaço ou pessoa com quem o aroma está associado. De algum modo que não entendemos, o processamento dos odores no sistema límbico cria memórias olfatórias profundamente escondidas. Combinações particulares de receptores olfatórios são associadas a outros padrões de experiência sensorial, de modo que, quando uma via é estimulada, todas são. Em roedores, uma estrutura olfatória acessória encontrada na cavidade nasal, o órgão vomeronasal, é conhecida por estar envolvida em respostas comportamentais a feromônios sexuais [ ~ p. 219]. Estudos anatômicos nos seres humanos não têm mostrado evidências claras a favor ou contra a existência de um órgão vomeronasal funcional, mas experimentos com compostos que se acredita atuarem como feromônios humanos sugerem que os humanos se comuni. . . , . cam via s1na1s qu1rmcos. As células receptoras olfatórias nos humanos estão concentradas em cerca de 3 cm2 do epitélio olfatório localizado na parte superior da cavidade nasal (Fig. 10-14a). As células receptoras olfatórias são neurônios cujos processos se estendem a partir de um lado do corpo celular para formar dendritos sobre a superfície do epitélio olfatório, e do outro lado se estendem em direção ao bulbo olfatório, localizado na parte inferior do lobo frontal. As células receptoras olfatórias, diferente de outros neurônios, têm uma vida curta, sendo substituídas aproximadamente a cada dois meses (Fig. 10-14c). As células-tronco da camada basal do epitélio olfatório se dividem continuamente para criar novos neurônios. O axônio de cada novo neurônio deve encontrar o seu caminho até o bulbo olfatório e fazer as conexões sinápticas adequadas. Os cientistas estão estudando como esses neurônios conseguem repetir toda vez a mesma conexão para aprofundar nosso conhecimento de como os neurônios em desenvolvimento acham seus alvos. A superfície do epitélio olfatório é composta dos terminais protuberantes das células receptoras olfatórias, onde de cada botão emergem vários cílios imóveis (Fig. 10-14c). Os cílios estão embebidos em uma camada de muco, e as moléculas odorantes devem inicialmente dissolver-se e penetrar esta camada antes que possam ligar-se a uma proteína receptora de odorante. Cada receptor de odorante é sensível a várias substâncias. Receptores de odorantes são proteínas receptoras acopladas a proteínas G - AMPc [ ~ p. 186]. Genes dos receptores de odorantes formam a maior família de genes nos vertebrados (cerca de 1.000 genes, ou 3 a So/o do genoma), mas somente cerca de 400 proteínas receptoras de odorantes

1 Córtex cerebral ' Sistema límbico Bulbo olfatório

Nervo craniano 1

10

•

FIGURA 10-15

Vias olfatórias.

são expressas nos humanos. A combinação de uma molécula odorante com seu receptor adorante ativa uma proteína G especial, a G01f, que, por sua vez, aumenta o AMPc intracelular. O aumento na concentração do AMPc abre canais de cátion controlados por AMPc despolarizando a célula e desencadeando um sinal que percorre o axônio da célula receptora olfatória até o bulbo olfatório. O que ocorre em nível celular e molecular que nos permite discriminar milhares de odores diferentes? Pesquisas atuais sugerem que cada célula receptora olfatória individual contém um único tipo de receptor odorante. Os axônios das células com os mesmos receptores convergem para poucos neurônios secundários no bulbo olfatório, os quais podem modificar a informação antes de enviá-la para o córtex olfatório. O cérebro usa informações provenientes de centenas de células receptoras olfatórias em diferentes combinações para criar a percepção de muitos odores diferentes, exatamente como as combinações de letras criam palavras diferentes. Este é outro exemplo de código de população no sistema nervoso (p. 340). R VISANDO CONCEITOS 1O. Crie um mapa ou esquema da via olfatória, iniciando na célula receptora olfatória e indo até o córtex olfatório . 11. Crie um mapa ou esquema que inicie com uma molécula do meio externo se ligando com o seu receptor odorante no nariz e term ine com a liberação do neurotransmissor pelo neurõnio olf atório primário. 12. Em que parte da célu la olfatória estão os dendrites? 13. Um neurõn io olfatório é pseudounipolar, bipolar ou mu ltipolar? (Dica: ver Fig. 8-3, p. 251) Respostas: p. 383

352

Dee Unglaub Silverthorn

Doce

(a) O botões gustatórios estão localizados na superfície dorsal da língua.

Umami Amargo Salgado ou ácido

. - - - - Junção de oclusão

j

Célula de sustentação

Célula ré-sináptic

Poro gustatório

l

~~C:~~~-

Células receptoras

Neurônio gustatório . , . pnmano

(b) Micrografia óptica de um botão gustatório. Cada botão gustatório é composto por células gustatórias e células de suporte unidas perto da superfície apical por junções de oclusão.

....=:::::::::::=:S::

(e) Ligantes gustatórios geram sinais de Ca2 + que liberam serotonina ou ATP.

• FIGURA 10-16 Os botões gustatórios são compostos de células gustatórias e células de sustentação. Parte (e) adaptada de Tomchik et. ai., Neuroscience 27(40): 10840-10848, 2007. O paladar é uma combinação de cinco sensações básicas O nosso sentido da gustação (paladar) está intimamente relacionado com o olfato. Na realidade, muito do que chamamos de gosto do alimento é na verdade o aroma, como você pode perceber quando tem um resfriado muito forte. Embora o cheiro seja detectado por centenas de tipos de receptores, acredita-se atualmente que o gosto é uma combinação de cinco sensações: doce, amargo (ácido), salgado, amargo e umami, um gosto associado com o aminoácido glutamato e alguns nucleotídeos. O umami, um nome derivado da palavra japonesa "delicioso", é um gosto básico que aumenta o sabor dos alimentos. Por esta razão, o glutamato monossódico (MSG) é utilizado como um aditivo alimentar em alguns países. Cada uma das cinco sensações gustatórias reconhecidas atualmente está associada com uma função essencial do corpo. O gosto azedo (ácido) é desencadeado pela presença de

H+ e o salgado pela presença de Na+, dois íons cujas concentrações nos líquidos corporais são rigidamente reguladas. As outras três sensações gustatórias resultam de moléculas orgânicas. Os sabores doce e umami estão associados com alimentos nutritivos. O sabor amargo é reconhecido pelo corpo como um aviso da possível presença de componentes ,, tóxicos. E por isto que para alguns sabores amargos a nossa primeira reação muitas vezes é cuspir. Os receptores gustatórios estão localizados primariamente nos botões gustatórios agrupados na superfície da língua (Fig. 10-16e ). Um botão gustatório é composto por 50 a 150 células receptoras gustatórias, junto com células de sustentação e células basais regenerativas. Os receptores gustatórios também estão espalhados em outras regiões da cavidade oral, como o palato. Cada célula receptora gustatória é uma célula epitelial polarizada não neural [ ~ p. 155] inserida no epitélio de

Fisiologia Humana

modo que apenas uma pequena ponta protrui na cavidade oral através de um poro gustatório. Em um dado botão gustatório, junções de oclusão unem as extremidades apicais das células adjacentes, limitando o movimento de moléculas entre as células. A membrana apical da célula gustatória possui microvilosidades, para aumentar a área de superfície em contato com o meio externo (Fig. 10-16c). Para que uma substância seja degustada ela deve primeiro se dissolver na saliva e no muco da boca. Os ligantes gustatórios dissolvidos interagem com uma proteína localizada na membrana apical (receptor ou canal) da célula gustatória (Fig. 10-16c). Embora os detalhes da transdução de sinal para cada uma das cinco sensações gustatórias ainda sejam controversos, a interação de um ligante gustatório com uma proteína de membrana inicia uma cascata de transdução de sinal que termina com uma série de potenciais de ação no neurônio sensorial primário. Os mecanismos de transdução da gustação são um bom exemplo de como nossos modelos de função fisiológica devem periodicamente ser revisados à medida que novos dados de pesquisas são publicados. Por muitos anos, a visão amplamente aceita da transdução gustatória era de que uma célula gustatória individual poderia detectar mais de um gosto, sendo que as células diferiam em sua sensibilidade. Entretanto, pesquisas sobre a gustação usando técnicas de biologia molecular e camundongos knockout [~ p. 292] sugerem atualmente que cada célula gustatória é sensível a apenas um único gosto. No modelo antigo, todas as células gustatórias formavam sinapses com os neurônios sensoriais primários chamados de neurônios gustatórios. Agora sabe-se que há dois tipos diferentes de células gustatórias, e que apenas as células gustatórias para o gosto salgado e o azedo (células pré-sinápticas ou do tipo III) fazem sinapse com os neurônios gustatórios. As células gustatórias pré-sinápticas liberam o neurotransmissor serotonina por exocitose. As células gustatórias para as sensações gustatórias doce, amargo e umami (células receptoras ou do tipo II) não formam sinapses tradicionais. Em vez disso, elas liberam ATP através de canais semelhantes a junções comunicantes, e o ATP atua tanto nos neurônios sensoriais como nas células pré-sinápticas vizinhas. Esta comunicação entre células gustatórias vizinhas gera interações complexas.

A transdução gustatória usa receptores e canais Os detalhes da transdução de sinal nas células gustatórias, que parecia ser relativamente simples, são também mais complexas do que os cientistas pensaram inicialmente (Fig. 10-17 e ). As células gustatórias do tipo II para o gosto amargo, o doce e o umami expressam diferentes receptores acoplados a proteínas G, incluindo cerca de 30 variantes dos receptores para o amargo. Nas células gustatórias do tipo II, as proteínas receptoras são associadas com uma proteína G especial denominada gustducina. A gustducina parece ativar várias vias de transdução de sinal. Algumas vias liberam Ca2+ dos estoques intracelulares, ao passo que outras abrem canais de cátion e permitem que o Ca2+ entre na célula. Os sinais de cálcio então iniciam a liberação de ATP da célula gustatória do tipo II.

353

Em comparação, os mecanismos da transdução do gosto azedo e do salgado parecem ser mediados por canais iônicos, em vez de por receptores acoplados a proteínas G. No modelo atual para o gosto salgado, o Na+ entra na célula pré-sináptica por um canal apical e despolariza a célula gustatória, resultando em exocitose do neurotransmissor serotonina. A serotonina, por sua vez, excita o neurônio gustatório primário. Os mecanismos de transdução para o gosto azedo são mais controversos, complicado pelo fato de que o aumento do H+, o sinal do gosto azedo, também altera o pH. Há evidências de que o H+ atua nos canais iônicos de ambos os lados da membrana, extracelular e intracelular, e os mecanismos de transdução permanecem incertos. Por fim, a despolarização da célula pré-sináptica mediada pelo H+ resulta na liberação de serotonina, como descrito anteriormente para o gosto salgado. Neurotransmissores (ATP e serotonina) liberados de células gustatórias ativam neurônios gustatórios primários cujos axônios seguem pelos nervos cranianos VII, IX e X para o bulbo, onde fazem sinapse. A informação sensorial então passa através do tálamo para o córtex gustatório (ver Fig. 10-4). O processamento central da informação sensorial compara os sinais de entrada provenientes de múltiplas células gustatórias e interpreta a sensação gustatória com base nas populações de neurônios que respondem mais fortemente. Os sinais provenientes dos neurônios sensoriais também iniciam respostas comportamentais, como o comportamento alimentar, e respostas antecipatórias [p. 204], que ativam o sistema digestório. Um aspecto fisiológico interessante do paladar é o fenômeno denominado fome específica. Seres humanos e outros animais que têm falta de um nutriente específico podem desenvolver desejo por tal substância. O apetite por sal, que representa a falta de Na+ no corpo, tem sido reconhecido há anos. Caçadores têm usado o conhecimento sobre essa fome específica para usar cochos de sal, porque eles sabem que os animais irão procurá-los. O apetite por sal está diretamente relacionado com a concentração de Na2 + no corpo, e não pode ser atenuado pela ingestão de outros cátions, como Ca2 + ou K+. Outros apetites, como o desejo por chocolate, são mais difíceis de serem relacionados com a necessidade de nutrientes específicos, e provavelmente refletem misturas complexas de influências físicas, psicológicas, ambientais e culturais. R VISANDO CONCEITOS Com qual nutriente essencial a sensação do gosto umami é associada? 15. Faça um mapa ou desenhe a via neural desde uma célula gustatória pré-sináptica até o córtex gustatório. Respostas: p. 383

A ORELHA: AUDIÇÃO A orelha é um órgão sensorial especializado em duas funções distintas: audição e equilíbrio. Ela pode ser dividida em orelha externa, média e interna, com os elementos neurológicos alojados nas estruturas da orelha interna e protegidos por elas. O complexo vestibular da orelha interna é o sensor primário do equilíbrio. O restante da orelha é utilizado para a audição.

10

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Dee Unglaub Silverthorn

<)-:

Ligante doce, amargo ou umami

Gustducina ~

o

1"-'/1---GPCR

Salgado

Azedo

@)

@

/o

o

e

Várias vias intracelulares são ativadas.

Transdução de sinal A célula despolariza

Ca2+

ca2+ n

º

O i!ca~

?•

Ca2+

?•

~ilca2+ E)

ilca

2+

?•

Os 1igantes ativam a célula gustatória.

•• •.•• ,,

\_

Os sinais de Ca2 + no citoplasma desencadeiam a exocitose ou a formação deATP

• • ••• •• O neurotransmissor ou o ATP é liberado.

~--~Neurôni~s ~~statório_s_ _"" pnmanos

O neurônio sensorial primário dispara e os potenciais de ação são enviados para o encéfalo.

•

FIGURA 10-17 Resumo da transdução gustatória. Cada célu la g ustatória detecta apenas um tipo de ligante. As células receptoras com receptores acoplados à proteína G ligam-se a ligantes amargo, doce e umami e liberam ATP como molécula sinalizadora. Ligantes iônicos para o salgado e o azedo entram através de canais iôn icos. Os íons Na+ do gosto salgado entram na célula pré-sináptica através de canais iônicos e desencadeiam a liberação de serotonina. Não está claro se o H+ do gosto azedo atua intra ou extracelularmente.

A orelha externa consiste na orelha (aurícula ou pina) e no meato acústico externo (canal auditivo) (Fig. 10-18e ). A orelha é um outro exemplo de uma estrutura acessória importante para um sistema sensorial, e ela varia em forma e localização de espécie para espécie, dependendo das necessidades para a sobrevivência do animal. O meato acústico externo é fechado na sua extremidade interna por uma membrana fina denominada membrana timpânica, ou ,, tímpano. A membrana timpânica separa a orelha externa da orelha média, uma cavidade cheia de ar que se conecta com a faringe por meio da tuba auditiva. A tuba auditiva normalmente é colapsada, selando a orelha média, mas se abre temporariamente para permitir que a pressão da ore-

lha média se equilibre com a pressão atmosférica durante a mastigação, o bocejo e a deglutição. Os resfriados ou outras infecções que causam inchaço (edema) podem bloquear a tuba auditiva e resultar no acúmulo de líquido na orelha média. Se bactérias forem capturadas no líquido da orelha média ocorrerá uma infecção conhecida como otite média (oto-, orelha+ -i tis, inflamação). Três ossos pequenos da orelha média conduzem o som do meio externo para a orelha interna: martelo, bigorna e estribo. Os três ossos estão conectados uns aos outros por estruturas semelhantes a dobradiças. Uma das extremidades do martelo é fixada à membrana timpânica, e a base do estribo se prende a uma fina membrana que separa a orelha média da orelha interna.

Fisiologia Humana

CONCEITOS EMERGENTES

MUDANDO O GOSTO Os receptores para o doce respondem aos açucares, e os receptores umami respondem ao glutamato, abrangendo dois dos três principais grupos de biomoléculas de nutrientes. Porém, o que dizer sobre as gorduras? Durante anos, os fisiologistas pensaram que era a textura das gorduras que as tornava atraentes, mas hoje parece que a língua pode ter receptores para ácidos graxos de cadeia longa, como o ácido oleico [ $ p.28]. As pesquisas usando roedores identif icaram um receptor de membrana chamado de CD36 que reveste os poros gustatórios e liga-se aos li pídeos. A ativação do receptor ajuda a desencadear os refl exos antecipatórios digestórios que preparam o sistema digestório para uma refeição. Não há evidências atuais de um receptor similar em humanos, mas "oleoso" pode se revelar uma sexta sensação gustatória. E o que você diria da ideia de ter botões gustatórios no seu intestino? Os cientistas mostraram por anos que o estômago e o intestino têm a capacidade de identificar a composição de uma refeição e secretar hormôn ios e enzimas apropriados. Agora, parece que a quimiorrecepção intestinal é mediada pelos mesmos receptores e mecanismos de transdução de sinal usados pelos botões gustatórios na língua. Estudos têm mostrado proteínas receptoras T1 R para o gosto doce e o umami, bem como a proteína G gustducina, em várias células do intestino de roedores e de humanos.

A orelha interna consiste em duas estruturas sensoriais principais. O vestfbulo com seus canais semidrculares é o transdutor sensorial para o nosso sentido do equilíbrio, descrito a seguir. A cóclea da orelha interna contém os receptores sensoriais para a audição. Na vista externa, a cóclea é um tubo membranoso que se enrola como uma concha de caracol dentro de uma cavidade óssea. Dois discos membranosos, a janela oval ou janela do vestíbulo (à qual o estribo se fixa) e a janela redonda (janela da cóclea), separam o líquido que preenche a cóclea do ar que preenche a orelha média. Ramos do nervo craniano VIII, o nervo vestibulococlear, vão da orelha interna para o encéfalo.

A audição é a nossa percepção do som A audição é a nossa percepção da energia carregada por ondas sonoras, que são ondas de pressão com picos de ar comprimido alternados com vales, nos quais as moléculas de ar estão mais afastadas (baixa pressão) (Fig. 10-19ae ). A questão clássica sobre a audição é "se uma árvore cai na floresta sem ninguém ouvir, ela faz um ruído?" A resposta fisiológica é não. A queda da árvore emitirá ondas sonoras, mas não existe ruído a menos que alguém ou alguma coisa esteja presente para processar e perceber a energia da onda como um som.

355

O som é a interpretação do cérebro da frequência, da amplitude e da duração das ondas sonoras que chegam até as nossas orelhas. Nosso cérebro traduz a frequência das ondas sonoras (o número de picos das ondas que passam em um determinado ponto a cada segundo) no tom de um som. Ondas de baixa frequência são percebidas como sons baixos ou graves, como o rufar de um tambor distante. Ondas de alta frequência criam sons altos ou agudos, como o som de uma unha arranhando um quadro negro. A frequência da onda sonora (Fig.10-19b) é medida em ondas por segundo, ou Hertz (Hz). A audição humana média pode ouvir sons em uma frequência entre 20 e 20.000 Hz, sendo mais acurada entre 1.000 e 3.000 Hz. Nossa audição não é tão acurada como a de outros animais, do mesmo modo como o nosso olfato também não é. Morcegos escutam ondas sonoras em frequência ultra alta (na faixa de quilohertz), que refletem nos objetos no escuro. Os elefantes e algumas aves podem escutar sons na faixa do infrassom (frequência muito baixa). A altura do som é a nossa interpretação da intensidade do som e é influenciada pela sensibilidade auditiva de cada pessoa. A intensidade de uma onda sonora é uma função da amplitude da onda (Fig.10-19b). A intensidade é mensurada em uma escala logarítmica em unidades conhecidas como decibéis (dB). Cada 10 dB de aumento representa um aumento de 10 vezes na intensidade do som. Uma conversação normal tem um nível de ruído típico de cerca de 60 dB. Sons de 80 dB ou mais podem causar danos nos receptores sensoriais da orelha, resultando em perda auditiva. Um típico concerto de rock heavy metal tem um nível de ruído de cerca de 120 dB, uma intensidade que coloca os ouvintes em perigo imediato de dano à sua audição. A extensão do dano depende da duração e da frequência do ruído, bem como da sua intensidade. R VISANDO CONCEITOS 16. O que é um quilohertz?

Resposta: p. 383

A transdução do som é um processo com múltiplas etapas A audição é um sentido complexo que envolve múltiplas transduções. A energia proveniente das ondas sonoras no ar primeiro toma-se © uma vibração mecânica, depois ® ondas líquidas na cóclea. As ondas líquidas abrem canais iônicos nas células pilosas (ciliadas), os receptores sensoriais da audicão. O fluxo iônico para as células pilosas gera sinais elétricos @, que liberam um neurotransmissor (sinal químico) ©, o qual, por sua vez, dispara ® potenciais de ação nos neurônios auditivos primários. Estas etapas da transdução do som são mostradas na Figura 10-20 e. As ondas sonoras que chegam à orelha externa são direcionadas para dentro do meato acústico externo até que cheguem à membrana timpânica, onde provocam vibrações da membrana (primeira transdução). As vibrações da membrana timpânica são transferidas para o martelo, a bigorna e o estribo, nesta ordem. O arranjo dos três ossos da orelha média conectados cria uma "alavanca" que multiplica a força da vibração (amplificação), de modo que muito pou-

10

356

Dee Unglaub Silverthorn

A ORELHA 1

ORELHA EXTERNA

A orelha (pina) d ireciona as ondas sonoras para dentro do meato.

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ORELHA INTERNA

1

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A janela oval e a janela redonda separam a orelha interna preenchida com líquido da orelha média que contém ar.

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\

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Martelo

\ \

\

Canais Janela oval semicirculares Ganela do vestíbulo)

Bigorna

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Nervos

\

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\ \ \ \

~

Cóclea \ , Vestíbulo Meato acústico externo

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•

,, _.. o .

Membrana timpânica

Janela redonda Ganela da cóclea) Veia jugular interna

e

~Para a faringe Tuba auditiva

FIGURA 10-18

ca energia sonora é perdida devido ao atrito. Se os níveis do ruído são tão altos que podem causar danos à orelha interna, pequenos músculos da orelha média podem puxar os ossos para diminuir seus movimentos, diminuindo, assim, a transmissão sonora em algum grau. Quando o estribo vibra, ele puxa e empurra a fina membrana da janela oval (do vestíbulo) à qual está conectado. As vibrações na janela oval criam ondas nos canais cheios de líquido da cóclea (segunda transdução). Conforme as ondas se movem através da cóclea, elas empurram as membranas flexíveis do dueto coclear e inclinam as células pilosas (ciliadas) sensoriais dentro do dueto, a energia da onda se dissipa de volta para o ar da orelha média na janela redonda. O movimento do dueto coclear abre ou fecha canais iônicos na membrana das células pilosas (ciliadas), gerando sinais elétricos (terceira transdução). Esses sinais elétricos alteram a liberação do neurotransmissor (quarta transdução). A ligação do neurotransmissor aos neurônios sensoriais au-

ditivos inicia potenciais de ação (quinta transdução), que enviam informação codificada sobre o som por meio do nervo coclear, ramo coclear do nervo vestibulococlear (nervo craniano VIII), para o encéfalo.

A cóclea é preenchida por líquido A transdução da onda de energia em potenciais de ação ocorre na cóclea da orelha interna. Desenrolada, a cóclea pode ser vista como três canais paralelos cheios de líquido: (1) a rampa do vestíbulo, ou scala vestibuli (scala, escada; vestibulum, entrada); (2) o dueto coclear (rampa média) no centro, ou scala media; e (3) a rampa do tímpano, ou scala tympani (Fig. 10-21• ). As rampas do tímpano e do vestíbulo são contínuas uma com a outra e se conectam na ponta da cóclea por meio de uma pequena abertura conhecida como helicotrema (helix, espiral + trema, orifício). O dueto coclear é um tubo com extremidade cega, mas que se conecta ao vestíbulo por meio de uma pequena abertura.

Fisiologia Humana

1

357

Comprimento .,, de onda •·\~ :-• .• .,_.

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Anant relata para o otorrinolaringologista que nunca sabe quando suas crises de vertigem ocorrerão e que elas duram de dez minutos a uma hora. Elas frequentemente causam vômitos. Ele também relata que tem um zumbido persistente em uma orelha e que não consegue escutar tons baixos tão bem quanto antes das crises terem começado. O zumbido (tinitus) frequentemente f ica pior durante as crises de vertigem.

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Diapasão

Questão2: O zumbido subjetivo ocorre quando alguma anormalidade acontece ao longo da via anatômica da audição e faz com que o cérebro perceba um som que não existe fora do sistema auditivo. Iniciando pelo canal auditivo (meato acústico externo), dê o nome de todas as estruturas auditivas nas quais podem surgir problemas.

(a) As ondas sonoras alternam picos de ar comprimido e vales onde o ar é menos comprimido.

(1)

/ 1 Comprimento

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de onda

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Intensidade (dB)

Amplitude (dB)

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1

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0,25

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(b) As ondas sonoras são distinguidas por sua amplitude, medida em decibéis (dB) e por sua frequência, medida em hertz (Hz).

QUESTÕES DO GRÁFICO • Quais são as frequências das ondas sonoras nos gráficos (1) e (2) em Hz (ondas/segundo)? • Qual conjunto de ondas sonoras poderia ser interpretado como tendo tom mais baixo?

•

FIGURA 10-19

Ondas sonoras.

O líquido das rampas do tímpano e do vestíbulo tem composição iônica similar à do plasma, sendo conhecido como perilinfa. O dueto coclear é preenchido com endolinfa secretada pelas células epiteliais do dueto. A endolinfa é incomum porque é mais parecida com o líquido intracelular do que com o líquido extracelular na sua composição, com altas concentrações de K+ e baixas concentrações de Na+. O dueto coclear contém o órgão espiral (de Corti), composto de células receptoras ciliadas (pilosas) e células

de sustentação. O órgão espiral está disposto sobre amembrana basilar, e é parcialmente coberto pela membrana tectória [tectorium, cobertura], ambos tecidos flexíveis que se movem em resposta a ondas de líquido que passam pela rampa do vestíbulo (Fig. 10-21). Conforme as ondas percorrem a cóclea, elas movem as membranas basilar e tectória, criando oscilações para cima e para baixo que inclinam as células ciliadas. As células ciliadas, como as células gustatórias, são células receptoras não neurais. A superfície apical de cada célula ciliada é modificada formando 50 a 100 cílios rígidos conhecidos como estereocílios, arranjados em tamanhos crescentes (Fig. 10-22ae ). O cílio mais longo de cada célula ciliada, denominado cinocílio (kinein, mover), está inserido na membrana tectória. Se a membrana se move, o cinocílio inserido também se move. Este movimento é transmitido para os estereocílios da célula ciliada.* Quando as células ciliadas se movem em resposta às ondas sonoras, seus estereocílios se inclinam, primeiro em uma direção depois na outra. Os estereocílios são ligados uns aos outros por pontes proteicas chamadas de ligações nas pontas. Estas pontes atuam como pequenas molas e são conectadas a portões que abrem e fecham canais iônicos na membrana dos cílios. Quando as células ciliadas e os cílios estão em uma posição neutra, cerca de lOo/o dos canais iônicos estão abertos, e existe um baixo nível de liberação tônica do neurotransmissor no neurônio sensorial . ,. . pnmar10. Quando as ondas provocam uma deflexão na membrana tectória, de modo que os cílios se inclinam em direção aos membros mais altos de um feixe, as ligações nas pontas * N. de T. Os histologistas preferem chamar as células ciliadas de células pilosas, uma vez que os estereocílios não apresentam características de cílios verdadeiros, e são na verdade microvilos especiais.

358

Dee Unglaub Silverthorn

e

As onda~ sonoras chegam a membrana timpânica e tornam-se vibração.

A energ~a da onda sonora e transferida para os três ossos da orelha média, os quais vibram.

eo

estribo está conectado à membrana da janela oval. As vibrações da janela oval geram ondas de líquido dentro da cóclea. Nervo coclear

Meato acústico externo (Canal auditivo)

Bigorna Martelo

Estribo

Janela oval (do vestíbulo)

~~----+-;,e___ _

Rampa do vestíbulo (perilinfa)

..----4-----

Dueto coclear (endolinfa)

..._..,f'---r-- - -

Rampa do tímpano (peril infa)

t ~. (li.

"' Membrana timpânica

Janela redonda Oanela da cóclea)

O O neurotransmissor

As ondas de líquido empurram as membranas flexíveis do dueto coclear. As células ci liadas se inclinam e os canais iônicos abrem, gerando um sinal elétrico que altera a liberação do neurotransmissor.

•

O A energia das ondas

é liberado nos neurônios sensoriais e gera potencias de ação que vão pelo nervo coclear para o encéfalo.

é transferida através do dueto coclear para a rampa do t ímpano e se dissipa de volta para a orelha média na janela redonda.

FIGURA 10-20 A transmissão sonora através da orelha.

abrem um maior número de canais iônicos, e entram cátions (primariamente K+ e Ca2+) na célula, que então despolariza (Fig. 10-22b). Canais controlados por voltagem de Ca2 + se abrem, a liberação de neurotransmissores aumenta, e os neurônios sensoriais aumentam sua frequência de disparo. Quando a membrana tectória empurra os cílios para longe dos membros mais altos, as ligacões elásticas relaxam e todos os canais iônicos se fecham. O influxo de cátions diminui, a membrana hiperpolariza, e menos neurotransmissor é liberado, diminuindo os potenciais de ação do neurônio sensorial (Fig. 10-22c). O padrão de vibração das ondas que chega à orelha interna é então convertido em um padrão de potenciais de ação que vão para o SNC. Como as vibrações da membrana tectória refletem a frequência da onda sonora que chega, as células ciliadas e os neurônios sensoriais devem ser capazes de responder a sons com cerca de 20.000 ondas por segundo, a mais alta frequência audível pelo ser humano.

REVISANDO CONCEITOS Normalment e quando canais de cátions abrem, Na+ou Ca 2+ entram na célula. Por que é o K+ e não o Na+ que entra na célula ciliada quando os canais de cátions se abrem? Respostas: p. 383

Os sons são processados primeiro na cóclea O sistema auditivo processa as ondas sonoras de modo que elas possam ser discriminadas quanto à localização, tom e altura. A localização do som é um processo complexo que requer entrada sensorial de ambas as orelhas associada a uma computação sofisticada feita pelo encéfalo (ver Fig.10-5). Em contraste, o processamento inicial do tom e da altura ocorre na cóclea de cada orelha. A codificação para o tom do som é primariamente uma função da membrana basilar. Próximo de onde se fixa, entre a janela oval e a janela redonda esta membrana é rígida e estreita, porém fica mais larga e flexível próximo da sua extremidade distal (Fig. 10-23a e ). Ondas de alta frequência,

Fisiologia Humana

A CÓCLEA

Janela oval (do vestíbulo)

Sáculo

Cóclea

Dueto coclear

Rampa do vestíbulo

359

Órgão espiral (de Corti)

l ••

.

\

Helicotrema

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I

\

I

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I

\

I

Janela redonda (da cóclea)

\

I

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I

\

I

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I

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I

Rampa do tímpano

Membrana basilar

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I

1

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10

Dueto coe 1ear----1'-'-'-+-i'--..,. .. Membrana tectória -"~-V--"'[:j:~

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O movimento da membrana tectória move os cílios das células ciliadas.

....

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/

-

.....

•

~

Membrana Rampa do basilar tímpano

'

~~:::-2-~ -~ O nervo coclear transmite potenciais de ação das células ciliadas para o córtex auditivo.*

/ ,,.Onda de líquido ' , /

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\ \ \ \

'

Dueto coclear

• Rampa do tímpano

•

--

-

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Células -----..,"'+--<--',,. pilosas (ciliadas)

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Membrana basilar

e

FIGURA 10-21

*N. de T. As células ciliadas são o início, e o córtex auditivo é o final da via da audição. Esta via envolve vários núcleos, como o núcleo coclear, o complexo olivar superior, os colículos inferiores, etc.

do nervo coclear

360

Dee Unglaub Silverthorn

{b) Excitação: quando as células ciliadas se inclinam em uma d ireção, a célula despolariza, o que aumenta a frequência de potenciais de ação no neurônio sensorial associado.

{a) Em repouso: cerca de 1O% dos canais iônicos estão abertos e um sinal tônico é enviado pelo neurônio sensorial.

{c) Inibição: se as células ciliadas se inclinam na d ireção oposta, os canais iônicos se fecham, a célula hiperpolariza e a sinalização dos neurônios sensoriais diminui.

+ Ligações ~

nas pontas Alguns canais abertos

Estereocíl io -

Célula ciliada -

Mais canais se abrem; cátion entra e despolariza a célula

1---.....

Neurônio -~ sensorial . , . pnmano

Canais fechados; menos cátions entram e a célula hiperpolariza

•

Sem pontenciais de ação

Potenciais de ação aumentam

Potenciais de ação

Potenciais de ação no neurônio sensorial primário

o mV

--. -30 -+--- - - - - - - - - - - '

Término da força

Término da força Potencial de membrana da célula ciliada

•

Excitaçao abre canais 1on1cos •

o A

o

Inibição fecha . ."" . canais 1on1cos

FIGURA 10-22 Transdução de sinal das células ciliadas. Os estereocílios

das células ciliadas têm "alçapões" que fecham canais iônicos. Estas aberturas são controladas por ligações nas pontas com pontes proteicas que conectam os cílios adjacentes. quando entram na rampa do vestíbulo, criam um deslocamento máximo da porção da membrana basilar próxima da janela oval e consequentemente não são transmitidas muito longe ao longo da cóclea. As ondas de baixa frequência percorrem toda a membrana basilar e criam seu deslocamento máximo próximo da extremidade flexível distal. Esta resposta diferencial à frequência transforma o aspecto temporal da frequência (número de ondas sonoras por segundo) em uma codificação espacial para o tom indicada pela sua localização ao longo da membrana basilar (Fig. 10-23b). Uma boa analo-

gia é o teclado de um piano, onde a localização de uma tecla indica seu tom. A codificação espacial da membrana basilar é preservada no córtex auditivo à medida que os neurônios se projetam das células ciliadas da membrana basilar até as regiões cerebrais correspondentes. A altura do som ou intensidade é codificada pela orelha da mesma maneira que a intensidade do sinal é codificada pelos receptores somáticos. Quanto mais intenso o ruído, mais frequentemente o neurônio sensorial dispara potenciais de ação.

Fisiologia Humana

Baixa frequência (tom baixo)

Alta frequência (tom alto)

Membrana basilar

Região rígida próxima à janela redonda

Região flexível próxima ao helicotrema (extremidade distal)

{a) A membrana basilar tem sensibilidade variável à frequência da onda sonora ao longo do seu comprimento. Membrana - timpânica

. .. ::.. ::: . ::: . . ;:: ...:::· . ...:::... :::: :::· ::: . . ::: . ::: ::: . ••• • • • ::: . . :::: :::. . ... ::: :::·.

•

Janela oval

Membrana basilar

Helicotrema

..

. .. • .

361

dos sinais gerados pelo som entre dois tratos ascendentes significa que cada lado do encéfalo recebe informação de ambas as orelhas. Os tratos ascendentes provenientes da ponte fazem sinapse com núcleos no mesencéfalo e no tálamo antes de se projetarem para o córtex auditivo (ver a Fig. 10-4). Vias colaterais enviam informações para a formação reticular e para o cerebelo. A localização da origem de um som é uma tarefa integrada que requer a entrada simultânea dos sinais de ambas as orelhas. Se um som não está vindo diretamente da frente da pessoa, ele não chegará ao mesmo tempo nas duas orelhas (ver Fig. 10-5). O encéfalo registra a diferença no tempo de chegada do som às orelhas e usa uma computação complexa para criar uma representação tridimensional da origem do som.

Estribo -----'

3

A perda auditiva pode resultar de lesões " . . mecan1cas ou neura1s

100 Hz

10

20

30

400Hz

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10

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Distância da janela oval (mm)

30 ---.

{b) A frequência da onda sonora determina o deslocamento da membrana basilar. A localização das células ci liadas ativas cria um código que o cérebro traduz como informação sobre o tom do som.

•

FIGURA 10-23 A codificação sensorial do tom ocorre ao longo de membrana basilar. Gráfico adaptado de G.

Von Békésy, Experiments in Hearing (McGraw-Hill: New York, 1960).

As vias auditivas se projetam para o córtex auditivo Após a cóclea transformar as ondas sonoras em sinais elétricos, os neurônios sensoriais transferem essa informação para o encéfalo. O nervo coclear (auditivo) é um ramo do nervo craniano VIII, o nervo vestibulococlear [p. 310]. Os neurônios auditivos primários se projetam da cóclea para os núcleos cocleares no bulbo (Fig. 10-24 e ). Alguns desses neurônios conduzem informações que são processadas como tempo do som, e outros conduzem informações que são processadas como qualidade do som. Do bulbo, os neurônios sensoriais secundários se projetam para dois núcleos na ponte, um ipsilateral (no mesmo lado do corpo) e um contralateral (no lado oposto). A divisão

Existem três formas de perda auditiva: a de condução, a sensório-neural e a central. Na perda auditiva de condução, o som não pode ser transmitido através da orelha externa ou da orelha média. As causas da perda de audição de condução variam desde a obstrução do meato acústico externo por cerume, ou líquido na orelha média devido a uma infecção, até doenças ou traumas que impedem a vibração do martelo, da bigorna ou do estribo. A correção da perda auditiva de condução inclui técnicas microcirúrgicas nas quais os ossos da orelha média podem ser reconstruídos . A perda auditiva central resulta de dano nas vias neurais entre a orelha e o córtex cerebral ou de danos no próprio córtex, o que poderia ocorrer no caso de um acidente vascular cerebral (derrame). Esta forma de perda auditiva é relativamente incomum. A perda auditiva sensório-neural se origina de lesões em estruturas da orelha interna, incluindo a morte das células ciliadas como resultado de exposição a ruídos altos. A perda de células ciliares em mamíferos atualmente é irreversível. Aves e vertebrados inferiores, entretanto, são capazes de gerar células ciliadas para substituir aquelas células ciliadas que morreram. Esta descoberta tem direcionado os pesquisadores a explorarem estratégias que reproduzam este processo em mamíferos, incluindo o transplante de células-tronco neurais e a terapia gênica para induzir células não sensoriais a se diferenciarem em células ciliadas. Um tratamento que substitui as células ciliadas seria um avanço importante porque a incidência de perda auditiva em pessoas jovens está aumentando devido à exposição prolongada a músicas como o rock e a ruídos ambientais. Noventa por cento da perda auditiva nos idosos - denominada presbiacusia (presbi, homem velho + akoustikos, capaz de ouvir) - é sensório-neural. Atualmente, o tratamento primário para a perda de audição sensório-neural é o uso de aparelhos de audição, mas resultados incríveis têm sido obtidos com o implante coclear acoplado a computadores minúsculos (ver quadro Biotecnologia). A audição provavelmente seja o nosso sentido social mais importante. As taxas de suicídio são mais altas em pessoas surdas do que naquelas que perderam a visão. Mais do

10

362

Dee Unglaub Silverthorn

•

Córtex auditivo direito

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FIGURA 10-24 Vias auditivas.

Córtex auditivo esquerdo

Tálamo ~ """ --'"'1~

Mesencéfalo

Cóclea esquerda

Cóclea direita Ramo coclear do nervo __, vest ibulococlear direito (VIII)

'--- Ramo coclear do nervo vestibulococlear esquerdo (VIII)

que qualquer outro sentido, a audição nos conecta com outras pessoas e com o mundo ao nosso redor. REVISANDO CONCEITOS 18. Faça um mapa ou desenhe o caminho seguido por uma onda sonora ao entrar na orelha, iniciando no ar na orelha externa e terminando no córtex auditivo.

BIOTECNOLOGIA

IMPLANTES COCLEARES Uma técn ica util izada para o tratamento da perda da audição sensório-neural é o implante coclear. Os implantes cocleares mais modernos possuem vários componentes. Externamente, são compostos por um microfone, um minúsculo processador de fala computadorizado e um transmissor encaixado atrás da orelha como um aparelho auditivo convencional. O processador de fala é um transdutor que converte o som em impulsos elétricos. O transmissor converte os impulsos elétricos do processador em ondas de rádio e envia esses sinais para um receptor e para 8 a 24 eletrodos, os quais são colocados cirurgicamente sob a pele. Os eletrodos enviam sinais elétricos direto para a cóclea e estimulam os nervos sensoriais. Após a cirurgia, os pacientes passam por um treinamento para aprender a compreender os sons que escutam. Os implantes cocleares têm tido sucesso notável para muitas pessoas com perda auditiva grave, permitindo que elas escutem ruídos altos e modu lem sua própria voz. Nos casos mais bem-sucedidos, os pacientes podem até usar o telefone. Para aprender mais sobre os implantes cocleares, visite o website do National lnstitute for Deafness and Other Communication Disorders (www.nidcd.nih.gov/hea/thlhearing).

19. Por que a informação somatossensorial é projetada apenas para um hemisfério do cérebro e a informação auditiva é projetada para ambos hemisférios? (Dica: ver Figuras 10-5 e 10-9.) 20. Um implante coclear ajudaria uma pessoa com surdez neural? E uma com perda auditiva de condução? Respostas: p. 383

A ORELHA: EQUILÍBRIO O equilíbrio é um estado de equilíbrio, quer a palavra seja utilizada para descrever as concentrações iônicas dos líquidos corporais quer a posição do nosso corpo no espaço. O sentido especial do equilíbrio tem dois componentes: um componente dinâmico, que nos fornece informações sobre nosso movimento no espaço, e um componente estático, que nos diz se a nossa cabeça está na posição vertical normal. A informação sensorial proveniente da orelha interna e dos proprioceptores presentes nas articulações e nos músculos comunica ao nosso encéfalo a localização das diferentes partes do nosso corpo, umas em relação às outras, e em relação ao meio externo. A informação visual também tem um papel importante no equilíbrio, como pode ser observado em uma sala de cinema de 360°, em que a cena se inclina repentinamente para um lado e o público se inclina com ela! O nosso sentido de equilíbrio é mediado por células pilosas ou ciliadas que revestem o vestíbulo cheio de líquido da orelha interna. Estes receptores não neurais respondem a mudanças na aceleração rotacional, vertical e horizontal e no posicionamento. A função das células ciliadas é similar à das células da cóclea, mas a gravidade e a aceleração, em vez das ondas sonoras, é que fornecem a força que move os estereocílios. Quando os cílios se inclinam, as ligações entre eles abrem e fecham canais iônicos. O movimento em uma direção causa a despolarização das células ciliadas, e com o

Fisiologia Humana

movimento na direção oposta, elas hiperpolarizam (ver Fig. 10-22). As células ciliadas vestibulares, assim como as células ciliadas cocleares, possuem um único cinocílio localizado em um lado do feixe ciliar. O cinocílio cria um ponto de referência para a direção da inclinação.

O vestíbulo dá informações sobre movimento e . ... pos1çao O vestíbulo, também chamado de labirinto membranáceo, é uma série intrincada de câmaras interconectadas cheias de líquido. (Na mitologia grega o labirinto abrigava o Minotauro). Em humanos, o vestíbulo consiste em dois órgãos otolíticos semelhantes a sacos - o sáculo e o utrículo - juntamente com três canais semicirculares que se conectam ao utrículo nas suas bases (Fig. 10-25a e ). Os órgãos otolíticos informam sobre a aceleração linear e a posição da cabeça. Os três canais semicirculares detectam a aceleração rotacional em várias direções. O vestíbulo, assim como o dueto coclear, é preenchido com endolinfa secretada pelas células epiteliais, composta de concentrações altas de K+ e baixas de Na+. Do mesmo modo que o líquido cerebrospinal, a endolinfa é secretada continuamente e drena da orelha interna para o seio venoso na dura-máter do encéfalo. Se a produção da endolinfa exceder a taxa de drenagem, o acúmulo de líquido na orelha interna pode aumentar a pressão de liquido dentro do vestíbulo. Acredita-se que o acúmulo excessivo de endolinfa contribui para a doença de Méniere, uma condição marcada por episódios de vertigem e náuseas. Se o órgão espiral (de Corti) no dueto coclear é danificado pela pressão de líquido dentro do vestíbulo, pode resultar em perda auditiva.

Os canais semicirculares detectam a aceleração rotacional Os três canais semicirculares do vestíbulo monitoram a aceleração rotacional e são orientados em ângulos retos um com o outro, como três planos que se juntam para formar um canto de uma caixa (Fig. 10-25b). O canal lateral monitora rotações que nós associamos com o giro, como um rodopio de um patinador no gelo. O canal posterior monitora rotações esquerda-direita, como a rotação que você realiza quando dá uma pirueta. O canal anterior é sensível à rotação para frente-para trás, como quando você dá uma cambalhota. Em uma extremidade de cada canal há uma câmara alargada, a ampola [garrafa], que contém uma estrutura sensorial conhecida como crista. A crista consiste em células ciliadas e uma massa gelatinosa, a cúpula [pequeno barril], que se estende da base até o topo da ampola, selando-a (Fig. 10-25c). Os cílios das células ciliadas são inseridos na cúpula. Como a rotação é detectada? Quando a sua cabeça gira, o crânio ósseo e o labirinto membranáceo se movem, entretanto o líquido dentro do labirinto não consegue acompanhar este movimento por causa da inércia. Nas ampolas, a endolinfa inclina a cúpula e suas células ciliadas na direção oposta àquela para a qual a cabeça está girando.

363

Fazendo uma analogia, pense em passar um pincel (cúpula ligada à parede de um canal semicircular) com tinta molada (a endolinfa) em um quadro. Se você puxar o pincel para a direita, a tinta fará com que as cerdas do pincel sejam inclinadas para a esquerda (Fig. 10-26 e ). Do mesmo modo, a inércia do líquido no canal semicircular puxa a cúpula e os cílios das células ciliadas para a esquerda, quando a cabeça vira para a direita. Se a rotação continua, o movimento da endolinfa finalmente a alcança. Então, se a rotação da cabeça para abruptamente, o líquido não pode parar imediatamente. O líquido continua a girar na direção da rotação da cabeça, deixando a pessoa com uma sensação girátoria. Se a sensação for suficientemente forte, a pessoa pode projetar o seu corpo na direção oposta à da rotação, em uma tentativa reflexa de compensar a aparente perda de equilíbrio.

Os órgãos otolíticos detectam a aceleração linear e a posição da cabeça Os dois órgãos otolíticos, o utrículo [pequena bolsa] e o sáculo [pequeno saco], são preparados para detectar forças lineares. Suas estruturas sensoriais, chamadas de máculas, consistem em células ciliadas, uma massa gelatinosa conhecida como membrana otolítica e partículas de proteinas e carbonato de cálcio chamadas de otólitos [oto, orelha + lithos, pedra]. Os cílios das células ciliadas são inseridos na membrana otolítica, e os otólitos se ligam à matriz de proteína na superfície da membrana (Fig. 10-25d). Se a gravidade ou aceleração faz com que os otólitos deslizem para frente ou para trás, a membrana otolítica gelatinosa desliza com eles, inclinando os cílios das células ciliadas e produzindo um sinal. A mácula do utrículo detecta a aceleração para frente ou desaceleração, bem como quando a cabeça se inclina. Por exemplo, as máculas estão horizontais quando a cabeça está na sua posição ereta normal (Fig. 10-27a e ). Se a cabeça se inclina para trás, a gravidade desloca os otólitos e as células ciliadas são ativadas (Fig. 10-27b). Em comparação, as máculas do sáculo estão orientadas verticalmente quando a cabeça está ereta, o que a torna sensível às forças verticais, como quando um elevador está descendo. O cérebro analisa o padrão das células ciliadas despolarizadas e hiperpolarizadas para calcular a posição da cabeça e a direção do movimento.

As vias do equilíbrio projetam-se primariamente para o cerebelo As células ciliadas vestibulares, assim como as da cóclea, são tonicamente ativas e liberam neurotransmissor nos neurônios sensoriais primários do nervo vestibular (um ramo do nervo craniano VIII, o nervo vestibulococlear). Estes neurônios sensoriais fazem sinapse nos núcleos vestibulares do bulbo ou vão sem fazer sinapse diretamente para o cerebelo, que é o local primário do processamento do equilíbrio (Fig. 10-28 e ). Vias colaterais vão do bulbo para o cerebelo ou sobem via formação reticular e tálamo. Existem algumas vias pouco definidas do bulbo para o córtex cerebral, entretanto, a maior parte da integração do

10

364

Dee Unglaub Silverthorn

VEST(BULO Vestíbulo

Canal posterior Canal anterior (movimento (inclinação da cabeça) da cabeça para o "sim") Esquerda • )li Direita

CANAIS SEMICIRCULARES (a) O vestíbulo da orelha interna responde a mudanças na posição do corpo no espaço. As cristas são receptores sensoriais para a aceleração rotacional. As máculas são receptores sensoriais para a aceleração linear e a posição da cabeça.

Lateral Posterior

Cóclea

Cristas dentro _ _, das ampolas

Canal lateral ,,L._~(movimento da cabeça para o "não'') ~''JS~;.:

(b) O canal posterior do vestíbulo detecta a inclinação da cabeça em direção ao ombro direito ou ao esquerdo. O canal anterior detecta a rotação da cabeça de frente para trás, como quando respondemos "sim". O canal lateral detecta a rotação da cabeça para a direita ou para a esquerda, como quando balançamos a cabeça dizendo "não".

Células ciliadas - - .

Utrículo

Q

Sáculo

Máculas

. .. . . .. ·- ...

Endolinfa - -

Membrana ....,......__ otolítica gelatinosa • •

• •

•

•

Cúpula

Células -=~tt!'l~ pilosas (ciliadas)

>~'k------::~

Células de sustentação

Otólitos são cristais -49~ que se movem em resposta a forças gravitacionais.

Fibras nervosas (e) O movimento da endolinfa empurra a cúpula gelatinosa e ativa as células ciliadas.

e

FIGURA 10-25

(d) Mácula

Fisiologia Humana

Movimento do pincel para a direita

-

Cúpula

Osso

(a) Cabeça na posição neutra

-

Endolinfa

Quadro imóvel

Cerdas inclinadas para a esquerda

Células

ciliad~

Mácula

Gravidade

_ Qílímr..__

Osso

Direção da rotação da cabeça

• •

Quando a cabeça gira para a d ireita, a endolinfa empurra a cúpula para a esquerda.

•

365

FIGURA 10-26 As forças rotacionais ativam as células cíliadas nas cristas. Quando a cabeça gira, a inércia impede que a endolinfa dentro da ampola se mova tão rapidamente quanto o crânio circundante.

(b) Ca.b eça inclinada para trás

Gravidade

equilíbrio ocorre no cerebelo. Vias descendentes a partir dos núcleos vestibulares vão até certos neurônios motores envolvidos com o movimento dos olhos. Essas vias ajudam a manter os olhos fixos em um objeto enquanto a cabeça gira. REVISANDO CONCEITOS 21. Os estereocílios das células ciliadas são banhados por endolinfa, a qual tem uma alta concentração de K+ e uma baixa concentração de Na+. Quando os canais iônicos dos estereocílios se abrem, que íons se movem em que direção para causar a despolarização? 22. Por que a audição diminui se uma infecção causa acúmulo de líquido na orelha média?

Embora muitos distúrbios vestibulares possam causar os sintomas de Anant, dois dos mais comuns são a vertigem posicional e a doença de Men ieré. Na vertigem posicional, os cristais de cálcio que geralmente estão inseridos na membrana otolít ica da mácula se deslocam e f lutuam em direção aos canais sem icircu lares. O sintoma primário da vertigem posicional são episódios breves de vertigem grave causados por uma mudança de posição, como o movimento da cabeça para baixo chamado de " cachorro olhando para baixo" em uma aula de ioga . Pessoas com vertigem posicional f requentemente relatam que apresentam vertigem quando se deitam ou quando se viram na cama .

Questão 3: Quando uma pessoa com vertigem posicional muda de posição, os cristais deslocados flutuam em direção aos canais semicirculares. Por que isso causa vertigem? Questão 4: Compare os sintomas da vertigem posicional com os da doença de Meniere. Com base nos sintomas de Anant, o que você pensa que ele tem?

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10

•

FIGURA 10-27 Os otólitos se movem em resposta à gravidade ou à aceleração.

23. Quando os dançarinos fazem múltiplos giros, eles tentam manter a sua visão fixa em um ún ico ponto. Por que fixar a visão em um único ponto impede que o bailarino fique tonto? Respostas: p. 383

O OLHO: VISÃO O olho é um receptor sensorial que funciona como uma câmera fotográfica. Ele foca a luz sobre uma superfície sensível à luz (retina) usando uma lente e uma abertura (a pupila) cujo tamanho pode ser ajustado para modificar a quantidade de luz que entra. A visão é o processo pelo qual a luz refletida nos objetos em nosso meio externo é transformada em uma imagem mental. Este processo pode ser dividido em três etapas: 1. A luz entra no olho e é focalizada na retina pela lente (cristalino). 2. Os fotorreceptores presentes na retina transduzem a energia luminosa em um sinal elétrico. 3. As vias neurais da retina até o cérebro processam os sinais elétricos em imagens visuais.

O olho é protegido pelo crânio A anatomia externa do olho é mostrada na Figura 10-29 e. Semelhante aos elementos sensoriais da orelha, o olho é protegido por uma cavidade óssea, a órbita, que é formada

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Dee Unglaub Silverthorn

Córtex cerebral

,--- Ramo vestibular do nervo vestibulococlear (VIII)

-

Vestíbulo

•

Núcleos ---..i vestibulares do bulbo

FIGURA 10-28 Vias do equilíbrio no sistema nervoso central.

por ossos faciais do crânio. Estruturas acessórias associadas com o olho incluem seis músculos extrínsecos do bulbo do olho, músculos esqueléticos que se fixam à superfície externa do bulbo do olho (globo ocular) e controlam os movimentos dos olhos. Os nervos cranianos III, IV e VI inervam estes músculos. As pálpebras superiores e inferiores se fecham na superfície anterior do olho, e o aparelho lacrimal, um sistema de glândulas e duetos, mantém um fluxo contínuo de lágrimas que lavam a superfície exposta, de modo que ela permanece úmida e livre de partículas. A secreção lacrimal é estimulada por neurônios parassimpáticos do nervo craniano VII. O olho é uma esfera oca dividida em dois compartimentos (segmentos) separados por uma lente (Fig. 10-30ae ). A

A glândula lacrimal secreta as lágrimas

---~- Pálpebra .

supenor

..--- - Esclera ~-..,....--- Pupila

-

A órbita é uma cavidade óssea que protege o olho

Pálpebra inferior

O dueto lacrimonasal drena as lágrimas para dentro da cavidade nasal

FIGURA 10-29 Anatomia externa do olho.

lente, suspensa por ligamentos denominados zônulas ciliares, é um disco transparente que foca a luz. O segmento anterior na frente do cristalino é preenchido com o humor aquoso, um líquido com baixa concentração de proteínas similar ao plasma que é secretado pelo epitélio ciliar que sustenta a lente. Atrás da lente existe uma câmara muito maior, a câmara postrema (câmara vítrea), que é preenchida principalmente pelo corpo vítreo também chamado de humor vítreo (vitrum, vidro), uma matriz clara gelatinosa que ajuda a manter a forma do bulbo do olho. A parede externa do bulbo do olho, a esclera, é constituída por tecido conectivo.

FOCO CL(NICO

GLAUCOMA

Músculos fixados à superfície externa do olho controlam o seu movimento

•

•

Neurônios motores somáticos que controlam o movimento dos olhos

A doença dos olhos denominada glaucoma é caracterizada pela degeneração do nervo ótico e é a principa l causa de cegueira em todo o mundo. Muitas pessoas associam o glaucoma com aumento da pressão intraocular (dentro do bulbo do olho), mas os cientistas descobriram que o aumento da pressão é apenas um fator de risco para a doença. Um número sign if icativo de pessoas com glaucoma tem pressão int raocular norma l, e nem todos que têm pressão int raocular elevada desenvolvem glaucoma . Muitos casos de pressão elevada no olho estão associados ao excesso de humor aquoso, um líquido que é secretado pelo epitélio ciliar próximo à lente. Normalmente, o líqu ido é drenado para fora via seio venoso da esclera (canal de Schlemm) na câmara anterior do bulbo do olho, mas se o f luxo é bloqueado, o humor aquoso acumula causando aumento da pressão dentro do olho. Tratamentos para diminuir a pressão intraocular incluem o uso de fármacos que inibem a produção do humor aquoso e cirurgia para reabrir o seio venoso da esclera. Pesquisas sugerem que a degeneração do nervo óptico no glaucoma pode ocorrer devido ao óxido nítrico ou a fatores indutores de apoptose, e estudos nesta área estão em andamento.

Fisiologia Humana

O OLHO

Zônula ciliar:

Lente: muda

prende a lente ao músculo ciliar

a direção da luz para focá-la na retina

Disco óptico (ponto

r--

367

----~

cego): região onde o nervo óptico e os vasos sanguíneos saem do olho

Seio venoso da esclera

r--Artéria e veia central

Humor~

da retina emergem do ~-:/z:.~~ entro do d isco óptico

aquoso Córnea Pupila: muda _ - .-1 a quantidade de luz que entra no olho , lris-.../

~11111";~- Nervo óptico /'--- Fóvea central: região de visão mais precisa

Mácula lútea: centro do campo visual ~-

Câmara postrema (vítrea)

~-

Retina: camada que contém os fotorreceptores

Músculo ciliar: sua contração altera a curvatura da lente

~--

Esclera: constituída de tecido conectivo

QUESTÃO DA FIGURA Se a fóvea é lateral ao d isco óptico, qual olho está ilustrado em (b)?

(a) Secção sagital do olho

e

(b) Vista da parede posterior do olho como ela é vista através da pupila com um oftalmoscópio .

FIGURA 10-30

A luz entra na superfície anterior do olho através da córnea, um disco de tecido transparente que é a continuação da esclera. Após a luz passar através da abertura da pupila, ela atinge a lente, que possui duas superfícies convexas. A córnea e a lente juntas mudam a direção dos raios de luz que entram para que eles sejam focados na retina, o revestimento do olho sensível à luz que contém os fotorreceptores. Qu.a ndo olhamos através da pupila com um oftalmoscópio (oftalmo, olho), vemos a retina com pequenas artérias e veias cruzadas que se irradiam para a periferia a partir de um ponto, o disco óptico (Fig. 10-30b). O disco óptico há o local onde os neurônios da via visual formam o nervo óptico (nervo craniano II) e saem do olho. Lateral ao disco óptico há um ponto escuro pequeno, a fóvea central. A fóvea e um anel estreito de tecido ao seu redor, denominado mácula lútea, são as regiões da retina com a visão mais acurada. As vias neurais dos olhos são ilustradas na Figura 1031 e. Os nervos ópticos vão dos olhos para o quiasma óptico no encéfalo, onde algumas fibras cruzam para o lado oposto. Após fazer sinapse no corpo geniculado lateral do tálamo, os neurônios da visão finalizam seu trajeto no córtex visual do lobo occipital. As vias colaterais vão do tálamo para o mesencéfalo, onde fazem sinapse com neurônios eferentes do nervo craniano III, que controlam o diâmetro das pupilas. ISANDO CONCEITOS Quais as funções do humor aquoso? Resposta: p. 383

A luz entra no olho através da pupila Na primeira etapa da via visual, a luz proveniente do meio externo entra no olho. Antes de atingir a retina, entretanto, a luz é modificada de duas maneiras. Primeiro, a quantidade de luz que chega aos fotorreceptores é modulada por modificações no tamanho da pupila. Segundo, a luz é focada devido a modificações na forma da lente. O olho humano funciona em uma faixa de 100.000 vezes de intensidade da luz. A maior parte desta capacidade vem da sensibilidade dos fotorreceptores, mas a pupila auxilia regulando a quantidade de luz que atinge a retina. Na luz brilhante do sol, as pupilas diminuem de diâmetro para cerca de 1,5 mm devido ao estímulo parassimpático que contrai o músculo esfincter (circular) da pupila. No escuro, a abertura da pupila dilata até 8 mm, aumentando cerca de 28 vezes a área da pupila. A dilatação ocorre quando os músculos dilatadores (radiais) da pupila, perpendiculares aos músculos circulares, contraem-se sob influência dos neurônios simpáticos. Testar os reflexos pupilares é parte de um exame neurológico padrão. A luz que chega à retina de um olho ativa o reflexo. Os sinais percorrem o nervo óptico até o tálamo e dali ao mesencéfalo, onde neurônios eferentes diminuem o diâmetro das pupilas de ambos os olhos (Fig. 10-31c). Esta resposta é conhecida como reflexo consensual e é mediada por fibras parassimpáticas do nervo craniano III.

10

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Dee Unglaub Silverthorn

(a) Vista superior

(b) Via neural da visão, vista lateral

Olho

Nervo Quiasma óptico óptico

Trato Corpo geniculado óptico lateral (tálamo)

Córtex visual (lobo occipital)

(e) Vias colaterais partem do tálamo - - ----- , ,, "" para o mesencéfalo. ~-..~] -~1 ~ 0 /

/

Luz

./

''

/

,," "~· ~~~ 1 \ , ___________ _

'' '

'

I 1

~------------u n

-----

..

~

._ Mesencéfalo

Y-7=~

'./'fJ_ :r.__ -

._____~ -----

'

~~

Nervo craniano Ili controla a constrição pupilar.

•

FIGURA 10-31

Vias neurais da visão e o reflexo pupilar. Vias colaterais

fazem sinapse no mesencéfalo e controlam a constrição das pupilas. R VISANDO CONCEITOS Use as vias neura is da Figura 10-3 1c para responder as seguint es questões? (a) Por que a luz incidindo em um dos olhos causa a constrição pupilar em ambos os olhos? (b) Se você coloca uma luz no olho esquerdo e obtém constrição pupilar no olho direito, mas não no olho esquerdo, o que você pode concluir sobre a via aferente que sai do olho esquerdo para o encéfalo? E sobre a via eferente que chega às pupilas? 26. As fibras parassimpáticas dim inuem o diâmet ro das pupilas, e as f ibras simpáticas as dilatam . Esta condição é exemplo de que tipo de controle? Respostas: p. 384

Além da regulação da quantidade de luz que atinge a retina, as pupilas criam o que é conhecido como profundidade de campo. Um exemplo simples é uma fotografia. Imagine uma foto de uma criança sentada em primeiro plano no meio de um campo florido. Se somente a criança e as flores imediatamente em torno dela estão no foco, a foto apresentará uma profundidade de campo pequena. Se em vez da criança e das flores estiver em foco todo o espaço até o horizonte, a foto apresentará uma profundidade de campo

total. A profundidade do campo total é criada pela constrição da pupila (ou o diafragma de uma máquina fotográfica) de modo que somente um estreito facho de luz entra no olho. Deste modo, uma maior profundidade da imagem é focada na retina.

A lente foca a luz na retina Quando a luz entra no olho, ela passa através da córnea e da lente antes de atingir a retina. Quando os raios de luz passam do ar para um meio com densidade diferente, como o vidro ou a água, eles mudam de direção ou refratam. A luz que entra no olho é refratada duas vezes: primeiro quando ela passa através da córnea e novamente quando ela passa através da lente. Cerca de dois terços da refração total ocorrem na córnea, e o terço restante ocorre na lente. Aqui nós consideramos somente a refração que ocorre quando a luz passa através da lente, porque a lente é capaz de mudar a sua forma para focalizar a luz. Quando a luz passa de um meio para o outro, o ângulo da refração (quanto o raio de luz é desviado) é influenciado por dois fatores: (1) a diferença na densidade dos dois meios

Fisiologia Humana

O otorrinolaringolog ista suspeita que Anant t em síndrome de Méniere, que resulta de uma quantidade excessiva de endol infa no vestíbulo e na cóclea. Muitos tratamentos estão dispon íveis, desde mudanças simples na dieta até cirurgia. Neste momento, o médico sugere que Anant limite sua ingestão de sal e tome um diurético, uma med icação que f az com que os ri ns remova m o excesso de líqu ido do corpo. Questão 5: Por que a restrição da ingestão de sal (NaCI) é sugerida como tratamento da doença de Méniere? (Dica: qual é a relação entre sal, osmolaridade e volume de líquido?)

334

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379

e (2) o ângulo no qual o raio de luz encontra a superfície do meio no qual ele está passando. Para a luz passando através da lente do olho, assumimos que a densidade da lente tem a mesma densidade do ar, de modo que este fator pode ser ignorado. O ângulo no qual a luz encontra a superfície da lente depende da curvatura da superfície da lente e da direção do feixe de luz. Imagine raios de luz paralelos incidindo sobre a superfície de uma lente transparente. Se a superfície da lente é perpendicular aos raios, a luz passa através dela sem nenhuma inclinação. Se a superfície não é perpendicular, entretanto, os raios de luz se inclinam. Os raios de luz paralelos que atige uma lente côncava, como a mostrada na Figura 10-32a e, são refratados em um feixe mais largo. Raios paralelos que atingem uma lente convexa se inclinam para dentro e focalizam em um ponto - lentes convexas convergem os raios de luz (Fig.10-32b). Você pode demonstrar as propriedades de uma lente convexa usando uma lente de aumento para focar a luz solar em um pedaço de papel ou em outra superfície. Quando raios de luz paralelos passam através de lentes convexas, o único ponto para onde os raios convergem é denominado ponto focal (Fig. 10-32b). A distância do centro

de uma lente até seu ponto focal é conhecida como distância focal ou comprimento focal da lente. Para qualquer lente dada, a distância focal é fixa. Para a distância focal mudar a forma da lente deve mudar. Quando a luz de um objeto passa através da lente do olho, o ponto focal e a imagem do objeto devem incidir precisamente sobre a retina para o objeto ser visto no foco. Na Figura 10-33a e, os raios paralelos de luz atingem a lente, cuja superfície é relativamente plana. Para esta lente, o ponto focal é na retina. O objeto está, portanto, no foco. Para o olho humano, qualquer objeto que está a 6 m ou mais do olho gera raios de luz paralelos. O que acontece quando um objeto está a menos de 6 metros da lente? Nesse caso, os raios luminosos, a partir do objeto, não são paralelos e por isso atingem a lente em um ângulo oblíquo que muda a distância da lente até a imagem do objeto (Fig. 10-33b). O ponto focal agora está atrás da retina, e a imagem do objeto torna-se imprecisa e fora de foco. Para manter um objeto próximo no foco, a lente deve tornar-se mais arredondada para aumentar o ângulo de refração (Fig. 10-33c). Tornando a lente mais convexa, seu comprimento focal diminui. Neste exemplo, arredondando a lente os raios luminosos convergem sobre a retina, em vez de atrás dela, e o objeto entra no foco. O processo pelo qual o olho ajusta a forma da lente para manter os objetos no foco é denominado acomodação, e a menor distância na qual conseguimos focalizar um objeto é conhecida como ponto próximo da acomodação. Você pode demonstrar facilmente a mudança do foco com o reflexo de acomodação fechando um olho e suspendendo sua mão a cerca de 20 cm de distância do olho aberto, com os dedos bem separados. Foque seu olho em algum objeto na distância visível entre os seus dedos. Observe que, quando você faz isso, seus dedos permanecem visíveis, mas fora do foco. Sua lente fica achatada para a visão à distância, de modo que o ponto focal para os objetos próximos incide atrás da retina. Tais objetos ficam fora de foco. Agora olhe fixamente para os seus dedos e observe que eles entram no foco. Os raios de luz provenientes dos seus dedos não mudaram seu ângulo, mas a lente tornou-se mais arredondada, e os raios de luz agora convergem sobre a retina .

.--

Lente côncava

Lente convexa

Ponto focal

'

e

I

-

Raios de luz paralelos

~

Raios de luz paralelos

j.- Distância -..j fac.ai

A distância focal da lente é a distância do centro da lente até o ponto focal. (a) Uma lente côncava espalha os raios de luz (divergência).

369

(b) Uma lente convexa causa a convergênc ia dos raios de luz.

FIGURA 10-32 luz por lentes.

Refração da

10

370

Dee Unglaub Silverthorn

{a) Raios luminosos paralelos passam através da lente achatada, e o ponto focal incide sobre a retina.

{b) Para objetos próximos, os raios luminosos não são mais paralelos.

Distância focal 1...-

Distância da imagem

.... 1

Luz a partir de uma fonte distante

{e) Arredondando a lente, seu comprimento focal encurta.

Distância focal

Lente

Objeto

Imagem do objeto

Luz a partir de

uma fonte distante Lente achatada para visão à distância

1..

.... 1

1...-D.

Distância focal

A

•

1stanc1a do objeto (P)

>I 1

Distância da imagem (Q) ...-

,...

1

Distância focal da lente (F) A lente e sua distância focal não mudam, mas o objeto é visto fora de foco porque o feixe de luz não é focado sobre a retina.

Lente arredondada para visão 1 ~ >1 aproximada A distância da imagem agora é igual à distância focal Para manter um objeto no foco à medida que ele se aproxima, a lente torna-se mais arredondada.

QUESTÃO DA FIGURA A relação entre a distância focal de uma lente (F), a distância entre um objeto e a lente (P), e a distância da lente até a imagem do objeto (Q) é expressa como 1/F= 1/P+1/Q. (a) Se a distância focal de uma lente não muda mas um objeto se aproxima da lente, o que acontece com a distância da imagem (Q)?

e

FIGURA 10-33

(b) Se um objeto se aproxima da lente e a distância da imagem Q deve permanecer a mesma para a imagem incidir na retina, o que acontece com a distância focal F da lente? Para que essa mudança em F ocorra, a lente deve torna-se mais achatada ou mais arredondada?

Ôptica do olho.

Como a lente pode mudar de forma, já que não possui nenhuma fibra muscular? A resposta está no músculo ciliar, um anel de músculo liso que circunda a lente e é ligado a ela por ligamentos não elásticos conhecidos como zônulas (Fig. 10-34 e ). Se nenhuma tensão é feita sobre a lente pelas zônulas, ela assume a forma esférica natural devido à elasticidade da sua cápsula. Se as zônulas puxam a lente, ela se achata e assume a forma necessária para a visão à distância. A tensão nas zônulas é controlada pelo músculo ciliar. Quando os músculos ciliares se contraem, o anel muscular fica menor e libera a tensão das zônulas, o que faz com que a lente fique esférica. Quando os músculos ciliares relaxam, o anel fica mais aberto e a lente é puxada, assumindo uma forma achatada. Pessoas jovens podem focar objetos tão próximos quanto 8 cm, mas o reflexo da acomodação diminui em indivíduos a partir dos 10 anos de idade. Aos 40 anos, a acomo-

dação é apenas a metade da que se tem aos 10 anos, e aos 60 anos, muitas pessoas perdem este reflexo completamente porque a lente perde a flexibilidade e permanece na sua forma achatada para a visão à distância. A perda da acomodação, presbiopia, é a razão para muitas pessoas começarem a usar óculos para ler com cerca de 40 anos. Dois outros problemas comuns da visão, a visão de perto (miopia) e a visão de longe (hipermetropia ou hiperopia), ocorrem quando o ponto focal incide na frente ou atrás da retina, respectivamente (Fig. 10-35e ). Estas condições são cansadas por córneas anormalmente curvadas ou achatadas ou por bulbos do olho muito longos ou muito curtos. Elas podem ser corrigidas pela colocação de lentes com curvatura apropriada na frente dos olhos, mudando a retração da luz que entra no olho. Um terceiro problema frequente de visão, o astigmatismo, geralmente é causado por uma córnea que não possui uma curvatura perfeita, resultando em imagens distorcidas.

Fisiologia Humana

Músculo ciliar

Músculo ciliar -----'...... relaxado

-f-:.4·

Lente

Músculo ci liar --~ contraído Córnea

Lente arredondada

,

Zônulas ciliares

lris

(a) A lente é f ixada a músculos c iliares por ligamentos inelásticos (zônulas).

•

Lente achatada

Córnea

371

Zônulas ciliares relaxadas

Zônulas c iliares distendidas

{b) Quando o músculo ciliar está relaxado, as zônulas puxam a lente, que fica com forma achatada.

(e) Quando o músculo ciliar contrai, ele libera a tensão das zônulas e a lente torna-se mais arredondada.

FIGURA 10-34 Alterações na forma da lente são controladas pelos músculos ciliares.

ISANDO CONCEITOS Se a córnea de uma pessoa, a qual ajuda a focar a luz, é mais arredondada (tem uma curvatura maior) que o normal, esta pessoa provavelmente tem miopia ou hipermetropia? (Dica: ver Figura 10-35.) Resposta: p. 383

A fototransdução ocorre na retina Na segunda etapa da via visual, os fotorreceptores da retina convertem a energia luminosa em sinais elétricos. A energia luminosa é parte do espectro eletromagnético, o qual vai Hipermetropia (corrigida com uma lente convexa)

desde ondas com comprimento de onda muito curto e de alta energia, como os raios X e os raios gama, até microondas e ondas de rádio de frequência menor e baixa energia (Fig. 10-36 e ). No entanto, nosso encéfalo pode perceber apenas uma pequena porção deste amplo espectro de energia. Para os humanos, a luz visível é limitada à energia eletromagnética de ondas que têm uma frequência de 4,0 a 7,5 x 1014 ciclos por segundo (hertz, Hz) e um comprimento de onda de 400 a 750 nm. A energia eletromagnética é mensurada em unidades chamadas de fótons. Nossos olhos podem ver a luz visível sem ajuda mas não respondem à luz ultravioleta e à infravermelha, cujos comprimentos de onda delimitam as extremidades do nosso espectro de luz visível. Por outro lado, os olhos de alguns outros animais podem ver esses comprimentos de onda. Por exemplo, as abelhas usam "trilhas" ultravioletas nas flores para guiá-las para o pólen e o néctar. A fototransdução é o processo pelo qual os animais convertem a energia luminosa em sinais elétricos. Nos hu-

(a) Hipermetropia, ou visão de longe, ocorre quando o ponto focal incide atrás da retina. Miopia (corrigida com uma lente côncava)

-

I

A condição de Anant não melhora com a dieta de restrição de sal e com os diuréticos, e ele continua a apresentar crises de vertigem e vômitos. Como último recurso, pode ser feita uma cirurgia para tratar de casos graves da doença de Méniere. Em um procedimento cirúrgico, o nervo vestibular é seccionado. Tal cirurgia é difícil de ser real izada porque o nervo vestibular está muito próximo de outros nervos importantes, incluindo os nervos facial e o coclear. Pacientes que se submetem a esta cirurgia são avisados de que pode haver perda auditiva caso o nervo coclear seja inadivertidamente dan ificado.

QUESTÃO DA FIGURA

Questão 6: Por que a secção do nervo vestibular poderia melhorar a Doença de Méniere?

-

.........

'\

.........

'\

\

\ / / -/

/

-

/ /

(b) Miopia, ou visão de perto, ocorre quando o ponto focal incide na frente da retina.

Explique: (1) o que as lentes de correção fazem na refração da luz e (2) por que cada defeito é corrigido com um t ipo de lente.

•

FIGURA 10-35 Os defeitos visuais comuns podem ser corrigidos por lentes externas.

334

339

357

365

369

Ili

379

10

372

Dee Unglaub Silverthorn

rn

"O

e

380 nm

o

10-5 nm Raios gama

\ \

(J)

"O

\

o

\

450 nm

e

Raios X

\

E .....

\

500 nm

1 nm

\ \

(.)

uv

\ \

Luz visível

'

/

600nm

/

/

-

-

/ /

lnfravermelho

-

106nm

/

/

650 nm

/ /

Micro-on· das -

/

109 nm (1 m)

/

700 nm

/

/

·-rn

e> (J)

e

w

•

/ /

750 nm

FIGURA 10-36

MELANOPSINA

-

\

550 nm

10-3 nm

-

\

(J)

a. E o

CONCEITOS EMERGENTES

-

Ondas de rádio -

103m

O espectro eletromagnético.

manos, a fototransdução ocorre quando a luz incide na retina, o órgão sensorial do olho. A retina se desenvolve a partir do mesmo tecido embrionário que o encéfalo, e (como no córtex cerebral) os neurônios na retina são organizados em camadas (Fig. 10-37d e ). Há cinco tipos de neurônios nas camadas da retina: fotorreceptores, células bipolares, células ganglionares, células amácrinas e células horizontais. Atrás da porção fotossensível da retina humana há uma camada escura de epitélio pigmentado (estrato pigmentoso). Sua função é absorver qualquer raio de luz que escape dos fotorreceptores, evitando que a luz não captada seja refletida para dentro do olho e cause a distorção da imagem. A cor preta dessas células epiteliais é devida aos grânulos do pigmento melanina. Os fotorreceptores são os neurônios que convertem a energia luminosa em sinais elétricos. Há dois tipos principais de fotorreceptores, cones e bastonetes, bem como um fotorreceptor descoberto recentemente que é uma célula ganglionar modificada (ver Conceitos Emergentes: Melanopsina). Você poderia esperar que os fotorreceptores estivessem na superfície da retina voltada para a câmara vítrea, onde a luz chega primeiro, mas as camadas da retina na verdade estão na ordem inversa. Os fotorreceptores estão na última camada, com suas extremidades fotossensíveis dispostas sobre o epitélio pigmentado. A maior parte da luz que entra no olho deve passar através de várias camadas relativamente transparentes de neurônios antes de atingirem os fotorreceptores. Uma exceção a este padrão organizacional ocorre na pequena região da retina conhecida como fóvea (depressão). Nesta área, os fotorreceptores recebem a luz diretamente porque os neurônios intermediários são empurrados para o lado (Fig. 10-37c). A fóvea também não possui vasos sanguíneos que poderiam bloquear a recepção da luz. Como mencionado, a fóvea central e a mácula lútea que a circunda são as áreas de visão mais acuradas e constituem o centro do campo visual. A fóvea central é o ponto onde a luz é focalizada pela lente quando você olha um objeto. Por exemplo, na Figura 10-38 e,

Os ritmos circadianos dos mam íferos são determ inados pela entrada de luz nos olhos. Por muitos anos, os cientistas acreditavam que os bastonetes e cones da retina eram os fotorrecptores primários associados ao núcleo supraquiasmático (SCN), o centro encéfál ico que controla os ritmos circadianos. Entretanto, em 1999, os pesqu isadores mostraram que camundongos transgênicos que não possuíam cones e bastonetes tinham ainda a capacidade de responder a mudanças da luz, sugerindo que algum outro fotorreceptor deveria existir na retina. Agora os cientistas acred itam terem encontrado um subconjunto de células ganglionares que contêm um pigmento similar à opsina denom inado melanopsina. Os axôn ios destas células gang lionares se projetam para o núcleo supraquiasmático, e parece que estes fotorreceptores recém-identificados se juntam aos cones e bastonetes como células sensíveis à luz da retina dos mamíferos.

o olho é focado no limite amarelo-verde da barra colorida. A luz dessa porção do campo visual incide na fóvea e o foco é nítido. Observe também que a imagem que incide é invertida na retina. O processamento visual subsequente pelo encéfalo inverte a imagem de novo, de modo que a percebemos na orientação correta. A informação sensorial sobre a luz passa dos fotorreceptores para os neurônios bipolares, e depois para uma camada de células ganglionares. Os axônios das células ganglionares formam o nervo óptico, o qual sai do olho no disco do nervo óptico. Como o disco do nervo óptico não tem fotorreceptores, as imagens projetadas nesta região não podem ser vistas, gerando o que é conhecido como ponto cego do olho. R - VISANDO CONCEITOS Animais que enxergam bem com muito pouca luz, como os gatos e as corujas, não possuem um epitélio pigmentado e têm uma camada denominada tapetum /ucidum atrás da retina. Que propriedade poderia ter esta camada para aumentar a visão em baixa luminosidade? 29. De que modo a diferença entre a acuidade visual da fóvea central e da periferia do campo visual é similar à diferença na discriminação do tato entre a ponta dos dedos e a pele do braço? 30. A degeneração macular é a principal causa de cegueira em norte-americanos com mais de 55 anos. A função prejudicada na mácula lútea da retina causa a perda da visão em que parte do campo visual? Respostas: p. 384

Os fotorreceptores transduzem a luz em sinais elétricos Existem dois tipos de fotorreceptores no olho: cones e bastonetes. Os bastonetes funcionam na presença de pouca luz e são responsáveis pela visão noturna, onde os objetos são

Fisiologia Humana

373

A RETINA

Ponto de fixação

Luz

Lente

Retina Nervo óptico

~~B

* l --

+ ----1! - -- - - + - -

A camada corioide contém vasos sanguíneos.

\ \

Fóvea central

\ \

Neurônios da retina

(a) Visão dorsal de uma secção do olho esquerdo

\

\

">-----

\

\ \ \ \

--~

O epitélio pigmentado da retina absorve o excesso de luz.

Bastonete Neurônio bipolar

Célula horizontal Célula amácrina

Luz -~Cone

Fóvea _ ____/ central

------'c--

Célula ganglionar

(c) A luz atinge os fotorreceptores diretamente na fóvea central porque os neurônios subjacentes são puxados para o lado.

Luz

Para o nervo óptico

Célula bipolar

Epitélio Bastonete pigmentado

111'11111

1

Neurônios onde os sinais dos bastonetes e cones são integrados

Célula ganglionar Célula bipolar

Cone (visão colorida) Bastonete (visão monocromática)

(d) Os fotorreceptores na retina são organizados em camadas.

Célula ganglionar

(e) Convergência na retina

QUESTÃO DA FIGURA Quantos bastonetes convergem para a célula ganglionar em (e)?

•

FIGURA 10-37 Fotorreceptores na fóvea central. Adaptada de E.R. Kandel et ai., Principies of Neural Science, 3rd edition (McGraw Hill: New York,

2000).

10

374

Dee Unglaub Silverthorn

Fóvea central

-

~---==i~ =+--+-1---

A imagem projetada na retina está de cabeça para baixo. O processamento visual no encéfalo reverte a inversão da imagem.

•

FIGURA 10-38

Projeção da imagem invertida na reti-

na.

vistos em preto e branco, em vez de em cores. Os bastonetes são mais numerosos que os cones, em uma proporção 20:1, exceto na fóvea central, que contém somente cones. Os cones são responsáveis pela visão de alta acuidade e pela visão colorida durante o dia, quando os níveis de luz são mais altos. Acuidade significa afiado e deriva da palavra latina acuere, que significa "aguçar". A fóvea central, que é a região da visão mais acurada, possui uma densidade de cones muito alta. Os dois tipos de fotorreceptores têm a mesma estrutura básica (Fig. 10-39 e ): (1) um segmento externo cuja extremidade toca o epitélio pigmentado da retina, (2) um segmento interno que contém o núcleo da célula e as organelas responsáveis pela formação de ATP e síntese de proteínas, e (3) um segmento basal com um terminal sináptico que libera glutamato nas células bipolares. No segmento externo, a membrana celular tem dobras profundas que formam camadas semelhantes a discos, como dropes de menta empilhados em uma embalagem. Nos bas-

EPITÉLIO PIGMENTADO

Grânulos de~-+-< melanina

SEGMENTO EXTERNO

I t

•

------- Os discos velhos da extremidade são fagocitados pelas células epiteliais pigmentadas

1 '

'

' '

1

t

Pigmentos visuais nas membranas dos discos Cílios conectores -------

•• • ' •

1

1

•

1

'I

1 1

Discos

t

SEGMENTO INTERNO Localização das principais organelas e operações metabólicas, como a síntese de fotopigmento e a produção de ATP

Molécula de rodopsina Retinal

TERMINAL SINÁPTICO Faz sinapse com as células bipolares Célula bipolar _

......

LUZ

•

FIGURA 10-39 Fotorreceptores: cones e bastonetes. O epitélio pigmentado escuro absorve o excesso de luz e impede que a luz seja refletida de volta causando a d istorção da imagem. A transdução da luz ocorre no segmento externo do fotorreceptor. Modificações no potencial de membrana do fotorreceptor alteram a liberação de neurotransmissores nas células bipolares.

~

~

Opsina

375

Fisiologia Humana tonetes, próximo à extremidade dos segmentos externos, estas camadas estão realmente separadas da membrana celular e formam discos de membrana livres. Nos cones, os discos permanecem fixos. Os pigmentos visuais sensíveis à luz estão ligados aos discos das membranas celulares nos segmentos externos dos fotorreceptores. Esses pigmentos visuais são transdutores que convertem a energia luminosa em uma mudança no potencial de membrana. Os bastonetes possuem um tipo de pigmento visual denominado rodopsina. Os cones possuem três diferentes pigmentos que são intimamente relacionados com a rodopsina. Os pigmentos visuais das cores são excitados por diferentes comprimentos de onda da luz, permitindo-nos ver em cores. A luz branca é uma combinação de cores, como você pode observar quando separa a luz branca passando-a através de um prisma. O olho contém cones para as luzes vermelha, verde e azul. Cada tipo de cone é estimulado por uma faixa de comprimentos de onda, porém é mais sensível a um determinado comprimento de onda (Fig. 10-40 e ). Vermelho, verde e azul são as três cores primárias que formam as cores da luz visível, assim como o vermelho, o azul e o amarelo são as três cores primárias que formam as diferentes cores das tintas. A cor de qualquer objeto que você esteja olhando depende do comprimento de ond.a da luz refletida pelo objeto. Folhas verdes refletem luz verde, e bananas refletem luz amarela. Objetos brancos refletem a maior parte dos comprimentos de onda. Objetos pretos absorvem a maioria dos comprimentos de onda, razão pela qual esquentam mais quando expostos à luz do sol, ao passo que objetos brancos permanecem frios. Nosso cérebro reconhece a cor de um objeto interpretando a combinação de sinais provenientes dos três diferentes tipos de cones. Os detalhes da visão colorida ainda não são compreendidos completamente, e existem algumas controvérsias sobre como a cor é processada no córtex cerebral. O daltonismo é uma condição na qual uma pessoa herda um defeito em um ou mais dos três tipos de cones e tem dificuldade em distinguir determinadas cores. Provavelmente, a forma mais bem conhecida de daltonismo seja a vermelhoverde, na qual a pessoa tem dificuldade de distinguir o vermelho do verde. REVISANDO CONCEITOS 31. Por que a nossa visão no escuro é preto e branco, em vez de colorida?

Resposta: p. 384

Fototransdução O processo de fototransdução é similar para a rodopsina (nos bastonetes) e para os três pigmentos de cores (nos cones). A rodopsina é composta de duas moléculas: a opsina, uma proteína inserida na membrana dos discos dos bastonetes, e o retina!, uma molécula derivada da vitamina A que é a porção do pigmento que absorve luz (ver Fig. 10-39). Na ausência de luz, o retina! aloja-se no sítio de ligação da opsina (Fig. 10-41ae ). Quando é ativada, mesmo que por apenas um único fóton de lu.z, o retina! muda de forma para uma nova configuração. O retinal ativado não consegue ligar-se à opsina, sendo liberado do pigmento em um processo conhecido como descoramento (Fig. 10-41b).

Cones Cones Cones azuis Bastonetes verdes vermelhos

100 õ

.êX 75

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~ o "O "O

1g

E 50

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,._ O> g ~

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-

25

e.

Violeta

400

Azul

450

Verde Amarelo

Laranja

500 550 600 Comprimento de onda (nm)

Vermelho

650

700

QUESTÕES DO GRÁFICO • Qual pigmento absorve a luz no mais amplo espectro do comprimento de onda? E no mais estreito? • Qual pigmento absorve mais luz de 500 nm?

•

FIGURA 10-40 Absorção da luz pelos pigmentos visuais. Existem três tipos de pigmentos dos cones, cada um com um espectro característico de absorção da luz.

Como o descoramento da rodopsina leva aos potenciais de ação que percorrem a via óptica? Para entendermos essa via, devemos conhecer outras propriedades dos bastonetes. Como você aprendeu nos Capítulos 5 e 8, os sinais elétricos nas células ocorrem como resultado do movimento de íons entre os compartimentos intracelular e extracelular. Os bastonetes contêm três principais tipos de canais de cátions: canais controlados por nucleotídeo cíclico (canais CNG), que permitem que Na+ e Ca2 + entrem no bastonete, canais de K+, que permitem que o K+saia do bastonete, e canais de Ca2+ controlados por voltagem no ter111inal sináptico, que participam na regulação da exocitose do neurotrasmissor. Quando um bastonete está no escuro e a rodopsina não está ativa, os níveis de GMP cíclico (GMPc) no bastonete são altos e ambos os canais, CNG e de K+, estão abertos. O influ2 xo de íons sódio e Ca + é maior que o efluxo de K+, de modo que o bastonete permanece despolarizado com um potencial de membrana médio de -40mV (em vez do mais usual - 70mV). Neste potencial de membrana levemente despo2 larizado, os canais de Ca + controlados por voltagem estão abertos e há uma liberação tônica (contínua) do neurotransmissor glutamato da porção sináptica do bastonete para a célula bipolar adjacente (Fig. 10-41a). Quando a luz ativa a rodopsina, uma cascata de segundo mensageiro é iniciada a partir da proteina G transducina (Fig. 10-41b), (A transducina é relacionada à gustducina, a proteína G encontrada nos receptores para o gosto amargo).

10

376

Dee Unglaub Silverthorn

(a) No escuro, a rodopsina é inativa, o GMPc é alto e os canais CNG e de K+ estão abertos.

Célula do epitélio pigmentado

(b) A luz causa o descaramento da rodopsina. A opsina diminui os níveis de GMPc, fecha os canais CNG e hiperpolariza a célula.

(e) Na fase de recuperação, o

Retinal Opsina (pigmento Transducina ativado descorado) ativada

O retinal é convertido na sua forma inativa

retinal se recombina com a opsina.

Disco

1 Transducina --=---~~~--~ (proteína G) Rodopsina +~-~~ inativa (opsina e retinal)

Cascata GMPc diminui

'-llr-'

Níveis altos deGMPc ...__~ ca2+

Canal CNG aberto +t:=::::±'--......-/ Na+

Canal CNG

Ca2+ Na+

fechado '---"'-~

O retinal se recombina com a . ops1na para formar a rodopsina

Membrana hi perpolariza a - 70mV

Potencial de membrana no escuro = - 40mV

Bastonete {e).

\!.!J

• • • • • • • • • •• • • • •

~ ••

\!/

•

• •• • • •• • • • • • •

Liberação tônica do neurotransmissor para os neurônios bipolares

•

A liberação do neurotransmissor diminui proporcionalmente à quantidade de luz

QUESTÃO DA FIGURA Um bastonete contém cerca de 10.000 canais CNG abertos no escuro. Um fóton de luz ativa 1 rodopsina. Cada rodopsina ativa 800 transducinas. Cada cascata da transducina remove 6 GMPc. Uma redução de 24 GMPc fecha um canal CNG. Quantos fótons são necessários para fechar todos os canais CNG da um bastonete?

•

FIGURA 10-41

As fototransdução nos bastonetes usa o pigmento visual rodopsina.

A cascata de segundo mensageiro da transducina diminui a concentração de GMPc, que fecha os canais CNG. Consequentemente, o influxo de cátions diminui ou para. Com o menor influxo de Na+ e um efluxo continuado de K+, ocorre uma hiperpolarização no lado interno do bastonete, e a liberação de glutamato para os neurônios bipolares diminui. A luz intensa fecha todos os canais CNG e interrompe a liberação de neurotransmissor. A luz fraca causa uma resposta que é graduada em proporção à intensidade da luz. Após a ativação, o retinal difunde-se para fora dobastonete e é transportado para o epitélio pigmentado. Neste local, ele é revertido para a sua forma inativa antes de voltar para o bastonete e se recombinar à opsina (Fig. 10-41c). A recuperação da rodopsina do descoramento pode levar algum tempo, e é o principal motivo da adaptação lenta dos olhos quando saímos de um ambiente com luz intensa para o escuro.

R · VISANDO CONCEITOS Faça um mapa ou diagrama para explicar a fototransdução. Comece com o descoramento e term ine com a liberação do neurotransmissor. Resposta : p. 384

O processamento do sinal começa na retina Agora vamos passar do mecanismo celular da transdução da luz para o processamento dos sinais luminosos pela retina e pelo cérebro, a terceira e última etapa da nossa via visual. O processamento do sinal na retina é um excelente exemplo de convergência [p.282], na qual vários neurônios fazem sinapse com uma única célula pós-sináptica (Fig. 10-37e). Dependendo da localização na retina, até 15 a 45 fotorreceptores podem convergir sobre um neurônio bipolar. Vários neurônios bipolares, por sua vez, inervam uma única célula ganglionar, de modo que a informação de centenas de milhões de fotorreceptores da retina é condensada em apenas

Fisiologia Humana

Centro On Periferia Off

Luz incide no centro

Célula ganglionar excitada

uz incide na periferia Luz incide na ( ggriferia

Luz difusa atingindo tanto o centro quanto a periferia

o o

Centro Off Periferia On

Célula ganglionar inibida

Célula ganglionar inibida

Célula ganglionar excitada

Resposta fraca da célula ganglionar

Resposta f raca da célula ganglionar

...

A retina usa o contraste, em vez da intensidade absoluta de luz, para melhor detecção de estímulos fracos.

•

FIGURA 10-42 nar.

Campos receptivos da célula ganglio-

1 milhão de axônios que deixam o olho em cada nervo óptico. A convergência é mínima na fóvea, onde alguns fotorreceptores têm uma relação 1:1 com seus neurônios bipolares e máxima nas bordas externas da retina. O processamento do sinal na retina é modulado por sinais provenientes de dois conjuntos de células adicionais que nós não discutimos (Fig.10-37d). As células horizontais fazem sinapse com os fotorreceptores e com as células bipolares. As células amácrinas modulam a informação que flui entre as células bipolares e as células ganglionares.

Células bipolares Após o neurotransmissor glutamato ser liberado dos fotorreceptores para os neurônios bipolares, o processamento do sinal inicia. Há dois tipos de células bipolares, as que são ativadas na presença da luz (luz-on) e as que são inativadas na presença da luz (luz-off). As células bipolares que são ativadas na presença da luz são inibidas pelo glutamato liberado no escuro e são ativadas (liberadas da inibição) na luz. As células bipolares inativadas na presença da luz são excitadas pelo glutamato liberado no escuro e inibidas na luz. Se o glutamato é excitatório ou inibitório depende do tipo de receptor de glutamato que existe no neurônio bipolar. Deste modo, um estímulo (luz) gera duas respostas a partir de um único neurotransmissor. Então, as células bipolares formam sinapses excitatórias ou inibitórias com as células ganglionares, o proximo neurônio na via.

Células ganglionares Sabemos mais sobre as células ganglionares porque elas se dispõem na superfície da retina, onde seus axônios estão mais acessíveis a estudos. Os pesquisadores têm realizado estudos que estimulam cuidadosamente a retina com luz e avaliam a resposta das células ganglionares. Cada célula ganglionar recebe informação de uma área particular da retina. Estas áreas, conhecidas como campos vi-

377

suais, são similares aos campos receptivos do sistema sensorial somático [ ~ p. 336]. O campo visual de uma célula ganglionar próxima da fóvea central é muito pequeno. Somente poucos fotorreceptores estão associados com cada célula ganglionar, a acuidade visual sendo maior nestas áreas. Na periferia da retina, múltiplos fotorreceptores convergem para uma única célula ganglionar e a visão não é tão acurada. Uma analogia para este arranjo são os pixels da tela do seu computador. Considere que duas telas têm o mesmo número de "fotorreceptores", como indicado pela resolução máxima da tela de 1280 x 1024 pixels. Se a tela A tem um fotorreceptor tornando-se um pixel "célula ganglionar", a resolução real da tela é 1280 x 1024, e a imagem é muito clara. Se oito fotorreceptores na tela B convergem sobre um pixel célula ganglionar, então a resolução da tela cai para 160 x 128, resultando em uma imagem muito borrada e talvez indistinguível. Os campos visuais das células ganglionares são aproximadamente circulares (diferente da forma irregular dos campos receptivos dos receptores sensoriais somáticos), estando divididos em duas partes: uma esférica, no centro, e outra periférica em forma de rosca (Fig. 10-42 e ). Esta organização permite que cada célula ganglionar use o contraste entre o centro e sua periferia para interpretar a informação visual. O forte contraste entre o centro e a periferia produz uma forte resposta excitatória (uma série de potenciais de ação) ou uma forte resposta inibitória (sem potenciais de ação). Um contraste fraco entre o centro e a periferia gera uma resposta intermediária. Existem dois tipos de campo visual da célula ganglionar. No campo que compreende centro ligado/região periférica desligada (centro-ON), as células ganglionares associadas respondem mais fortemente quando a luz é mais intensa no centro do campo (Fig. 10-42 e ). Se a luz for mais intensa na região periférica (desligada) do campo, as células ganglionares são inibidas e param de disparar potenciais de ação. O inverso ocorre com os campos visuais desligados no centro (centro-OFF) e ligados na periferia. O que acontece se a luz é uniforme no campo visual? Nesse caso, a célula ganglionar responde de modo fraco. Assim, a retina utiliza o contraste, em vez da intensidade absoluta da luz, para reconhecer objetos do ambiente. Uma vantagem em usar o contraste é que ele permite uma melhor detecção de estímulos fracos. Os cientistas identificaram vários tipos de células ganglionares na retina de primatas. Os dois tipos predominantes, que correspondem a 80% das células ganglionares da retina, são as células Me as células P. As células ganglionares magnocelulares, ou células M, são grandes e mais sensíveis à informação sobre o movimento. As células ganglionares parvocelulares menores, ou células P, são mais sensíveis a sinais relativos à forma e detalhes finos, como a textura dos objetos que estão no campo visual. Recentemente, foi descoberto um subtipo de célula ganglionar que contém o fotopigmento melanopsina que aparentemente atua como um fotorreceptor que participa na sinalização dos ritmos circadianos.

Processamento além da retina Uma vez que os potenciais de ação deixam os corpos das células ganglionares, eles

10

378

Dee Unglaub Silverthorn

i.-----

Campo visual - - - - + -1

A zona binocular é onde os campos visuais d ireito e esquerdo se sobrepõem

Zona binocular

Campo A zona _ ______.. visual monocular é a esquerdo porção do campo visual associada somente a um olho

----J 1

Campo visual direito I I I I I

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Quiasma óptico

" 4t-

Trato óptico

- - - Corpo _ _.,.. ._,,. geniculado lateral ..._. (tálamo)

Córtex visual

•

FIGURA 10-43 Campos visuais dos olhos e a visão binocular. O campo visual esquerdo de cada olho é projetado para o córtex visual no lado direito do cérebro, e o campo visual direito é projetado para o córtex visual esquerdo. Objetos na zona binocular são percebidos em três dimensões. Objetos situados fora da zona binocular são percebidos apenas em duas dimensões.

percorrem os nervos ópticos até o SNC, onde são processados. Como mencionado inicialmente, o nervo óptico entra no encéfalo no quiasma óptico. Neste ponto, algumas fibras nervosas provenientes de cada olho cruzam para o outro lado do encéfalo para serem processadas. A Figura 10-43 • mostra como a informação do lado direito do campo visual dos olhos é processada no lado esquerdo do cérebro, e a informação do lado esquerdo do campo é processada no lado direito do cérebro. A porção central do campo visual, onde os lados esquerdo e direito do campo visual de cada olho se sobrepõem, é a zona binocular. Os dois olhos têm visões ligeiramente diferentes dos objetos nessa região, e o cérebro processa e integra estas duas visões para criar representações tridimensionais dos objetos. Nossa percepção de profundidade - isto é, se um objeto está na frente ou atrás do outro - depende da visão binocular. Objetos situados no campo visual de apenas um olho estão na zona monocular e são vistos em duas dimensões. Uma vez que os axônios deixam o quiasma óptico, algumas fibras projetam-se para o mesencéfalo, onde elas participam do controle do movimento dos olhos ou, junto com informações somatossensoriais e auditivas da coordenação do equilíbrio e do movimento (ver Fig. 10-31). Entretanto, a maioria dos axônios projeta-se para o corpo geniculado lateral do tálamo, onde as fibras ópticas fazem sinapse com os neurônios que vão para o córtex visual no lobo occipital. O corpo geniculado lateral é organizado em camadas que correspondem às diferentes partes do campo visual, o que significa que a informação proveniente de objetos adjacentes é processada junto. Esta organização topográfica é mantida no córtex visual, com as seis camadas de neurônios agrupadas nas colunas verticais. Dentro de cada porção do campo visual, a informação é classificada adicionalmente por cor, forma e movimento. As informações monoculares dos dois olhos se juntam no córtex para nos dar uma visão binocular sobre o meio que nos circunda. As informações das combinações de células ganglionares (ON-OFF) são traduzidas em sensibilidade à orientação de barras nas vias mais simples, ou em cor, movimento e estrutura detalhada nas mais complexas. Cada um destes atributos do estímulo visual é processado em uma via separada, criando uma rede cuja complexidade estamos começando a esclarecer.

Fisiologia Humana

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Doença de Méniere O procedimento cirúrgico foi explicado a Anant, mas ele decidiu continuar com o tratamento clínico, ao invés de correr o risco de ficar surdo. Nos dois meses seguintes, sua doença de Méniere foi gradualmente se resolvendo. A causa da doença de Méniére ainda não foi identificada, o que dif iculta o tratamento.

Para aprender mais sobre os tratamentos que estão disponíveis para tratar a doença de Mén iere busque no Google. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

ANÁLISE E INTEGRAÇÃO

1

Em que parte do encéfalo a informação sensorial sobre o equilíbrio é processada?

A principal via do equi líbrio se projeta para o cerebelo. Algumas informações também são processadas no cérebro.

(não aplicável)

2

O zumbido subjetivo ocorre quando uma anorma lidade acontece ao longo da via anatômica da audição e faz com que o cérebro perceba um som que não existe fora do sistema aud it ivo. Iniciando pelo canal auditivo {meato acústico externo), dê o nome de todas as estruturas auditivas nas quais problemas podem surg ir.

A orelha méd ia é formada por três ossos que vibram com o som: martelo, bigorna e estribo. A porção auditiva da orelha interna é formada por células ciliadas na cóclea cheia de líquido. O nervo coclear (aud it ivo) vai para o encéfalo.

O zumbido subjetivo poderia ser originado de problemas em qua lquer uma das estruturas citadas. O crescimento ósseo anormal pode afetar os ossos da orelha média. O acúmu lo excessivo de líqu ido na orelha interna afeta as células ciliadas. Os defeitos neurais podem fazer com que o nervo coclear d ispare espontaneamente, criando a percepção de sons.

3

Quando uma pessoa com vertigem posicional muda de posição, os cristais deslocados f lutuam em direção aos canais semicircu lares. Por que isso causa vertigem?

A extremidade dos canais semicirculars contém cristas sensoriais, cada uma consistindo em uma cúpula, com células ci liadas. O deslocamento da cúpula gera uma sensação de movimento rotaciona l.

Se os cristais f lutuantes deslocam a cúpula, o encéfalo percebe um movimento que não está associado a uma informação sensorial proven iente dos olhos. O resultado é a vertigem, uma ilusão de movimento.

4

Compare os sintomas da vertigem posicional com os da doença de Meniére. Com base nos sintomas de Anant, que condição você pensa que ele tem?

O sintoma primário da verigem posicional é uma vertigem rápida após uma mudança de posição. A doença de Méniere combina vertigem com zumbido e perda da audição.

Anant queixa-se de crises de vertigem que duram até 1 hora e chegam sem aviso. É mais provável que Anant tenha doença de Méniere.

5

Por que a restrição da ingestão de sal (NaCI) é sugerida como tratamento da doença de Mén iere?

A doença de Méniere é caracterizada por quantidade excessiva de endolinfa na orelha interna. A endolinfa é um líquido extracelular.

Reduzir a ingestão de sal pode d iminuir a quantidade de líquido no compartimento extracelular porque o corpo irá reter menos água. A redução do volume do LEC pode d iminuir o acúmu lo de líqu ido na orelha interna.

6

Por que a secção do nervo vestibular poderia melhorar a doença de Méniere?

O nervo vestibular transm ite informação sobre o equ ilíbrio e o movimento rotacional do vestíbu lo para o encéfalo.

A secção do nervo vestibular impede que a fa lsa informação de rotação do corpo chegue ao encéfalo, melhorando, assim, a vertigem da doença de Méniere.

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RESUMO DO CAPÍTULO Todos vivemos no mesmo mundo, entretanto diferentes animais percebem o mundo de modo diferente. Os cães escutam sons que não escutamos, por exemplo, e animais noturnos possuem uma melhor visão noturna do que nós. Um animal pode perceber apenas os estímulos para os quais ele tem receptores sensoriais. Neste capítulo você explorou os receptores sensoriais no corpo humano e aprendeu como cada tipo de receptor é projetado para que sejamos capazes de perceber diferentes aspectos do mundo que nos rodeia. Apesar das características únicas de cada sentido, há padrões básicos de transdução sensorial e de percepção. Interações moleculares entre moléculas sina1izadoras e canais iônicos ou receptores acoplados à proteina G iniciam muitas vias sensoriais. Receptores neurais e não neurais convertem sinais químicos, mecânicos, térmicos e energia luminosa em sinais elétricos qu e passam ao longo dos neurônios sensoriais para centros de controle no SNC. O encéfalo processa e filtra os sinais de entrada e muitas vezes atuam sobre a informação sensorial sem que a informação seja conscientemente percebida. Muitos dos reflexos viscerais, que serão estudados nos capítulos seguintes, são respostas inconscientes a estímulos sensoriais. 1. Os estímulos sensoriais são divididos em sentidos especiais, como visão, audição, paladar, olfato e equilíbrio, e em sentidos somáticos, como tato, temperatura, dor, prurido e propriocepção. (p. 334)

Propriedades gerais dos sistemas sensoriais 2. As vias sensoriais começam com um estímulo que é convertido por um receptor em um potencial elétrico. (p . 334) 3. Se o estímulo gera um potencial acima do limiar, os potenciais de ação passam ao longo do neurônio sensorial para o sistema nervoso central. Temos consciência de alguns estímulos, mas nunca temos consciência de outros. (p. 334; Tabela 10-1) 4. Os receptores sensoriais variam desde terminações nervosas livres até terminações nervosas encapsuladas e células receptoras especializadas. (p. 335; Fig.10-1) 5. Existem quatro tipos de receptores sensoriais com base no estímulo ao qual eles são mais sensíveis: quimiorreceptores, mecanorreceptores, termorreceptores e fotorreceptores. (p. 336, Tabela 10-2) 6. Cada tipo de receptor tem um estímulo adequado, que é uma forma particular de energia à qual ele é mais responsivo. (p. 336) 7. Um estímulo acima do limiar cria um potencial graduado no receptor. (p. 336) 8. Múltiplos neurônios sensoriais podem convergir para um neurônio secundário e criar um único campo receptivo grande. (p. 336; Figs.10-2, 10-3). 9. A informação sensorial da medula espinal é projetada para o tálamo e então para áreas sensoriais do córtex cerebral. Somente a informação olfatória não passa primeiro através do tálamo. (p. 338; Fig.10-4) 10. O sistema nervoso central é capaz de mudar seu nível de consciência do estímulo sensorial. O limiar de percepção é o nível de intensidade do estímulo necessário para que percebamos conscientemente uma sensação particular. (p. 338) 11. A modalidade de um sinal e a sua localização são indicadas por quais neurônios sensoriais são ativados. A associação de um receptor com uma sensação específica é denominada código de linha rotulada. (p. 339) 12. A localização da informação auditiva depende do tempo de ativação do receptor em cada orelha. (p. 339; Fig.10-5 e ) 13. A inibição lateral aumenta o contraste entre o centro do campo receptivo e a sua periferia. Em um código de população, o cére-

bro usa a entrada proveniente de múltiplos receptores para calcular a localização e o momento do estímulo. (p. 340; Fig.10-6 e ) 14. A intensidade do estímulo é codificada pelo número de receptores ativados e pela frequência dos seus potenciais de ação. (p. 340; Fig. 10-7) 15. Para receptores tônicos, o neurônio sensorial dispara potenciais de ação desde que o potencial receptor esteja acima do limiar. Os receptores fásicos respondem a mudanças na intensidade do estímulo, mas se adaptam se a intensidade do estímulo permanecer constante. (p. 341-342; Fig. 10-8)

Sensibilidade somática 16. Existem quatro modalidades somatossensoriais: tato, propriocepção, temperatura e nocicepção. (p. 342) 17. Os neurônios sensoriais secundários cruzam a linha m édia de modo que um lado do encéfalo processa a informação do lado oposto do corpo. Tratos sensoriais ascendentes terminam no córtex somatossensorial. (p. 343-344; Fig. 10-9, Tabela 10-3) 18. Os receptores táteis são de muitos tipos. Os receptores de temperatura detectam o calor e o frio. (p. 345-346; Fig. 10-11, Tabela 10-4) 19. Os nociceptores são terminações nervosas livres que respondem a estímulos químicos, mecânicos ou térmicos que são percebidos como dor ou coceira (prurido). (p. 346) 20. Algumas respostas a compostos irritantes, como o reflexo de retirada, são reflexos espinais protetores. (p. 346) 21. A dor rápida é transmitida rapidamente por fibras mielinizadas pequenas. A dor lenta é conduzida por fibras pequenas nãomielinizadas. A dor pode ser modulada por vias descendentes a partir do cérebro ou por mecanismos de controle (portão) na medula espinal. (p. 347; Fig. 10-12, Tabela 10-5) 22. A dor referida de órgãos internos ocorre quando múltiplos neurônios sensoriais primários convergem para um único trato ascendente. (p. 348; Fig. 10-13)

Quimiorrecepção: olfato e paladar 23. A quimiorrecepção é dividida nos sentidos especiais do olfato (olfação) e paladar (gustação). (p. 349) 24. As células receptoras olfatórias na cavidade nasal são neurônios bipolares cujas vias se projetam diretamente para o córtex olfatório. (p. 349; Fig. 10-14, 10-15) 25. Os receptores olfatórios são proteínas de membrana acopladas a proteínas G. (p. 351) 26. O paladar é uma combinação de cinco sensações: doce, salgado, ácido (azedo), amargo e umami. (p. 352) 27. As células receptoras gustatórias são células não neurais com canais ou receptores de membrana que interagem com ligantes gustatórios. Esta interação cria um sinal intracelular de Ca2 + que ativa o neurônio sensorial primário. (p. 352; Figs. 10-16, 10-17)

A orelha: audição 28. A audição é a nossa percepção da energia conduzida pelas ondas sonoras. As ondas sonoras são transduzidas em vibrações mecânicas, depois ondas de líquido que, por sua vez, se transformam em sinais químicos e, finalmente, em potenciais de ação. (p. 355; Fig. 10-20) 29. A cóclea da orelha interna contém três duetos paralelos cheios de líquido. O dueto coclear contém o órgão espiral (de Corti), que possui células ciliadas receptoras. (p. 357, 358; Fig. 10-21)

Fisiologia Humana

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30. Quando os sons inclinam os cílios das células ciliadas, o poten-

37. A luz é convertida em sinal elétrico pelos fotorreceptores da

cial de membrana das células ciliadas muda e altera a liberação de neurotransmissores nos neurônios sensoriais. (p. 358; Fig.

retina. Os sinais passam através de neurônios bipolares para as células ganglionares, cujos axônios formam o nervo óptico. (p. 372; Fig. 10-37) 38. A fóvea central tem a visão mais acurada porque tem os menores campos receptivos. (p. 372; Fig. 10-38) 39. Os bastonetes são responsáveis pela visão noturna monocromática. Os cones são responsáveis pela alta acuidade da visão e pela visão colorida durante o dia. (p. 372; Figs. 10-39, 10-40) 40. Os pigmentos visuais sensíveis à luz estão nos fotorreceptores e convertem a energia luminosa em uma mudança no potencial de membrana. O pigmento visual nos bastonetes é a rodopsina. Os cones têm três diferentes de pigmentos visuais. (p. 375; Fig.

10-22) 31. O processamento inicial para tom, intensidade e duração do

som ocorre na cóclea. A localização do som é uma função superior que requer a entrada sensorial de ambas orelhas e de uma sofisticada computação cerebral. (p. 358, 360-361; Fig. 10-23) 32. A via auditiva vai do nervo coclear para o bulbo, ponte, mesen-

céfalo e tálamo, antes de terminar no córtex auditivo. A informação de ambas as orelhas vai para ambos os lados do cérebro. (p. 361; Fig. 10-24).

10-40)

A orelha: equilíbrio 33. O equilíbrio é mediado pelas células ciliadas do vestíbulo e dos

canais semicirculares da orelha interna. A gravidade e a aceleração geram a força que move os cílios. (p. 362; Figs. 10-25, 10-26, 10-27)

O olho e a visão 34. A visão é a tradução em uma imagem mental da luz refletida.

Os fotorreceptores da retina transduzem a energia luminosa em um sinal elétrico que é levado para o córtex visual para ser processado. (p. 365; Figs. 10-30, 10-31) 35. A quantidade de luz que entra no olho é alterada pela mudança no tamanho da pupila. (p. 367) 36. As ondas luminosas são focalizadas pela lente, cuja forma é ajustada pela contração ou pelo relaxamento do músculo ciliar. (p. 370; Figs. 10-33, 10-34)

41. A rodopsina é composta pelas moléculas opsina e retinal. Na ausência de luz, o retina! liga-se à opsina. (p. 375; Figs. 10-39, 10-41) 42. Quando a luz descora a rodopsina, o retinal é liberado, e a

transducina começa uma cascata de segundo mensageiro que hiperpolariza o bastonete e libera menos glutamato nos neurônios bipolares. (p. 375; Fig. 10-41) 43. Os sinais passam dos fotorreceptores através dos neurônios bipolares para as células ganglionares, com modulação das células horizontais e amácrinas. (p. 377; Fig. 10-37) 44. As células ganglionares denominadas células M, conduzem informação sobre o movimento. As células ganglionares denominadas células P transmitem sinais referentes à forma e à textura dos objetos que estão no campo visual. (p. 377) 45. A informação de cada lado do campo visual é processada no lado oposto do cérebro. Os objetos devem ser vistos por ambos os olhos para parecerem tridimensionais. (p. 378; Fig. 10-43)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS Qual é o papel da divisão aferente do sistema nervoso? Defina propriocepção. Quais são os elementos comuns de todas as vias sensoriais? Liste e descreva brevemente os quatro principais tipos de receptores somáticos com base no tipo de estímulo ao qual eles são . , . mais sens1ve1s. 5. Os receptores de cada neurônio sensorial primário captam a informação de uma área específica, conhecida como 1. 2. 3. 4.

6. Relacione a área encefálica com a informação sensorial processada nela: (a) sons 1. mesencéfalo (b) odores 2. cérebro (c) informação visual 3. bulbo (d) gosto 4. cerebelo (e) equilíbrio 5. nenhum dos anteriores 7. A conversão da energia do estímulo em mudanças no potencial de membrana é denominada . A forma de energia à qual o receptor responde é sua . O estímulo mínimo necessário para ativar um dado receptor é conhecido como . 8. Quando a membrana do receptor sensorial despolariza (ou hiperpolariza, em poucos casos), a mudança no potencial de

9. 10.

11. 12.

13.

membrana é chamada de potencial . Este é um potencial graduado ou um potencial tudo-ou-nada? Explique o que significa estímulo adequado para um dado receptor. A organização das regiões sensoriais no do cérebro preserva a organização topográfica dos receptores na pele, no olho ou em outras regiões. Entretanto, existem exceções a esta regra. Quais são os dois sentidos nos quais o cérebro conta com o tempo de ativação do receptor para determinar a localização do estímulo inicial? O que é inibição lateral? Defina receptores tônicos e cite alguns exemplos. Defina o que são receptores fásicos e cite alguns exemplos. Qual dos dois se adapta? Por que a adaptação é vantajosa? Quando uma dor cardíaca é percebida como proveniente do pescoço e do braço esquerdo, este é um exemplo de dor

14. Quais são os cinco tipos básicos de gosto? Qual é o significado

adaptativo de cada uma dessas sensações gustatórias? 15. A unidade da mensuração da onda sonora é , que é uma medida da frequência das ondas sonoras por segundo. A altura ou intensidade do som é uma função da _ _ _ _ _ __ . A faixa de das ondas sonoras e é medida em audição da orelha humana média é de a _ _ __ (unidades) com o som mais agudo variando de a _ __ (unidades). 16. Qual a estrutura da orelha interna codifica o tom do som? Defina codificação espacial.

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17. Sons altos causam potenciais de ação que (marque todas as corretas): (a) disparam mais frequentemente (b) possuem maiores amplitudes (e) possuem períodos refratários mais longos 18. Uma vez que as on das sonoras tenham sido transformadas em sinais elétricos na cóclea, os neurônios sensoriais transferem a informação para e . A via auditie antes de va principal faz sinapse no finalmente se projetar para o no . 19. As partes do vestíbulo que informam ao nosso cérebro sobre os nossos movimentos no espaço são os _ _ _ _ _ _ _, os que responde às quais detectam a rotação, e o forças lineares. 20. Liste as seguintes estruturas na sequência correta na qual um feixe de luz que entra no olho as encontrará: (a) humor aquoso; (b) córnea; (e) lente; (d) pupila e (e) retina. 21. As três cores primárias da visão são , e - - - -. A luz branca contendo essas cores estimula os fotorreceptores denominados . A falta de capacidade para distinguir algumas cores é denominada . 22. Cite seis tipos celulares encontrados na retina, e descreva brevemente as suas funções. ,

NIVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

23. Compare e diferencie: (a) sentidos somáticos e sentidos especiais (b) diferentes tipos de receptores táteis em relação à sua estrutura, tamanho e localização (e) transmissão de uma dor aguda localizada e transmissão da dor difusa e surda (inclua na discussão os tipos particulares de fibras envolvidas, bem como a presença ou ausência de mielina) (d) as formas de perda da audição (e) convergência de neurônios na retina e convergência de neurônios sensoriais somáticos primários 24. Desenhe três receptores de tato que possuem campos receptivos sobrepostos (ver Fig. 10-2). Desenhe um neurônio sensorial primário e secundário para cada receptor de modo que tenham vias ascendentes separadas para o córtex. Use a informação do seu esquema para responder a esta questão: Quantas regiões diferentes da pele o cérebro pode distinguir usando a entrada sensorial proveniente desses três receptores? 25. Descreva as vias neurais que ligam a dor com o estresse emocional, a náusea e o vômito. 26. Trace a via neural envolvida na olfação. O que é G0 u? 27. Compare os modelos atuais de transdução de sinal nos botões gustatórios para os ligantes salgado-ácido com os ligantes doce, amargo e umami. 28. Coloque as seguintes estruturas na ordem em que uma onda sonora as encontraria: (a) orelha (pina), (b) dueto coclear, (e) estribo, (d) canais iônicos, (e) janela oval, (f) células ciliadas/ estereocílios, (g) membrana timpânica, (h) bigorna, (i) rampa do vestíbulo, (j) martelo. 29. Esquematize as estruturas e os receptores para o equilíbrio do vestíbulo. Identifique seus componentes. Descreva brevemente como eles funcionam para informar ao cérebro sobre o movimento. 30. Explique como ocorre a acomodação do olho. Como a perda da acomodação é chamada?

31. Liste os quatro problemas mais comuns da visão e explique como eles ocorrem. 32. Explique como a intensidade e a duração de um estímulo são codificadas, de modo que um estímulo possa ser interpretado pelo cérebro. (Lembre-se, potenciais de ação são fenômenos tudo-ou-nada.) 33. Faça uma tabela dos sentidos especiais. Na primeira coluna, escreva estes estímulos: som, ficar em pé em um barco, luz, um gosto e um aroma. Na segunda coluna, descreva a localização do receptor de cada sentido. Na terceira coluna, descreva a estrutura e as propriedades de cada receptor. Na última coluna, cite o nome dos nervos cranianos que conduzem cada sensação para o encéfalo. [$ p. 310] 34. Faça um mapa com os seguintes termos relacionados à visão. Adicione mais termos se quiser. Map a 2: retina Mapa l Campo visual Bastonetes Cones Cones Córnea GMPc Disco óptico Melanina Fototransdução Melanopsina Fóvea central Opsina Corpo geniculado lateral Descaramento , Epitélio pigmentado Iris Retin al Lente Mácula Rodopsina Músculo ciliar Células amácrinas Nervo óptico Células bipolares Células ganglionares Ponto cego Células horizontais Ponto focal Profundidade de campo Transducina Quiasma óptico Reflexo da acomodação Reflexo pupilar Retina Visão binocular Zônulas Nervo craniano III Córtex visual Campo de visão

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

35. Você está fincando duas agulhas no braço de um colega que está com os olhos vendados (com a permissão dele). Algumas vezes, o seu colega diz que você está usando as duas agulhas. Entretanto, em outras áreas menos sensíveis, o seu colega acha que você está usando somente uma agulha. Que sentido você está testando? Quais receptores estão sendo estimulados? Explique por que às vezes o seu colega sente apenas uma agulha? 36. O consumo de álcool deprime o sistema nervoso e o vestíbulo. Em uma análise da sobriedade, policiais utilizam esta informação para determinar se um indivíduo está embriagado. Que tipo de teste você poderia sugerir para evidenciar esta inibição? 37. Frequentemente as crianças vão ao médico por apresentar problemas de fala. Se você fosse um médico, que sentido você testaria primeiro nestes pacientes e por quê? 38. Um médico coloca luz brilhante no olho esquerdo do paciente e nenhuma pupila se contrai. Já no olho direito, a luz provoca um reflexo consensual normal. Qual problema na via reflexa poderia explicar esta observação?

Fisiologia Humana

39. Um optometrista quer examinar a retina de um paciente. Quais das seguintes classes de fármacos podem dilatar a pupila? Explique porque você escolheu ou não cada opção. (a) um simpatomimético [mimicus, imita] (b) um antagonista muscarínico (c) um agonista colinérgico (d) um anticolinesterásico (e) um agonista nicotínico 40. A íris do olho tem dois grupos de músculos antagonistas, um para dilatação e um para constrição. Um conjunto de músculos é radial (irradiando-se a partir do centro da pupila) e o outro é circular. Desenhe uma íris e uma pupila e arranje os músculos de modo que a contração de um grupo de músculos cause constrição pupilar e a contração do outro grupo cause dilatação. ' 41. A medida que as pessoas envelhecem, sua habilidade de ver à noite diminui. Que alterações na retina explicariam isso?

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NIVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 42. As relações entre comprimento focal (F) de uma lente, distância do objeto (P) e distância da imagem ou ponto focal (Q) é 1/F = 1/P + l/Q. Considere que a distância da lente à retina é de 20 mm. (a) Para uma distância do objeto, P =infinito (ex:) e l/cx: =O. Se Pavi vê um objeto no foco, qual é o comprimento focal da sua lente, em metros? (b) Se o objeto se move 30 cm em frente da lente de Pavi e a lente não muda de forma, qual é a distância da imagem? O que deve acontecer com a lente de Pavi para aproximar a imagem do foco?

RESPOSTAS . /Respostas para as questões de ••Revisando conceitos•• Página 336 1. Axônios mielinizados têm maior velocidade de condução do que os não mielinizados. 2. A orelha (pina) leva o som para o meato acústico externo (canal auditivo).

3. Tensão/comprimento muscular, propriocepção = mecanorreceptor. Pressão, insuflação, distensão = mecanorrecepção. Osmolaridade = mecanorrecepção. Temperatura = termorrecepção. Oxigênio, glicose, pH = quimiorrecepção. Página 341 4. Canais de K+ e de c1- nos neurônios A e C provavelmente estão abertos e causando hiperpolarização. Página 342 5. Os neurônios sensoriais sinalizam a intensidade de um estímulo pela na qual disparam potenciais de ação. 6. Os receptores de irritação avisam o corpo do perigo. Se possível, o corpo responde no sentido de interromper o estímulo nocivo. Portanto, é importante que estes sinais continuem enquanto o estímulo estiver presente, e por isso estes receptores devem ser tônicos em vez de fásicos. Página 349 7. A vantagem adaptativa de um reflexo espinal é uma reação rápida. 8. b, a, c (ver Tabela 10-5). 9. Existem muitos exemplos, incluindo receptores gustatórios e táteis. Página 351 10. Célula receptora olfatória (neurônio primário) ~nervo craniano I ~ neurônio secundário no bulbo olfatório ~ trato olfatório ~ córtex olfatório no lobo temporal. 11. Se você precisa de ajuda, use a Figura 10-14 como padrão básico para criar este mapa. 12. Os terminais protuberantes das células receptoras olfatórias funcionam como dendritos. 13. Os neurônios olfatórios são neurônios bipolares.

Página 353 14. O gosto umami é associado com a ingestão do aminoácido glutamato. 15. Célula gustatória pré-sináptica ~ neurônio sensorial primário pelos nervos cranianos VII, IX e X~ bulbo (sinapse com o neurônio secundário) ~ tálamo ~ córtex gustatório no lobo parietal. Página 355 16. Um quilohertz é igual a 1.000 Hz, o que significa 1.000 ondas por segundo. Página 358 17. A endolinfa temi [K+] e .1 [Na+], de modo que o gradiente eletroquímico favorece a entrada de K+na célula. Página 362 18. Use as Figuras 10-18,10-20 e 10-24 para criar seu mapa.

19. A informação somatossensorial se projeta para o hemisfério do cérebro oposto ao lado do corpo no qual o sinal se origina. A localização do som é codificada pelo momento que o estímulo chega em cada hemisfério, de modo que o sinal para ambos os hemisférios é necessário. 20. Um implante coclear não ajudaria a pessoa com perda auditiva neural ou perda auditiva de condução, auxiliando somente pessoas com perda auditiva sensório-neural. Página 365 21. A entrada de K+ nas células ciliadas causa despolarização. 22. Quando o líquido se acumula na orelha média, a membrana timpânica é incapaz de se mover livremente, por isso o som não pode ser transmitido através dos ossos da orelha média tão eficazmente. 23. Quando um bailarino rodopia, a endolinfa da ampola move-se em cada rotação da cabeça, mas para quando o bailarino mantém a cabeça parada. Isso resulta em menos inércia do que se a cabeça estivesse girando continuamente. Página 367 24. O humor aquoso sustenta a córnea e a lente. Ele também leva nutrientes e remove resíduos da camada epitelial da córnea, que não tem suprimento sanguíneo.

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Página 368 25. (a) A via sensorial de um olho diverge para ativar as vias motoras para ambas as pupilas. (b) A via aferente e sua integração devem estar funcionando porque existe uma resposta apropriada no lado direito. A via motora (eferente) para o olho esquerdo não deve estar funcionando. 26. Este é um controle antagônico. Página 371 27. A córnea mais curvada faz com que os raios luminosos tenham uma convergência mais aguda. Isto faz com que o ponto focal caia na frente da retina, e a pessoa será míope. Página 372 28. O tapetum lucidum reflete a luz, o que aumenta a quantidade de luz que incide nos fotorreceptores. 29. Tanto na retina quanto na pele, a discriminação mais fina ocorre na região com campo visual ou campo receptivo menores. 30. O dano na mácula lútea, a qual circunda a fóvea central, resulta em perda da visão na porção central do campo visual. A visão periférica permanece inalterada. Página 375 31. Nossa visão no escuro é em preto e branco porque somente os bastonetes (visão preto e branco), não os cones (visão colorida), são sensíveis o suficiente para serem estimulados pelos baixos níveis de luminosidade. Página 376 32. Use a informação das Figuras 10-39 e 10-41 para criar o seu mapa.

Q Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 338 Figura 10-4: As vias olfatórias e algumas vias do equilíbrio não fazem sinapse no tálamo. Página 343 Figura 10-9: As sensações afetadas seriam a dor e temperatura contralaterais e propriocepção ipsilateral.

Página 348 Figura 10-13: No coração. Página 350 Figura 10-14: Múltiplos neurônios fazem sinapse com um único neurônio em um exemplo de convergência. Página 357 Figura 10-19: Gráfico (1) mostra ondas de 20 Hz (5 ondas em um intervalo de 0,25 segundo, o que significa 20 ondas por segundo). Gráfico (2) mostra ondas de 32 Hz. As ondas em (1) têm o tom mais baixo porque têm a frequência mais baixa. Página 367 Figura 10-30: O olho direito é mostrado nesta fotografia. Página 370 Figura 10-33: (a) A distância da imagem aumenta (b) A distância focal deve diminuir, o que ocorre quando a lente torna-se mais arredondada. Página 371 Figura 10-35: (1) Lentes convexas focam um feixe de luz, e lentes côncavas espalham um feixe de luz que passa através dela. (2) Na hipermetropia, o ponto focal cai atrás da retina; uma lente convexa encurta a distância focal, de modo que o ponto focal se move para a retina. Na miopia, o ponto focal cai na frente da retina. Uma lente côncava aumenta a distância focal e move o ponto focal para a retina. Página 373 Figura 10-37: Seis bastonetes convergem sobre a célula ganglionar. Página 375 Figura 10-40: O pigmento dos cones vermelhos absorve a luz de um espectro mais amplo, e os cones azuis absorvem um espectro menor. A 500 nm, os pigmentos azuis e verdes absorvem luz igualmente. Página 376 Figura 10-41: (10.000 canais CNG x 24 GMPc/canal) x 1 transducina/6 GMPc x 1 rodopsina/800 transducinas x 1fóton/rodopsina=50 fótons são necessários.

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e

Divisão autônoma 387 388 388 389

389 391 392 392

394

Os reflexos autonômicos são importantes para a homeostase O controle antagonista é uma característica da divisão autônoma As vias autonôm icas têm dois neurônios eferentes em série As subdivisões simpática e parassimpática partem de d iferentes regiões da medula espina l O sistema nervoso autônomo usa , . . . , . var1os s1na1s qu1m1cos As vias autonômicas controlam os músculos liso e cardíaco e g lândulas Os neurotransmissores autonômicos são sintetizados no axônio A ma ioria das vias simpáticas secreta noradrenal ina que se liga em receptores adrenérgicos A medula da suprarrenal secreta catecolaminas

395

395

396

396

As vias parassimpáticas secretam acetilcolina que se liga em receptores muscarínicos Agonistas e antagonistas autonômicos são ferramentas importantes na pesqu isa e na med icina Disfunções primárias do sistema nervoso autônomo são relativamente incomuns Resumo das subdivisões simpática e parassimpática

Divisão motora somática 398

A via motora somática consiste em um neuron10 A j unção neuromuscu lar possui receptores nicotínicos A

399

o

CONHECIMENTOS BÃSICOS Receptores de membrana: 182 Neurotransmissores: 180 Sistemas de segundo mensageiro:

184 Catecolaminas: 224 Regulação para baixo e regulação para cima: 44 Controle tônico e antagonista: 196 Organização do sistema nervoso: 247 Estrutura neuronal: 249 Sinapses: 252 Nervos: 250 Potenciais de ação: 258 Pot enciais sinápticos lentos: 281

Como muitas células da divisão autônoma do sistema nervoso atuam em conjunto, elas têm de renunciar à sua independência para fit.ncionar como um todo coeso.

-Otto Appenzeller e Emilio Oribe, em The Autonomic Nervous System, 1997.

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Um vício poderoso Todos os dias, mais de 1,3 bilhão de pessoas no mundo intencionalmente consome uma substância química que mata cerca de 5 milhões de pessoas por ano. Por que estas pessoas estariam se envenenando intencionalmente? Se você acha que esta subtância química é a nicotina, já acertou parte da resposta. Uma das mais de 4.000 substâncias químicas encontradas no tabaco, a nicotina tem grande poder de provocar dependência. Sua adição é tão poderosa que somente 20% dos fumantes são capazes de parar de fumar na sua primeira tentativa. Shanika, fumante há seis anos, está tentando parar de fumar pela segunda vez. Desta vez, as chances estão a seu favor porque ela marcou uma consulta com seu médico para discutir todas as opções disponíveis para ajudá-la a romper sua dependência à nicotina e ao cigarro.

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399

401

piquenique estava maravilhoso. Você agora está sonolento na grama, sob os raios quentes do sol da primavera, digerindo sua refeição. De repente, sente algo se movendo sobre a sua perna. Você abre os olhos e, assim que eles se ajustam ao brilho da luz, você vê uma cobra de aproximadamente 1 metro de comprimento deslizando sobre seu pé. Mais por instinto do que por razão, você joga a cobra na grama e salta rapidamente para um lugar seguro, em cima da mesa de piquenique mais próxima. Você está respirando ruidosamente e seu coração está acelerado. Em menos de um segundo, o seu corpo passou de um estado de tranquilo repouso e digestão para um estado de pânico e de atividade frenética. Essa reação reflexa é integrada e coordenada pelo sistema nervoso central (SNC) e executada pela divisão eferente do sistema nervoso periférico (SNP). As fibras dos neurônios eferentes são agrupadas em nervos que conduzem os comandos do SNC para os músculos e para as glândulas do corpo. Alguns nervos, chamados de nervos mistos, também levam informações sensoriais pelas fibras aferentes [ ~ p. 250]. A parte eferente do SNP pode ser subdividida em neurônios motores somáticos, os quais controlam os músculos esqueléticos, e neurônios autonômicos, os quais controlam os músculos liso e cardíaco, diversas glândulas e parte do tecido adiposo. As divisões somática e autônoma são algumas vezes chamadas de divisões voluntária e involuntária do sistema nervoso, respectivamente. Entretanto, embora seja verdade que os movimentos controlados por vias somáticas geralmente requerem pensamento consciente e que os reflexos autonômicos são principalmente involuntários, esta distinção nem sempre é verdadeira. Por exemplo, alguns reflexos envolvendo músculos esqueléticos, como a deglutição e o reflexo patelar, são involuntários. E uma pessoa pode usar treinamento em biofeedback para aprender a modular algumas funções autonômicas involuntárias, como a frequência cardíaca e a pressão sanguínea.

Começamos nosso estudo da divisão eferente do SNP examinando a divisão autônoma. Depois vemos a divisão motora somática como uma preparação para o estudo sobre os músculos no Capítulo 12.

DIVISÃO AUTÔNOMA A divisão autônoma do sistema nervoso eferente (ou, sinteticamente, sistema nervoso autônomo) é também conhecida na nomenclatura antiga como sistema nervoso vegetativo, o que reflete a observação de que suas funções não estão sob controle voluntário. A palavra autonômico tem a mesma raiz da palavra autônomo, que significa governar a si próprio. Adivisão autônoma do sistema nervoso também é denominada sistema nervoso visceral por causa do controle que exerce sobre os órgãos internos. A divisão autônoma é subdividida em simpático e parassimpático (frequentemente chamados de sistema nervoso simpático e parassimpático). Algumas partes da subdivisão simpática foram primeiro descritas pelo médico grego Claudius Galeno (aprox. 130-200 D.C.), que é famoso por sua compilação de anatomia, fisiologia e medicina. Como resultado de suas dissecações, Galeno propôs que os "espíritos dos animais" fluíam do cérebro para os tecidos por meio de nervos ocos, criando "simpatia" entre as diferentes partes do corpo. A "simpatia" de Galeno, posteriormente, deu origem ao nome da subdivisão simpática do sistema nervoso. Já o prefixo para-, da subdivisão parassimpática, significa junto de ou ao lado de. Embora as subdivisões simpática e parassimpática possam ser distinguidas anatomicamente, não há um modo simples de separar as ações das duas subdivisões nos seus alvos. A melhor forma de distinguir as subdivisões é de acordo com o tipo de situação na qual elas estão mais ativas. A cena do piquenique, que iniciou o capítulo, ilustra os dois extremos nos quais as subdivisões simpática e parassimpática atuam. Se você está tranquilamente descansando após uma refeição, o parassimpático está dominando, assumindo o comando de atividades rotineiras, como a digestão. Consequentemente, os neurônios parassimpáticos algumas vezes são considerados controladores das funções de "descanso e digestão". Por outro lado, a subdivisão simpática é dominante em situações de estresse, como a ameaça potencial da cobra. Quando mais característicos da atividade simpática é a resposta de luta-ou-fuga, na qual o encéfalo dispara uma descarga simpática maciça e simultânea em todo o corpo. Quando o corpo se prepara para lutar ou fugir, o coração dispara; os vasos sanguíneos dos músculos das pernas, dos braços e do coração dilatam; e o fígado começa a produzir glicose para fornecer energia para a contração muscular. A digestão toma-se uma prioridade menos importante quando a vida está ameaçada, e o sangue é desviado do trato gastrintestinal para os músculos esqueléticos. A descarga simpática maciça, que ocorre em situações de luta-ou-fuga, é mediada pelo hipotálamo e é uma resposta do corpo como um todo a uma crise. Se você já se assustou com o barulho de uma freada brusca ou com um barulho repentino no escuro, você sabe o quão rapidamente o sistema nervoso pode influenciar múltiplos sistemas do corpo.

387

Fisiologia Humana

A homeostase é um equilíbrio dinâmico entre as subdivisões autonômicas.

Entrada sensorial

r

'

"\

1p

,

1

' 1 1

\

ar8 Ss.lfr1,... ,

fa.\\CO ~ s\((\ç

tJé1fic0

1

\

Neurônios sensoriais somáticos e viscerais

Ponte, bulbo, hipotálamo

Sistema límbico, córtex cerebral

1 1

1

'

I

1 \

I

*Descanso e d igestão: a atividade parassimpática predomina.

e

Receptores hipotalâmicos

Luta ou f uga: a atividade simpática predomina.

> ~

FIGURA 11-1 A maioria das atividades normais reflete um equilíbrio entre as subdivisões autonômicas. Resposta autonômica

Entretanto, a maioria das respostas simpáticas não são aresposta completa de um reflexo de luta ou fuga e, o que é mais importante, a ativação de uma via simpática não ativa automaticamente todas as demais. O papel do sistema nervoso simpático nas atividades da vida diária é tão importante como a resposta de luta ou fuga. Por exemplo, um papel-chave da subdivisão simpática é controlar o fluxo sanguíneo para os tecidos, como você aprenderá no Capítulo 15. Na maior parte do tempo, o controle autonômico das funções corporais funciona como uma gangorra, para a frente e para trás entre as subdivisões simpática e parassimpática, conforme elas cooperam para fazer ajustes finos de diversos processos (Fig. 11-1 e ). Apenas ocasionalmente, como no exemplo da luta ou fuga, a gangorra move-se para um extremo ou para outro.

Os neurocientistas aprenderam que os comportamentos aditivos se desenvolvem porque certas substâncias químicas atuam como reforçadores positivos no encéfalo, gerando a dependência física e a dependência psicológica. A nicotina é uma droga de abuso que aumenta a li beração de dopamina nos centros de recompensa do cérebro e gera sensações prazerosas. Com o tempo, o cérebro também começa a associar os aspectos sociais do tabagismo com o prazer, uma resposta condicionada que torna difícil seu abandono. Se o fumante parar de fumar, ele pode sofrer os sintomas físicos desagradáveis da abstinência, incluindo letargia, fome e irritabilidade. Questão 1: Para evitar os sintomas da abstinência, as pessoas continuam a fumar, o que resulta em níveis sanguíneos de nicotina cronicamente elevados. A nicotina liga-se a receptores para acetilcolina nicotínicos (nAChR). Qual é a resposta usual das células que são cronicamente expostas a concentrações elevadas de uma molécula sinalizadora? [ Dica: $ p. 194]

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Ili

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401

•

Resposta endócrina

Resposta comportamental

FIGURA 11-2 O hipotálamo, a ponte e o bulbo iniciam as respostas autonômicas, endócrinas e comportamentais.

Os hormônios tróficos hipotalâmicos controlam a secreção dos hormônios da adeno-hipófise [ $ p. 228]. O hipotálamo secreta neuro-hormônios na neuro-hipófise [ $ p. 228]. Os neurônios autonômicos também controlam a liberação de hormônios de células endócrinas periféricas, como as células ~ pancreáticas [ $ p. 227]. As respostas emocionais mediadas pelo sistema límbico podem influenciar as respostas autonômicas [ $ p. 312]. REVISANDO CONCEITOS

1. Quais os dois componentes da divisão aferente do sistema nervoso? 2. O sistema nervoso central é constituído pelo _____ e pela Respostas: p. 404

Os reflexos autonômicos são importantes para a homeostase O sistema nervoso autônomo trabalha em estreita colaboração com o sistema endócrino e com o sistema comportamental[$ p. 317] para manter a homeostase no corpo. A informação sensorial dos receptores somatossensoriais e viscerais vai para os centros de controle homeostático no hipotálamo, na ponte e no bulbo (Fig. 11-2 e ). Esses centros monitoram e regulam funções importantes como a pressão sanguínea, a regulação da temperatura corporal e o balanço hídrico (Fig. 11-3 e ). O hipotálamo também contém neurônios que atuam como sensores, como os osmorreceptores, os quais monitoram a osmolaridade, e os termorreceptores, que monitoram a temperatura corporal. Impulsos motores do hipotálamo e do tronco encefálio geram respostas autonômicas, respostas endócrinas e respostas comportamentais, como beber, procurar comida e na regulação da temperatura (sair do calor, vestir um suéter). Essas respostas comportamentais são integradas * N. de T. Infelizmente, com a tradução se perde o efeito mnemônico das expressões em inglês rest-and-digest para o parassimpático e fi.ght-and-flight para o simpático.

11

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Dee Unglaub Silverthorn

As vias autonômicas consistem em dois neurônios que fazem sinapse em um gânglio autonômico.

Controle da -----temperatura Balanço hídrico Compor- -----.._ tamente alimentar

Neurônio pré-ganglionar

Hipotálamo •

SNC

•

Neurônio pós-gang 1ionar

1

Gânglio autonômico

Tecido-alvo

FIGURA 11-4 As vias autonômicas possuem dois neuron1os. A

o

Controle da bexiga urinária Centro respiratório secundário Controle da ____, pressão sanguínea Centro______, respiratório

•

FIGURA 11-3 céfalo.

Centros de controle autonômico no en-

em centros encefálicos responsáveis pelos comportamentos motivados e pelo controle do movimento. Além disso, a informação sensorial integrada no córtex cerebral e no sistema límbico pode gerar emoções que influenciam as respostas autonômicas, como ilustra a Figura 11-2. Ruborizar, desmaiar ao avistar uma agulha hipodérmica e "frio no estômago" são todos exemplos de influências emocionais nas funções autonômicas. O entendimento do controle hormonal e autonômico dos sistemas orgânicos é a chave para a compreensão da manutenção da homeostase em praticamente todos os sistemas do corpo. Alguns reflexos autonômicos podem acontecer sem o estímulo do encéfalo. Esses reflexos espinais [$ Fig. 9-8, p. 307] incluem a micção, a defecação e a ereção peniana - funções corporais que podem ser influenciadas por vias descendentes do encéfalo, mas que não necessitam desse estímulo. Por exemplo, pessoas com lesão da medula espinal, que perdem a comunicação entre encéfalo e medula espinal, podem conservar alguns reflexos espinais, mas perdem a habilidade de senti-los ou controlá-los.

O controle antagonista é uma característica da divisão autônoma As subdivisões simpática e parassimpática do sistema nervoso autônomo apresentam todas as quatro propriedades da homeostase de Walter Cannon: (1) preservação do desempenho do meio interno, (2) regulação aumenta/diminui pelo controle tônico, (3) controle antagonista, (4) sinais químicos com diferentes efeitos em diferentes tecidos [ $ p. 196].

A maior parte dos órgãos internos está sob controle antagonista, no qual uma subdivisão autonômica é excitatória e a outra é inibitória (ver a Tabela na Fig. 11-5). Por exemplo, a inervação simpática aumenta a frequência cardíaca, e a estimulação parassimpática a diminui. Consequentemente, a frequência cardíaca pode ser regulada alterando as proporções relativas do controle simpático e parassimpático. Exceções à dupla inervação antagonista incluem as glândulas sudoríferas e o músculo liso da maioria dos vasos sanguíneos. Esses tecidos são inervados somente pela subdivisão simpática e dependem estritamente do controle tônico. Embora as duas subdivisões autonômicas em geral sejam antagonistas no controle de determinado tecido-alvo, algumas vezes elas trabalham em cooperação em diferentes tecidos para atingir um objetivo comum. Por exemplo, o fluxo sanguíneo durante a ereção peniana está sob controle da subdivisão parassimpática, e a contração muscular para a ejaculação do esperma é controlada pela subdivisão simpática. Em algumas vias autonômicas, os receptores para os neurotransmissores determinam a resposta do tecido-alvo. Por exemplo, muitos vasos sanguíneos possuem um tipo de receptor adrenérgico [$ p. 279] que causa a contração da musculatura lisa (vasoconstrição). Entretanto, alguns vasos sanguíneos também possuem um segundo tipo de receptor adrenérgico, que causa relaxamento da musculatura lisa (vasodilatação). Ambos os receptores são ativados por catecolaminas [ $ p. 224]. Neste exemplo, é o receptor, e não o sinal químico, que determina a resposta. REVISANDO CONCEITOS 3. Defina homeostase.

Resposta: p. 404

As vias autonômicas têm dois neurônios eferentes em série Todas as vias autonômicas (simpática e parassimpática) consistem em dois neurônios em série (Fig. 11-4 e ). O primeiro neurônio, chamado de neurônio pré-ganglionar, origina-se no SNC e projeta-se para um gânglio autonômico, que se localiza fora do SNC. Neste local, o neurônio pré-ganglionar faz sinapse com o segundo neurônio, o neurônio pós-ganglionar. Este neurônio tem o corpo celular no gânglio e projeta seu axônio para o tecido-alvo. (Um gânglio é um agrupamento de corpos de neurônios localizado fora do SNC. As estruturas no SNC equivalentes aos gânglios são os núcleos [$ p. 253].)

Fisiologia Humana

A divergência [$ p. 282] é uma importante característica das vias autonômicas. Em média, um neurônio pré-ganglionar faz sinapse com oito ou nove neurônios pós-ganglionares. Alguns fazem sinapse com até 32 neurônios! Cada neurônio pós-ganglionar pode inervar um alvo diferente, o que significa que um único sinal do SNC pode afetar um grande número de células-alvo simultaneamente. Na visão tradicional da divisão autônoma, os gânglios autonômicos eram considerados simplesmente uma estação de retransmissão, que transferia os sinais dos neurônios pré-ganglionares para os neurônios pós-ganglionares. Entretanto, hoje sabemos que os gânglios são mais do que uma simples coleção de terminais axônicos e corpos neuronais: eles também contêm neurônios que se localizam completamente dentro deles. Esses neurônios permitem que os gânglios autonômicos atuem como minicentros de integração, recebendo sinais sensoriais da periferia do corpo e modulando sinais motores autonômicos para os tecidos-alvo. Provavelmente, esta disposição permite que um reflexo seja integrado totalmente dento de um gânglio, sem envolvimento do SNC. Sabe-se da existência deste padrão de controle no sistema nervoso entérico, que é discutido no Capítulo 21 [$ p. 249].

As subdivisões simpática e parassimpática partem de diferentes regiões da medula espinal Então, como as duas subdivisões autonômicas diferem anatomicamente? As principais diferenças anatômicas são (1) o ponto de origem da via no SNC e (2) a localização dos gânglios autonômicos. Como mostra a Figura 11-5 e, a maioria das vias simpáticas (em vermelho) origina-se nas regiões torácica e lombar da medula espinal. Os gânglios simpáticos são encontrados principalmente em duas cadeias que correm ao longo de ambos os lados da coluna vertebral, com gânglios adicionais ao longo da aorta descendente. Nervos longos (axônios dos neurônios pós-ganglionares) projetam-se dos gânglios para os tecidos-alvo. Tendo em vista que a maior parte dos gânglios simpáticos está perto da medula espinal, as vias simpáticas normalmente possuem neurônios préganglionares curtos e neurônios pós-ganglionares longos. Muitas vias parassimpáticas (mostrad.as em azul na Fig. 11-5) originam-se no tronco encefálico e seus axônios deixam o encéfalo em vários nervos cranianos[$ p. 310]. Outras vias parassimpáticas originam-se na região sacral (próximo da extremidade inferior da medula espinal) e controlam os órgãos pélvicos. Em geral, os gânglios parassimpáticos estão localizados próximo ou nos órgãos-alvo. Consequentemente, os neurônios pré-ganglionares parassimpáticos possuem axônios longos, e os neurônios pós-ganglionares parassimpáticos possuem axônios curtos. A inervação parassimpática direciona-se primariamente para a cabeça, o pescoço e os órgãos internos. O primariamente trato parassimpático é o nervo vago (nervo craniano X), o qual contém cerca de 75% de todas as fibras parassimpáticas. Este nervo leva tanto as informações sensoriais dos órgãos internos para o encéfalo como sinais parassimpáticos do encéfalo para os órgãos (Fig. 11-6 e ). A vagotomia é um procedimento no qual o nervo vago é cirurgicamente seccionado. Foi uma técnica experimental

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utilizada no século XIX e início do século XX para estudar os efeitos do sistema nervoso autônomo nos diversos órgãos. Durante algum tempo, a vagotomia foi o tratamento preferido para úlceras gástricas, uma vez que a remoção da inervação parassimpática para o estômago diminui a secreção de ácido gástrico. Entretanto, este procedimento tem muitos efeitos colaterais indesejáveis e foi substituído por tratamentos farmacológicos, que tratam o problema de maneira mais específica.

4. Um nervo que carrega tanto informações sensoriais quanto motoras é chamado de nervo _ _ _ _ _ . 5. Cit e, em ordem, os nomes das quat ro regiões da medula espinal, iniciando a partir do tronco encefálico. Respostas: p. 404

O sistema nervoso autônomo usa vários sinais , . qu1m1cos Quimicamente, as subdivisões simpática e parassimpática podem ser diferenciadas por seus neurotransmissores e receptores, usando as regras a seguir (Fig. 11-7 e ): 1. Ambos os neurônios pré-ganglionares, simpático e parassimpático, liberam acetilcolina (ACh) em receptores colinérgicos nicotínicos situados nas células pós-ganglionares [$ p. 279]. 2. A maioria dos neurônios pós-ganglionares simpáticos secreta noradrenalina em receptores adrenérgicos situados nas células-alvo. 3. A maioria dos neurônios pós-ganglionares parassimpáticos secreta acetilcolina em receptores colinérgicos muscarínicos situados nas células-alvo.

O médico de Shanika a parabenizou por tentar mais uma vez parar de fumar. Ele explicou que é mais provável de ter sucesso quando o f umant e usa uma combinação de estratégias de modificação de comportamento e tratamento farmacológ ico. At ualmente há três tipos de t ratamento farmacológ ico usados para a adição à nicotina: reposição de nicotina, buproprion (Zyban®), e varen iclina (Chantix®), um f ármaco que se liga aos receptores colinérgicos nicotínicos (nAChR). Os receptores nicotín icos são encont rados em todo o sistema nervoso, e evidências sugerem que a ativação de nAChR pela nicotina em certas regiões do encéfalo tem um papel chave na adição à nicot ina.

Questão2: Os receptores colinérgicos são classificados como nicotínicos ou muscarínicos, com base nas moléculas agonistas que se ligam a eles. O que acontece na célula pós-sináptica quando a nicotina, ao invés da ACh, liga-se a um receptor colinérgico nicotínico?

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Hipotálamo, Formação reticular

Resposta parassimpática*

Órgão efetor Gânglio ----+

Resposta simpática

Receptor adrenérgico

•

,,.,......-9'

Bulbo-

Pupila do olho

Constrição

Dilatação

Glândulas salivares

Secreção aquosa

Muco, enzimas

Coração

Diminui a frequência

Aumenta a frequência e a força de contração

C1

"2-

Arteríolas e vênulas

3 4

5 6 7 8 T1 2

' - Nervo vago

Medula espinal

10 11 12

Cadeia simpática

L1

ae {32

Constrição Dilatação

a

Pulmões

Constrição dos bronquíolos

Dilatação dos bronquíolos

f32**

Trato digestório

Aumenta a motilidade e a secreção

Diminui a motilidade e a secreção

a, f32

Pâncreas , . exocr1no

Aumenta a secreção enzimática

Diminui a secreção enzimática

a

Pâncreas endócrino

Estimula a secreção de insulina

Inibe a secreção de insulina

a

3

4 5 6 7 8 9

a

Medula da suprarrenal

Secreta catecolaminas

Rim

Aumenta a {31 secreção de renina

2

3

Bexiga urinária

4 5 2 3

4 5

Retenção da urina a, {32 Degradação da gordura

Tecido adiposo

81 • r+-~

~ ...

Nervos pélvicos

Co1

Gândulas sudoríferas

Sudorese localizada

Ereção

Ejaculação (homem)

a

Depende do estágio do ciclo

Depende do estágio do ciclo

a, {32

Tecido linfático (não ilustrado na figura)

Geralmente inibitório

a, f32

*Todas as respostas parassimpáticas são mediadas por receptores muscarínicos.

**Somente o hormônio adrenalina.

,

Orgãos sexuais femininos e masculinos Utero

QUESTÕES DA FIGURA 1. Dê o nome das regiões do SNC onde as duas subdivisões se originam. 2. Descreva onde os gânglios das duas subdivisões estão localizados (em relação à medula espinal). 3. Qual a vantagem de ter gânglios na cadeia simpática ligados uns aos outros?

a

Sudorese

,

•

Liberação da urina

LEGENDA

•

e

< <

Parassimpático Simpático

FIGURA 11-5 Vias autonômicas simpática e parassimpática. Há duas cadeias de gânglios simpáticos, uma de cada lado da medula espinal.

Fisiologia Humana

As vias simpáticas usam a acetilcolina e a noradrenalina

1~4

~--'---+--

391

As vias parassimpáticas usam a acetilcolina

Bulbo Nervo vago

--- - - - ACh - ---=---- ~~--+-Receptor-:----\~eJ...

nicotínico Gânglio autonômico

Pulmão -----,,.edireito

---Pulmão esquerdo

• • Receptor - - • adrenérgico

A

Noradrenalina - - Receptor , . muscann1co ,,___ Tecido-alvo

A

11 QUESTÕES DA FIGURA • Identifique todos os: - Neurônios colinérgicos; - Neurônios adrenérgicos; - Neurônios pré-ganglionares; - Neurônios pós-ganglionares. • Qual via possui os neurônios pré-ganglionares mais longos? (Dica: ver Fig. 11-5.) Fígado -

•

-

FIGURA 11-7

As vias simpática e parassimpática diferem em seus neurotransmissores e receptores.

~-Baço

=---- Estômago

~~~~~~~ .-~)2___ Pâncreas Dois terços • • prox1ma1s do colo

..,.__- - - - Todo o intestino delgado

testinal vasoativo (VIP), a adenosina, o óxido nítrico e o ATP. Mencionamos esses neurotransmissores incomuns em outros capítulos onde eles desempenham um papel significativo. Os neurônios não adrenérgicos não colinérgicos são atribiídos às subdivisões simpática ou parassimpática dependendo de onde suas fibras pré-ganglionares deixam a medula espinal.

As vias autonômicas controlam os músculos liso e cardíaco e as glândulas •

FIGURA 11-6

O nervo vago conduz fibras parassimpá-

ticas para a maioria dos órgãos internos e informações sensoriais dos órgãos para o encéfalo.

Entretanto, existem algumas exceções a essas regras. Alguns neurônios pós-ganglionares simpáticos, como aqueles que terminam nas glândulas sudoríferas, secretam ACh, ao invés de noradrenalina. Esses neurônios são, portanto, denominados neurônios simpáticos colinérgicos. Um pequeno número de neurônios autonômicos não secreta nem noradrenalina, nem acetilcolina, sendo conhecidos como neurônios não adrenérgicos não colinérgicos. Algumas das substâncias químicas que eles utilizam como neurotransmissores incluem a substância P, a somatostatina, o peptídeo in-

Os alvos dos neurônios autonômicos são os músculos liso e cardíaco, muitas glândulas exócrinas, algumas glândulas endócrinas, tecidos linfáticos e parte do tecido adiposo. A sinapse entre o neurônio autonômico pós-ganglionar e sua célula-alvo é chamada de junção neuroefetora. A estrutura de uma sinapse autonômica difere da sinapse típica mostrada na Figura 8-20 [ $ p. 27 4]. As terminações dos axônios autonômicos pós-ganglionares possuem uma série de áreas protuberantes em suas extremidades distais, como contas espaçadas ao longo de um cordão (semelhante a um colar de contas) (Figura 11-8 e ). Cada uma dessas dilatações bulbosas, conhecidas como varicosidades (varicosus, anormalmente inchado ou alargado), contém vesículas cheias de neurotransmissores.

392

Dee Unglaub Silverthorn

Axônio do neurônio autonômico pós-ganglionar

Vesícula contendo neurotransmissor

''

~~

''

------- ---

Varicosidade

~----:::::::;- '·'l=r

Varicosidades

e

',

Mitocôndria

---- - ---

~~~~~ ~

Células musculares lisas

FIGURA 11-8 As varicosidades autonômicas liberam neurotransmissores sobre a superfície das células-alvo. Essas protuberâncias, chamadas de varicosidades, são encontradas ao longo da extremidade distal dos axônios pós-ganglionares.

Os terminais ramificados do axônio estendem-se ao longo da superfície do tecido-alvo, mas a membrana subjacente da célula-alvo não possui aglomerados de receptores de neurotransmissores em locais específicos. Em vez disso, o neurotransmissor é simplesmente liberado no líquido intersticial para difundir-se até onde os receptores estiverem localizados. O resultado é uma forma de comunicação menos direta do que aquela que ocorre entre um neurônio motor somático e o músculo esquelético. A liberação difusa do neurotransmissor autonômico implica em que um único neurônio pós-ganglionar pode afetar uma grande área do tecido-alvo. A liberação de neurotransmissores autonômicos está sujeita à modulação de várias fontes. Por exemplo, as varicosidades simpáticas possuem receptores para hormônios e para substâncias parácrinas, como a histamina. Esses moduladores podem tanto facilitar como inibir a liberação do neurotransmissor. Alguns neurônios pré-ganglionares cossecretam neuropeptídeos junto com a acetilcolina. Os peptídeos atuam como neuromoduladores, produzindo potenciais sinápticos lentos que modificam a atividade dos neurônios pós-ganglionares [ ~ p. 281].

Os neurotransmissores autonômicos são sintetizados no axônio Na divisão autônoma, a síntese de neurotransmissores ocorre nas varicosidades do axônio. Os principais neurotransmissores autonômicos são a acetilcolina (ACh) e a noradrenalina, ambas moléculas pequenas, facilmente sintetizadas por enzimas citoplasmáticas. Os neurotransmissores sintetizados nas varicosidades são acondicionados e armazenados dentro de vesículas sinápticas.

O processo de liberação do neurotransmissor segue o mesmo padrão que você aprendeu no Capítulo 8 [$ p. 274]. Quando um potencial de ação chega à varicosidade, canais de Ca2+ controlados por voltagem se abrem, o Ca2+ entra no neurônio e o conteúdo da vesícula sináptica é liberado por exocitose. Uma vez que o neurotransmissor foi liberado na sinapse, ele se difunde pelo líquido intersticial até encontrar um receptor na célula-alvo, ou se afasta da sinapse. A concentração do neurotransmissor em uma sinapse é o principal fator no controle que um neurônio autonômico exerce sobre seu alvo: quanto maior a quantidade de neurotransmissor, mais longa e forte é a resposta. A concentração do neurotransmissor na sinapse é influenciada por sua taxa de degradação ou remoção. A ativação do receptor pelo neurotransmissor termina quando o neurotransmissor: (1) é difundido para longe da sinapse, (2) é metabolizado por enzimas no líquido extracelular ou (3) é transportado ativamente para dentro das células próximas à sinapse. A recaptação do neurotransmissor pelas varicosidades permite que os neurônios reutilizem essas substâncias. Esses passos são ilustrados para a acetilcolina na Figura 8-22 [ ~ p. 278] e para a noradrenalina na Figura 11-9 e. A noradrenalina é sintetizada na varicosidade a partir do aminoácido tirosina. Uma vez liberada na sinapse, a noradrenalina pode combinar-se com um receptor adrenérgico na célula-alvo, difundir-se para longe ou ser transportada de volta para a varicosidade. Dentro do neurônio, a noradrenalina reciclada é novamente acondicionada dentro de vesículas ou degradada pela monoaminoxidase (MAO) - a principal enzima responsável pela degradação das catecolaminas. A Tabela 11-1 e compara as características dos dois principais neurotransmissores autonômicos.

A maioria das vias simpáticas secreta noradrenalina, que se liga em receptores adrenérgicos As vias simpáticas secretam catecolaminas que se ligam a receptores adrenérgicos nas suas células-alvo. Os receptores adrenérgicos são de dois tipos: a (alfa) e í3 (beta), com alguns subtipos de cada um deles. Os receptores alfa - o mais comum dos receptores simpáticos - respondem fortemente à noradrenalina e fracamente à adrenalina (Tabela 11-2 e ). Os três principais subtipos de receptores í3 diferem em suas afinidades pelas catecolaminas. Os receptores P1 respondem de forma igualmente forte tanto à noradrenalina quanto à adrenalina. Os receptores p2 são mais sensíveis à adrenalina do que à noradrenalina. Curiosamente, os receptores p2 não são inervados (nenhum neurônio simpático termina próximo a eles), o que limita sua exposição ao neurotransmissor noradrenalina. Os receptores P3 , os quais são encontrados principalmente no tecido adiposo, são inervados e mais sensíveis à noradrenalina do que à adrenalina. Todos os receptores adrenérgicos são receptores acoplados à proteína G, ao invés de a canais iônicos [ ~ p . 186]. Isto significa que a resposta da célula-alvo se inicia mais lentamente e em geral dura mais tempo. Os diferentes subtipos de receptores adrenérgicos utilizam diferentes vias de segundos mensageiros (Tabela 11-2 e ). A ligação das catecolami-

Fisiologia Humana

393

O potencial de ação chega à varicosidade.

Varicosidade do axônio MAO

A despolarização abre canais de Ca2+ controlados por voltagem.

Tirosina Axônio

O influxo de Ca2 + desencadeia a exocitose das vesículas sinápticas.

A NA liga-se ao receptor adrenérgico na célula-alvo.

Transporte ativo

A ativação do receptor cessa quando a NA se difunde para longe da sinapse.

C) Difusão para longe

-~~.;:::::;~~~====::\fG~~:::::===========::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::.:

-T-Vaso sanguí~o

1

Receptor adrenérgico

Resposta

1

A NA é removida da sinapse.

Célula-alvo A NA pode ser recolocada dentro das vesículas para ser liberada novamente.

A NA é metabolizada pela monoaminoxidase (MAO).

•

FIGURA 11-9 Liberação de noradrenalina (NA) de uma varicosidade de um neurônio simpático e sua remoção.

nas a receptores ~aumenta o AMP cíclico e desencadeia a fosforilação de proteínas intracelulares. A resposta da célulaalvo depende, então, da via específica de segundo mensageiro. Por exemplo, a ativação de receptores ~ 1 aumenta a contração do músculo cardíaco, mas a ativação de receptores ~ 2 relaxa a musculatura lisa em muitos tecidos. Os receptores a 1 ativam a fosfolipase C, produzindo trifosfato de inositol (IP3) e diacilglicerol (DAG) [ ~ Fig. 6-12, p. 188]. O DAG inicia uma sequência de fosforilação de proteínas. O IP 3 abre canais de Ca2 +, gerando sinais intracelulares de Ca2 +. Em geral, a ativação de receptores ~ 1 produz contração muscular ou secreção por exocitose. Os receptores a 2 diminuem o AMP cíclico intracelular e produzem relaxamento do músculo liso (trato gastrintestinal) ou diminuem a secreção (pâncreas).

Para todos os receptores adrenérgicos, a atividade do segundo mensageiro nos tecidos-alvo pode persistir por um tempo mais longo do que usualmente associa-se com a ação rápida do sistema nervoso. Os efeitos metabólicas duradouros de algumas vias autonômicas resultam da modificação de proteínas existentes ou da síntese de novas proteínas. Discutimos os efeitos específicos das catecolaminas nos diversos tecidos nos capítulos seguintes. REVISANDO CONCEITOS 6. Em qual organela a maior parte do Ca 2 + intracelular é armazenada? 7. Qual enzima (a) converte o ATP em AMPc? (b) Ativa o AMPc? [Fig. 6-11, ~ p. 187] Respostas: p. 404

Neurotransmissores autonômicos pós-ganglionares DIVISÃO SIMPÁTICA

DIVISÃO PARASIMPÁTICA

Neurotransmissor

Noradrenalina (NA)

Acetilcolina (ACh)

Tipos de receptores

Adrenérgicos a e

Sintetizado a partir da

Tirosina

Acetil CoA + colina

Enzima de inativação

Monoaminoxidase (MAO) nas mitocôndrias da varicosidade

Acetilcolinesterase (AChE) na fenda sináptica

Transportadores na membrana da varicosidade para

Noradrenalina

Colina

Jl

Colinérgicos nicotínico e muscarínico

11

394

Dee Unglaub Silverthorn

Glândula suprarrenal -Rim

....__

(b) (a)

A

#

ACh

edula espina)

A célula cromafin e um neuron10 pós-gang 1ionar simpático modificado

Neurônio pré-ganglionar simpático

'

Vaso sanguíneo

.......

- - - ......

Â

Â

(e)

Medula da suprarrenal

A adrenalina é um neuro-hormônio que entra no sangue

"~ Para

os tecidos-alvo

• FIGURA 11-1 O A medula da suprarrenal secreta adrenalina no sangue.

A medula da suprarrenal secreta catecolaminas A medula da suprarrenal ou adrenal (medulla, medula, miolo; supra, sobre + renal, rim) é um tecido neuroendócrino especializado que está associado ao sistema nervoso simpático. Durante o desenvolvimento, o tecido neural destinado a secretar as catecolaminas noradrenalina e adrenalina divide-se em duas entidades funcionais: a subdivisão simpática do sistema nervoso, a qual secreta noradrenalina, e a medula da suprarrenal, a qual secreta principalmente adrenalina. A medula da suprarrenal forma a parte central da glândula suprarrenal, que se situa no topo dos rins (Fig. 11-lOa e ). Assim como a glândula hipófise, cada glândula suprarrenal é, de fato, duas glândulas com diferentes origens embrionárias fundidas durante o desenvolvimento (Fig. 11-lOb). A porção

externa, o córtex da suprarrenal, é uma glândula endócrina verdadeira de origem epidérmica que secreta hormônios esteroides (p. 279). A medula da suprarrenal, que forma o pequeno centro da glândula, desenvolve-se a partir do mesmo tecido embrionário que os neurônios simpáticos, e é uma estrutura neurossecretora. A medula da suprarrenal é frequentemente descrita como um gânglio simpático modificado. Os neurônios préganglionares simpáticos projetam-se da medula espinal para a medula da suprarrenal, onde fazem sinapse (Fig. 11-lOc). Entretanto, os neurônios pós-ganglionares não possuem os axônios, que normalmente se projetariam para as células-alvo. Ao invés disso, os corpos celulares sem axônios, denominados células cromafins, secretam o neuro-hormônio adrenalina diretamente no sangue. Em resposta a sinais de alarme

Propriedades dos receptores adrenérgicos RECEPTOR

ONDE É ENCONTRADO

SENSIBILIDADE

EFEITO NO SEGUNDO MENSAGEIRO

a,

Maioria dos tecidos-alvo simpáticos

NA>A*

Ativa a fosfolipase C

ª2

Trato gastrintestinal e pâncreas

NA>A

Diminui o AMPc

[3,

Músculo cardíaco, rim

NA = A

Aumenta o AMPc

f32

A lguns vasos sanguíneos e múscu lo liso de alguns órgãos

A>NA

Aumenta o AMPc

Tecido adiposo

NA>A

Aumenta o AMPc

*NA, noradrenalina; A, adrenalina.

Fisiologia Humana

do SNC, a medula da suprarrenal libera grandes quantidades de adrenalina para distribuição por todo o corpo, como parte da resposta de luta ou fuga. R VISANDO CONCEITOS A medula da suprarrenal é mais parecida com a adeno ou com a neuro-hipófise? Explique. 9. Qual tipo de receptor para ACh você supõe que as células cromafins possuem, nicotínicos ou Respostas: p. 404 muscarínicos?

As vias parassimpáticas secretam acetilcolina que se liga em receptores muscarínicos Via de regra, os neurônios parassimpáticos liberam ACh em seus alvos. Como visto anteriormente, os receptores colinérgicos muscarínicos [$ p. 279] são encontrados nas junções neuroefetoras da subdivisão parassimpática. Os receptores muscarínicos são todos receptores acoplados à proteína G. A ativação do receptor inicia vias de segundos mensageiros, algumas das quais abrem canais de K+ ou de Ca +z. A resposta tecidual à ativação de um receptor muscarínico varia de acordo com o subtipo do receptor, do qual existem pelo menos cinco.

Agonistas e antagonistas autonômicos são ferramentas importantes na pesquisa e na medicina O estudo das duas subdivisões autonômicas foi muito simplificado pelos avanços na biologia molecular. Os genes de muitos receptores autonômicos e seus subtipos foram clonados, permitindo aos pesquisadores a criação de receptores mutantes e o estudo de suas propriedades. Adicionalmente, os pesquisadores descobriram ou sintetizaram várias molé-

395

culas agonistas e antagonistas (Tabela 11-3 e ). Agonistas e antagonistas diretos se combinam com o receptor-alvo para mimetizar ou bloquear a ação do neurotransmissor. Agonistas e antagonistas indiretos atuam alterando a secreção, a recaptação ou a degradação dos neurotransmissores. Por exemplo, a cocaína é um agonista indireto que bloqueia a recaptação da noradrenalina nos terminais nervosos adrenérgicos, prolongando assim o efeito excitatório da noradrenalina na célula-alvo. Os anticolinesterásicos (inibidores da colinesterase) são agonistas indiretos que bloqueiam a degradação da ACh e prolongam a vida ativa de cada molécula de ACh. Os insetiddas organofosforados tóxicos, como o paration e o malation, são anticolinesterásicos. Muitos fármacos utilizados no tratamento da depressão são agonistas indiretos que atuam nos transportadores de neurotransmissores presentes na membrana (antidepressivos tricíclicos e inibidores seletivos da recaptação de serotonina) ou em sua metabolização (inibidores da monoaminoxid.ase). Os antidepressivos mais antigos, que atuam no transporte e no metabolismo da noradrenalina (tricíclicos e inibidores da MAO), podem ter efeitos colaterais relacionados às suas ações no sistema nervoso autônomo, incluindo problemas cardiovasculares, constipação, dificuldade urinária e disfunção sexual (dis-, anormal ou dificuldade). Os inibidores da recaptação da serotonina mais recentes possuem menos efeitos colaterais autonômicos. Muitos dos novos medicamentos foram desenvolvidos a partir de estudos dos agonistas e antagonistas. A descoberta dos receptores adrenérgicos a e ~ levou ao desenvolvimento de medicamentos que bloqueiam apenas um desses tipos de receptores. Os fármacos conhecidos como ~-bloqueadores deram aos médicos uma poderosa ferramenta para o tratamento da pressão alta, atualmente uma das doenças mais comuns nos Estados Unidos. Os primeiros antagonistas dos

Agonistas e antagonistas dos receptores de neurotransmissores TIPO DE RECEPTOR

NEUROTRANSMISSOR

Colinérgico

Acetilcolina

Muscarínico Nicotínico

Adrenérgico

AGONISTA

ANTAGONISTA

Inibidor da AChE*: neostigmina Muscarina

Atropina, escopolamina

Nicotina

a-bungarotoxina (somente no múscu lo), TEA (tetraetilamônio; somente nos gânglios), curare

Estimula a liberação de NA: efedrina, anfetaminas Inibe a recaptação de NA: cocaína

Noradrenalina, adrenalina

A lfa

Fen i lef ri na

"a-bloqueadores"

Beta

lsoproterenol

"J3-bloqueadores": propranolol (J3, e J32 ), metoprolol (somente J3,)

* AChE, aceti lco 1i nesterase.

AGONISTAS/ANTAGONISTAS INDIRETOS

11

396

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO A ação da nicotina nos nAChR é complicada. Normalmente, a exposição crônica das células a um agonista do receptor, como a ACh ou a nicotina, faz com que a célula regule seus receptores para baixo. Entretanto, um estudo que examinou encéfalos em autópsias mostrou que os fumantes possuem um número maior de nAChR nas membranas das suas células do que os não fumantes. Esse aumento no número de receptores, ou regulação para cima [ $ p.194], é vista em geral quando as células são expostas cronicamente a antagonistas do receptor. Questão 3: Embora a ACh e a nicotina tenham se mostrado agonistas do nAChR em estudos de curta duração, a exposição continuada dos receptores à ACh fecha ou inativa o canal. Explique porque isso poderia explicar a regulação para cima dos receptores nAChR observada em fumantes. Questão 4: Qual o nome de outro canal iônico que se abre em resposta a um estímulo, mas é inativado e fecha-se rapidamente depois disso [ $ p. 263]?

386

387

389

399

401

receptores a tinham muitos efeitos colaterias indesejáveis, mas agora os farmacologistas podem construir fármacos para atuar sobre subtipos específicos de receptores. Por exemplo, o tamsulosin (Flomax®) bloqueia os receptores adrenérgicos alfa-lA (ADRAlA) encontrados no músculo liso da próstata e da bexiga urinária. O relaxamento desses músculos ajuda a diminuir os sintomas urinários do aumento da próstata.

As disfunções primárias do sistema nervoso autônomo são relativamente incomuns As doenças e disfunções do sistema nervoso autônomo são relativamente raras. A lesão direta (trauma) dos centros de controle hipotalâmicos pode alterar a capacidade do corpo de regular o balanço hídrico ou a temperatura. A disfunção simpática generalizada pode resultar de doenças sistêmicas, como o câncer e o diabete melito. Há também algumas condições, como a atrofia de múltiplos sistemas, na qual os centros de controle do SNC das funções autonômicas degeneram. Em muitos casos de disfunção simpática, os sintomas se manifestam mais fortemente no sistema circulatório, quando a redução do estímulo simpático para os vasos sanguíneos resulta em pressão sanguínea anormalmente baixa. Outros sintomas importantes da disfunção simpática incluem incontinência urinária (in-, incapacidade + continere, conter), que é a perda do controle da bexiga, e impotência, que é a incapacidade de atingir ou sustentar a ereção peniana. Eventualmente, os pacientes sofrem de insuficiência autonômica primária quando os neurônios simpáticos degeneram. Frente à contínua diminuição do estímulo simpático, os teci-

A

w NEUROPATIA AUTONOMICA ....w m As disfunções primárias da divisão autônoma são raras, ~ mas a condição secundária conhecida como neuropatia C autonômica diabética é bastante comum. Esta compl icação do diabete geralmente inicia como uma neuropatia sensorial, com formigamento e perda da sensibilidade nas mãos e nos pés. Em alguns pacientes, a dor é o principal sintoma [ $ p. 348]. Cerca de 30o/o dos pacientes diabéticos desenvolvem neuropatias autonômicas, manifestadas por disfunção dos sistemas circulatório, digestório, urinário e genital (frequência cardíaca anormal, constipação, incontinência, impotência). A causa das neuropatias diabéticas é controversa. Pacientes que têm níveis de glicose sanguínea cronicamente elevados são mais propensos a desenvolver neuropatias, mas a via metabólica envolvida não foi ident ificada. Out ros fatores que contribuem para as neuropatias incluem o est resse oxidat ivo [ $ p. 24] e as reações autoimunes. Atualmente, não há prevenção para a neuropatia diabética, exceto o controle dos níveis da glicose sanguínea, e não há cura. O ún ico recurso para os pacientes é o tratamento medicamentoso dos sintomas.

dos-alvo regulam para cima [$ p. 194], colocando mais receptores na membrana da célula, a fim de maximizar a resposta celular à noradrenalina disponível. Esse aumento na disponibilidade de receptores leva à hipersensibilidade de desnervação, um estado no qual a administração de agonistas adrenérgicos exógenos produz uma resposta maior do que a esperada.

Resumo das subdivisões simpática e parassimpática Como você viu durante esta discussão, as subdivisões do sistema nervoso autônomo compartilham algumas características, mas distinguem-se por outras. Muitas dessas características são resumidas na Figura 11-11 • e comparadas na Tabela 11-4 • . 1. Ambas as vias simpática e parassimpática consistem em dois neurônios (pré-ganglionar e pós-ganglionar) em série. Uma exceção a esta regra é a medula da suprarrenal, na qual os neurônios simpáticos pós-ganglionares foram modificados formando um órgão neuroendócrino. 2. Todos os neurônios autonômicos pré-ganglionares secretam acetilcolina que se liga em receptores nicotínicos. A maioria dos neurônios simpáticos secreta noradrenalina para receptores adrenérgicos. A maioria dos neurônios parassimpáticos secreta acetilcolina que se liga em receptores muscarínicos. 3. As vias simpáticas originam-se nas regiões torácica e lombar da medula espinal. A maioria dos gânglios simpáticos está localizada próximo à coluna vertebral (são paravertebrais). As vias parassimpáticas deixam o SNC no tronco encefálico e na região sacral da medula espi-

Fisiologia Humana

397

VIAS AUTONÔMICAS

VIA MOTORA SOMÁTICA

Via parassimpática

SNC

Via simpática para a suprarrenal

Vias simpáticas

SNC

SNC

SNC

••• Receptor --~ · nicotínico

ACh -

--e

-"'-"-..,.---- Córtex da suprarrenal ••••

-

Gânglios

I I l 1 1 \

I

'

1

--"-:-:-

\ \

'

1

\ '

\

11 ', \, '

\

v

1

-';;----- Medula da suprarrenal

,_,,,_ '\

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1 1 \

1 ,.:,

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~~ Ã ~ A ÂÂ

ACh-- ~- Receptor Gânglio-

11

nicotínico

ACh

.l Receptor _ muscarínico

__,

~ ~

.. .___

~

Efetores autonômicos:

-;-

,,.-- - Vaso sanguíneo

Receptor ~1

• Músculos liso e cardíaco • Algumas glândulas endócrinas e exócrinas ::-::-~="

- ,_,

-ACh 1 - - - - Receptor nicotínico

• Parte do tecido adiposo Receptor

~2 LEGENDA: • ACh = acetilcolina Ã

QUESTÕES DA FIGURA

A

• NA

= adrenalina = noradrenalina

Usando a f igura, compare: (a) Número de neurônios nas vias motora somática e autonômicas. (b) Receptores nas células-alvo das vias motora somática, simpática e parassimpática. (c) Neurotransmissores usados nas células-alvo pelas vias motora somática, simpática e parassimpática. (d) Subtipos de receptores para adrenalina e para noradrenalina. (e) Localização do gânglio nas vias simpática e parassimpática.

e

FIGURA 11-11

Resumo das vias eferentes.

nal. Os gânglios parassimpáticos estão localizados nos órgãos-alvo ou próximo a eles. 4. A subdivisão simpática controla funções que são úteis em situações de estresse ou emergência (luta ou fuga). A divisão parassimpática é dominante durante atividades de descanso e digestão.

DIVISÃO MOTORA SOMÁTICA As vias motoras somáticas, as quais controlam os músculos esqueléticos, diferem das vias autonômicas tanto anatômica quanto funcionalmente (Tabela 11-5 e ). As vias motoras somáticas têm um único neurônio que se origina no SNC e

398

Dee Unglaub Silverthorn

Comparação entre as subdivisões simpática e parassimpática SIMPÁTICA

PARASSIMPÁTICA

Local de origem no SNC

Do 1ºsegmento torácico ao 2º segmento lombar

Mesencéfa lo, bulbo, 2º a 4º segmentos sacrais

Localização do gânglio periférico

Principalmente na cadeia simpática paravertebral; três gâng lios localizados junto da parte descendente da aorta

Nos órgãos-alvo ou próximo a eles

Estrutura da região da qual o neurotransmissor é liberado

Varicosidades

Varicosidades

Neurotransmissor na sinapse-alvo

Noradrenalina (neurônios adrenérgicos)

ACh (neurônios colinérgicos)

lnativação do neurotransmissor na sinapse

Recaptação para a varicosidade, difusão

Degradação enzimática, difusão

Receptores do neurotransmissor nas células-alvo

Adrenérgico

Muscarínico

Sinapse ganglionar

ACh em receptores nicotínicos

ACh em receptores nicotínicos

Sinapse na célula-alvo

NA em receptores adrenérgicos a ou

projeta seu axônio até o tecido-alvo, que é sempre um músculo esquelético. Diferente das via autonômicas, que podem ser excitatórias ou inibitórias, as vias somáticas são sempre excitatórias.

A via motora somática consiste em um neuron10 A

o

Os corpos celulares dos neurônios motores somáticos estão localizados no corno ventral da medula espinal [ $ p. 307] ou no encéfalo, com um único e longo axônio projetandose até o músculo esquelético alvo (Fig. 11-11). Esses axônios

J3

ACh em receptores muscarínicos

mielinizados podem ter um metro ou mais de comprimento, como os neurônios motores somáticos que inervam os músculos do pé ou da mão. Os neurônios motores somáticos ramificam-se perto dos seus alvos. Cada ramificação divide-se em um grupo de terminais axônicos alargados que se dispõem na superfície da fibra muscular esquelética (Fig. 11-12 e ). Esta estrutura ramificada permite que um único neurônio motor controle várias fibras musculares ao mesmo tempo. A sinapse de um neurônio motor somático em uma fibra muscular é chamada de junção neuromuscular ONM)

Comparação entre as divisões somática e autônoma SOMÁTICA

AUTÔNOMA

Número de neurônios na via eferente

1

2

Neurotransmissor/receptor na sinapse neurônio-célula-alvo

ACh/n icotínico

ACh/muscarínico ou NA/adrenérgico a ou

Tecido-alvo

Músculo esquelético

Músculo liso e cardíaco; algumas glândulas endócrinas e exócrinas; parte do tecido adiposo

Neurotransmissor liberado a partir de

Terminais axônicos

Varicosidades e terminais axônicos

Efeitos no tecido-alvo

Somente excitatório: contração muscular

Excitatório ou Inibitório

Componentes periféricos encontrados fora do SNC

Somente axônios

Axônios pré-ganglionares, gânglios, neurônios pós-gang lionares

Resumo das funções

Postura e movimento

Função visceral, incluindo movimento e secreção em órgãos internos, controle do metabolismo

J3

Fisiologia Humana

A junção neuromuscular consiste em terminais axônicos, placas motoras terminais na membrana do músculo e bainhas da célula de Schwann

Ramificações do neurônio motor somático na sua extremi- ~ . -dade distal ~r-_')IC..._

Fibra muscular Botão terminal Bainha da célula - - - - - . . de Schwann Terminal axônico -------.

399

minal axônico é modificada formando uma placa motora terminal, uma série de dobras que parecem valetas rasas. Ao longo da borda superior de cada valeta, os receptores nicotínicos para ACh (nAchr) agrupam-se em uma zona ativa. Entre o axônio e o músculo, a fenda sináptica é preenchida com uma matriz fibrosa cujas fibras colágenas mantêm o terminal axônico e a placa motora terminal no alinhamento adequado. A matriz também contém acetilcolinesterase (AChE), a enzima que rapidamente desativa a ACh por degradá-la em acetil e colina [ $ p. 281]. R , VISANDO CONCEITOS O corno ventral da medula espinal, o qual contém corpos celulares de neurônios motores somáticos, é constituído de substância branca ou cinzenta? Respost a: p. 404

Mitocôndrias

-

#!, .. : •••

A placa motora terminal é uma região da membrana muscular que contém altas concentrações de receptores para ACh 91--t-

Vesícula sináptica (ACh}

~Membrana

Ili;;:::~~

pré-sináptica

,.._,~.n.1} Fenda sináptica Receptores nicotínicos para ACh

•

FIGURA 11-12

A junção neuromuscular possui receptores n icotín icos Como em todos os neurônios, a chegada de potenciais de ação no terminal axônico abre canais de Ca2 + controlados por voltagem na membrana. O cálcio difunde-se para dentro da célula a favor do seu gradiente eletroquímico, desencadeando a liberação de ACh contida nas vesículas sinápticas. A acetilcolina difunde-se através da fenda sináptica e combina-se com receptores nicotínicos (nAChR) na membrana do músculo esquelético (Fig. 11-13 e ). Os canais nAChR do músculo esquelético são similares, mas não idênticos, aos receptores nicotínicos para ACh encontrados nos neurônios. Esta diferença é ilustrada pelo fato de que a toxina de cobra a.-bungarotoxina liga-se a receptores nicotínicos dos músculos esqueléticos, mas não se liga naqueles presentes nos gânglios autonômicos. Ambas proteínas nAChR muscular e neural possuem cinco subunidades em torno de um poro central, mas o músculo esquelético

A membrana pós-sináptica é modificada formando a placa motora terminal

Anatomia da junção neuromuscular.

(Fig. 11-12). Semelhante a todas as outras sinapses, a JNM tem três componentes: (1) o terminal axônico pré-sináptico do neurônio motor com vesículas sinápticas e mitocôndrias, (2) a fenda sináptica e (3) a membrana pós-sináptica da fibra muscular esquelética. Além disso, a junção neuromuscular inclui extensões das células de Schwann, que formam uma fina camada cobrindo a parte de cima dos terminais axônicos. Durante anos se pensou que esta camada de células simplesmente fornecia isolamento para acelerar a condução do potencial de ação, mas hoje se sabe que as células de Schwann secretam várias moléculas sinalizadoras químicas. Essas moléculas sinalizadas desempenham um papel crítico na formação e manutenção das junções neuromusculares. No lado pós-sináptico da junção neuromuscular, a membrana da célula muscular localizada em frente ao ter-

Após discutir as opções com seu médico, Shan ika decide tentar os adesivos de nicotina, uma forma de terapia de reposição de nicotina. Esses adesivos permitem ao fumante diminuir gradualmente os níveis de nicotina no corpo, prevenindo os sintomas de abstinência durante o período em que as células estão regulando seus receptores para baixo, de volta ao número normal. Quando lê o folheto informativo do adesivo, ela percebe a advertência de manter os adesivos longe do alcance de crianças. Uma overdose de nicotina (muito improvável quando o adesivo é usado conforme indicado) pode resultar em paralisia completa dos músculos respiratórios (d iafragma e músculos esqueléticos da caixa torácica).

Questão 5: Por que a exposição a níveis elevados de nicotina pode causar paralisia dos músculos respiratórios?

386

387

389

396

Ili

401

11

400

Dee Unglaub Silverthorn

- - - - - - Neurônio motor somático

-

~

•

ACh •

~

Ca2+

•

•• e • •

Terminal axônico

Ca2+

Potencial de ação

• • Canal de ca2+ • • • controlado por voltagem ...-----......

Fibra muscular esquelét ica

Acetil + col ina

AChE

+--Placa motora terminal

Receptor ------nicotínico (a) A acetilcolina (ACh) liga-se a recept ores nicotínicos ou é metabolizada pela acetilcolinesterase (AChE).

Canal aberto: a ACh ligada ao receptor nicotínico permite a passagem de Na+

Canal fechado Q Na+

e

/ ~ --z +++++ +++++ - -

---- -

---

e K+

+++++

+++++

-

Na+ O

(b) O receptor colinérgico nicotínico liga duas moléculas de ACh, abrindo um canal

de cátion monovalente não específico.

•

FIGURA 11-13

Eventos na junção neuromuscular.

possui as isoformas das subunidades a, ~' ô e E, ao passo que o nAChR neuronal tem apenas as isoformas a e~· Ambas formas de nAChR serão inativadas [$ p. 258] após exposição prolongada à AChR ou a outros agonistas. Os receptores colinérgicos nicotínicos (nAChR) são canais iônicos controlados por ligante com dois sítios de ligação para a ACh (Fig. 11-13b). Quando a ACh liga-se ao receptor, o portão do canal se abre e permite que cátions monovalentes fluam através dele. No músculo esquelético, o fluxo resultante de Na+ que entra na fibra muscular a despolariza, disparando um potencial de ação que causa a contração da célula muscular esquelética.

A ação da acetilcolina na placa motora terminal do músculo esquelético é sempre excitatória e gera contração muscular. Não há inervação antagonista para relaxar os músculos esqueléticos. Ao invés disso, o relaxamento ocorre quando os neurônios motores somáticos são inibidos no SNC, impedindo a liberação de ACh. No Capítulo 13, você aprenderá mais sobre como a inibição das vias motoras somáticas controla os movimentos do corpo. Neurônios motores somáticos fazem mais do que simplesmente gerar contrações: eles são necessários para a saúde do músculo. "Use-o ou perca-o" é um clichê muito apropriado para a dinâmica da massa muscular, uma vez que a inter-

Fisiologia Humana

rupção da transmissão sináptica na junção neuromuscular tem efeitos devastadores no corpo todo. Sem a comunicação entre o neurônio motor e o músculo, os músculos esqueléticos responsáveis pelo movimento e pela postura enfraquecem, da mesma forma que os músculos esqueléticos da respiração. Nos casos graves, a perda da função respiratória pode ser fatal, a menos que o paciente seja colocado em ventilação artificial. A miastenia grave, a doenca caracterizada pela perda dos receptores de ACh, é o distúrbio da junção neuromuscular mais comum. R VISANDO CONCEITOS Compare a abertura e a seletividade iônica dos canais receptores de acetilcolina na placa motora terminal com os

401

canais iônicos ao longo do axônio de neurônios motores somáticos. 12. Um não fumante que mastiga um chiclete contendo nicotina pode observar um aumento na frequência cardíaca, uma função controlada por neurôn ios simpáticos. Se os neurôn ios simpáticos pós-ganglionares secretam noradrenalina, não ACh, como a nicotina pode afetar a frequência cardíaca? 13. Pacientes com miastenia grave possuem deficiência de receptores de ACh em seus músculos esqueléticos e, como resultado, têm fraqueza muscular. Por que a administração de um anticolinesterásico (que inibe a acetilcolinesterase) melhora a função muscular nesses pacientes? Respostas: p. 404

Um vício poderoso Shanika está determinada a parar de fumar esta vez porque seu avô, um fumante por muitos anos, acabou de ser diagnosticado com câncer de pulmão. Achando que somente os adesivos não diminuiriam seu desejo por um cigarro, ela resolveu frequentar aulas de modif icação do comportamento que ajudam a evitar situações que favoreçam fumar e substituir por outras atividades, como mascar um chiclete. Depois de seis meses, ela informa à sua família que acha que abandonou o hábito de fumar. A reposição de nicotina pode não ser o t ratamento ideal para parar de fumar porque embora o ex-fumante não seja mais exposto à fumaça do cigarro, a adição à nicotina pode permanecer. O Chantix® atua como um agonista parcial do

nAChR e pode ajudar a acabar com a adição (dependência). Entretanto, têm sido relatados efeitos colaterais indesejáveis com o seu uso, como pesadelos. Alguns fumantes pararam de fumar com a ajuda do Zyban®, um fármaco que é também usado como antidepressivo. Outros tratamentos ainda estão sendo pesquisados, inclusive um fármaco que atua nos receptores canabinoides [p.279] e uma vacina contra a nicotina. Para aprender mais sobre a dependência à nicotina e programas para parar de fumar, faça uma pesquisa no Google sobre adição à nicotina. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Qual a resposta usua l das células que são cronicamente expostas a concentrações elevadas de uma molécula sina lizadora?

Uma célu la exposta a elevadas concentrações de uma molécula sinalizadora irá diminuir seus receptores para aquela molécu la (regulação para baixo).

A regulação para baixo de receptores permite que a célu la responda normalmente, mesmo que a concentração do ligante esteja elevada.

2

O que acontece na célu la pós-sinápt ica quando a nicotina, ao invés da ACh, liga-se ao receptor colinérgico nicotínico?

A nicotina é um agonista da ACh. Os agonistas m imetizam a atividade do ligante.

A ligação da nicotina a um nAChR abrirá canais iônicos na célula póssináptica, e a célula irá despolarizar. Este é o mesmo efeito produzido pela ligação da ACh .

3

Embora a nicotina e a ACh tenham se mostrado em estudos de curta duração como agonistas dos receptores nicotín icos {nAChR), a exposição prolongada dos receptores à ACh fecha, ou inativa, o cana l. Exp lique por que isso poderia explicar a regulação para cima dos nAChR observada em fumantes.

A exposição crôn ica a um agonista em geral induz regu lação para baixo. A exposição crônica a um antagonista normalmente causa regulação para cima. Os canais nAChR se abrem com a exposição inicial ao agon ista, mas se fecham com a exposição continuada.

Embora a nicotina sej a um agon ista a curto prazo ela parece ter algum efeito como antagon ista após exposição de longa duração. Com o autogom ismo e a inativação descritos aqui, a atividade da célula diminui. Á célu la, subsequentemente, regula para cima o número de receptores em uma tentativa de restaurar a atividade.

* N. de T. Aditivo: relativo a vício; aquisição de dependência a uma determinada substância.

11

402

Dee Unglaub Silverthorn

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

4

Qual o nome de outro canal iônico que se abre em resposta a um estímulo, mas é inativado, e se fecha rap idamente depois d isso.

Nos axônios, o canal de Na+ controlado por voltagem inicialmente se abre, e então se fecha quando a inativação fecha a portão.

Não aplicável

5

Por que a exposição a níveis elevados de nicotina pode causar paralisia dos músculos respiratórios?

Os receptores nicotínicos são encontrados na junção neuromuscu lar que controla a contração dos músculos esqueléticos. O d iafragma e os múscu los da parede torácica que controlam a resp iração são músculos esqueléticos.

Os receptores nicotínicos da junção neuromuscular não são tão sensíveis à n icotina quanto aqueles do SNC e dos gâng lios autonômicos. Entretanto, quantidades excessivamente elevadas de nicotina ativarão os nAChR da placa motora term inal, fazendo com que a fibra muscular despolarize e contraia. A presença continuada de n1cot1na mantem esses cana is 1on 1cos abertos, e o músculo permanece despolarizado. Neste estado, o músculo é incapaz de contrair novamente, resultando em paral isia. •

•

,

386

387

•

389

396

•

A.

•

399

RESUMO DO CAPÍTULO Este capítulo completa nosso estudo das divisões do sistema nervoso. O sistema nervoso central atua como um centro integrador dos reflexos neurais. O sistema sensorial (aferente) é a divisão de sinais de entrada do sistema nervoso periférico e as divisões autônoma e motora somática são as vias de saída do SNP. A comunicação entre as divisões depende principalmente da sinalização química e da interação molecular entre neurotransmissores e seus receptores. A homeostase requer vigilância constante dos parâmetros corporais pelo sistema nervoso, trabalhando em conjunto com o sistema endócrino e o imunitário. Quando você aprender sobre a função de outros sistemas corporais, você continuará a rever os princípios da comunicação e da coordenação apresentados do Capítulo 6 até o 11.

A divisão autônoma 1. A divisão eferente do sistema nervoso periférico é dividida em neurônios motores somáticos, os quais controlam os músculos esqueléticos, e neurônios autonômicos, os quais controlam os músculos liso e cardíaco, muitas glândulas, o tecido linfático e parte do tecido adiposo. (p. 386) 2. A divisão autônoma é subdividida em uma subdivisão simpática e uma parassimpática. (p. 386; Tabela 11-4) 3. A manutenção da homeostase no corpo é um balanço entre controle autônômico, controle endócrino e respostas comportamentais. (p. 387) 4. A divisão autônoma é controlada por centros no hipotálamo, na ponte e no bulbo. Alguns reflexos autonômicos são reflexos espinais. Muitos deles podem ser modulados por sinais provenientes do encéfalo. (p. 387; Figs. 11-2, 11-3)

5. As duas subdivisões autonômicas demonstram as propriedades de Cannon da homeostase: manutenção do meio interno, controle tônico, controle antagonista e respostas teciduais variáveis. (p. 388) 6. A via autonômica é composta por um neurônio pré-ganglionar proveniente do SNC, que faz sinapse com um neurônio pósganglionar em um gânglio autonômico. O gânglio autonômico pode modular e integrar as informações que passam através dele. (p. 388; Fig. 11-4) 7. A maioria das vias simpáticas origina-se nas regiões torácica e lombar da medula espinal. A maioria dos gânglios simpáticos está perto da medula espinal ou ao longo da aorta descendente. (p. 389; Fig. 11-5) 8. A via parassimpática origina-se no tronco encefálico ou na região sacral da medula espinal. Os gânglios parassimpáticos estão localizados nos seus órgãos-alvo ou próximo a eles. (p. 389; Fig. 11-5) 9. Os principais neurotransmissores autonômicos são acetilcolina e noradrenalina. Todos os neurônios pré-ganglionares secretam ACh em receptores colinérgicos nicotínicos. Via de regra, os neurônios simpáticos pós-ganglionares secretam noradrenalina em receptores adrenérgicos, e os neurônios pós-ganglionares parassimpáticos secretam ACh em receptores colinérgicos muscarínicos. (p. 389; Fig. 11-7, Tabela 11-1) 10. A sinapse entre um neurônio autonômico e seu alvo é chamada de junção neuroefetora. (p. 391) 11. Os axônios autonômicos terminam com varicosidades das quais os neurotransmissores são liberados. (p. 392; Figs. 11-8, 11-9)

Fisiologia Humana

12. A medula da suprarrenal secreta adrenalina e é controlada por neurônios pré-ganglionares simpáticos. (p. 394; Fig. 11-10) 13. Os receptores adrenérgicos são receptores acoplados à proteína G. Os receptores ex respondem mais fortemente à noradrenalina. Os receptores 131 respondem igualmente à noradrenalina e à adrenalina. Os receptores 132 não são associados a neurônios simpáticos e respondem mais fortemente à adrenalina. Os receptores 13 3 respondem mais fortemente à noradrenalina. (p. 392; Fig. 11-11, Tabela 11-2) 14. Os receptores colinérgicos muscarínicos também são receptores acoplados à proteína G. (p. 395)

A divisão motora somática 15. As vias motoras somáticas, as quais controlam os músculos esqueléticos, possuem um único neurônio que se origina no SNC

403

e termina em um músculo esquelético. Os neurônios motores somáticos são sempre excitatórios e causam contração muscular. (p. 396; Fig. 11-11) 16. Um único neurônio motor somático controla várias fibras musculares ao mesmo tempo. (p. 398) 17. A sinapse de um neurônio motor em uma fibra muscular é chamada de junção neuromuscular. A membrana da célula muscular é modificada formando uma placa motora terminal que contém altas concentrações de receptores nicotínicos para ACh. (p. 398-399; Fig. 11-12) 18. A ligação da ACh em receptores nicotínicos abre canais de cátions. O influxo resultante de Na+ na fibra muscular despolariza a fibra. A acetilcolina é degradada na sinapse pela enzima acetilcolinesterase. (p. 400; Fig. 11-13)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Dê o nome das duas divisões eferentes do sistema nervoso periférico. Que tipo de efetores cada uma controla? 2. O sistema nervoso autônomo é algumas vezes chamado de sistema nervoso . Por que este é um nome apropriado? Liste algumas funções controladas pelo sistema nervoso autônomo. 3. Quais as duas subdivisões do sistema nervoso autônomo? Como essas duas subdivisões diferenciam-se uma da outra anatômica e fisiologicamente? 4. Qual glândula endócrina neurossecretora está intimamente relacionada à divisão simpática? 5. Neurônios que secretam acetilcolina são chamados de neurônios , ao passo que aqueles que secretam noradrenalina são chamados de neurônios ou ------· 6. Cite quatro coisas que acontecem aos neurotransmissores autonômicos depois de eles serem liberados na sinapse. 7. A principal enzima responsável pela degradação das catecolaminas é a _ _ _ _ _ _, cuja abreviatura é _ _ _ _ _ _.

8. As vias motoras somáticas: (a) São excitatórias ou inibitórias? (b) São compostas por um único neurônio ou por um neurônio pré-ganglionar e um neurônio pós-ganglionar? (c) Fazem sinapse com glândulas ou com músculo liso, cardíaco ou esquelético? 9. O que é acetilcolinesterase? Descreva sua ação. 10. Que tipo de receptor é encontrado na célula pós-sináptica em uma junção neuromuscular?

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 11. Qual a vantagem da divergência das vias neurais no sistema nervoso autônomo? 12. Compare e diferencie: (a) Junções neuroefetoras e junções neuromusculares. (b) Receptores ex, ~' muscarínicos e nicotínicos. Descreva onde cada um é encontrado e os ligantes que se ligam a eles.

13. Mapa conceituai: Use os seguintes termos para fazer um mapa comparando a divisão motora somática e as subdivisões simpática e parassimpática da divisão autônoma. Você pode acrescentar outros termos. Acetilcolina Receptor ex Divisão autônoma Receptor ~ Divisão eferente Receptor colinérgico Divisão motora somática Receptor muscarínico Receptor nicotínico Gânglio Subdivisão parassimpática Glândula endócrina Subdivisão simpática Glândula exócrina Tecido adiposo Músculo cardíaco Via de dois neurônios Músculo esquelético Via de um único neurônio Músculo liso Noradrenalina 14. Compare e diferencie: (a) Gânglios autonômicos e núcleos do SNC. (b) Medula da suprarrenal e glândula neuro-hipófise. (c) Botões terminais e varicosidades. (use itens da 15. Se um receptor na célula-alvo é coluna da esquerda), o(s) neurônio(s) que libera(m) neurotransmissor nos receptores deve(m) ser (use todos os itens apropriados na coluna da direita). (a) Colinérgico nicotínico (b) Adrenérgico-ex (c) Colinérgico muscarínico (d) Adrenérgico-~

1. Neurônio motor somático 2. Neurônio pré-ganglionar autonômico 3. Neurônio pós-ganglionar simpático 4. Neurônio pós-ganlgionar parassimpático

16. Os gânglios contêm corpos celulares de (escolha todos que se aplicam): (a) Neurônios motores somáticos (b) Neurônios autonômicos pré-ganglionares (c) Interneurônios (d) Neurônios autonômicos pós-ganglionares (e) Neurônios sensoriais

11

404

Dee Unglaub Silverthorn

uma toxina vegetal que se liga e inativa receptores nicotínicos para ACh. O que acontece aos macacos atingidos por uma dessas flechas?

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 17. Se os receptores nicotínicos permitem tanto a passagem de Na+ quanto a passagem de K+, por que o influxo de Na+ excede o efluxo de K+? [ ~ Dica: p. 256] 18. Você descobriu um neurônio que inerva uma célula endócrina no intestino. Para aprender mais sobre este neurônio, você coloca uma substância marcadora na sinapse com a célula endócrina. O marcador é captado para dentro do neurônio e transportado em uma vesícula por transporte axonal retrógrado para o corpo do neurônio. (a) Por qual processo o marcador provavelmente é captado para dentro do terminal axônico? (b) O corpo do neurônio é encontrado em um gânglio muito próximo à célula endócrina. A qual subdivisão do sistema nervoso periférico este neurônio provavelmente pertence? (Seja o mais específico possível.) (c) Qual neurotransmissor você acredita que será secretado pelo neurônio na célula endócrina? 19. Os índios Huaorani da América do Sul usam zarabatanas para atirar flechas envenenadas com curare em macacos. O curare é

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20. Os centros de controle e prevenção de doenças dos Estados Unidos (CDC) realizam bianualmente a Pesquisa de Risco Comportamental para Jovens (Youth Risk Behaviour Surveys [YRBS]), na qual eles pedem a estudantes do ensino médio que autorelatem comportamentos de risco, como consumo de álcool e fumo. Os gráficos seguintes foram criados a partir de dados do último relato de fumantes de cigarro, entre estudantes norteamericanos do ensino médio. Uma pessoa atualmente fumante é definida como aquela que fumou cigarros pelo menos um dia nos 30 dias anteriores à pesquisa (www.cdc.gov/mmwr/preview/ mmwrhtml/mm5526a2.htm). (a) O que você pode dizer sobre o fumo de cigarro entre estudantes do ensino médio no período de 1991a2005? (b) Quais estudantes do ensino médio são mais suscetíveis a serem fumantes? E os menos suscetíveis?

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NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS

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Percentagem de estudantes que em 2005 relataram fumantes atualmente, separados por gênero e raça/etnia.*

* Outros grupos étnicos não são mostrados porque o número de estudantes que relataram fumar era muito pequeno para serem significativos nas análises estatísticas.

RESPOSTAS ./'Respostas para as questões de ''Revisando conceitos'' Página 387 1. A divisão aferente consiste nos receptores sensoriais e nos neuron1os sensor1a1s. 2. O SNC é constituído pelo encéfalo e pela medula espinal. A.

•

•

•

Página 388 3. A homeostase é a manutenção de um meio interno relativamente estável. Página 389 4. Nervos mistos transportam sinais sensoriais e motores.

5. As regiões da medula espinal são cervical, torácica, lombar e sacral. Página 393 6. O Ca2 + é armazenado no retículo endoplasmático. 7. (a) A adenilato ciclase converte ATP em AMPc. (b) O AMPc ativa a proteína cinase A. Página 395 8. A medula da suprarrenal é neurossecretora e, portanto, similar à neuro-hipófise. 9. Células cromafins são neurônios pós-ganglionares modificados, por isso eles têm receptores nicotínicos.

Fisiologia Humana

Página 399 10. O corno ventral é constituído de substância cinzenta. Página 401 11. O nAChR da placa motora terminal é um canal de cátion monovalente controlado por ligante (Na+ e K+). O axônio contém canais controlados por voltagem, com canais separados para o Na+ e para o K+ ['$ p. 25 7] .

12. Os neurônios simpáticos pós-ganglionares são ativados pela acetilcolina que atua nos receptores nicotínicos. Isto significa que a nicotina também excita neurônios simpáticos, como os que aumentam a frequência cardíaca. 13. Fármacos anticolinesterásicos diminuem a taxa pelo qual a ACh é degradada na placa motora terminal. A taxa mais lenta de degradação permite que a ACh permaneça ativa na placa motora terminal por um tempo maior e ajuda a compensar a diminuição dos receptores ativos. ~ Respostas

para as questões das figuras

Página 390 Figura 11-5: 1. As vias simpáticas se originam nas regiões torácica e lombar da medula espinal; as vias parassimpáticas se originam no

405

tronco encefálico e na região sacral. 2. Os gânglios simpáticos estão localizados próximos à coluna vertebral ou ao longo da aorta descendente (não mostrado); os gânglios parassimpáticos estão localizados sobre ou próximos aos seus órgãos-alvo. 3. As conexões entre os gânglios simpáticos permitem uma comunicação rápida dentro da subdivisão simpática. Página 391 Figura 11-7: (a) Os três neurônios que secretam Ach são colinérgicos. O neurônio que secreta noradrenalina é adrenérgico. Os corpos celulares dos neurônios pré-ganglionares estão no SNC; os corpos celulares dos neurônios pós-ganglionares estão em um gânglio. (b) As vias parassimpáticas têm as neurônios pré-ganglionares mais longos. Página 397 Figura 11-11: (a) As vias somáticas possuem um neurônio, as vias autonômicas, dois. (b) Os alvos dos neurônios motores somáticos têm receptores de ACh nicotínicos, os alvos parassimpáticos têm receptores muscarínicos ACh, os e alvos simpáticos têm receptores adrenérgicos. (c) Vias motoras somáticas e parassimpáticas usam ACh; vias simpáticas usam noradrenalina; (d) A adrenalina é mais ativa nos receptores (3 1 e (32; a noradrenalina é mais ativa nos receptores (3 1 e a. (e) Gânglios simpáticos estão próximos ao SNC; gânglios parassimpáticos estão próximos aos seus tecidos-alvo.

11

,

uscu os

Músculo esquelético

Mecânica do movimento corporal

408

427

Os músculos esqueléticos são compostos por fibras musculares 409 As miofibri las são as estruturas contráteis da f ibra muscular 412 A contração muscular gera força 412 A actina e a miosina deslizam uma pela outra durante a contração 413 As pontes cruzadas da m iosina movem os filamentos de actina 415 Os sinais de cá lcio iniciam a contração 415 As cabeças da miosina caminham ao longo dos filamentos de actina 417 A acetilcolina inicia o acoplamento excitação-contração 420 A contração do músculo esquelético requer um suprimento contínuo de ATP 421 A fadiga tem múltiplas causas 422 As f ibras musculares esqueléticas são classificadas pela velocidade da contração e pela resistência à fadiga 423 A tensão desenvolvida por cada f ibra muscular depende do comprimento da fibra 425 A força da contração aumenta com a somação dos abalos musculares 426 Um neurônio motor somático e as fibras musculares inervadas por ele formam uma unidade motora 426 A força da contração depende dos tipos e do número de unidades motoras

As contrações isotônicas movimentam cargas; enquanto as contrações isométricas geram força sem movimento 428 Os ossos e os múscu los em torno das articulações formam alavancas e pontos de apoio (fu lcros) 43 1 As disfunções musculares possuem , . varias causas

Músculo liso 433

As f ibras musculares lisas são muito menores do que as fibras musculares esqueléticas 434 O músculo liso tem fi lamentos de actina e de m iosina mais longos 434 O músculo liso não está organizado em ,. sarcomeros 435 A fosforilação das proteínas tem papel central na contração do músculo liso 436 O relaxamento no músculo liso tem várias etapas 436 A entrada de cálcio é o sinal para a contração do múscu lo liso 438 Alguns músculos lisos têm potenciais de membrana instáveis 438 A atividade do músculo liso é regulada . . , . por s1na 1s qu1m1cos

Músculo cardíaco

CONHECIMENTOS BÃSICOS Tendões: 81 Cinases e fosfatases: 104 lsoenzimas: 100 Metabolismos aeróbio e anaeróbio: 107 Glicólise: 107 Metabolismo dos ácidos graxos: 115 Controle tônico: 196 Óxido nítrico: 191 Limiar: 200 Somação: 283 Neurônios autonômicos: 388 Neurônios motores somáticos: 398 Junção neuromuscular: 398 ,,

Um músculo é ... um motor, capaz de converter energia química em energia mecânica. E uma estrutura singu.lar da natureza, pois nenhum motor artificial foi projetado com a incrível versatilidade de um músculo vivo. -Ralph W. Stacy e John A. Santolucito, em Modern College Physiology, 1966

Fisiologia Humana

407

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Paralisia periódica Naquela manhã, Paulo Leong, com seis anos de idade, deu um grande susto em sua mãe. Ele estava feliz, brincando no quintal com seu novo cãozinho. De repente, ao sentar-se para descansar, não conseguia mais mover suas pernas. Em resposta aos seus gritos, sua mãe correu e encontrou seu filhinho incapaz de cam inhar. Em pânico, ela o pegou no colo, o levou para casa e chamou uma ambulância . Porém, ao desligar o telefone, preparando-se para receber os paramédicos, Paulo levantou e caminhou até ela dizendo: Agora estou bem mãe, vou brincar lá fora 11

.,_____,__

Fibra muscular (célula)

{a) Músculo esquelético

11

•

420

422

431

433

440

{b) Músculo cardíaco

ra sua estreia no beisebol como primeiro lançador. Ao correr para o campo, sentiu um nó no estômago ........ e seu coração disparou. Pisou na base de lançamento, concentrando-se antes do primeiro lançamento de teste. Gradualmente, ao entrar na rotina familiar de lançamento e recepção da bola de beisebol, seu coração desacelerou e o estômago relaxou. O jogo ia ser bom. O coração disparado, o desconforto no estômago e os movimentos ao correr e arremessar a bola são resultantes de contrações musculares. Nossos músculos têm duas funções comuns: gerar movimento e gerar força. Nossos músculos esqueléticos também geram calor e contribuem de forma significativa para a homeostase da temperatura corporal. Quando a homeostase é ameaçada pelo frio, nosso cérebro faz com que os músculos tremam, gerando calor adicional. O corpo humano tem três tipos de tecido muscular: o músculo esquelético, o músculo cardíaco e o músculo liso. A maioria dos músculos esqueléticos está unida aos ossos do esqueleto, o que capacita esses músculos a controlarem os movimentos do corpo. O músculo cardíaco (kardia, coração) é encontrado somente no coração e é responsável por mover o sangue pelo sistema circulatório. Os músculos esquelético e cardíaco são classificados como músculos estriados (stria, sulco) em função das bandas claras e escuras alternadas que podem ser visualizadas no microscópio óptico (Fig. 12-la, b e ). O músculo liso é o principal músculo dos órgãos e tubos internos, como o estômago, a bexiga urinária e os vasos sanguíneos. Sua principal função é determinar o movimento dos materiais dentro do corpo e para dentro e para fora do corpo. Um exemplo é a passagem de alimento pelo trato gastrintestinal. Visto ao microscópio óptico, o músculo liso não apresenta as bandas transversais evidentes nos músculos estriados (Fig. 12-lc). A ausência das bandas resulta de um arranjo menos organizado das fibras contráteis dentro das células musculares. Os músculos esqueléticos em geral são descritos como músculos voluntários, e os músculos lisos e o cardíaco, como involuntários. Entretanto, esta não é uma classificação pre-

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FIGURA 12-1

Os três tipos de músculo.

cisa. Os músculos esqueléticos podem contrair-se sem um controle consciente, e podemos aprender a exercer um certo grau de controle consciente sobre alguns músculos lisos e o cardíaco [ $ p. 386]. Os músculos esqueléticos são os únicos que se contraem somente em resposta a um sinal de um neurônio motor somático. Eles não podem iniciar sua própria contração, e sua contração não é influenciada diretamente por hormônios. Em comparação, os músculos liso e cardíaco apresentam múltiplos níveis de controle. Embora o principal controle extrínseco decorra da inervação autonômica, alguns tipos de músculos liso e cardíaco podem se contrair de forma espontânea, sem os sinais provenientes do sistema nervoso central. Além disso, a atividade do músculo cardíaco e de parte da musculatura lisa está sujeita à modulação pelo sistema endócrino. Apesar destas diferenças, o músculo liso e o cardíaco compartilham muitas propriedades com o músculo esquelético. Neste capítulo discutimos a anatomia e o mecanismo de contração do músculo esquelético e do músculo liso e no final comparamos as características do músculo esquelético, do músculo liso e do músculo cardíaco. Vamos analisar os detalhes do músculo cardíaco somente no Capítulo 14, quando estudarmos o coração. O metabolismo e a endocrinologia do músculo esquelético são apresentados nos Capítulos 22, 23 e 25.

408

Dee Unglaub Silverthorn

Nomenclatura muscular TERMO GERAL Célula muscular

EQUIVALENTE NO MÚSCULO Fibra muscular

Membrana celular

Sarcolema

Citoplasma

Sarcoplasma

Retículo endoplasmático modificado

Retículo sarcoplasmático

O músculo _,,___ tríceps relaxa

(a) Flexão

O músculo tríceps -+-,.. contrai (extensor) ~O

músculo bíceps r....._c....._ ontrai (flexor)

J

............- Qmúsculo bíceps relaxa

/

MÚSCULO ESQUELÉTICO Os músculos esqueléticos constituem a maior parte da musculatura do corpo e equivalem a cerca de 40% do peso corporal total. São responsáveis pelo posicionamento e movimento do esqueleto, como seu próprio nome sugere. Usualmente, prendem-se aos ossos por tendões constituídos de colágeno [ $ p. 81]. A origem do músculo corresponde à sua extremidade fixada mais perto do tronco ou do osso mais fixo. A inserção do músculo é a fixação mais distal (distantia, distante) ou com maior mobilidade. Quando os ossos fixados a um músculo estão conectados por uma articulação flexível, a contração do músculo movimenta o esqueleto. Se as porções centrais dos ossos conectados se aproximam quando o músculo contrai, o músculo é denominado flexor, e o movimento é chamado de flexão. Se os ossos se afastam um do outro quando o músculo contrai, o músculo é denominado extensor, e o movimento é chamado de extensão. A maioria das articulações no corpo possuem músculos flexores e extensores, já que um músculo contraído pode puxar um osso em uma direção, mas não consegue empurrá-lo de volta. Os pares de músculos extensor-flexor são denominados grupos musculares antagonistas, pois exercem efeitos opostos. A Figura 12-2 • mostra um par de músculos antagonistas no braço: o bíceps braquial (brachion, braço), que atua como flexor, e o tríceps braquial, que atua como extensor. Qu.a ndo você faz uma flexão do braço com um peso na sua mão, o músculo bíceps contrai e a mão e o antebraço se movem em direção ao ombro. Quando você baixa o peso o músculo tríceps contrai e o antebraço flexionado se afasta do ombro. Em cada caso, quando um músculo contrai e encurta, o músculo antagonista relaxa e alonga. R VISANDO CONCEITOS 1. Identifique o maior número possível de grupos de múscu los ant agonistas do corpo. Se não souber nomeá-los, indique a localização provável do flexor e do extensor em cada grupo. Resposta: p. 444

Os músculos esqueléticos são compostos por fibras musculares Os músculos funcionam em conjunto, como uma unidade. Um músculo esquelético é um conjunto de células museu-

(b) Extensão

•

FIGURA 12-2 Os grupos de músculos antagonistas movem os ossos em direções opostas. A contração muscular pode puxar um osso mas não empurrá-lo.

lares, ou fibras musculares, assim como um nervo é um conjunto de neurônios. Cada fibra muscular esquelética é uma longa célula cilíndrica com até várias centenas de núcleos próximos da sua superfície (ver Resumo de Anatomia, Fig. 12-3a e ). As fibras musculares esqueléticas são as células mais longas do corpo, criadas pela fusão de muitas células musculares embrionárias. As fibras de cada músculo se organizam com seus eixos longitudinais dispostos em paralelo (Fig. 12-3a). Cada fibra muscular esquelética é envolta por tecido conectivo, com grupos de fibras adjacentes formando uma unidade denominada fascículo. Fibras colágenas e elásticas, nervos e vasos sanguíneos dispõem-se entre os fascículos. O músculo inteiro é recoberto por uma bainha de tecido conectivo, contínua com o tecido conectivo que envolve as fibras musculares e os fascículos, e também com os tendões que prendem os músculos aos ossos associados.

Anatomia da fibra muscular Os fisiologistas que estudam o músculo, como os neurofisiologistas, adotam uma nomenclatura especializada (Tabela 12-1 e ). A membrana celular de uma fibra muscular é denominada sarcolema (sarkos, carne + lemma, casca), e o citoplasma é denominado sarcoplasma. As principais estruturas intracelulares nos músculos estriadas são as miofibrilas (myo-, músculo), que são feixes extremamente organizados de proteínas contráteis e elásticas que executam o trabalho da contração. Os músculos esqueléticos também contêm um extenso retículo sarcoplasmático (RS), uma forma de retículo endoplasmático modificado que envolve cada miofibrila como uma peça de renda (Figs. 12-3b, 12-4 e ). O retículo sarcoplasmático é formado por túbulos longitudinais que liberam íons Ca2 + e pelas cisternas terminais [cisterna, um reservatório], regiões alargadas nas extremidades dos túbulos, que concentram e sequestram o Ca2 + (sequestrare, pôr nas mãos

Fisiologia Humana

de um administrador). O cálcio tem um papel-chave na contração de todos os tipos de músculo. As cisternas terminais são adjacentes e intimamente associadas com uma rede ramificada de túbulos transversos, também conhecidos como túbulos T (Fig. 12-4). Cada túbulo T com suas duas cisternas terminais adjacentes é denominado tríade. As membranas dos túbulos T são uma continuação da membrana da fibra muscular, o que torna o lúmen dos túbulos T contínuo com o líquido extracelular. Para compreender como esta rede de túbulos-T dentro da fibra muscular se comunica com o exterior, pegue um pouco de argila e introduza seu dedo no meio dela. Perceba como a superfície externa da argila (análoga à superfície da membrana da fibra muscular) é contínua com as paredes do buraco que você fez na argila (a membrana do túbulo T). Os túbulos T conduzem rapidamente os potenciais de ação da superfície celular para o interior da fibra. Sem os túbulos T, o potencial de ação chegaria ao centro da fibra muscular somente pela difusão de cargas positivas pelo citosol, um processo mais lento que retardaria o tempo de resposta da fibra muscular. O citosol entre as miofibrilas contém muitos grânulos de glicogênio e mitocôndrias. O glicogênio, a forma de armazenamento de glicose encontrada nos animais, é uma fonte de reserva energética. As mitocôndrias fornecem a maior parte do ATP necessário para a contração muscular, mediante a fosforilação oxidativa da glicose e de outras biomoléculas.

As miofibrilas são as estruturas contráteis da fibra muscular Cada fibra muscular contém milhares de miofibrilas que ocupam a maior parte do volume intracelular, deixando pouco espaço para o citosol e as organelas (Fig. 12-3b). Cada miofibrila é composta por vários tipos de proteínas: as proteínas contráteis miosina e actina, as proteínas regulatórias tropomiosina e troponina, e as proteínas acessórias gigantes titina e nebulina. A miosina (myo-, músculo) é uma proteína motora com capacidade de gerar movimento [p. 67]. Há várias isoformas de miosina em diferentes tipos de músculo, que influenciam a velocidade de contração do músculo. Cada molécula de miosina é composta de cadeias de proteínas que se entrelaçam formando uma longa cauda e um par de cabeças, com forma parecida à de um girino (Fig. 12-3e). A cauda do filamento grosso assemelha-se a um bastão de consistência rígida, mas as cabeças de miosina que se projetam dela têm uma região elástica flexível (em dobradiça) onde as cabeças se unem ao bastão. Esta região em dobradiça permite o giro das cabeças em torno do seu ponto de fixação. No músculo esquelético, cerca de 250 moléculas de miosina se unem para formar um filamento grosso. Cada filamento grosso se organiza de tal modo que as cabeças de miosina ficam agrupadas em suas extremidades, e a região central do filamento é um feixe de caudas de miosina. A actina (actum, fazer) é uma proteína que constitui os filamentos finos da fibra muscular. Uma molécula de actina é uma proteína globular (actina G), representada na Figura 12-3f por uma bola arredondada. Normalmente, múltiplas molé-

409

culas de actina G polimerizam-se formando longas cadeias ou filamentos, denominados actina F. No músculo esquelético, dois polímeros de actina F enrolam-se como um colar de contas duplo, formando os filamentos finos da miofibrila. Na maior parte do tempo, os filamentos grossos e finos paralelos de cada miofibrila são conectados por pontes cruzadas de miosina distribuídas no espaço entre os filamentos. Cada molécula de actina G possui um único sítio de ligação para a miosina e cada cabeça de miosina tem um sítio de ligação para a actina e um sítio de ligação para o ATP. As pontes cruzadas formam-se quando as cabeças de miosina dos filamentos grossos se ligam à actina dos filamentos finos (Fig. 12-3d) Visto ao microscópio óptico, o arranjo dos filamentos grossos e finos em uma miofibrila gera um padrão repetido de bandas claras e escuras alternadas (Figs. 12-la, 12-3c). Cada repetição do padrão forma um sarcômero (sarkos, carne + -mere, uma unidade ou segmento), o qual contém os seguintes elementos (Fig.12-5 e ): 1. Discos Z: um sarcômero é composto por dois discos Z e pelos filamentos situados entre eles. Os discos Z são estruturas proteicas em ziguezague que atuam como sítios de fixação para os filamentos finos. A abreviatura Z vem de zwischen, a palavra alemã para "entre". 2. Banda 1: esta é a banda mais clara do sarcômero e representa uma região ocupada somente pelos filamentos finos. A abreviatura I vem de isotrópico, uma descrição dos primeiros microscopistas, que significa que esta região reflete a luz de modo uniforme sob um microscópio polarizado. Um disco Z atravessa o centro de cada banda 1, de modo que cada metade de uma banda 1 pertence a um sarcômero diferente. 3. Banda A: esta é a mais escura dentre as bandas do sarcômero e engloba todo o comprimento de um filamento grosso. Nas bordas externas da banda A, os filamentos grossos e finos se sobrepõem. O centro da banda A é ocupado apenas por filamentos grossos. A abreviatura A vem de anisotrópico (an-, não), significando que as proteínas fibrosas nesta região dispersam a luz de modo irregular. 4. Zona H: esta região central da banda A é mais clara do que as bordas externas da banda A, pois é ocupada somente pelos filamentos grossos. A abreviatura H vem de helles, a palavra alemã para "claro". 5. Linha M: esta banda representa as proteínas que formam o sítio de ancoragem para os filamentos grossos, equivalente ao disco Z para os filamentos finos. Cada linha M divide uma banda A no meio. A abreviatura M vem de mittel, a palavra alemã para "meio". Em um arranjo tridimensional, as moléculas de actina e miosina formam uma treliça de filamentos finos e grossos sobrepostos e paralelos, mantidos no lugar por suas ligações às proteínas do disco Z e da linha M, respectivamente (Fig. 12-5b). Quando visto em uma secção transversal, cada filamento fino é rodeado por três filamentos grossos, e seis filamentos finos circundam cada filamento grosso (Fig. 12-5c, círculo mais à direita).

12

410

Dee Unglaub Silverthorn

MÚSCULO ESQUEL~TICO Músculo esquelético Nervo e vasos sanguíneos

Tendão

Tecido conectivo Fascículo muscular: feixe de fibras ~Tecido

conectivo

Núcleo

Fibra muscular

MÚSCULO ESQUELÉTICO

(a)

1

é composto de

'

Tecido conectivo

Vasos , sangu1neos

Fascículos musculares

Nervos

1

são compostos por 1

Fibras musculares (células) individuais 1

as quais contêm

' 1

Sarcolema

L

Sarcoplasma

Túbulos T

1

- uma sao

1

Múltiplos núcleos 1

1

continuação do

funcionalmente ligados ao

,

Retículo sarcoolasmático

Mitocôndrias

Miofibrilas 1

compostas de

'

Troponina

Actina

'

Tropomiosina

Filamentos grossos

Filamentos finos 1

organizados no 1

Sarcômero

e

FIGURA 12-3

Miosina

'

Titina

Nebulina

Grânulos de glicogênio

411

Fisiologia Humana

ULTRAESTRUTURA DO MÚSCULO

Retículo ----~----~+4--::-: sarcoplasmático

=~H--=

Filamento Filamento grosso fino

Núcleo-- -

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Miofibrila

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12

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Banda A

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1

Banda 1

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Ti tina

(d) Disco Z

Disco Z Pontes cruzadas da miosina

Linha M Filamentos grossos

Filamentos finos

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Troponina Nebulina

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flexível Tropomiosina

Molécula de miosina

•

FIGURA 12-3

(continuação)

(f)

\ \

Reg i ão ~

Cauda da miosina

\

Molécula de actina G

Cadeia de actina

412

Dee Unglaub Silverthorn

Os túbulos T conduzem os potencias de ação para o interior da f ibra muscular

Filamento fino Sarcolema

Filamento grosso

1

Tríade

•

Retículo sarcoplasmático armazena Ca2 +

Cisterna terminal

FIGURA 12-4 Os túbulos T são associados às cisternas terminais do retículo sarcoplasmático.

O alinhamento adequado dos filamentos dentro de um sarcômero é garantido por duas proteínas: a titina e a nebulina (Fig. 12-6 e ). A titina é uma molécula elástica enorme, a maior proteína conhecida, composta por mais de 25.000 aminoácidos. Uma única molécula de titina se estende desde um disco Z até a linha M vizinha. Para ter uma ideia do imenso tamanho da titina, imagine que uma molécula de titina é um pedaço de 2,4 metros de uma corda muito grossa usada para amarrar navios aos ancoradouros. Para comparação, uma molécula de actina teria o comprimento e o peso semelhantes a um único cílio. A titina tem duas funções: (1) estabilizar a posição dos filamentos contráteis e, (2) fazer com que os músculos estirados retornem ao seu comprimento de repouso, o que ocorre em função de sua elasticidade. A titina é auxiliada pela nebulina, uma proteína gigante não elástica que se dispõe lado a lado com os filamentos finos e se prende ao disco Z. A nebulina auxilia no alinhamento dos filamentos de actina do sarcômero. R VISANDO CONCEITOS Por que as extremidades da banda A são a região mais escura do sarcômero quando visto no microscópio óptico? 3. Qual é a função dos túbulos T? 4. Por que os músculos esqueléticos são descritos como esRespostas: p. 444 triadas?

A contração muscular gera força A contração das fibras musculares é um processo notável que nos permite gerar força para mover ou resistir a uma carga. Na fisiologia do músculo, a força criada pela contração do músculo é denominada tensão muscular. A carga é o peso ou a força que se opõe à contração de um músculo. A contração, a criação de tensão no músculo, é um processo ativo que requer o ingresso de energia do ATP. O relaxamento é a liberação da tensão criada por uma contração. A Figura 12-7 • resume as principais etapas que levam à contração do músculo esquelético. 1. Eventos na junção neuromuscular convertem um sinal de acetilcolina de um neurônio motor somático em

um sinal elétrico na fibra muscular. Esses eventos foram descritos no Capítulo 11 [ ~ p. 398]. 2. Acoplamento excitação-contração é o processo no qual os potenciais de ação no músculo iniciam os sinais de cálcio que, por sua vez, ativam um ciclo de contração-relaxamento. 3. No nível molecular, um ciclo de contração-relaxamento pode ser explicado pela teoria do deslizamento dos 'filamentos. Em músculos intactos, um ciclo de contraçãorelaxamento é denominado abalo muscular. Nas próximas seções, começamos com a teoria da contração muscular do deslizamento dos filamentos. Depois, vemos a função integrada de uma fibra muscular durante o acoplamento excitação-contração. A seção sobre o músculo esquelético termina com uma discussão sobre a inervação dos músculos e sobre como os músculos movimentam os ossos nas articulações. R VISANDO CONCEITOS 5. Quais são os três elementos anatômicos de uma junção neuromuscular? 6. Qual é o sinal químico de uma junção neuromuscular?

Respostas: p. 445

A actina e a miosina deslizam uma pela outra durante a contração Nos séculos passados, os cientistas observaram que, quando os músculos moviam uma carga, eles encurtavam. A partir desta observação, surgiram as primeiras teorias da contração, as quais sugeriam que os músculos eram constituídos de moléculas que se enrolavam e encurtavam quando em atividade, e relaxavam e se esticavam quando em repouso, como um elástico ao contrário. Esta teoria se fortaleceu quando se descobriu que a miosina era uma molécula helicoidal que encurtava sob ação do calor (a razão pela qual a carne encolhe quando cozida). Entretanto, em 1954, os cientistas Andrew Huxley e Rolf Niedeigerke descobriram que o comprimento da banda A de uma miofibrila permanece constante durante a contração. Uma vez que a banda A representa o filamento de miosina, Huxley e Niedeigerke perceberam que o encurtamento da molécula de miosina não poderia ser responsável pela contração. Subsequentemente, propuseram um modelo alternativo, a teoria da contração do deslizamento dos filamentos. Neste modelo, os filamentos sobrepostos de miosina e de actina, de comprimento fixo, deslizam uns sobre os outros em um processo que requer energia e que resulta na contração do músculo. Se você examinar uma miofibrila no seu comprimento de repouso, você vê que, dentro de cada sarcômero, as extremidades dos filamentos finos e grossos estão levemente sobrepostas (Fig. 12-8, em cima e ). Quando o músculo contrai, os filamentos finos e grossos deslizam uns sobre os outros, aproximando os discos Z do sarcômero. Este fenômeno pode ser observado em micrografias ópticas do músculo contraído e relaxado. No estado relaxado, o sarcômero tem uma banda 1 grande (somente filamentos finos) e uma banda A cujo comprimento equivale ao comprimento dos filamentos grossos.

Fisiologia Humana

413

i . - - - - - - - - Sarcômero--------+i

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Disco Z

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Filamento fino

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Linha M Filamentos grossos unidos por proteínas acessórias

•••••••••• •• •••••• •••••••••• •• •• • •

Borda externa da banda A Filamentos grossos e finos sobrepostos

FIGURA 12-5 A organização bidimensional e tridimensional de um sarcômero. O disco Z (não apresentado em c) tem proteínas acessórias que unem os fila-

mentos finos, de modo similar às proteínas acessórias mostradas na linha M.

Quando ocorre a contração, o sarcômero encurta (Fig. 12-8, em baixo). Os dois discos Z em cada extremidade se aproximam, ao passo que a banda 1 e a zona H - regiões onde a miosina e a actina não se sobrepõem no músculo relaxado - quase desaparecem. Apesar do encurtamento do sarcômero, o comprimento da banda A permanece constante. Essas modificações são consistentes com o deslizamento dos filamentos finos de actina ao longo dos filamentos grossos de miosina, à medida que os filamentos finos se movem em direção à linha M no centro do sarcômero. O nome da teoria da contração pelo deslizamento dos filamentos deriva deste processo. A teoria do deslizamento dos filamentos explica como um músculo pode contrair e gerar força sem criar movimento. Por exemplo, se você tentar empurrar uma parede, você está criando tensão sobre vários músculos do corpo sem movimentar a parede. De acordo com a teoria do deslizamento

dos filamentos, a tensão gerada em uma fibra muscular é diretamente proporcional ao número de pontes cruzadas de alta-força entre os filamentos finos e grossos.

As pontes cruzadas da miosina movem os filamentos de actina A rotação das pontes cruzadas de miosina fornecem a força que empurra os filamentos de actina durante a contração. O processo pode ser comparado a uma equipe competitiva de vela, com muitas pessoas segurando a corda que levanta um pesado mastro. Quando a ordem para levantar o mastro é dada, cada pessoa da equipe começa a puxar a corda, uma mão após a outra, agarrando, puxando e soltando repetidamente à medida que a corda se move. No músculo, as cabeças de miosina se ligam às moléculas de actina, as quais são a "corda". Um sinal de cálcio inicia o

12

414

Dee Unglaub Silverthorn

Disco Z A nebulina auxilia o alinhamento da actina

Actina

Disco Z

N A V E G A O O R na junção neuromuscular

Li nha M

~copla­

mento excitaçãocontração

A titina proporciona elasticidade e estabiliza a miosina

•

Miosina Sinal de Ca2+

FIGURA 12-6 Titina e nebulina são proteínas acessórias gigantes. A titina ocupa a distância entre o disco Z e a linha M vizinha. A nebulina, disposta ao longo dos filamentos finos, prende-se ao disco Z, mas não chega até a linha M.

Ciclo contração-relaxamento

Abalo muscular

movimento de força, quando as pontes cruzadas de miosina giram e empurram os filamentos de actina em direção ao centro do sarcômero. No final do seu movimento de força, cada cabeça de miosina solta a actina, inclina-se para trás e se liga a uma nova molécula de actina, ficando pronta para iniciar um novo ciclo. Durante a contração, as cabeças não se soltam ao mesmo tempo - ou as fibras deslizariam de volta para sua posição inicial, do mesmo modo como o mastro cairia se todos os marinheiros soltassem a corda ao mesmo tempo. O movimento de força se repete muitas vezes enquanto uma fibra muscular contrai. As cabeças de miosina se pren-

•

FIGURA 12-7

Teoria do deslizamento dos filamentos

Este ícone representa um mapa dos eventos da contração muscular. Consulte este esquema ao longo do capítulo à medida que os eventos forem tratados com maior detalhe.

Mapa resumido da contração muscular.

dem, empurram e soltam as moléculas de actina repetidas vezes à medida que os filamentos finos se movem em direção ao centro do sarcômero.

ATPase da miosina No movimento de força, o que faz as pontes cruzadas de miosina girarem? A resposta é que a

Banda 1 1 11

z

Miosina ----Banda A - - Actina

z

111

111

Músculo 111 relaxado 11 1

111

1 11

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Banda A

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O sarcômero encurta- - com a contração

1 I

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Linha

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Banda A constante

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111

11•

Músculo 111 ---< contraído l........... lI

111

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111 111

1 11

Zona H e banda 1encurtam

•

111

FIGURA 12-8 O sarcômero encurta durante a contração. À medida que a contração ocorre, os filamentos finos e grossos não variam de comprimento; ao invés disso, deslizam uns sobre os outros.

~

l

Linha

M

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Linha

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Fisiologia Humana

O

1

t

Ca2+ no citosol

1

Troponina Actina G

A tropomiosina ------bloqueia o sítio de ligação na actina G

A tropomiosina se desloca, expondo o sítio de ligação na actina G

e

......-- Cabeça de • • m1os1na

A actina se move

Pi ADP

415

Os níveis de Ca2+ aumentam no citosol.

O Ca2+ se liga à troponina (TN).

O complexo troponina-Ca2+ afasta a tropomiosina do sítio de ligação da miosina na actina G. A miosina se liga à actina e completa o movimento de for a. O filamento de actina se move.

{a) Estado relaxado. Cabeça de miosina engatilhada.

• FIGURA 12-9

{b) Início da contração.

O cálcio se liga à troponina para iniciar a contração muscular.

miosina converte a energia das ligações químicas do ATP na energia mecânica do movimento das pontes cruzadas. A miosina é uma ATPase (miosina ATPase), de modo que ela hidrolisa ATP formando ADP e fosfato inorgânico (Pi). A energia liberada pela hidrólise do ATP é capturada pela miosina e armazenada como energia potencial no ângulo formado entre a cabeça da miosina e o eixo longitudinal do filamento de miosina. As cabeças de miosina nesta posição são ditas "engatilhadas", ou prontas para girar. A energia potencial das cabeças engatilhadas torna-se energia cinética no movimento de força que move a actina.

Os sinais de cálcio iniciam a contração Como o sinal de cálcio "liga" e "desliga" a contração muscular? A resposta é encontrada na troponina (TN), um complexo ligador de cálcio constituído de três proteínas. A troponina controla o posicionamento de um polímero proteico alongado, a tropomiosina [tropos, girar]. No músculo esquelético em repouso, a tropomiosina se enrola em torno dos filamentos de actina e cobre parcialmente os sítios de ligação da miosina na actina (Fig. 12-9a e ). Esta é a posição de bloqueio da tropomiosina ou posição "desligada". Ainda pode ocorrer uma ligação actinamiosina fraca, com pouca força, mas o bloqueio da miosina impede que esta complete seu movimento de força, como a trava de segurança de um revólver impede que o gatilho seja puxado. Antes que a contração possa ocorrer, a tropomiosina deve ser deslocada para a posição "ligada", que expõe o restante dos sítios de ligação da miosina na actina. O posicionamento "ligado-desligado" da tropomiosina é regulado pela troponina. Quando a contração começa em resposta a um sinal de cálcio(© na Figura 12-9b), uma proteína do complexo - troponina C - liga-se reversivelmente 2 ao Ca + @ . O complexo troponina C-cálcio puxa atropomiosina, afastando-a completamente dos sítios de ligação da miosina na actina @ . Esta posição "ligado" permite que

as cabeças de miosina formem pontes cruzadas fortes e executem seus movimentos de força ©, movendo o filamento de actina ®. Os ciclos de contração se repetem enquanto os sítios de ligação estão expostos. Para o relaxamento do músculo ocorrer, as concentrações de Ca2+ no citosol devem diminuir. Pela lei de ação das massas, quando o cálcio citosólico diminui, o Ca2+ se desliga da troponina. Na ausência de Ca2+, a troponina permite que a tropomiosina retorne à posição "desligada", cobrindo a maior parte dos sítios de ligação da miosina na actina. Durante a breve porção da fase de relaxamento em que a actina e a miosina não estão ligadas uma à outra, os filamentos do sarcômero deslizam de volta para suas posições originais com a ajuda da titina e dos tecidos conectivos elásticos do músculo. Na próxima seção, examinamos em detalhes os eventos moleculares do ciclo contrátil.

As cabeças de miosina caminham ao longo dos filamentos de actina A Figura 12-10 • mostra os eventos moleculares de um ciclo contrátil no músculo esquelético. Nós começaremos o ciclo com o estado de rigidez [rigere, ser rígido], onde as cabeças de miosina estão fortemente ligadas às moléculas de actinaG. Nenhum nucleotídeo (ATP ou ADP) está ligado à miosina. No músculo vivo, o estado de rigidez ocorre apenas por um período muito breve. Então: 1. O ATP se liga e a miosina desliga. Uma molécula de ATP se liga à cabeça de miosina. A ligação do ATP diminui a afinidade da ligação da actina com a miosina, e a miosina se desliga da actina. 2. A hidrólise do ATP fornece energia para a cabeça de miosina rotar e voltar a se ligar na actina. O sítio de ligação do ATP na cabeça de miosina se fecha em torno do ATP e o hidrolisa, formando ADP e fosfato inorgâni-

12

416

Dee Unglaub Silverthorn

Molécula de actina G

Sítios de __..... ligação para a • • m1os1na O ATP se liga na miosina. A miosina se solta da actina.

Sítio de ligação do ATP

N A V E G A D O R

oX ADP

'

A miosina hidrolisa o ATP. A cabeça de miosina gira e se liga à actina.

A miosina libera ADP. Contração._,___, -relaxamento

•

O filamento de actina se move em - -1 'reção-à-l~ha M ....-. ~~

Deslizamento dos filamentos

Pi _ __,

Sinal de Ca2 +

Movimento de força. Estado relaxado com as cabeças de miosina engatilhadas.

•

FIGURA 12-10 O ATP fornece a energia para a inclinação e a força das pontes cruzadas. Para revisar a estrutura da actina e da miosina, consulte a Figura 12-3(d-f).

co (Pi). ADP e Pi permanecem ligados à miosina enquanto a energia liberada pela hidrólise do ATP gira a cabeça da miosina até que ela forme um ângulo de 90° com o eixo longitudinal dos filamentos. Nessa posição engatilhada, a miosina se liga a uma nova actina que está 1 a 3 moléculas adiante de sua posição inicial. As pontes cruzadas miosina-actina recém formadas são fracas porque a tropomiosina está bloqueando parcialmente os sítios de ligação da actina. Entretanto, nesta posição dobrada a miosina estocou energia potencial, como uma mola esticada. A cabeça está engatilhada, exatamente como alguém preparando-se para disparar um revólver puxa o martelo para trás ou enga-

tilha antes de disparar. A maioria das fibras musculares em repouso estão nesse estado, engatilhadas e preparadas para contrair, e apenas esperando por um sinal de cálcio. 3. O movimento de força. O movimento de força (inclinação das pontes cruzadas) começa após o Ca2+ se ligar à troponina para expor o restante dos sítios de ligação da miosina. As pontes cruzadas tornam-se ligações fortes, quando a miosina libera Pi. A liberação de Pi permite que a cabeça de miosina gire. As cabeças se inclinam em direção à linha M, levando o filamento de actina junto com elas. O movimento de força é também chamado de inclinação das pontes cruzadas porque a cabeça de

Fisiologia Humana

miosina e a região flexível se inclinam de um ângulo de 90° para um ângulo de 45°. 4. A miosina libera ADP. No final do movimento de força, a miosina libera ADP, o segundo produto da hidrólise do ATP. Com a saída do ADP, a cabeça da miosina está novamente ligada fortemente à actina no estado de rigidez. O ciclo está pronto para começar mais uma vez quando um novo ATP se liga à miosina.

Estado de rigidez Embora o ciclo de contração inicie com o estado de rigidez, no qual nenhum ATP ou ADP está ligado à miosina, as fibras do músculo relaxado permanecem a maior parte do tempo na etapa 2. O estado de rigidez de um músculo vivo normalmente é breve porque a fibra muscular tem suprimento suficiente de ATP, que rapidamente se liga à miosina após o ADP ser liberado na etapa 4. Entretanto, após a morte, quando o metabolismo cessa e o suprimento de ATP se esgota, os músculos não podem mais se ligar ao ATP e por isso permanecem no estado de ligação forte de rigidez. Na condição conhecida como rigor mortis, os músculos "congelam" em decorrência das pontes cruzadas que permanecem imóveis. A ligação forte entre a miosina e a actina persiste por um dia ou mais após a morte, até que as enzimas dentro da fibra em decomposição começam a degradar as proteínas musculares. REVISANDO CONCEITOS 7. Cada molécula de miosina tem sítios de ligação para quais moléculas? 8. Qual a diferença entre a actina F e a actina G? 9. A miosina hidrolisa ATP em ADP e Pi. As enzimas que hidrolizam ATP são conhecidas coletivamente como Respostas: p. 445

Embora essa discussão possa aparentar que já se sabe tudo a respeito do mecanismo molecular da contração muscular, na verdade este é apenas o modelo atual. O processo é mais complexo do que o apresentado aqui, e parece que a miosina influencia a ligação Ca2+-troponina, o que depende da sua ligação com a actina ser forte (rigidez), fraca, ou não haver ligação. Os detalhes desta influência ainda estão sendo pesquisados. O estudo da contração e do movimento das moléculas em uma miofibrila tem apresentado muitas dificuldades. Muitas técnicas de pesquisa dependem de moléculas cristalizadas, microscopia eletrônica e de outros métodos que não podem ser utilizados em tecidos vivos. Frequentemente . , . podemos ver os filamentos finos e grossos somente no in1c10 e no fim da contração. Entretanto, têm havido progressos e talvez na próxima década você assistirá um "filme" da contração muscular, construído a partir de fotografias do deslizamento dos filamentos. REVISANDO CONCEITOS 1O. Cite uma f ibra elástica no sarcômero que auxilia o relaxamento. 11. De acordo com a teoria da contração do deslizamento dos filamentos, o que impede que os filamentos deslizem de volta à sua posição original cada vez que uma cabeça de miosina se solta para ligar-se ao sítio de ligação da próxima actina? Respostas: p. 445

417

BIOTECNOLOGIA

EXPERIMENTO DE MOTILIDADE INVITRO Um grande passo em direção ao entendimento do movimento de força da miosina foi o desenvolvimento do ensaio de motil idade in vitro nos anos 1980. Nesse ensaio, moléculas isoladas de miosina prendem-se ao acaso a uma lâmina de vidro coberto especialmente. Uma molécula de actina marcada por fluorescência é colocada sobre as moléculas de miosina. Com o ATP como fonte de energia, as cabeças de miosina se ligam à actina, deslocando-a sobre a lâmina, deixando um rastro fluorescente. Em experimentos ainda mais engenhosos, desenvolvidos em 1995, uma única molécula de miosina é ligada a uma minúscula esfera que a eleva acima da superfície da lâmina. Uma molécula de actina é colocada sobre a molécula de miosina, como a vara de um equilibrista. A medida que "o motor" da miosina move as moléculas de actina, seus movimentos nanométricos e as forças geradas por cada ciclo das cabeças de miosina, em piconewtons, são med idos com o uso de laser. Com esta técnica, os pesquisadores podem agora medir o trabalho mecânico exercido por uma ún ica molécula de miosina ! Para ver uma animação do processo, visite http://physiology.med. uvm .edu/warshaw/techspg invitro. html.

A acetilcolina inicia o acoplamento excitação-contração Agora vamos iniciar na junção neuromuscular e acompanhar os eventos que levam à contração. Como você já aprendeu neste capítulo, esta combinação de eventos elétricos e mecânicos na fibra muscular é denominada acoplamento excitação-contração (E- C): 1. A acetilcolina (ACh) é liberada do neurônio motor somático. 2. A ACh gera um potencial de ação na fibra muscular. 3. O potencial de ação muscular desencadeia a liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático. 4. O cálcio se liga com a troponina, dando início à contração. Vamos agora ver este processo em detalhe. A acetilcolina liberada na sinapse de uma junção neuromuscular liga-se aos receptores-canais de ACh localizados na p laca motora terminal da fibra muscular (Fig. 12-1 CD • )[ $ p. 399]. Quando estes canais se abrem, permitem que o Na+ e o K+ atravessem a membrana. Entretanto, o influxo de Na+ supera o efluxo de K+, pois a força eletroquímica é maior para o Na+ [$ p. 168]. A adição de carga positiva líquida à fibra muscular despolariza a membrana, gerando um potencial da placa ter111inal (PPT). Normalmente, os potenciais da placa terminal sempre atingem o limiar, e iniciam um potencial de ação m uscular (Fig. 12-lla @).

12

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Dee Unglaub Silverthorn

~Term i nal

axônico do neurônio motor somático

O neurônio motor somático libera ACh na junção neuromuscular.

Fibra muscular Gão •

.fi?,~_- -+ - -

~

==::::::::!

4 +G Na+....7

12O +

-

ã5ºa.

A entrada líquida de Na+ através do receptor-canal de ACh desencadeia um potencial de ação muscular.

+ +

- +

t! -

Túbulo T ---+

RyR

+ -

,...1.-'.4

D O

O

O

ºooCa2 + o0 o o o o ~ o°o 0 0 o o o 0 o

°

Disco Z

Retículo sarcoplasmático

DHP

Actina

O potencial de ação no túbulo T altera a conformação do receptor DHP.

Filamento grosso de miosina

(a) Iniciação do potencial de ação muscular O receptor DHP abre os canais RyR deliberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático e o ca2+ entra no citoplasma.

- + - + - +

e -+

o ca2+ se liga à troponina, permitindo a ligação entre a miosina e a actina.

,,O ,, ' /

/

/

/

/ /

/

/

As cabeças de miosina executam o movimento de força.

/

/

\

..

•

/

/

/

\

Filamento grosso de miosina

/ \ \

,,

Os filamentos de actina deslizam em direção ao centro do sarcômero.

\ \

~--

Distância percorrida pela actina

(b) Acoplamento excitação - contração

•

LEGENDA: DHP, canal de cálcio tipo L di-hidropiridina; RYR, receptor canal de rianodina

FIGURA 12-11 O acoplamento excitação-contração converte um sinal elétrico em um sinal de cálcio.

O potencial de ação é conduzido ao longo da superfície da fibra muscular e para os túbulos T pela abertura sequencial dos canais de Na+ controlados por voltagem. O processo é similar à condução de potenciais de ação nos axônios, embora os potenciais de ação no músculo esquelético sejam conduzidos mais lentamente do que os potenciais de ação nos neurônios [ ~ p. 258]. O potencial de ação que se desloca pelos túbulos T desencadeia a liberação de Ca2 + a partir do retículo sarcoplasmático (Fig. 12-11 @ e ©). No nível molecular, a transdução do sinal elétrico em um sinal de cálcio requer duas proteínas de membrana. A membrana do túbulo t contém um tipo de canal de cálcio tipo-L sensível à voltagem chamado de receptor de di-hidropiridina (DHP) (Fig. 12-11 3). Os receptores especializados DHP em geral não formam canais

abertos, mas são associados mecanicamente aos canais de liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático adjacente. Os canais deliberação de Ca2+ são também conhecidos como receptores de rianodina, ou RyR. Os níveis de Ca2+ livre no citosol em um músculo em repouso normalmente são normalmente bastante baixos mas após um potencial de ação aumentam cerca de 100 vezes. Conforme você já aprendeu, quando os níveis de Ca2 + no citosol são altos, o Ca2+ se liga à troponina, a tropomiosina se desloca para a posição "ligada" e a contração ocorre ®. A membrana dos túbulos T contém receptores sensíveis à voltagem (receptores de di-hidropiridina, ou receptores DHP) ligados mecanicamente aos canais de liberação de Ca2 + no retículo sarcoplasmático adjacente (estes canais também são denominados receptores de rianodina, ou RyR) de um potencial de ação.

Fisiologia Humana

Fibra muscular

419

+30-

1~

I

Potencial de ação proveniente do SNC

Potencial de membrana do neurônio emmV

1

~

Y/

tf

......___ Placa motora

-70 --+-- -

\\._ .......~

terminal '---Terminal axônico

'-

Eletrodos de registro

Tempo

>

+30Potencial de membrana da fibra muscular emmV -70 --l---r~ 2 - ""'-____________

µ_-=o-- - - Potencial de ação muscular

ms -Tempo Período de latência

N A V E G A D O R Tensão desenvolvida durante um abalo muscular

Junção neuromuscular (JNM)

12

m

1

~

~ 1

>

... QUESTÕES DA FIGURA

~

~....e...

FIGURA 12-12

to

-Tempo

9

•

Fase de Fase de contração .--.... relaxa-

10-100 ms

Acoplamento E-C

Abalo muscular

>

.::---...

Movimentos de quais íons em quais direções criam • o potencial de ação nervoso? • o potencial de ação muscular?

Eventos elétricos e mecânicos da contração muscular. Po-

tenciais de ação no terminal axônico (gráfico de cima) e na fibra muscular (gráfico do meio) são seguidos por um abalo muscular (gráfico de baixo).

Quando a despolarização de um potencial de ação atinge o receptor DHP, sua conformação muda, abrindo os canais de liberação de Ca2 + RYR no retículo sarcoplasmático (Fig. 12-11 @).O Ca2 + armazenado então se move a favor do seu gradiente eletroquímico para o citosol, onde inicia a contração, conforme ilustrado na Figura 12-9b. Para finalizar a contração, o retículo sarcoplasmático 2 2 bombeia o Ca + de volta para o seu lúmen usando uma Ca +ATPase [ $ p. 147]. À medida que a concentração de Ca2 + livre no citosol diminui, o equilíbrio entre o Ca2 + ligado e o desligado é alterado. O Ca2 + se desliga da troponina, atropomiosina retorna à posição de bloqueio dos sítios de ligação à miosina e a fibra relaxa. A descoberta de que o Ca2 + é o sinal para a contração, e não o potencial de ação, foi a primeira evidência de que o cálcio atua como um mensageiro dentro das células. Inicialmente pensou-se que os sinais de cálcio ocorriam somente nos músculos, mas agora sabe-se que o cálcio é um segundo mensageiro quase universal [$ p. 190].

Os gráficos na Figura 12-12 • mostram a sequência temporal dos eventos elétricos e mecânicos durante o acoplamento excitação-contração. Após o potencial de ação no neurônio motor somático, ocorre um potencial de ação muscular, seguido da contração muscular. Cada ciclo de contração-relaxamento em uma fibra muscular esquelética é denominado abalo. Note que há um pequeno retardo - o período de latência - entre o potencial de ação muscular e o início do desenvolvimento da tensão muscular. Este atraso representa o tempo necessário para que o acoplamento excitação-contração possa ocorrer. Uma vez iniciada a contração, a tensão muscular aumenta continuamente até um valor máximo à medida que as interações das pontes cruzadas aumentam. A tensão então diminui na fase de relaxamento do abalo. Durante o relaxamento, os elementos elásticos do músculo fazem com que o sarcômero retome ao seu comprimento de repouso. Um único potencial de ação em uma fibra muscular provoca um único abalo (Fig. 12-12, gráfico de baixo). En-

420

Dee Unglaub Silverthorn

tretanto, os abalos musculares variam de fibra para fibra na velocidade com que elas desenvolvem a tensão (a porção ascendente da curva do abalo), na tensão máxima que elas atingem (a altura da curva do abalo) e na duração da contração (a largura da curva do abalo). Você aprenderá sobre os fatores que afetam estes parâmetros em seções posteriores. Inicialmente, vemos como os músculos produzem ATP para fornecer energia para a contração e para o relaxamento. R VISANDO CONCEITOS Qual etapa da contração necessita de ATP? O relaxamento necessita de ATP?

Músculo em repouso ATP do metabolismo + creatina _c_re•_a_tin_a___.,.. ADP +fosfato de creatina c1nase

Músculo em atividade

~e_ at_in_a___.,.. creatina + Fosfato de creatina + ADP _c_ c1nase necessário para

i

13. Quais eventos ocorrem durante o período de latência antes da contração iniciar? Respostas: p. 445

• A miosina ATPase (contração) • A Ca2+-ATPase (relaxamento)

A contração do músculo esquelético requer um suprimento contínuo de ATP O uso do ATP pela fibra muscular é uma característica essencial da fisiologia do músculo. O músculo requer energia constantemente: durante a contração, para gerar o movimento das pontes cruzadas e para desligar as pontes cruzadas; duran2 te o relaxamento, para bombear o Ca + de volta ao retículo sarcoplasmático, e após o acoplamento excitação-contração, para restitui o Na+ e o K+ nos compartimentos extracelular e intracelular, respectivamente. Onde os músculos obtêm o ATP de que necessitam para seu trabalho? A quantidade de ATP presente em uma fibra muscular em um determinado momento é suficiente para apenas cerca de oito abalos. Como fonte de energia de reserva, o músculo contém o fosfato de creatina, uma molécula cujas ligações fosfato de alta energia são criadas a partir da creatina e do ATP

Paulo já t inha sof rido crises moderadas de fraqueza muscular em suas pernas, normalmente pela manhã. Por duas ocasiões a fraqueza ocorreu após a exposição ao frio. Cada crise desapareceu em minutos e Paulo não apresentou nenhuma sequela. Seguindo o conselho do médico da família, a Sra. Leong levou seu filho para consultar um especial ista em disfunções musculares, que suspeitou de uma condição chamada de paralisia periódica. As paral isias periódicas são uma família de doenças causadas por mutações nos canais iônicos de Na+ ou de Ca 2+ das membranas das f ibras musculares esqueléticas. O especialista acredita que Paulo tem uma disf unção na qual os canais de Na+ controlados por voltagem não são inativados após sua abertura.

Questão 1 Quando os canais de Na+ da membrana muscular se abrem, qual a direção do movimento do Na+? Questão2: Qual efeito o movimento contínuo de Na+ teria sobre o potencial de membrana das fibras musculares?

407

422

431

433

440

• A Na+-K+ ATPase (restitui os íons que atravessam a membrana celular durante o potencial de ação nos seus compartimentos originais)

•

FIGURA 12-13 Fosfato de creatina. O músculo em repouso armazena a energia do ATP em ligações fosfato de alta energia da fosfato de creatina. O músculo em atividade faz uso desta energia armazenada.

quando o músculo se encontra em repouso (Fig. 12-13 e ). Quando os músculos entram em atividade, como durante o exercício, os grupos fosfato de alta energia do fosfato de creatina são transferidos para o ADP, gerando mais ATP para abastecer os músculos. A enzima que transfere o grupo fosfato do fosfato de creatina para o ADP é a creatina cinase (CK), também conhecida como creatina fosfodnase (CPK). As células musculares contêm grande quantidade desta enzima. Consequentemente, níveis elevados de creatina cinase no sangue normalmente são um indicador de dano no músculo esquelético ou no músculo cardíaco. Como estes dois tipos de músculo contêm isoenzimas diferentes [$- p. 100], os médicos conseguem distinguir os danos ao tecido cardíaco durante um infarto do miocárdio dos danos no músculo esquelético. Como a energia armazenada nas ligações fosfato de alta energia é muito limitada, as fibras musculares têm de usar o metabolismo para transferir energia das ligações químicas dos nutrientes para o ATP. Os carboidratos, a glicose em particular, são a fonte de energia mais rápida e eficiente para a produção de ATP. A glicose é metabolizada via glicólise em piruvato [ ~ p. 107] . Na presença de oxigênio em quantidade adequada, o piruvato ingressa no ciclo do ácido átrico, produzindo cerca de 30 ATPs por cada molécula de glicose. Quando as concentrações de oxigênio caem durante o exercício extenuante, o metabolismo da fibra muscular depende principalmente da glicólise anaeróbia. Nesta rota, a glicose é metabolizada formando lactato com a produção de apenas 2 ATPs por molécula de glicose (p. 109). O metabolismo anaeróbio da glicose é uma fonte mais rápida de ATP, porém produz muito menos ATP por cada molécula de glicose. Quando a demanda energética do músculo ultrapassa a quantidade de ATP que pode ser produzida pelo metabolismo

Fisiologia Humana

anaeróbio da glicose, os músculos podem funcionar somente por um curto período antes de entrar em fadiga. As fibras musculares também obtêm energia a partir dos ácidos graxos, embora este processo sempre necessite de oxigênio. Durante o repouso e os exercícios leves, os músculos esqueléticos utilizam os ácidos graxos juntamente com a glicose, uma das razões pelas quais programas simples de exercício de caminhadas rápidas são um modo eficaz de reduzir a gordura corporal. Entretanto, a rl-oxidação - o processo pelo qual os ácidos graxos são convertidos em acetil CoA [p. 115] - é um processo lento e não é capaz de produzir ATP de modo rápido o suficiente para suprir as necessidades energéticas das fibras musculares durante o exercício intenso. Sob tais condições, as fibras musculares dependem principalmente da glicose. As proteínas normalmente não são uma fonte de energia para a contração muscular. A maioria dos aminoácidos encontrados nas fibras musculares é utilizada para a síntese proteica, ao invés de para produzir ATP. Os músculos podem ficar sem ATP? Você poderia pensar assim caso se exercitasse até o ponto de fadiga, no qual sente que não é capaz de continuar ou seus membros se recusam a obedecer aos comandos do seu cérebro. Entretanto, a maioria dos estudos mostra que mesmo o exercício intenso utiliza somente 300/o do ATP de uma fibra muscular. A condição que denominamos fadiga deve originar-se de outras mudanças no músculo exercitado. REVISANDO CONCEITOS 14. De acordo com a convenção adotada para denominar as enzimas, o que o nome creatina cinase nos diz sobre a função desta enzima? (Dica : p. 103) 15. As reações apresentadas na Figura 12-13 mostram que a creatina cinase catalisa a reação creatina-fosfato de creatina em ambas as direções. Então, o que determina a direção que a reação segue em um determinado momento? (Dica : p. 102) Respostas: p. 445

A fadiga tem múltiplas causas O termo fisiológico fadiga descreve uma condição reversível na qual um músculo não é mais capaz de gerar ou manter a , potência esperada. A fadiga é muito variável. E influenciada pela intensidade e pela duração da atividade contrátil, pelo fato de a fibra muscular estar usando o metabolismo aeróbio ou anaeróbio, pela composição do músculo e pelo nível de condicionamento do indivíduo. O estudo da fadiga é muito complexo, e a pesquisa nesta área é complicada pelo fato de que os experimentos são realizados sob uma ampla faixa de condições, desde fibras musculares isoladas "desnudas" (sarcolema removido) até humanos realizando exercícios. Os fatores que foram propostos como tendo um papel na fadiga são classificados em mecanismos de fadiga central, os quais se originam no sistema nervoso central, e em mecanismos de fadiga periférica, os quais se originam em algum lugar entre a junção neuromuscular e os elementos contráteis do músculo (Fig. 12-14 e ). A maior parte das evidências experimentais sugere que a fadiga muscular surge de uma falha na excitação-contração da fibra muscular, ao

Tipos de fadiga

Fadiga central

421

Mapa do processo

Mecanismos propostos

SNC

• Efeitos psicológicos • Reflexos protetores

Neurônio motor somático

i Junção neuromuscular

•f

Liberação do neurotransmissor

• f Ativação do receptor

Fadiga periférica

Acoplamento excitação-contração

•Escape de Ca2+ do retículo sarcoplasmático Sinal de Ca2+

i Contraçãorelaxamento

e

• Mudança no potencial de membrana do músculo

•f •f

Liberação de Ca2+ Interação troponina-Ca2+

• Teorias de depleção: PCr, ATP e glicogênio • Teorias de acúmulo: H+, Pi, lactato

FIGURA 12-14 Causas possíveis e localização da fadiga muscular. Nos últimos anos, a pesquisa indicou que o acúmulo de lactato não é mais uma causa provável de fadiga. Surgiu uma nova teoria, ou seja, de que o escape de Ca 2+ sarcoplasmático cause fadiga.

invés de uma falha nos neurônios controladores ou na transmissão neuromuscular. A fadiga central inclui sensações subjetivas de cansaço e um desejo de cessar a atividade. Vários estudos têm mostrado que esta fadiga psicológica precede a fadiga fisiológica nos músculos e, portanto, pode ser um mecanismo de proteção. O baixo pH decorrente da produção de ácido durante a hidrólise do ATP frequentemente é mencionado como uma causa possível da fadiga, e há algumas evidências de que a acidose possa influenciar a sensação de fadiga percebida pelo cérebro. Entretanto, mecanismos homeostáticos do equilíbrio do pH mantêm o pH do sangue em níveis normais até que o esforço seja próximo do máximo; portanto, o pH como um fator na fadiga central provavelmente só se aplique em casos de esforço máximo. As causas neurais da fadiga poderiam surgir tanto de falhas de comunicação na junção neuromuscular quanto de falhas dos neurônios de comando do SNC. Por exemplo, se a ACh não é sintetizada no terminal axônico rápido o suficiente para manter a taxa de disparo do neurônio, a liberação do neurotransmissor na sinapse diminui. Consequentemente, o potencial na placa terminal do músculo não atinge o limiar necessário para disparar um potencial de ação na fibra muscular,

12

422

Dee Unglaub Silverthorn

resultando em falha na contração. Este tipo de fadiga é associado a algumas doenças neuromusculares, mas provavelmente não seja um fator importante durante o exercício normal. A fadiga dentro da fibra muscular pode ocorrer em vários lugares. No exercício submáximo prolongado, a fadiga está associada com a depleção das reservas de glicogênio muscular. Como a maioria dos estudos mostra que a falta de ATP não é um fator limitante, a falta de glicogênio pode afe2 tar outros aspectos da contração, como a liberação de Ca + do retículo sarcoplasmático. A causa da fadiga no esforço máximo de curta duração parece ser diferente. Uma teoria tem base nos níveis aumentados de fosfato inorgânico (Pi) produzidos quando o ATP e a fosfato de creatina são utilizados como fonte de energia na fibra muscular. Níveis elevados de fosfato inorgânico citoplasmático podem diminuir a liberação de Pi da miosina, alterando o movimento de força (Fig. 12-10, @).Outra teoria sugere que os níveis elevados de fosfato diminuem a liberação de Ca2 +, pois o fosfato se combina com o Ca2 + formando fosfato de cálcio. Alguns pesquisadores acreditam que a alte2 ração da liberação do Ca + do retículo sarcoplasmático tem um papel importante na fadiga. Os desequilíbrios iônicos também têm sido implicados na fadiga. Durante o exercício máximo, o K+ sai da fibra muscular a cada potencial de ação e, como resultado, as concentrações de K.,. aumentam no líquido extracelular dos túbulos T. A modificação no K+ altera o potencial de membrana da fibra muscular. REVISANDO CONCEITOS 16. Se a concentração de K+aumenta no líquido extracelular que circunda uma célula, mas não muda significativamente no citoplasma da célula, a membrana celular_ __ (despolariza/hiperpolariza) e torna-se (mais/ menos) negativa. Resposta: p. 445

velocidade resulta em um desenvolvimento de tensão mais rápido nas fibras de contração rápida. A duração da contração também varia de acordo com o tipo de fibra. A duração do abalo é determinada em grande parte pela velocidade com que o retículo sarcoplasmático re2 move o Ca + do citosol. À medida que a concentração de Ca2 + no citosol diminui, o Ca2 + se desliga da troponina, permitindo que a tropomiosina se mova para a posição que bloqueia parcialmente os sítios de ligação da miosina. Com o movimento de força inibido desse modo, a fibra muscular relaxa. As fibras de contração rápida bombeiam o Ca2 + para o seu retículo sarcoplasmático mais rápido do que as fibras de contração lenta, fazendo com que as fibras de contração rápida tenham abalos mais velozes. Os abalos nas fibras de contração rápida duram somente cerca de 7,5 ms, fazendo com que estes músculos sejam úteis para movimentos finos e rápidos, como tocar piano. A contração nas fibras de contração lenta pode durar dez vezes mais. As fibras de contração rápida são usadas ocasionalmente, mas as fibras de contração lenta são usadas quase constantemente para a manutenção da postura, ficar de pé ou caminhar. A segunda maior diferença entre os tipos de fibras musculares é a sua capacidade de resistir à fadiga. As fibras glicolíticas (fibras de contração rápida do tipo IIB) dependem principalmente da glicólise anaeróbia para produzir ATP. Entretanto, o acúmulo de H+ a partir da hidrólise do ATP contribui para a acidose, uma condição implicada no desenvolvimento da fadiga, como mencionado. Consequentemente, as fibras glicolíticas entram em fadiga mais facilmente do que as fibras oxidativas, as quais não dependem do metabolismo anaeróbio. As fibras oxidativas dependem principalmente da fosforilação oxidativa [ $ p. 112] para a produção de ATP - daí o nome que recebem. Estas fibras incluem tanto as fibras de contração lenta como as fibras glicolítico-oxidativas de

As fibras musculares esqueléticas são classificadas pela velocidade da contração e pela resistência à fadiga As fibras musculares esqueléticas têm sido tradicionalmente classificadas com base na sua velocidade de contração e sua resistência à fadiga decorrente de estimulação repetida. Porém, como ocorre frequentemente na fisiologia, quanto mais os cientistas aprendem, mais complicado se torna o quadro. Os músculos têm plasticidade e podem mudar seu tipo dependendo da sua atividade. Os tipos de fibra muscular aceitas atualmente incluem as fibras de contração lenta (também denominadas ST ou tipo l), as fibras glicolíticooxidativas de contração rápida (FOG ou tipo !IA) e as fibras glicolíticas de contração rápida (FG ou tipo IIB). As fibras musculares de contração rápida (tipo II) desenvolvem a tensão duas a três vezes mais rápido do que as fibras de contração lenta (tipo I). A velocidade com a qual uma fibra muscular contrai é determinada pela isoforma da ATPase da miosina presente nos filamentos grossos da fibra. As fibras de contração rápida clivam o ATP mais rapidamente, e podem assim completar múltiplos ciclos contráteis com maior velocidade do que as fibras de contração lenta. Esta

Existem duas formas de paralisia periódica. Uma delas, denominada paralisia periódica hipocalêmica, caracteriza-se pelos níveis baixos de K+ no sangue durante os episódios de paralisia. A outra forma denomina-se paralisia periódica hipercalêmica (hiper KPP) e caracteriza-se tanto por níveis normais quanto elevados de K+ no sangue durante os episódios de paralisia. Os resultados do teste sanguíneo indicaram que Paulo tem a forma hipercalêmica.

Questão 3: Em pessoas com paralisia periódica hipercalêmica, as crises podem ocorrer após um período de exercício (ou seja, após um período de contrações musculares repetidas). Qual íon é responsável pela fase de repolarização do potencial de ação do músculo e em qual direção ele se move através da membrana da fibra muscular? Como isso estaria associado à hiper KPP?

407

420

431

433

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Fisiologia Humana

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-•_ _ Fibras musculares oxidativas de contração lenta Note o diâmetro menor e a cor mais escura devido à mioglobina; resistentes à fadiga.

w ...

Fibras musculares glicolíticas de contração rápida Diâmetro maior, cor clara, facilmente fatigável.

,..

•. . •

FIGURA 12-15 Fibras musculares glicolíticas de contração rápida e oxidativas de contração lenta. O músculo oxidativo de contração lenta (R, fibra vermelha) tem grandes quantidades de mioglobina vermelha, numerosas mitocôndrias (M) e extenso suprimento sanguíneo capilar (cap), em comparação com o músculo glicolítico de contração rápida (W, fibra branca).

contração rápida. Elas possuem mais mitocôndrias (onde se localizam as enzimas do ciclo do ácido cítrico e da fosforilação oxid.ativa) do que as fibras glicolíticas. Elas também têm mais vasos sanguíneos no seu tecido conectivo para conduzir o oxigênio até as células (Fig. 12-15 e ). A eficiência com a qual as fibras musculares obtêm o oxigênio é um fator determinante do método preferencial de metabolismo da glicose. O oxigênio do sangue deve difundir-se para o interior das fibras musculares para chegar até as mitocôndrias. Este processo é facilitado pela presença da mioglobina, um pigmento vermelho com grande afinidade pelo oxigênio. Esta afinidade permite que a mioglobina atue como molécula de transporte, levando oxigênio mais rapidamente para o interior das fibras. Como as fibras oxidativas contêm mais mioglobina, a difusão do oxigênio é mais rápida do que nas fibras glicolíticas. As fibras oxidativas são descritas como flbra vermelha em função da grande quantidade de mioglobina, o que lhes confere sua coloração característica. Além da mioglobina, as fibras oxidativas têm diâmetros menores, o que diminui a distância através da qual o oxigênio deve se difundir e alcançar as mitocôndrias. Como as fibras oxidativas possuem mais mioglobina e mais capilares para levar sangue até as células e têm diâmetro menor, elas mantêm um suprimento de oxigênio melhor e são capazes de usar a fosforilação oxidativa para a produção de ATP. Em comparação, as fibras glicolíticas são descritas como flbra branca devido ao seu menor conteúdo de mioglobina. Estas fibras musculares têm o diâmetro maior do que o das fibras de contração lenta. A combinação de maior tamanho, menor quantidade de mioglobina e menos vasos sanguíneos faz com que seja mais provável que as fibras glicolíticas fiquem sem oxigênio após contrações repetidas. Portanto, as fibras glicolíticas dependem principalmente da glicólise ana-

eróbia para a síntese de ATP e entram mais rapidamente em fadiga. As fibras glicolítico-oxidativas de contração rápida apresentam propriedades tanto das fibras oxidativas quanto das glicolíticas. Elas são menores do que as fibras glicolíticas de contração rápida e utilizam uma combinação de metabolismo oxidativo e glicolítico para produzir ATP. Em função de seu tamanho intermediário e do uso da fosforilação oxidativa para a síntese de ATP, as fibras glicolítico-oxidativas de contração rápida são mais resistentes à fadiga do que as fibras glicolíticas de contração rápida. As fibras glicolítico-oxidativas de contração rápida, como as fibras de contração lenta, são classificadas como fibra vermelha devido ao seu conteúdo de mioglobina. Os músculos humanos são uma mistura desses tipos de fibras, com a razão entre os diferentes tipos variando de músculo para músculo e de um indivíduo para o outro. Por exemplo, quem deveria ter mais fibras de contração rápida nos músculos da perna, um maratonista ou um atleta de salto em altura? A Tabela 12-2 • apresenta uma comparação entre as características dos três tipos de fibra muscular.

A tensão desenvolvida por cada fibra muscular depende do comprimento da fibra Em uma fibra muscular, a tensão desenvolvida durante um abalo depende diretamente do comprimento dos sarcômeros individuais antes do início da contração (Fig. 12-16 e ). Cada sarcômero contrai desenvolvendo sua força máxima se estiver no seu comprimento ideal (nem muito longo, nem muito curto) antes da contração iniciar. Felizmente, o comprimento normal dos músculos esqueléticos em repouso geralmente garante que os sarcômeros estejam em seu comprimento ideal quando eles iniciam a contração.

12

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Características dos tipos de fibra muscular

OXIDATIVA DE CONTRAÇÃO LENTA; FIBRA VERMELHA

GLICOLÍTICO-OXIDATIVA DE CONTRAÇÃO RÁPIDA; FIBRA VERMELHA

GLICOLÍTICA DE CONTRAÇÃO RÁPIDA; FIBRA BRANCA

Velocidade de desenvolvimento da tensão , . max1ma

Mais lenta

Intermediária

Mais rápida

Atividade da ATPase da • • m1os1na

Lenta

Rápida

Rápida

Diâmetro

Pequeno

Médio

Grande

Duração da contração

Mais longa

Curta

Curta

Atividade da Ca2 + ATPase no RS

Moderada

Alta

Alta

Resistência

Resistente à fadiga

Resistente à fadiga

Pouco resistente à fadiga (facilmente fatigável)

Uso

Mais utilizada: manutenção da postura

Ficar de pé, caminhar

Menos utilizada: pular, movimentos finos e rápidos

Metabolismo

Oxidativo, aeróbio

Glicolítico, porém se torna oxidativo com o treinamento de resistência

Glicolítico; mais anaeróbio do que no tipo glicolítico-oxidativa de contração rápida

Densidade capilar

Alta

Média

Baixa

Mitocôndrias

Numerosas

Quantidade moderada

Poucas

Cor

Vermelho-escuro (mioglobina)

Vermelho

Clara

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1,3µm

2,0µm

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Comprimento d iminuído Comprimento aumentado Comprimento de repouso ideal

•

FIGURA 12-16

Excesso ou muito pouca sobreposição dos filamentos finos e filamentos grossos resulta em diminuição da tensão. Adaptada de A.M. Jordon et ai., J Physiol 184:170 - 192, 1966.

3,7 µ m

425

Fisiologia Humana

NAVEGADOR

o

l(U

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100

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Â

300

{a) Abalos individuais: o músculo relaxa completamente entre os estímulos (.6..).

500

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- - - Tempo (ms)

---Tempo (ms) - -+

400

--~

{b) Somação: estímulos muito próximos não permitem que o músculo relaxe completamente. Sinal de Ca2+

Tensão máxima 1--

-

-

-

-

o l(U (/)

eQ) 1-

Tensão de um único abalo

oL__ ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ

---Tempo (ms) - -+

{c) Somação determinando tétano incompleto: estímulos suficientemente separados permitem um leve relaxamento do músculo entre os estímulos.

FIGURA 12-17

O

Contração-relaxamento/ ~

Tensão máxima

•

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-

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-

-

Abalo º muscular

Q

A fadiga faz o músculo perder a tensão apesar da manutenção dos estímulos

___:~~~.L._----,-----,-----,-------,---___J

!

ÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂÂ

- - - Tempo (ms) - -+

{d) Somação determinando tétano completo: o músculo atinge uma tensão estável.

Somação das contrações.

No nível molecular, o comprimento do sarcômero reflete a sobreposição entre os filamentos finos e os grossos (Fig. 1216). A teoria do deslizamento dos filamentos diz que a tensão que uma fibra muscular pode gerar é diretamente proporcional ao

número de pontes cruzadas formadas entre os filamentos finos e grossos. Se as fibras iniciam a contração com o comprimento do sarcômero muito longo, os filamentos finos e grossos se sobrepõem pouco e formam poucas pontes cruzadas (Fig. 1216e). Isto significa que no início da contração os filamentos deslizantes interagem muito pouco, e portanto, não podem gerar muita força. No comprimento ideal do sarcômero (Fig. 12-16c), os filamentos iniciam a contração com numerosas pontes cruzadas entre os filamentos finos e grossos, possibilitando que a fibra gere a força máxima naquele abalo. Caso o sarcômero esteja mais curto do que o comprimento ideal no início da contração (Fig. 12-16b), os filamentos finos e grossos estão demasiadamente sobrepostos antes da contração iniciar. Consequentemente, os filamentos grossos só podem movimentar os filamentos finos por uma distância muito curta antes que os filamentos finos de actina das extremidades opostas do sarcômero comecem a sobrepor-se. Esta sobreposição impede a formação das pontes cruzadas. Se o sarcômero estiver tão curto a ponto de os filamentos grossos ficarem muito próximos aos discos Z (Fig. 12-16a), a miosina é incapaz de encontrar novos sítios de ligação para a formação das pontes cruzadas, e a tensão diminui rapidamente. Assim, o desenvolvimento da tensão de um único abalo em uma fibra muscular é uma propriedade passiva que depende da sobreposição dos filamentos e do comprimento do sarcômero.

A força da contração aumenta com a somação dos abalos musculares Embora tenhamos visto que a tensão de um único abalo é determinada pelo comprimento do sarcômero, é importante notar que um único abalo não representa a força máxima que uma fibra muscular pode desenvolver. Pode-se aumentar a força gerada pela contração de uma única fibra muscular aumentando a taxa (frequência) na qual os potenciais de ação musculares estimulam as fibras musculares. Um potencial de ação muscular típico dura de 1 a 3 ms, ao passo que a contração muscular pode durar 100 ms (ver Fig. 12-12). Se potenciais de ação repetidos forem separados por longos intervalos de tempo, a fibra muscular tem tempo para relaxar completamente entre os estímulos (Fig. 12-17a e ). Porém, se o intervalo de tempo entre os potenciais de ação for diminuído, a fibra muscular não tem tempo para relaxar completamente entre os dois estímulos, resultando em uma contração mais vigorosa (Fig. 12-17b). Este processo é denominado somação e é similar à somação temporal dos potenciais graduados que ocorre nos neurônios [ $ p. 283]. Se os potenciais de ação continuam a estimular a fibra muscular repetidamente a curtos intervalos de tempo (alta frequência), o relaxamento entre as contrações diminui até que a fibra muscular atinja um estado de contração máxima denominado tétano. Há dois tipos de tétano: o incompleto (ou não fitndido), em que a frequência de estímulo da fibra muscular não chega no seu valor máximo, e consequentemente a fibra relaxa levemente entre os estímulos (Fig. 1217c). No tétano completo (ou fitndido), a frequência de estimulação é tão rápida que a fibra muscular não tem tempo

12

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,,,,_ Um músculo pode ter muitas unidades motoras formadas por d iferentes t ipos de fibras

Neurônio 1 ------.~;;:===:: Neurônio 2 -

MEDULA ESPINAL

::::;;;

-U

Neurônio 3 _ __. Nervo motor-,,,

LEGENDA

Fibras --:;& ~ musculares .....,..

•

D D D

Unidade motora 1 Unidade motora 2 Unidade motora 3

FIGURA 12-18 Uma unidade motora consiste em um neurônio motor e todas as fibras musculares que ele • inerva.

suficiente para relaxar. Em vez disso, ela atinge a tensão máxima e nela permanece (Fig. 12-17d). Portanto, é possível aumentar a tensão desenvolvida em uma única fibra muscular mudando a frequência na qual os potenciais de ação ocorrem na fibra. Os potenciais de ação musculares são desencadeados pelo neurônio motor somático que controla a fibra muscular. R VISANDO CONCEITOS A somação nas fi bras musculares significa que da fi bra aumenta à medida que os potena ciais de ação são repet idos. 18. A somação temporal nos neurônios significa que a _ _ _ _ do neurônio aumenta quando dois estímulos despolarizant es ocorrem muito próximos no tempo. Respostas: p. 445

Um neurônio motor somático e as fibras musculares por ele inervadas formam uma unidade motora A unidade básica da contração em um músculo esquelético intacto é a unidade motora, formada por um grupo de fibras musculares que atuam juntas e pelo neurônio motor somático que as controla (Fig. 12-18 e ). Quando o neurônio motor somático dispara um potencial de ação, todas as fibras musculares da unidade motora contraem. Note que, embora um neurônio motor somático inerve múltiplas fibras, cada fibra muscular é inervada por apenas um único neurônio. O número de fibras musculares em uma unidade motora é variável. Em músculos utilizados para ações motoras de

precisão, como os músculos que movimentam os olhos ou os músculos da mão, uma unidade motora contém somente três a cinco fibras musculares. Quando uma destas unidades motoras é ativada, somente poucas fibras musculares contraem e a resposta muscular é pequena. Se unidades motoras adicionais são ativadas, a resposta aumenta mediante pequenos incrementas, já que poucas fibras musculares adicionais contraem com a adição de cada unidade motora. Este padrão de organização permite gradações finas dos movimentos. Nos músculos usados para ações motoras mais grosseiras, como ficar em pé ou caminhar, cada unidade motora pode conter centenas ou mesmo milhares de fibras musculares. O gastrocnêmio, músculo da panturrilha, por exemplo, tem cerca de 2.000 fibras musculares em cada unidade motora. Cada vez que uma unidade motora adicional é ativada nesses músculos, muitas fibras musculares adicionais contraem e a resposta do músculo aumenta abruptamente devido aos maiores incrementas correspondentes. Todas as fibras musculares de uma única unidade motora pertencem ao mesmo tipo de fibra. Por essa razão, há unidades motoras de contração rápida e unidades motoras de contração lenta. O tipo de fibra muscular que se associa a um determinado neurônio parece ser uma função do neurônio. Durante o desenvolvimento embrionário, cada neurônio motor somático secreta um fator de crescimento que controla a diferenciação de todas as fibras musculares em sua unidade motora, de tal modo que todas elas se desenvolvem formando o mesmo tipo de fibra. Intuitivamente, poderíamos pensar que as pessoas que herdam a predominância de um tipo de fibra sobre outro seriam favorecidas em determinados esportes. Isso de fato ocorre em algum grau. Os atletas de resistência, como os maratonistas e os esquiadores cross-country, têm uma predominância de fibras de contração lenta, ao passo que corredores de curta distância, jogadores de hóquei no gelo e levantadores de peso tendem a ter maior percentual de fibras de contração rápida. Entretanto, a herança não é o único fator determinante da composição das fibras corporais, já que as características metabólicas das fibras musculares têm alguma plasticidade. Com o treinamento de resistência, a capacidade aeróbia de algumas fibras de contração rápida pode ser incrementada até ficarem quase tão resistentes à fadiga quanto as fibras de contração lenta. Uma vez que a conversão ocorre somente naqueles músculos que estão sendo treinados, provavelmente há o envolvimento de um neuromodulador químico. Além disso, o treinamento de resistência aumenta o número de capilares e de mitocôndrias no tecido muscular, permitindo que mais sangue oxigenado chegue ao músculo e contribuindo para ampliar a capacidade aeróbia das fibras musculares. R VISANDO CONCEITOS Qual t ipo de atleta de corrida você esperaria que tivesse mais fibras de contração lenta, um velocista ou um maratonista? Resposta: p. 445

A força da contração depende dos tipos e do número de unidades motoras Em um músculo esquelético, cada unidade motora contrai de modo tudo-ou-nada. Mas, então, como os músculos con-

Fisiologia Humana

seguem gerar contrações graduadas de força e duração variáveis? A resposta reside no fato de que os músculos são compostos por múltiplas unidades motoras de diferentes tipos (Fig. 12-18). Esta diversidade permite ao músculo modular a contração alterando (1) os tipos de unidades motoras que estão ativas ou (2) o número de unidades motoras que estão respondendo em um dado momento. A força da contração em um músculo esquelético pode ser aumentada pelo recrutamento de unidades motoras adicionais. O recrutamento é controlado pelo sistema nervoso e ocorre em uma sequência padronizada. Um estímulo fraco direcionado para um conjunto de neurônios motores somáticos no sistema nervoso central ativa somente os neurônios com os limiares mais baixos [~ p. 25 7]. Estudos têm demonstrado que estes neurônios de limiar baixo controlam as fibras de contração lenta resistentes à fadiga, as quais geram força mínima. ' A medida que a intensidade dos estímulos sobre o conjunto de neurônios motores aumenta, são acionados neurônios motores adicionais com limiares mais altos. Por sua vez, estes neurônios estimulam unidades motoras compostas de fibras glicolítico-oxidativas de contração rápida, resistentes à fadiga. Como mais unidades motoras (e, portanto, mais fibras musculares) estão participando da contração, maior é a força gerada pelo músculo. Com o aumento dos estímulos para níveis ainda maiores, neurônios motores somáticos com limiares mais altos começam a disparar. Estes neurônios estimulam as unidades motoras compostas de fibras glicolíticas de contração rápida. Neste momento, a contração muscular se aproxima da sua força máxima. Em decorrência de diferenças na miosina e na formação das pontes cruzadas, as fibras de contração rápida geram mais força do que as fibras de contração lenta. Entretanto, como as fibras de contração rápida entram em fadiga mais rapidamente, é impossível manter a contração do músculo na força máxima durante um período de tempo prolongado. Você pode verificar isto cerrando seu punho o mais forte que puder: quanto tempo você consegue mantê-lo assim até que algumas fibras musculares entrem em fadiga? As contrações sustentadas de um músculo requerem uma sequência contínua de potenciais de ação do sistema nervoso central para o músculo. Entretanto, como você já aprendeu, o aumento da frequência de estimulação de uma fibra muscular resulta na somação das suas contrações. Se a fibra muscular é facilmente fatigável, a somação leva à fadiga e diminui a tensão (Fig. 12-17d). Uma maneira do sistema nervoso evitar a fadiga durante as contrações sustentadas é o recrutamento assincrônico das unidades motoras. O sistema nervoso modula a frequência de disparo dos neurônios motores de tal modo que diferentes unidades motoras se revezam, mantendo a tensão muscular. A alternância das unidades motoras ativas permite que algumas das unidades motoras repousem entre as contrações, evitando a fadiga. Porém, o recrutamento assincrônico só evita a fadiga nas contrações submáximas. Nas contrações sustentadas de grande tensão, as unidades motoras individuais podem atingir um estado de tétano incompleto, no qual as fibras musculares ciclam entre a contração e o relaxamento parcial. Em geral, não percebemos este ciclo porque as diferentes unida-

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des motoras no músculo se contraem e relaxam em tempos ligeiramente diferentes. Como resultado, a média das contrações e dos relaxamentos das unidades motoras aparenta ser uma contração uniforme. Porém, com a fadiga de diferentes unidades motoras, somos incapazes de manter a mesma quantidade de tensão no músculo, e a força da contração diminui gradualmente. REVISANDO CONCEITOS Qual é a resposta de uma fibra muscular a um aumento na frequência de disparos de um neurônio motor somático? 21 . Como o sistema nervoso aument a a força da contração em um músculo formado por muitas un idades motoras? Respostas: p. 445

MECÂNICA DO MOVIMENTO CORPORAL Como uma das funções principais dos músculos esqueléticos é movimentar o corpo, estudaremos agora a mecânica do movimento corporal. O termo mecânica se refere a como os músculos movem cargas e como as relações anatômicas entre músculos e ossos maximizam o trabalho que os músculos conseguem realizar.

As contrações isotônicas movem cargas; as contrações isométricas geram força sem movimento Quando descrevemos o funcionamento dos músculos no início deste capítulo, mencionamos que eles podem criar força para gerar movimento, como também criar força sem gerar movimento. Você pode verificar essas duas propriedades usando um par de pesos. Pegue os pesos, um em cada mão, e dobre seus cotovelos até que os pesos toquem seus ombros. Você acaba de realizar uma contração isotônica (iso, igual+ teinein, estender). Qualquer contração que crie força e movimente uma carga é uma contração isotônica. Quando você flexiona os cotovelos e traz os pesos até os ombros, os músculos bíceps encurtaram. Agora estenda lentamente os braços, resistindo à tendência dos pesos de puxá-los para baixo. Os músculos bíceps estão ativos novamente, mas agora estão realizando uma contração associada ao alongamento (excêntrica). Acredita-se que as contrações associadas ao alongamento (excêntricas) contribuam mais para o dano celular após o exercício e para provocar a dor muscular tardia. Se você segurar os pesos, mantendo-os imóveis na sua frente, os músculos dos seus braços estão gerando tensão (força) para superar a carga dos pesos, mas não geram movimento. As contrações que geram força sem mover uma carga são denominadas contrações isométricas (estáticas) (iso, igual + metric, medida). As contrações isotônicas e isométricas estão ilustradas na Figura 12-19 e. Para demonstrar experimentalmente uma contração isotônica, vamos pendurar um peso (a carga) no músculo na Figura 12-19a e estimulá-lo eletricamente para que contraia. O músculo contrai, levantando o peso. O gráfico à direita mostra o desenvolvimento da força ao longo da contração.

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35

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O músculo relaxa

30

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Força necessária para mover a carga

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{a) Contração isotônica: o músculo contrai, encurta e gera força suficiente para mover a carga. 35 Força necessária para mover a carga ~ 3 0 - - - - - - - - - - - - -/ O músculo O músculo contrai

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estimulado

{b) Contração isométrica: o músculo contrai, mas não encurta. A força não pode mover a carga.

•

FIGURA 12-19

Contrações isotônica e isométrica.

Para demonstrar experimentalmente uma contração isométrica, penduramos uma carga de maior peso no músculo, como mostrado na Figura 12-19b. Quando o músculo é estimulado, ele desenvolve tensão, mas a força criada não é suficiente para mover a carga. Nas contrações isométricas, os músculos geram força, sem encurtar de modo significativo. Por exemplo, quando seu treinador dá o comando para você "contrair os glúteos", sua resposta será uma contração isométrica dos músculos glúteos de suas nádegas. Como uma contração isométrica consegue gerar força se o comprimento do músculo não muda de modo significativo? A resposta está nos elementos elásticos do músculo. Todos os músculos contêm fibras elásticas nos tendões e em outros tecidos conectivos que prendem os músculos aos ossos, e também no tecido conectivo localizado entre as fibras musculares. Nas fibras musculares, proteínas elásticas do citoesqueleto estão presentes entre as miofibrilas e no sarcômero. Todos estes componentes elásticos se comportam coletivamente como se estivessem conectados em série (um após o outro) aos elementos contráteis do músculo. Consequentemente, eles são muitas vezes chamados de elementos elásticos em série do músculo (Fig. 12-20 e ). Na contração isométrica, quando os sarcômeros encurtam os elementos elásticos esticam. Este estiramento dos elementos elásticos permite que as fibras mantenham um comprimento relativamente constante, mesmo quan-

do os sarcômeros estão encurtando e gerando tensão (Fig. 12-20,®). Uma vez que os elementos elásticos tenham sido estirados e a força gerada pelos sarcômeros se iguala à carga, o músculo encurta em uma contração isotônica e levanta a carga.

Os ossos e os músculos em torno das articulações formam alavancas e pontos de apoio (fulcros) A organização anatômica dos músculos e dos ossos no corpo relaciona-se diretamente ao modo como os músculos trabalham. O corpo utiliza seus ossos e suas articulações como alavancas e pontos de apoio sobre os quais os músculos exercem força para mover ou resistir a uma carga. Uma alavanca é uma barra rígida que se move sobre um ponto denominado fulcro (Fig. 12-21a e ). No corpo, os ossos formam alavancas, as articulações flexíveis formam os fulcros e os músculos presos aos ossos geram a força pela contração. A maioria dos sistemas de alavanca no corpo é similar ao apresentado na Figura 12-21a, em que o fulcro se localiza em uma das extremidades da alavanca, a carga fica próxima da outra extremidade e o músculo se prende entre o fulcro e a carga. Esta organização maximiza a distância e a velocidade com a qual a alavanca pode mover a carga, mas também requer que o músculo realize mais trabalho. Veremos como a flexão do antebraço ilustra o funcionamento de um sistema de alavanca.

Fisiologia Humana No sistema de alavanca do antebraço, a articulação do cotovelo atua como fulcro sobre o qual o movimento rotacional do antebraço (a alavanca) se desenvolve (Fig. 122la). O músculo bíceps braquial se prende na sua origem ao ombro e se insere no osso rádio do antebraço, poucos centímetros distante da articulação do cotovelo. Quando o bíceps braquial contrai, ele cria uma força ascendente F1 (Fig. 12-21b) à medida que puxa o osso. A força rotacional total* criada pelo bíceps braquial depende da força da contração muscular e da distância entre o fulcro e o ponto no qual o músculo se insere no rádio. Para que o bíceps braquial mantenha o antebraço imóvel e flexionado em um ângulo de 90º, o músculo deve exercer uma força rotacional ascendente suficiente para se opor exatamente à força rotacional descendente exercida pela gravidade sobre o antebraço (Fig. 12-21b). A força rotacional descendente sobre o antebraço é proporcional ao peso do antebraço (F2) vezes a distância entre o fulcro e o centro de gravidade do antebraço (o ponto na alavanca no qual a carga do antebraço exerce sua força). No caso do braço ilustrado na Figura 12-21b, o bíceps braquial deve exercer 6 kg de força para manter o braço em um ângulo de 90º. Como o músculo não está encurtando, esta é uma contração isométrica. Mas o que aconteceria se colocássemos um peso de 7 kg na mão? Este peso representa uma carga adicional sobre a alavanca que está em posição mais distante do fulcro do que o centro de gravidade do antebraço (Fig. 12-21c). A menos que o bíceps braquial possa criar uma força adicional ascendente para compensar a força descendente gerada pelo peso, a mão cai. Sabendo qual a força exercida pelo peso adicionada e a sua distância em relação ao cotovelo, pode-se calcular a força muscular adicional necessária para que o braço não deixe cair o peso de 7 kg. O que ocorre com a força necessária para que o bíceps sustente um determinado peso, se a distância entre o fulcro e o ponto de inserção do músculo mudar? A variabilidade genética do ponto de inserção do bíceps braquial pode exercer um efeito considerável sobre a força necessária para mover ou resistir a uma carga. Por exemplo, caso o bíceps braquial da Figura 12-21b estivesse inserido a 6 cm do fulcro, ao invés de 5 cm, ele necessitaria gerar apenas 5 kg de força para compensar o peso do braço. Alguns estudos têm mostrado uma correlação entre os pontos de inserção do músculo e o sucesso em certos eventos atléticos. No exemplo até aqui, consideramos que a carga é constante e que o músculo se contrai isometricamente. O que ocorreria se agora quiséssemos flexionar o braço e levantar a carga? Para mover a carga da sua posição, o bíceps braquial deve exercer uma força capaz de exceder a força gerada pela . ,. . carga estac1onar1a. A desvantagem de um sistema de alavanca no qual o fulcro está posicionado perto de uma das extremidades da alavanca é que o músculo necessita gerar grande quantidade de força para mover ou resistir a uma carga pequena, como vi*Na física, a força rotacional é expressa como torque, e a força da contração é expressa em newtons (massa x aceleração devido à gravidade). Para simplificar, nesta discussão vamos desconsiderar a contribuição da gravidade e usar a unidade de massa "quilograma" para a força de contração.

429

Esquema dos elementos elásticos em série

~ ':--'\-----Componentes

elásticos Músculo --tríceps braquial

omponentes contráteis

~---i

Músculo -r----r---.-~­ bíceps braquial

-o

::J

~ E

o ~~ -----------

~

Elemento elástico

e

--~

•::J

o

"O

.9 e Q)

E

1 1 r---

- -

------

o

Sarcômeros

......

Cl.

E

o

ü

Músculo em repouso

•

Contração isométrica: o músculo não encurta. Os sarcômeros encurtam, gerando força, porém os elementos elásticos estiram, fazendo com que o comprimento do músculo permaneça o mesmo.

Contração isotônica: os sarcômeros encurtam mais; contudo, como os elementos elásticos já estão estirados, o músculo inteiro encurta.

FIGURA 12-20 Elementos elásticos em série no músculo. Um músculo tem componentes contráteis (sarcômeros, representados aqui por uma barra e uma engrenagem) e componentes elásticos (representados por uma mola).

mos. Entretanto, a vantagem deste tipo de sistema alavancafulcro é que ele maximiza a velocidade e a mobilidade. Um pequeno movimento do antebraço no ponto de inserção do músculo torna-se um movimento muito mais amplo na mão (Fig. 12-22 e ). Além disso, os dois movimentos ocorrem na mesma quantidade da tempo, e com isso a velocidade da contração aplicada no ponto de inserção é amplificada na mão. Assim, o sistema alavanca-fulcro do braço amplifica tanto a distância que a carga percorre quanto a velocidade com que este movimento ocorre. Na fisiologia muscular, a velocidade com que o músculo contrai depende do tipo de fibra muscular (contração rápida ou contração lenta) e da carga que está sendo movimentada. Intuitivamente, você pode ver que a flexão do antebraço será mais rápida se, ao invés de um peso de 7 kg, não houver nenhuma carga na mão. A Figura 12-23 • apresenta a relação

12

430

Dee Unglaub Silverthorn

(a)

~-

O antebraço humano atua como uma alavanca. O fulcro é a articulação do cotovelo. A carga é a gravidade atuando sobre a massa do antebraço e da mão.

Músculo bíceps braquial ~Alavanca

A~-~~-§.~-~C: ~~- carga Fulcro

(b)

A contração do bíceps braquial gera uma força para cima F 1 •

O bíceps braquial se insere na alavanca a uma distância de

5 cm do fulcro. Força rotacionalcima 0< Força do bíceps F1 do fulcro.

x 5 cm

O peso do antebraço exerce uma força

----

para baixo de 2 kg no seu centro de gravidade, que fica a uma distância de 15 cm do fulcro.

1--l

Sem 1Sem

Força rotacionalbaixo

F2 X 15 cm 2 kg x 15 cm

0< carga 0<

Para manter o braço em um ângulo de 90°, a força rotacional criada pela contração do bíceps braquial deve opor-se exatamente à força rotacional para baixo gerada pelo peso do antebraço. Força rotacionalpara cima = Força rotacionalpara baixo Força do bíceps braquial

x 5 cm = 2

Força do bíceps braquial =

kg

x 15 cm

30 kg.cm Sem

Força do bíceps braquial = 6 kg

(e)

QUESTÃO DA FIGURA Quanta força adicional o bíceps braquial deve exercer para evitar que o peso caia?

01

- - Uma carga de 7 kg é ad icionada à mão a uma d istância de 25 cm do cotovelo.

1--l

Sem

D2 ,____ _ _ _ _..... 25cm

•

FIGURA 12-21

O braço funciona como um sistema de alavanca e fulcro.

entre carga e velocidade da contração em uma fibra muscular, determinada experimentalmente. A contração é mais rápida quando a carga sobre o músculo é zero. Quando a carga sobre o músculo se iguala à capacidade do músculo de gerar força, o músculo é incapaz de mover a carga e a velocidade cai para zero. O músculo ainda pode contrair, mas a contração setorna isométrica, ao invés de isotônica. Como a velocidade varia em função da carga e do tipo de fibra muscular, ela não pode ser regulada pelo corpo, exceto mediante o recrutamento de fibras musculares de tipo mais rápido. Contudo, a organiza-

ção dos músculos, dos ossos e das articulações permite que o corpo amplifique a velocidade de tal modo que a regulação no nível celular se torna menos importante. REVISANDO CONCEITOS Um estudo mostrou que muitos atletas de nível internacional apresentam inserções musculares mais distantes das articulações do que a maioria das pessoas. Por que esta ca racterística poderia resultar em uma vantagem com petitiva para um levant ador de peso? Resposta: p. 445

431

Fisiologia Humana

Como a inserção do bíceps braquial é perto do fulcro, um pequeno movimento do bíceps braquial se transforma em um movimento muito maior da mão.

Alavanca

Quando o bíceps braquial contrai e encurta 1 cm, a mão se move 5 cm para cima.

QUESTÕES DO GRÁFICO

A

• Em qual ponto da curva a contração é isométrica? • Em qual ponto a contração do músculo ati nge a velocidade máxima?

.9 e: Q)

~~~~~~'!--+- s bm --

Fulcro

-

J

E

~ ::J (.)

e: Q)

I

1 cm

Q)

"O Q)

"O

QUESTÃO DA FIGURA Se o bíceps braquial encurta 1 cm em 1 segundo, com que velocidade a mão se move para cima?

e

FIGURA 12-22 O braço amplifica a velocidade do movimento da carga.

cu ·-oº "O

~

o Carga sobre o músculo - - . . -

e

FIGURA12-23 esquelético.

Relação carga-velocidade no músculo

As disfunções musculares possuem várias causas As disfunções no músculo esquelético podem advir de problemas com os sinais emitidos pelo sistema nervoso, de falhas na comunicação da junção neuromuscular ou de defeitos no próprio músculo. Infelizmente, em muitos dos quadros de disfunção muscular, mesmo nos mais simples, não compreendemos plenamente o mecanismo causador do defeito primário. Consequentemente, podemos tratar os sintomas, não podemos curar o problema. Uma disfunção muscular muito comum é a cãibra muscular, uma contração dolorosa sustentada do músculo esquelético. Muitas das cãibras musculares são causadas por hiperexcitabilidade dos neurônios motores somáticos que controlam o músculo. Quando o neurônio dispara repetidamente, as fibras musculares da sua unidade motora entram em um estado de contração dolorosa sustentada. Algumas vezes, as cãibras musculares podem ser aliviadas forçando o alongamento do músculo. Aparentemente, o alongamento envia informação sensorial para o sistema nervoso central, que inibe o neurônio motor somático, aliviando a cãibra. As disfunções musculares mais simples decorrem do uso excessivo. Muitos de nós já nos exercitamos por muito tempo ou com muita intensidade, resultando em fadiga ou dor. O trauma mais grave sofrido pelo músculo pode resultar no rompimento das fibras musculares, da bainha de tecido conectivo ou da união entre o tendão e o músculo. A falta de uso dos músculos pode ser tão prejudicial quanto o uso excessivo. Com a inatividade física prolongada, quando um membro é imobilizado com gesso, por exemplo, o músculo esquelético atrofia. O suprimento de sangue para o músculo diminui e as fibras musculares tornam-se menores. Se a atividade for retomada em menos de um ano, as fibras normalmente regeneram. Atrofias por mais de um ano geralmente são permanentes. Quando a atrofia resulta de uma disfunção do neurônio motor somático, os terapeutas tentam manter o funcionamento do músculo aplicando impulsos elétricos para estimular diretamente as fibras musculares. As doenças adquiridas que afetam o sistema muscular esquelético incluem as doenças infecciosas, como a gripe, que resulta em dor e fraqueza, e o envenenamento por to-

xinas, como no botulismo (Clostridium botulinus) e no tétano (Clostridium tetani). A toxina botulínica atua diminuindo a liberação de acetilcolina pelo neurônio motor somático. Pesquisadores clínicos vêm obtendo sucesso com a aplicação de injeções de toxina botulínica no tratamento da "cãibra de escritor", uma cãibra incapacitante da mão que aparentemente surge como resultado da hiperexcitabilidade na porção distal do neurônio motor somático. As injeções de Botox®são agora usadas amplamente para redução cosmética das rugas. A toxina botulínica injetada sob a pele paralisa temporariamente os músculos faciais que puxam a pele e formam as rugas. Os distúrbios musculares de origem genética (herdados) são os mais difíceis de tratar. Estas disfunções incluem várias formas de distrofia muscular, bem como defeitos bioquími-

O médico de Paulo explicou à Sra. Leong que as crises de paralisia associadas com a paralisia periódica hipercalêmica duram somente de alguns minutos a poucas horas e geralmente envolvem apenas os músculos das extremidades, que se tornam fracos e incapazes de contrair (paralisia flácida). Há algum tratamento? perguntou a Sra. Leong. O médico respondeu que, embora a condição herdada não possa ser curada, as crises podem ser preven idas com o uso de medicamentos. Os diuréticos, por exemplo, aumentam a taxa na qual o corpo excreta água e íons (incluindo o Na+ e o K+) e ajudam a prevenir as crises de paralisia em pacientes com paral isia periódica hipercalêmica. 11

11

,

Questão 4: Desenhe um mapa para explicar por que um canal de Na+ que não é inativado resulta em um músculo que não pode contrair (paralisia flácida)?

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440

12

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Dee Unglaub Silverthorn

~-

o

e

Esquelético

1

2 - - - Tempo (s)

3

4

5

--~

FIGURA 12-24 Duração da contração muscular nos três tipos de músculos.

cos no armazenamento de glicogênio e de lipídeos. Na distrofia muscular de Duchenne, a distrofina, uma proteína estrutural que liga a actina às proteínas da membrana celular, está ausente. Nas fibras musculares sem a distrofina, fissuras minúsculas na membrana celular permitem que o Ca2 + extracelular entre na fibra. Consequentemente, as enzimas intracelulares são ativadas resultando na degradação dos componentes da fibra. O principal sintoma da distrofia de Duchenne é a fraqueza muscular progressiva, sendo que os pacientes normalmente morrem antes dos 30 anos por insuficiência dos músculos respiratórios. A doença de McArdle, também conhecida como defidência de miofosforilase, é uma condição na qual a enzima que converte o glicogênio em glicose 6-fosfato está ausente no músculo. Como resultado, os músculos não têm um suprimento utilizável de energia a partir do glicogênio, resultando em tolerância limitada ao exercício. Um modo pelo qual os fisiologistas estão tentando compreender mais a respeito das doenças musculares tem sido o emprego de modelos animais, como os camundongos geneticamente modificados sem os genes que codificam determinadas proteínas musculares. Os pesquisadores buscam correlacionar a ausência da proteína com alterações específicas na função.

MÚSCULO LISO Embora a maior parte da massa muscular do corpo seja composta por musculatura esquelética, a musculatura lisa e a cardíaca são mais importantes para a manutenção da homeostase. O músculo liso é encontrado principalmente nas paredes dos tubos e dos órgãos ocos (com cavidade), nos quais a sua contração altera a forma do órgão. Frequentemente, a musculatura lisa gera a força necessária para a movimentação de materiais no lúmen do órgão. Por exemplo, as ondas sequenciais de contração do músculo liso do trato gastrintestinal movimentam o material ingerido do esôfago até o colo. O músculo liso difere muito do músculo esquelético no modo pelo qual desenvolve a tensão. Em um abalo do músculo liso, a contração e o relaxamento ocorrem de forma muito mais lenta do que no músculo esquelético ou no músculo cardíaco (Fig. 12-24 e ). Ao mesmo tempo, o músculo

liso usa menos energia para gerar uma determinada quantidade de força, e pode mantê-la por longos períodos. Estimase por exemplo, que uma célula de músculo liso possa gerar a tensão máxima com somente 25 a 30o/o de suas pontes cruzadas ativas. Ainda não compreendemos plenamente os mecanismos pelos quais isso ocorre. Além disso, o músculo liso apresenta baixas taxas de consumo de oxigênio, o que lhe permite manter contrações por longos períodos sem entrar em fadiga. Esta propriedade permite que órgãos como a bexiga urinária mantenham a tensão apesar de uma carga contínua. Também permite que alguns músculos lisos sejam tonicamente contraídos, mantendo a tensão a maior parte do tempo. Os esfincteres (sphingein, fechar) do esôfago e da bexiga urinária são exemplos de músculos tonicamente contraídos que fecham a abertura de um órgão oco. Estes esfincteres relaxam quando é necessário permitir que o material entre ou deixe o órgão. Até recentemente, a musculatura lisa não tinha sido tão estudada quanto a esquelética por várias razões: 1. O músculo liso tem mais variações. Em todo o reino animal, encontramos muitos tipos de músculo liso com propriedades bastante diferentes, tornando desafiador o desenvolvimento de um único modelo de funcionamento do músculo liso. Nos humanos, o músculo liso pode ser dividido em seis grupos principais: vascular (paredes dos vasos sanguíneos), gastrintestinal (paredes do trato digestório e seus órgãos associados, como a vesícula biliar), urinário (paredes da bexiga urinária e dos ureteres), respiratório (vias aéreas), genital (útero nas mulheres e outras estruturas reprodutivas nos homens e nas mulheres) e ocular (olho). Esses músculos têm diferentes funções no corpo e sua fisiologia reflete suas funções especializadas. Em contraste, o músculo esquelético é relativamente uniforme em todo o corpo. 2. A anatomia do músculo liso dificulta os estudos funcionais. As fibras contráteis do músculo liso organizamse em feixes oblíquos, ao invés de sarcômeros paralelos. Consequentemente, uma contração puxa a membrana da célula em muitas direções simultaneamente. Além disso, dentro de um órgão as camadas de músculo liso podem dispor-se em várias direções. Por exemplo, o intestino tem uma camada que circunda o lúmen e uma camada perpendicular que se dispõe ao longo do comprimento , (eixo longitudinal) do intestino. E difícil medir a tensão desenvolvida em ambas as camadas ao mesmo tempo. 3. A contração do músculo liso é controlada por hormônios e substâncias parácrinas, além dos neurotransmissores. Diferente do músculo esquelético, que é controlado apenas pela acetilcolina dos neurônios motores somáticos, a atividade do músculo liso pode ser controlada pela acetilcolina, pela noradrenalina, além de vários outros neurotransmissores, hormônios e subs"' . paracr1nas. , . tanc1as 4. O músculo liso tem propriedades elétricas variáveis. O músculo esquelético normal sempre responde a um potencial de ação com um abalo, mas os músculos lisos apresentam vários padrões elétricos. Eles podem hiperpolarizar, bem como despolarizar, e podem despolarizar sem dispa-

Fisiologia Humana

433

, _ Varicosidade do neurônio autonômico

• Olho

--~-Ju nções

I I

/ / /

comunicantes

I I

- ----- ---

/

/ /

I

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~'"'-----

--

Cél ula muscular lisa Neurônio -----:

(a) As células do músculo liso unitário conectam-se por j unções comunicantes e contraem-se como uma unidade.

•

FIGURA 12-25

(b) As células do músculo liso multiunitário não se conectam eletricamente; cada célula precisa ser estimulada de modo independente.

Dois tipos de músculo liso.

12 rar potenciais de ação. A contração pode ocorrer após um potencial de ação, após um potencial sublimiar graduado ou sem qualquer alteração no potencial da membrana. 5. Múltiplas vitas influenciam a contração e o relaxamento do músculo liso. O músculo esquelético contrai em resposta à acetilcolina liberada pelo neurônio motor somático e relaxa quando cessa o estímulo para a contração. Em contraste, múltiplos neurotransmissores, hormônios e substâncias parácrinas atuando sobre uma fibra muscular lisa podem tanto inibir a contração como estimulá-la. Como vários sinais diferentes podem atingir a fibra muscular simultaneamente, as fibras musculares lisas têm de atuar como centros integradores. Por exemplo, algumas vezes, os vasos sanguíneos recebem mensagens contraditórias de duas fontes: uma mensagem sinaliza a contração, e outra, o relaxamento. As fibras do músculo liso devem integrar estes dois sinais e executar uma resposta apropriada. A complexidade de vias regulatórias sobrepostas, que influenciam o tônus do músculo liso, dificulta o estudo deste tecido em laboratório.

minais encontradas nas sinapses do músculo esquelético. Ao invés disso, o neurotransmissor simplesmente se difunde ao longo da superfície da célula até encontrar um receptor. A maior parte da musculatura lisa é do tipo músculo liso de unidade única (músculo liso unitário), assim denominado porque suas células musculares individuais se contraem como uma unidade. O músculo liso unitário também é denominado músculo liso visceral, pois constitui a parede de órgãos internos (vísceras), como os vasos sanguíneos e o trato gastrintestinal. Todas as fibras do músculo liso unitário conectam-se eletricamente umas às outras, de modo que um potencial de ação sobre uma delas se espalha rapidamente por meio das junções comunicantes, contraindo toda a camada de tecido (Fig. 12-25a e ). Como todas as fibras contraem toda vez, não há unidades de reserva disponíveis para serem recrutadas para aumentar a força de contração. Ao invés

Em função da variabilidade de tipos de músculo liso, apresentamos neste capítulo apenas suas características gerais. As propriedades específicas de um determinado tipo de músculo liso são discutidas nos próximos capítulos, quando tratarmos dos diferentes tipos de músculo.

Três semanas depois, Paulo teve outra crise de paralisia, desta vez no jardim de infância quando brincava de "pega-pega ". Ele foi levado às pressas para o hospital e recebeu glicose por via oral. Em poucos minutos, já conseguia mover as pernas e os braços, e perguntou por sua mãe.

As fibras musculares lisas são muito menores do que as fibras musculares esqueléticas Os músculos lisos são compostos de células pequenas, fusiformes e com apenas um núcleo, diferente das fibras grandes e multinucleadas dos músculos esqueléticos. No músculo liso controlado neuralmente, o neurotransmissor é liberado por varicosidades do neurônio autonômico [ ~ p. 392], próximo à superfície das fibras musculares. O músculo liso não apresenta regiões receptoras especializadas, como as placas motoras ter-

Questão 5: Explique por que a administração oral de glicose tirou Paulo do quadro de paralisia. (Dica: a glicose estimula a liberação de insulina, e a insulina aumenta a atividade da Na+K! -ATPase.) O que acontece com o nível de K! extracelular quando a Na+-/
407

420

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Ili

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Dee Unglaub Silverthorn

Cavéolas são pequenas invaginações do sarcolema que concentram Ca2+.

Sarcolema

•

FIGURA 12-26 tram cálcio.

Célula muscular lisa

As cavéolas no músculo liso seques-

disso, a quantidade de Ca2+ que entra na célula determina a força de contração, como você verá a seguir. O músculo liso multiunitário é formado por células que não se conectam eletricamente. Como consequência, cada célula muscular individual deve estar intimamente associada com um terminal axônico ou uma varicosidade, e deve ser estimulada de modo independente (Fig. 12-25b). Esta organização permite o controle fino da contração destes músculos, pela ativação seletiva de células musculares individuais. Assim como no músculo esquelético, o aumento na força de contração requer o recrutamento de fibras adicionais. O músculo liso multiunitário é encontrado na íris, no corpo ciliar do olho, em parte do trato genital masculino e no útero, exceto no momento anterior ao trabalho de parto. Surpreendentemente, o músculo liso multiunitário presente no útero se transforma em músculo liso unitário durante os estágios finais da gestação. Os genes que codificam as proteínas conexinas das junções comunicantes são ativados provavelmente pela influência de hormônios da gestação. A adição de junções comunicantes às células musculares do útero permite a sincronização dos sinais elétricos, fazendo com que a musculatura uterina contraia de modo mais eficaz dura.n te a expulsão do bebê. REVISANDO CONCEITOS 23. Qual a diferença na forma como a força de contração varia entre as células do músculo liso un itário e do músculo liso mult iunitário? Resposta : p. 445

O músculo liso tem filamentos de actina e de miosina mais longos O músculo liso utiliza muitos dos mesmos elementos contráteis encontrados no músculo esquelético: pontes cruzadas de actina-miosina, retículo sarcoplasmático com canais de liberação de Ca2+ e um sinal de Ca2+ que inicia o processo. Entretanto, detalhes dos elementos estruturais e o processo de contração são diferentes nos dois tipos de músculo. O músculo liso tem filamentos de actina e de miosina mais longos do que os do músculo esquelético e apresenta uma isoforma de miosina diferente. A atividade ATPase da

miosina do músculo liso é mais lenta, diminuindo a taxa de ciclagem das pontes cruzadas e tornando a fase de contração mais longa. Além disso, as cadeias proteicas menores da cabeça de miosina desempenham um papel regulador no controle da contração e do relaxamento. Esta proteína regulatória pequena denomina-se cadeia leve da miosina. A actina é mais abundante no músculo liso do que no músculo estriado, com uma razão actina-miosina de 10 a 15 para 1, comparada com 2 a 4 para 1 no músculo estriado. A actina do músculo liso está associada com a tropomiosina, como no músculo esquelético. Porém, diferente do músculo esquelético, o músculo liso não contém troponina. O músculo liso tem menos retículo sarcoplasmático do que o músculo esquelético, embora a quantidade varie de um tipo de músculo liso para outro. O principal canal de liberação de Ca 2 + do retículo sarcoplasmático do músculo liso é um canal acoplado ao receptor de IP3 • O trifosfato de inositol (IP3) é um segundo mensageiro gerado na via da fosfolipase C [ $ p. 188]. A função de armazenamento de cálcio do retículo sarcoplasmático pode ser suplementada pelas cavéolas [ $ p. 154], pequenas vesículas agrupadas perto da membrana celular (Fig. 12-26 e ).

O músculo liso não está organizado em .... sarcomeros O músculo liso recebe esse nome pela aparência homogênea do seu citoplasma quando visto ao microscópio (Figs. 12-lc e 12-26). As fibras contráteis não estão organizadas em sarcômeros, razão pela qual o músculo liso não tem um padrão de bandas distintas como o músculo estriado. Ao invés disso, a actina e a miosina estão organizadas em feixes longos que se estendem diagonalmente por toda a periferia da célula, formando uma treliça ao redor do núcleo central (Fig. 12-27a e ). O arranjo oblíquo dos elementos contráteis abaixo da membrana celular faz com que as fibras musculares lisas se tornem globulares quando se contraem (Fig. 12-27b), ao invés de simplesmente encurtar, como ocorre no músculo esquelético. Os longos filamentos de actina do músculo liso prendem-se a corpos densos proteicos no citoplasma e terminam em placas de fixação proteicas na membrana celular (Fig. 12-27 a,c). Os filamentos de miosina, menos numerosos, dispõem-se entre os longos filamentos de actina e estão arranjados de tal modo que toda sua superfície fica recoberta por cabeças de miosina (Fig. 12-27d). (Lembre-se de que, no sarcômero do músculo esquelético, a porção central do filamento de miosina não possui cabeças de miosina.) A linha contínua de cabeças de miosina permite que a actina deslize ao longo da miosina por distâncias maiores. Esta organização singular permite que o músculo liso seja mais estirada enquanto ainda mantém sobreposição suficiente para criar uma tensão ideal. Esta é uma propriedade importante para os órgãos internos, como a bexiga urinária, cujo volume varia ao encher e esvaziar, alternadamente. REVISANDO CONCEITOS 24. Os corpos densos que ancoram a actina do múscu lo liso são análogos a qual estrutura do sarcômero? (Dica: Ver Fig. 12.5.)

435

Fisiologia Humana

Feixes de f ilamentos de actina e miosina

Corpos densos

Contração

---- (a) A actina e a miosina dispõem-se de modo frouxo em torno da periferia da célula, sendo mantidas nesta posição por corpos densos de proteína.

(b) A organização das fibras faz com que a célula

fique globular quando se contrai.

Filamento grosso de miosina Uma unidade contrátil no estado relaxado Membrana da célula muscular

Filamento fino de actina

-

Corpo denso

Contração

.1 - ~ -

--~.....!!!!!!...,/ /

----*

Placa proteica de f ixação

/ / / / /

/ /

(e) A miosina pode deslizar pela actina por longas distâncias, sem encontrar a extremidade de um sarcômero.

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:_ , Estado contraído

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Filamento grosso - - - - de miosina ...,__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _...,.,, Filamento fino de actina

12

~EC

(d) A miosina do músculo liso tem cabeças f lexíveis ao longo de toda a sua extensão.

•

FIGURA 12-27

Anatomia do músculo liso.

25. Cite três modos pelos quais a miosina do músculo liso difere da miosina do músculo esquelético. 26. Cite um modo pelo qual a actina e suas proteínas associadas diferem no músculo liso e no músculo esquelético. Respostas: p. 445

A fosforilação das proteínas tem papel central na contração do músculo liso Os eventos moleculares da contração do músculo liso são similares aos do músculo esquelético, porém existem algumas diferenças importantes. Em ambos os tipos de músculos, um sinal de Ca2 + inicia a contração. No músculo esquelético, o sinal de Ca2 + vem apenas do retículo sarcoplasmático, e é sempre precedido por um potencial de ação. No músculo liso, o Ca2 + vem do líquido extracelular, bem como do retículo sarcoplasmático, e um potencial de ação não é exigência para a liberação de Ca2 + . No músculo esquelético, o sinal de Ca2 + atua na troponina para iniciar a contração. No músculo liso, não há troponina, e o sinal de Ca2 + inicia uma cascata que termina com a fosforilação da miosina. Apresentamos a seguir um resumo do conhecimento atual sobre os pontos-chave da contração do músculo liso. Nele: 1. Um aumento no Ca2 + do citosol dá início à contração. 2 O Ca + é liberado do retículo sarcoplasmático e também entra a partir do líquido extracelular. 2. O Ca2 + se liga à calmodulina, uma proteína ligadora encontrada no citosol.

2

3. A ligação do Ca + à calmodulina é a primeira etapa de uma sequência que termina na fosforilação da miosina. 4. A fosforilação da miosina aumenta a atividade da ATPase da miosina e resulta na contração. Começamos nossa discussão pelas etapas 2-4 porque elas são comuns a todos os tipos de músculo liso. Depois vemos as vias que geram sinais de Ca2 +. A Figura 12-28 • ilustra as etapas da contração do músculo liso. A contração inicia quando as concentrações do 2 2 Ca + no citosol aumentam após a entrada de Ca + a partir do líquido extracelular e após a liberação de Ca2 + pelo retículo sarcoplasmático CD. Os íons cálcio se ligam à calmodulina (CaM) @,obedecendo a lei de ação das massas [ $ p. 102]. O complexo Ca2 + -calmodulina ativa então uma enzima denominada cinase da cadeia leve da miosina (MLCK) @ . A MLCK aumenta a atividade da ATPase da miosina fosforilando as cadeias proteicas leves próximas da cabeça da miosina @ . Quando a atividade ATPase da miosina é alta, a ligação à actina e os ciclos das pontes cruzadas aumentam a tensão no músculo @. Portanto, a contração do músculo liso é controlada principalmente por processos regulatórios relacionados à miosina, ao invés da troponina e a tropomiosina. Em alguns tipos de músculo liso, a regulação dos ciclos das pontes cruzadas pela miosina é suplementada pela regulação da actina. Várias proteínas regulatórias associadas à actina já foram identificadas, como a caldesmona. Além disso, segundos mensageiros podem modular a contração, atuando sobre a cinase da cadeia leve da miosina, sobre a fosfatase da miosina ou sobre as proteínas regulatórias associadas à actina. Os detalhes desta modulação ainda estão sendo pesquisados.

436

Dee Unglaub Silverthorn

Ca2 +

Líquido extrace/ular

Retículo sarcoplasmático

o

As concentrações de Ca2+ intracelular aumentam quando o Ca2+ entra na célula e quando é liberado a partir do retículo sarcoplasmático.

-~·,.....__- ~ )

C------"Y

CaM O Ca2+ se liga à calmodulina (CaM).

Ca2 + MCLK inativa

CaM A Ca2+-calmodulina ativa a cinase da cadeia leve da miosina (MLCK).

e MCLK ativa

Miosina inativa

o

A M LCK fosforila as cadeias leves nas cabeças da miosina e aumenta a atividade da ATPase da m iosina.

ATPase da miosina ativa

Actina

Tensão muscular aumentada

•

As pontes cruzadas ativas de miosina deslizam ao longo da actina e geram tensão muscular.

FIGURA 12-28 Contração do músculo liso.

O relaxamento no músculo liso tem várias etapas O relaxamento em uma fibra muscular lisa é um processo com múltiplas etapas (Fig. 12-29 e ). Assim como no músculo esquelético, o Ca2 + livre é removido do citosol à medida que a Ca2 +-ATPase o bombeia de volta ao retículo sarcoplasmático. Além disso, parte do Ca2+ é bombeado para fora da 2 célula, com o auxílio do antiporte Ca +-Na+ [ $ p. 144] e da 2 Ca +-ATPase CD. Pela lei de ação das massas, um decréscimo no Ca2 + livre no citosol determina que o Ca2 + se desligue da calmodulina ®. Na ausência de Ca2 + -calmodulina, a cinase da cadeia leve da miosina é inativada. Uma etapa adicional no relaxamento do músculo liso é a desfosforilação da cadeia leve da miosina realizada pela enzima fosfatase da miosina. A remoção do grupo fosfato da miosina diminui a atividade da ATPase da miosina @ . Curiosamente, a desfosforilação da miosina não resulta automaticamente no relaxamento. Sob condições que não são completamente compreendidas, a miosina desfosforilada pode permanecer ligada à actina por um período de tempo denominado estado de ''tranca''. Esta condição mantém a tensão na fibra muscular sem consumir ATP. Trata-se de um fator importante na capacidade do músculo liso de susten-

tar a contração sem entrar em fadiga. Os músculos retratores de determinados moluscos bivalves, como as ostras, podem atingir um estado de "tranca" similar que lhes permite permanecer bem fechados sob condições anaeróbias.

A entrada de cálcio é o sinal para a contração do músculo liso Agora voltamos para olhar em detalhes a parte mais compli2 cada da contração do músculo liso: o sinal de Ca + que inicia o processo. O Ca2+ do músculo liso é proveniente de duas fontes: o retículo sarcoplasmático e o líquido extracelular. Quantidades variáveis de Ca2+ entram no citosol a partir dessas fontes, gerando contrações graduadas cuja força varia de acordo com a intensidade do sinal de Ca2+. O estoque intracelular de Ca2+ da fibra muscular lisa está no retículo sarcoplasmático (RS). A liberação de Ca2+ do RS é mediada primariamente por um receptor-canal ativado por IP3 , o qual se abre em resposta à via de transdução de sinal que produz IP3 • Isso é muito diferente do que ocorre no retículo sarcoplasmático do músculo esquelético, onde o canal que libera o Ca2+ é um receptor de rianodina que abre quando um

Fisiologia Humana

Ca2+ Líquido extrace/ular

437

Ca2 + Na+

ATP Retículo sarcoplasmático

Ca2 +

o

O Ca2+ livre no citosol diminui quando o Ca2+ é bombeado para fora da célula ou de volta para o retículo sarcoplasmático.

ATP 1 - - - Ca2 + ---CaM

O Ca2+ se desliga da calmodulina (CaM}.

Ca2+

CaM

0

A fosfatase da miosina retira o fosfato da miosina, diminuindo a atividade da ATPase da miosina.

Fosfatase da miosina

Miosina inativa

12

A atividade da ATPase da miosina diminui

o ,

Menos ATPase da miosina resulta na diminuição da tensão muscular.

Tensão muscular diminuída

•

FIGURA 12-29

Relaxamento no músculo liso.

potencial de ação chega ao receptor DHP. Como os estoques de Ca2+ no músculo liso são limitados, as contrações sustentadas também necessitam do infuxo de Ca2+ proveniente do líquido extracelular. As células musculares lisas têm um mecanismo interessante para monitorar e restaurar seus estoques internos de Ca2+. Os detalhes moleculares ainda estão sendo estudados, mas parece que, quando os estoques de Ca2+ do RS são depletados, um sensor proteico da membrana do RS se comunica com uma proteína de membrana do sarcolema. Essa proteína então abre um conjunto de canais de Ca2+ regulados porestoque para permitir que mais Ca2+ entre na célula. R , VISANDO CONCEITOS Compare os seguintes aspectos da contração do músculo liso e do músculo esquelético: (a) sinal para ativação das pontes cruzadas (b) fontes(s) de cálcio para o sinal de Ca 2 + (c) sinal que libera Ca 2 + do retículo sarcoplasmático. 28. O que ocorre com a contração se um músculo liso for colocado em um banho salino no qual todo o cálcio foi removido? 2

29. Compare os canais deliberação de Ca + do retículo sarcoplasmático do músculo liso e do músculo esquelético. Respostas: p. 445

A entrada de Ca2+ a partir do líquido extracelular ocorre através de canais cuja abertura é regulada pelo estiramento da membrana, pela despolarização, ou por sinais químicos. A Figura 12-30 mostra um resumo geral dessas vias. Algumas células do músculo liso, como as dos vasos sanguíneos, contêm canais de Ca2 + ativados pelo estiramento que se abrem quando uma pressão ou outras forças deformam a membrana celular. Como a contração neste caso é originada de uma propriedade da própria fibra muscular, ela é conhecida como contração miogênica. As contrações miogênicas são comuns nos vasos sanguíneos, que mantêm uma certa quantidade de tônus o tempo todo. Embora o estiramento possa iniciar uma contração, alguns tipos de músculo liso adaptam-se quando as células musculares permanecem estiradas por um período de tempo prolongado. Caso o estímulo de estiramento persista, os canais de Ca2 + começam a fechar de modo dependente do 2 tempo. Quando o Ca + é bombeado para fora da célula, o músculo relaxa. Esta resposta adaptativa explica por que a bexiga urinária desenvolve tensão quando enche, e depois relaxa à medida que se ajusta ao volume aumentado. (Há um limite à quantidade de estiramento que um músculo pode suportar, entretanto, e uma vez que o volume crítico é atingido, o reflexo da micção esvazia a bexiga.)

438

Dee Unglaub Silverthorn

Ligantes* sinalizadores

Líquido extracelular

Despolarização ou estiramento

/

Receptores de membrana

...J

Canais de Ca2+ regulados por estoque

Canais de membrana

Uquido intracelular

Vias moduladoras

Aumento do lP3

Aumento da entrada deCa2+ 1 1 1

Diminuição das reservas de Ca2+ do retículo sarcoplasmático

Q) 1 IQ 1

A1 1

g.:

i.;:. 1

Alteram a MLCK ou a fosfatase da miosina Alteram as proteínas associadas à actina

Liberação do Ca2+ retículo sarcoplasmático

1

~-'

Liberação de Ca2+J-------J~•

Resposta da célula

LEGENDA IP3-R = receptor canal ativado por IP3

* Os ligantes incluem a noradrenalina, a ACh, outros neurotransmissores, hormônios e substâncias parácrinas.

•

FIGURA 12-30 Controle da contração do músculo liso.

Alguns tipos de músculo liso têm potenciais de membrana instáveis A segunda principal rota de influxo de Ca2 + no músculo liso é a entrada através dos canais de Ca2 + controlados por voltagem na membrana celular. Em geral, um estímulo despolarizante abre canais e torna mais provável que a célula contraia. A hiperpolarização da célula diminui a probabilidade de contração. Entretanto, o papel dos potenciais de membrana na contração do músculo liso é muito mais complexo do que no músculo esquelético, onde a contração sempre inicia em resposta a um potencial de ação. Alguns músculos lisos têm potenciais de ação que se assemelham muito aos potenciais de ação dos neurônios. Entretanto, no nível celular, os potenciais de ação do músculo liso são diferentes daqueles dos neurônios e do músculo esquelético já que no músculo liso a fase de despolarização se deve à entrada de Ca2 +, ao invés de Na+. Entretanto, a fase de repolarização é similar à dos neurônios e do músculo esquelético, sendo decorrente da abertura de canais de K+. No músculo liso, não há a necessidade de um potencial de ação para a abertura dos canais de Ca2 + controlados por voltagem. Potenciais graduados podem abrir alguns canais de Ca2 +, permitindo que pequenas quantidades de Ca2 + entrem na célula. Esta entrada de cátions despolariza a célula e abre canais de Ca2 + controlados por voltagem adicionais.

Muitos tipos de músculo liso apresentam potenciais de membrana em repouso instáveis que variam entre - 40 e - 80 mV. As células que apresentam despolarização e repolarização cíclica do seu potencial de membrana têm os denominados potenciais de onda lenta (Fig. 12-31a e ). Algumas vezes, a célula simplesmente cicla em uma série de ondas lentas sublimiares. Entretanto, se o pico da despolarização atinge o limiar, potenciais de ação são disparados, seguidos pela contração do músculo. Outros tipos de músculo liso com potenciais de membrana instáveis têm despolarizações regulares que sempre atingem o limiar e disparam um potencial de ação (Fig. 1231 b). Essas despolarizações são denominadas potenciais marcapasso, pois geram ritmos regulares de contração. Potenciais marcapasso são encontrados em algumas células musculares cardíacas, bem como no músculo liso. Tanto os potencias de onda lenta como os potenciais marcapasso se devem a canais iônicos na membrana celular que se abrem e fecham espontaneamente. A função do músculo liso nem sempre depende do disparo de potenciais de ação. No acoplamento farmacomecânico, a contração do músculo liso pode ocorrer sem uma mudança significativa no potencial de membrana (Fig. 1231c). Sinais químicos também podem relaxar a tensão muscular sem mudar o potencial de membrana. R VISANDO CONCEITOS Como os pot enciais marcapasso d iferem dos potenciais de onda lenta? 31. Quando a t etrodotoxina (TIX), um veneno que bloqueia os canais de sódio, é aplicada a certos tipos de músculo liso, ela não altera a geração espont ânea de potenciais de ação. A partir desta observação, a qual conclusão você pode chegar sobre os pot enciais de ação nestes t ipos de músculo liso? Respostas: p. 445

A atividade do músculo liso é regulada por sinais , . qu1m1cos Nas próximas seções, vemos como a entrada de Ca2 + a partir do líquido extracelular é influenciada por neurotransmissores, hormônios ou substâncias parácrinas. Esses sinais químicos podem ser excitatórios ou inibitórios, e eles podem modular a contração pela ação de segundos mensageiros na miosina ou na actina, bem como influenciar os sinais de Ca2 +. Neurotransmissores autonômicos Muitos músculos lisos têm controle antagonista e são inervados tanto por neurônios simpáticos como parassimpáticos. Entretanto, outros músculos lisos, como os encontrados nos vasos sanguíneos, são controlados por somente uma das duas divisões autônomas. Neste tipo de controle tônico, a resposta é graduada pelo aumento ou pela diminuição da quantidade de neurotransmissor liberado no músculo. Como vimos, um neurotransmissor pode ter efeitos distintos em diferentes tecidos, dependendo do receptor ao qual se liga. Por essa razão, tanto o neurotransmissor como seu receptor determinam a resposta do músculo liso ao estímulo neural. Receptores adrenérgicos e colinérgicos mus-

Fisiologia Humana

carínicos atuam pelos sistemas de segundo mensageiro IP3 e AMPc. A resposta exata do músculo depende do subtipo de receptor adrenérgico ou colinérgico que é ativado. Além da noradrenalina e da acetilcolina, há uma incrível variedade de outros neurotransmissores ativos no músculo liso. Em muitos casos, sabemos como estas substâncias químicas afetam a contração do músculo liso, mas não compreendemos as vias reflexas que desencadeiam sua liberação.

439

(a) Potenciais de onda lenta geram potenciais de ação quando atingem o limiar. t\1

e: ~ .o

Potenciais de ação ----+<

E Q) E Q)

'O t\1 ·-

~

"----- Potencial de onda lenta

º e:

õ

Q)

0...

R VISANDO CONCEITOS Como um neurônio pode alterar a quantidade de neurotransm issor que ele libera? (Dica : ver Fig. 8-13, p. 267.)

MÚSCULO CARDÍACO O músculo cardíaco, o músculo especializado do coração, compartilha características tanto com o músculo liso quanto com o músculo esquelético (Tabela 12-3 e ). Assim como as fibras musculares esqueléticas, as fibras musculares cardíacas são estriadas e apresentam uma estrutura de sarcômero. Entretanto, as fibras musculares cardíacas são mais curtas do

-Tempo

>

(b) Potenciais marcapasso sempre despolarizam até o limiar.

33. Explique como a hiperpolarização diminui a probabilidade de contração do músculo liso. Respostas: p. 445

Hormônios e substâncias parácrinas Hormônios e substâncias parácrinas também controlam a contração do músculo liso - diferente do músculo esquelético, cuja contração é regulada somente pelo sistema nervoso. A musculatura lisa dos sistemas circulatório, digestório, urinário, respiratório e genital responde tanto a substâncias químicas provenientes do sangue quanto às liberadas localmente. Por exemplo, a asma é uma condição na qual a musculatura lisa da vias aéreas se contrai em resposta à liberação de histamina. Esta constrição pode ser revertida pela administração de adrenalina, um neuro-hormônio que relaxa o músculo liso, dilatando as vias aéreas. Note com este exemplo que nem todas as respostas fisiológicas são adaptativas ou favoráveis ao corpo: a constrição das vias aéreas desencadeada durante uma crise de asma, caso não tratada, pode ser fatal. Outra substância parácrina importante que afeta a contração da musculatura lisa é o óxido nítrico[$ p. 191]. Este gás é sintetizado pelo revestimento endotelial dos vasos sanguíneos e relaxa a musculatura lisa adjacente que regula o diâmetro dos vasos sanguíneos. Por muitos anos, a identidade deste fator de relaxamento derivado do endotélio (EDRF) não foi descoberta pelos cientistas, mesmo quando sua presença podia ser demonstrada experimentalmente. Sabemos agora que o EDRF é o óxido nítrico, uma importante substância parácrina em muitos sistemas do corpo. Embora os músculos lisos sequer se aproximem da massa dos músculos esqueléticos, eles desempenham um papel crítico no funcionamento da maioria dos sistemas de órgãos. Você aprenderá mais sobre a fisiologia do músculo liso nos próximos capítulos.

~~~~~~~~~~~~~~~~-

t\1

e: ~ .o

E Q) E Q)

-o - - - - ; _ - - - - - -.... -...::: - - - - - ~ _ - - - - - - - - - · Limiar t\1 ·"----- Potencial marcapasso

º e:

~

~~~~~~~~~~~~~~~~

a..

-

Tempo

,..

(c) Acoplamento farmacomecânico ocorre quando os sinais químicos mudam a tensão muscular, sem modificação do potencial de membrana.

>E

-

Tempo

.....

-::Jt\1 fA

::J

E

o

1(\1

rn

e:

~

•

  Adição de X ! ! Remoção de XAd'1çao _ d e y Remoçao _ de Y

FIGURA 12-31 músculo liso.

-Tempo

>

Os potenciais de membrana variam no

que as fibras musculares esqueléticas, podem ser ramificadas e têm um único núcleo (ao contrário das fibras musculares esqueléticas, que são multinucleadas). Assim como na musculatura lisa unitária, as fibras musculares cardíacas são eletricamente conectadas umas às outras. As junções comunicantes localizam-se em junções celulares especializadas denominadas discos intercalares. Determinados músculos cardíacos apresentam potenciais marcapasso, como alguns músculos lisos. Além disso, o músculo cardíaco está sob controle simpático e parassimpático, bem como sob controle hormonal. No Capítulo 14, você aprenderá mais sobre o músculo cardíaco e como ele funciona dentro do coração.

12

440

Dee Unglaub Silverthorn

Comparação dos três tipos de músculo ESQUELÉTICO

LISO

CARDÍACO

Aparência ao microscópio óptico

Estriado

Liso

Estriado

Arranjo das fibras

Sarcômeros

Feixes oblíquos

Sarcômeros

Proteínas das fibras

Actina, m iosina; troponina e tropomiosina

Actina, m iosina e tropom iosina

Actina, miosina; troponina e tropomiosina

Controle

• Ca + e troponina • Fibras independentes umas das outras

• Ca + e calmodulina • Fibras eletricamente conectadas por junções comunicantes

• Ca + e troponina • Fibras eletricamente conectadas por junções comunicantes

Controle nervoso da contração

Neurônio motor somático

Neurônios autonômicos

Neurôn ios autonômicos

Influência hormonal na contração

Nenhuma

Múltiplos hormônios

Adrenalina

Localização

Preso aos ossos; alguns esfincteres que fecham órgãos com cavidade

Forma a parede de órgãos ocos (com cavidade) e tubos; alguns esfincteres

Músculo do coração

Morfologia tecidual

Mu ltinucleado; fibras cilíndricas grandes

Uninucleado; fibras fusiformes pequenas

Uninucleado; f ibras ramificadas mais curtas

Estrutura interna

Túbu lo Te retículo sarcoplasmático

Sem túbulos T; retículo sarcoplasmático reduzido ou ausente

Túbulo Te retícu lo sarcoplasmático

Velocidade da contração

Mais rápida

Mais lenta

Intermediária

Força de contração do abalo de uma única fibra

Não graduada

Graduada

Graduada

Início da contração

Requer ACh do neurônio motor

Estiramento, sinais qu ímicos Pode ser autorrítmica

Autorrítm ica

2

2

2

Paralisia periódica No acompanhamento deste problema, você aprendeu sobre a paralisia periódica hipercalêmica (hiper KPP), uma condição causada por um defeito genético nos canais de Na+ controlados por voltagem das membranas das células musculares. A paralisia periódica inclui uma família de distúrbios relacionados causados por mutações nos cana is iôn icos do músculo. Para saber mais sobre a paralisia periódica visite o site

www.hkpp.org. Ao obter informação sobre a paral isia periódica, compare as formas hipercalêmica e hipocalêmica desta doença. Para uma discussão mais detalhada dessas duas doenças, leia GeneReviews no site www.genetests.org. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Quando os canais de Na+ da membrana muscular se abrem, qual a direção do movimento do Na+?

O Na+ é mais concentrado no LEC do que no LIC, e as célu las têm um potencial de membrana negativo.

O gradiente eletroquímico provoca a entrada de Na+ nas células.

2

Qual efeito o movimento contínuo de Na+ teria sobre o potencial de membrana das fibras muscu lares?

O potencial de membrana em repouso das células é negativo em relação ao líquido extracelular.

O influxo de cargas posit ivas despolariza o múscu lo e ele permance despolarizado.

Fisiologia Humana

441

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

3

Qual íon é responsáve l pela fase de repolarização do potencial de ação do músculo, e em qual direção este íon se move através da membrana das fibras musculares? Como isso estaria associado à hiper KPP?

Na fase de repolarização do potencial de ação, o K+ deixa a célula.

Durante as contrações repetidas, o K+ deixa a f ibra muscu lar, o que poderia contribuir para a e levada [K+] extracelular (hipercalemia).

4

Desenhe um mapa para explicar por que um canal de Na+ que não é inativado resulta em um músculo que não pode contrair (paralisia f lácida)?

Durante uma crise, os canais de Na+ permanecem abertos e permitem a entrada contínua de Na+ e a fibra muscular permanece despolarizada.

Se a fibra muscu lar é incapaz de repo larizar, ela não pode disparar potenciais de ação adicionais. O primeiro potencial de ação causa um abalo, mas o músculo entra então em um estado de paralisia f lácida (não contraído).

5

Explique por que a administração oral de glicose ajudaria a t irar Paulo do quadro de paralisia. (Dica: O que acontece com o nível de K+ extracelular quando a Na+ K+ ATPase está mais ativa?)

A Na+ K+ ATPase move K+ para dentro e Na+ para fora das célu las.

Fornecer glicose para as célu las estimu la a liberação de insulina. A insulina aumenta a atividade da Na+ -K+ATPase, o que remove Na+ das células e ajuda a repolarizá-las.

407

420

422

431

433

RESUMO DO CAPÍTULO Os músculos apresentam muitas das propriedades fisiológicas mencionadas no Capítulo 1. Eles proporcionam um excelente sistema para estudo das relações estrutura-filnção em todos os níveis, desde a actina, a miosina e o deslizamento dos filamentos na célula até os músculos puxando ossos e articulações. As propriedades mecânicas dos músculos que influenciam a contração incluem os componentes elásticos, como as proteínas titina e os elementos elásticos em série do músculo inteiro. A compartimentalização é essencial para o funcionamento do músculo, como demonstrado pela concentração de Ca2 + no retículo sarcoplasmático e o papel essencial dos sinais de Ca2 + para iniciar a contração. A lei de ação das massas está atuando na dinâmica da ligação e do desligamento de Ca2 + -calmodulina e de Ca2 +-troponina. Os músculos também mostram como o uso da energia biológica transforma a energia armazenada nas ligações químicas do ATP no movimento das proteínas motoras. Os músculos fornecem muitos exemplos de comunicação e controle no corpo. A comunicação ocorre em uma escala tão pequena quanto a do deslocamento dos sinais elétricos entre as células do músculo liso via junções comunicantes, ou tão grande quanto a de um neurônio motor somático inervando múltiplas fibras musculares. Os músculos esqueléticos são controlados somente por neurônios motores somáticos, ao passo que o músculo liso e o cardíaco possuem uma regulação complexa, que vai desde neurotransmissores até hormônios e substâncias parácrinas. 1. Os músculos geram movimento, força e calor. (p. 407)

2. Os três tipos de músculo são o músculo esquelético, o músculo cardíaco e o músculo liso. Os músculos esquelético e cardíaco são músculos estriados. (p. 407; Fig. 12-1) 3. Os músculos esqueléticos são controlados por neurônios motores somáticos. Os músculos cardíaco e liso são controlados por inervação autonômica, hormônios e substâncias parácrinas. Alguns músculos lisos e cardíacos são autorrítmicos e contraem-se espontaneamente. (p. 407)

Músculo esquelético Fisiologia muscular 4. Os músculos esqueléticos estão geralmente fixados aos ossos pelos tendões. A origem é a extremidade do músculo que se prende mais próximo do tronco ou a um osso mais fixo. A inserção é a extremidade mais distal ou com maior mobilidade. (p. 408) 5. Em uma articulação flexível, a contração muscular movimenta o esqueleto. Os músculos flexores aproximam os ossos; os músculos extensores os afastam. Os pares flexor-extensor são exemplos de grupo de músculos antagonistas. (p. 408; Fig. 12-2) 6. Um músculo esquelético é um conjunto de fibras musculares, células grandes com muitos núcleos. (p. 408; Fig. 12-3, Tabela 12-1) 7. Os túbulos T permitem que potenciais de ação se desloquem rapidamente para o interior da fibra e liberem o cálcio do retículo sarcoplasmático. (p. 408; Fig. 12-4)

12

442

Dee Unglaub Silverthorn

8. As miofibrilas são feixes intracelulares compostos por proteínas contráteis e elásticas. Os filamentos grossos são constituídos por miosina. Os filamentos finos são constituídos principalmente por actina. A titina e a nebulina mantêm os filamentos finos e grossos na posição. (p. 408, 411; Figs. 12-3, 12-6) 9. A miosina liga-se à actina, criando pontes cruzadas entre os filamentos grosso e fino. (p. 411; Fig. 12-3d) 10. Um sarcômero é composto por dois discos Z e pelos filamentos situados entre eles. Um sarcômero é dividido em bandas 1 (apenas filamentos finos), uma banda A, que corresponde à extensão de um filamento grosso, e uma zona H central, formada apenas por filamentos grossos. A linha M e os discos Z são as regiões de ancoragem da miosina e da actina, respectivamente. (p. 411-412; Fig. 12-5) 11. A força criada por uma contração muscular é denominada tensão muscular. A carga é o peso ou a força que se opõe à contração de um músculo. (p. 413) 12. A teoria da contração do deslizamento dos filamentos propõe que durante a contração os filamentos finos e grossos sobrepostos deslizam uns sobre os outros, em um processo dependente de energia, como resultado do movimento das pontes cruzadas de actina-miosina. (p. 414; Fig. 12-8) 13. No músculo relaxado, a tropomiosina bloqueia parcialmente o sítio de ligação à miosina na actina. Para iniciar a contração, o Ca2 + se liga à troponina. Isso desbloqueia os sítios de ligação à miosina, permitindo que a miosina complete o movimento de força. (p. 415; Fig. 12-9) 14. Durante o relaxamento, o retículo sarcoplasmático usa a Ca2 + ATPase para bombear o Ca2+ de volta ao seu lúmen. (p. 419) 15. A miosina converte a energia do ATP em movimento. A ATPase da miosina hidrolisa o ATP em ADP e Pi. (p. 415; Fig. 12-10) 16. Quando a miosina libera o Pi, a cabeça da miosina se move no movimento de força. Ao final do movimento de força, a miosina libera ADP. O ciclo termina no estado de rigidez, quando a miosina permanece firmemente ligada à actina. (p. 416-417; Fig. 12-10) 17. No acoplamento excitação-contração, um neurônio motor somático libera ACh, o que dá início a um potencial de ação no músculo esquelético, levando à contração. (p. 417; Fig. 12-lla) 18. Receptores DHP sensíveis à voltagem localizados nos túbulos T abrem os canais deliberação de Ca2 + do retículo sarcoplasmático. (p. 418; Fig. 12-llb) 19. Cada ciclo de contração-relaxamento é denominado abalo. O período de latência entre o fim do potencial de ação muscular e o início do desenvolvimento da tensão muscular corresponde ao tempo necessário para a liberação do Ca2 + e a sua ligação à troponina. (p. 419; Fig. 12-12) 20. As fibras musculares armazenam energia para a contração no fosfato de creatina. O metabolismo anaeróbio da glicose é uma fonte rápida de ATP, mas não é eficiente. O metabolismo aeróbio é muito eficiente, mas exige um suprimento adequado de oxigênio para os músculos. (p. 420; Fig. 12-13) 21. A fadiga muscular é uma condição reversível na qual o músculo não é mais capaz de gerar ou manter a potência esperada da contração. A fadiga tem múltiplas causas. (p. 421; Fig. 12-14) 22. As fibras musculares esqueléticas podem ser classificadas com base na sua velocidade de contração e resistência à fadiga em: fibras glicolíticas de contração rápida, fibras glicolítico-oxidativas de contração rápida e fibras (oxidativas) de contração lenta. As fibras oxidativas são as mais resistentes à fadiga. (p. 422; Fig. 12-15, Tabela 12-2) 23. A mioglobina é um pigmento ligador de oxigênio que transporta o oxigênio para o interior da fibra muscular. (p. 423)

24. A tensão da contração do músculo esquelético é determinada pelo comprimento dos sarcômeros antes da contração inciar. (p. 423; Fig. 12-16) 25. O aumento na frequência dos estímulos causa a somação dos abalos com um aumento da tensão. O estado de contração máxima é denominado tétano. (p. 425; Fig. 12-17) 26. Uma unidade motora é composta por um grupo de fibras musculares e pelo neurônio motor somático que as controla. O número de fibras musculares em uma unidade motora varia, mas todas as fibras de uma única unidade motora são do mesmo tipo. (p. 426; Fig. 12-18) 27. A força de contração de um músculo esquelético pode ser aumentada pelo recrutamento de unidades motoras adicionais. (p. 427)

Mecânica do movimento corporal 28. Uma contração isotônica gera força à medida que o músculo encurta e movimenta uma carga. Uma contração isométrica gera força sem movimentar a carga. As contrações de alongamento geram força enquato o músculo alonga. (p. 427; Fig. 12-19) 29. As contrações isométricas ocorrem porque os elementos elásticos em série permitem à fibra manter constante o seu comprimento, mesmo que os sarcômeros estejam encurtando e gerando tensão. (p. 428; Fig. 12-20) 30. O corpo utiliza os ossos e as articulações como alavancas e fulcros. A maioria dos sistemas de alavanca-fulcro do corpo maximiza a distância e a velocidade que a carga pode se mover, mas exige que os músculos realizem mais trabalho do que eles fariam sem a alavanca. (p. 428; Figs. 12-21, 12-22) 31. A velocidade da contração depende do tipo de fibra muscular e da carga. A contração é mais rápida quando a carga sobre o músculo é zero. (p. 429; Fig. 12-23)

Músculo liso 32. O músculo liso é mais lento do que o músculo esquelético, mas pode manter as contrações por mais tempo sem fatigar. (p. 432; Fig. 12-24) 33. O músculo liso unitário contrai como uma unidade única quando as despolarizações passam de uma célula para a outra através de junções comunicantes. No músculo liso multiunitário, cada fibra muscular individual é estimulada de modo independente. (p. 433-434; Fig. 12-25) 34. A actina e a miosina distribuem-se por toda a periferia da célula do músculo liso. A troponina está ausente na actina do músculo liso. (p. 434; Fig. 12-27) 35. O músculo liso tem menos retículo sarcoplasmático, e seu canal deliberação de Ca2 + é um canal acoplado ao receptor de IP3 • O cálcio também entra na célula a partir do líquido extracelular (p. 434). 36. Na contração do músculo liso, o Ca2 + se liga à calmodulina e ativa a cinase da cadeia leve da miosina (MLCK). (p. 435; Fig. 12-28) 3 7. A MLCK fosforila as cadeias leves da miosina, que ativam a ATPase da miosina. Isto desencadeia os movimentos de força das pontes cruzadas. (p. 435; Fig. 12-28) 38. Durante o relaxamento, o Ca2 + é bombeado para fora do citosol e as cadeias leves da miosina são desfosforiladas pela fosfatase da miosina. (p. 436; Fig. 12-29) 39. A contração do músculo liso é controlada por neurônios simpáticos e parassimpáticos e por vários sinais químicos. (p. 437; Fig. 12-30) 40. Na contração miogênica, o estiramento abre canais de Ca2+ da membrana. (p. 43 7)

Fisiologia Humana

41. A fase ascendente dos potenciais de ação do músculo liso ocorre devido à entrada de Ca2 +, em vez da entrada de Na+. (p. 438) 42. Os potenciais de membrana instáveis no músculo liso são potenciais de onda lenta ou potenciais marcapasso. (p. 438; Fig. 12-3la, b) 43. No acoplamento farmacomecânico, a entrada de Ca2 + causa a contração da musculatura lisa sem que haja uma mudança significativa no potencial de membrana. (p. 438; Fig. 12-31c)

443

Músculo cardíaco 44. As fibras do músculo cardíaco são estriadas, possuem um único núcleo e são acoplados eletricamente por junções comunicantes. O músculo cardíaco compartilha características com o músculo esquelético e com o músculo liso. (p. 439-440; Tabela 12-3)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Os três tipos de tecido muscular encontrados no corpo humano são , e . Qual deles se conecta aos ossos e é capaz de controlar o movimento corporal? 2. Quais os dois tipos de músculo que são estriadas? 3. Qual o tipo de músculo é controlado somente por neurônios motores somáticos? 4. Marque as alternativas corretas sobre os músculos esqueléticos: (a) Eles equivalem a cerca de 60% do peso corporal total de uma pessoa. (b) Eles posicionam e movem o esqueleto. (c) A inserção do músculo é mais distal ou mais móvel do que a origem. (d) Eles frequentemente estão pareados em grupos musculares antagonistas denominados flexores e extensores. 5. Organize os seguintes componentes do músculo esquelético, do mais externo ao mais interno: sarcolema, bainha de tecido conectivo, filamentos finos e grosssos, miofibrilas. 6. O retículo endoplasmático modificado do músculo esquelético é denominado . Seu papel é sequestrar os íons

- - - - -· 7. Os túbulos T permitem que o _____ se mova para o interior da fibra muscular. 8. Liste seis proteínas constituintes das miofibrilas. Quais proteínas realizam o movimento de força da contração? 9. Liste as letras utilizadas para identificar os elementos de um sarcômero. Qual a banda possui o disco Z no meio? Qual é a banda mais escura? Por quê? Qual elemento forma os limites de um sarcômero? Nomeie a linha que divide a banda A na metade. Qual é a função desta linha? 10. Explique resumidamente as funções da titina e da nebulina. 11. Durante a contração, a banda permanece com um comprimento constante. Esta banda é composta principalmente por moléculas de . Quais os componentes que se aproximam uns dos outros durante a contração? 12. Explique a teoria do deslizamento dos filamentos. 13. Explique o papel da troponina, da tropomiosina e do Ca2 + na contração muscular esquelética. 14. Qual neurotransmissor é liberado pelos neurônios motores somáticos? 15. O que é a placa motora terminal e quais os tipos de receptores encontrados nela? Explique como a ligação do neurotransmissor a estes receptores gera um potencial de ação. 16. Associe as características a seguir com os tipos apropriados de fibras musculares:

17.

18. 19.

20.

1. fibras glicolíticas de (a) têm o maior diâmetro (b) utilizam o metabolismo anaecontração rápida róbio e entram rapidamente em 2. fibras glicolítico-oxifadiga dativas de contração (c) têm a maior quantidade de varápida , sos sangu1neos 3. fibras oxidativas de (d) têm alguma mioglobina contração lenta (e) são usadas em movimentos finos e rápidos (f) também denominadas musculatura vermelha (g) usam uma combinação de metabolismo oxidativo e glicolítico (h) têm a maior quantidade de mitocôndrias Um único ciclo de contração-relaxamento na fibra do músculo . esquelético é denominado Liste as etapas da contração do músculo esquelético que exigem ATP. A unidade básica da contração em um músculo esquelético intacto é a . A força da contração dentro do músculo de unidades motoras esquelético é aumentada pelo adicionais. Os dois tipos funcionais de músculo liso são e -----·

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

21. Faça um mapa da estrutura da fibra muscular usando os termos a seguir. Adicione outros termos caso considere necessário. Actina Proteína contrátil Ca21 Proteína elástica Célula Proteína regulatória Citoplasma Retículo sarcoplasmático Fibra muscular Sarcolema Glicogênio Sarcoplasma Membrana celular Titina Tropomiosina Mio sina Troponina Mitocôndrias TúbuloT Núcleo Pontes cruzadas 22. Como um potencial de ação em uma fibra muscular desencadeia um sinal de Ca2 + dentro da fibra? 23. As fibras musculares dependem de um suprimento contínuo de ATP. Como as fibras dos diferentes tipos musculares geram ATP? 24. Defina fadiga muscular. Resuma os fatores que poderiam desempenhar um papel no seu desenvolvimento. Como as fibras musculares podem adaptar-se e resistir à fadiga?

12

444

Dee Unglaub Silverthorn

25. Explique como você varia a força e o esforço feito por seus músculos ao pegar um lápis versus carregar um galão cheio de leite. 26. Compare a anatomia celular e o controle químico e neural da contração nos músculos esquelético e liso. 27. Organize os termos a seguir em um mapa de excitação, contração e relaxamento do músculo esquelético. Os termos podem ser utilizados mais de uma vez. Adicione os termos que você quiser. Acetilcolina Nal Neurônio motor somático Actina Pi ADP Placa motora terminal ATP Ca21 Ponte cruzada Potencial da placa terminal Ca21-ATPase Potencial de ação Canais de Ca21 controlados Receptor de ACh por voltagem Receptor DHP Canais de liberação de cálcio Relaxamento Contração Retículo sarcoplasmático Estado de rigidez Terminal axônico Exocitose Tropomiosina Junção neuromuscular Miosina Troponina Túbulos T Movimento de força 28. Qual é o papel do retículo sarcoplasmático na contração muscular? Como o músculo liso consegue contrair, já que possui um retículo sarcoplasmático tão pequeno? 29. Compare e contraste: (a) fibras musculares glicolitico-oxidativas de contração rápida, glicoliticas de contração rápida e oxidativas de contração lenta. (b) abalo e tétano. (c) potencial de ação no neurônio motor e potencial de ação no músculo esquelético. (d) somação temporal nos neurônios motores e somação temporal nos músculos esqueléticos. (e) contração isotônica e contração isométrica. (f) potenciais de onda lenta e potenciais marcapasso. (g) a origem e o papel do Ca2+ na contração do músculo esquelético e liso. 30. Explique os diferentes fatores que influenciam a entrada e a liberação de Ca2 + nas fibras do músculo liso.

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

31. Um dos modos pelos quais os cientistas estudam os músculos é submetê-los ao estado de rigidez mediante a remoção do ATP. Nesta condição, a actina e a miosina estão fortemente ligadas mas incapazes de se moverem. Com base no que você sabe sobre a contração muscular, diga o que ocorreria com estes músculos no estado de rigidez se você: (a) adicionasse ATP, mas não íons Ca2 + livres; (b) adicionasse ATP juntamente com uma concentração substancial de íons cálcio.

32. Quando o curare, um veneno colocado nas flechas dos indígenas sul-americanos, é colocado sobre a preparação nervo-músculo, o músculo não contrai quando o nervo é estimulado, ainda que o neurotransmissor esteja sendo liberado do nervo. Cite todas as possíveis explicações para a ação do curare neste caso. 33. Com base no que você aprendeu sobre os tipos de fibras musculares e sobre o metabolismo, diga quais variações estruturais você encontraria entre estes atletas. (a) um jogador de basquete, com 2,31 m de altura e 147 kg. (b) um peão de rodeio, com 1,90 m de altura e 81,6 kg. (c) uma patinadora artística, com 1,74 m de altura e 59 kg. (d) uma ginasta feminina, com 1,25 m de altura e 40 kg.

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

34. Veja o gráfico a seguir, criado a partir de dados publicados no estudo "Efeito da temperatura ambiente sobre o metabolismo do músculo esquelético humano durante o exercício fatigante submáximo", fournal of Applied Physiology 86(3):902-908, 1999. Quais hipóteses você poderia elaborar sobre a(s) causa(s) da fadiga muscular com base nestes dados? 100 oo

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Metabólitos musculares no músculo em repouso e após exercícios cícl icos até a fadiga

35. Use o braço da Figura 12-21b para responder às seguintes questões: (a) Quanta força o músculo bíceps braquial inserido a 4 cm do fulcro necessita fazer para manter o braço imóvel em um ângulo de 90º? Como esta força se compara com a força necessária quando o ponto de inserção fica a 5 cm do fulcro? (b) Suponha que uma munhequeira de 7 kg é colocada no punho, a 20 cm do fulcro. Quanta força o músculo bíceps braquial, inserido a 5 cm do fulcro, terá de fazer para deixar o braço em um estado estacionário em um ângulo de 90º? Como esta força se compara com a força necessária para manter o braço na horizontal na situação apresentada na Fig. 12-2lc, com o mesmo peso na mão (a 25 cm do fulcro)?

RESPOSTAS

J Respostas para as questões de ''Revisando conceitos'' Página408 1. Alguns exemplos são o bíceps e o tríceps braquiais no braço; posteriores da coxa (flexor) e quadríceps (extensor) na coxa;

tibial anterior (flexor) e gastrocnêmio (extensor) para o movimento dos pés no tornozelo. Página412 2. As extremidades da banda A são mais escuras devido à sobreposição dos filamentos finos e grossos.

445

Fisiologia Humana

3. Os túbulos T permitem que os potenciais de ação se propaguem da superfície da fibra muscular para o seu interior. 4. O padrão de bandas dos filamentos organizados no sarcômero forma estriações no músculo. Página412

5. Uma junção neuromuscular é formada pelos terminais axônicos do neurônio motor somático, pela fenda sináptica e pela placa motora terminal na fibra muscular. 6. O sinal químico na junção neuromuscular é a acetilcolina. Página417

7. Cada molécula de miosina tem sítios de ligação para o ATP e para a actina. 8. A actina F é um filamento de polímeros de actina constituídos de moléculas de actina G globular. 9. As enzimas que hidrolisam ATP são ATPases. Página417 10. A titina é uma fibra elástica do sarcômero.

11. As pontes cruzadas não se desligam todas ao mesmo tempo, enquanto algumas cabeças de miosina estão livres, outras permanecem fortemente ligadas. Página420

12. A liberação das cabeças de miosina da actina requer a ligação de ATP. A energia do ATP é necessária para o movimento de força. O relaxamento não necessita de ATP diretamente, mas ele não pode ocorrer a menos que o Ca2+ seja bombeado de volta para o retículo sarcoplasmático pela Ca2 +-ATPase. 13. Os eventos do período de latência incluem a geração do potencial de ação no músculo, a liberação do Ca2+ do retículo sarcoplasmático e a difusão de Ca2 +para os filamentos contráteis. Página421 14. Creatina é o substrato e cinase indica que esta enzima fosforila o

substrato. 15. Como a creatina cinase catalisa a reação em ambas as direções, as concentrações relativas de reagentes e produtos determina a direção da reação. A reação obedece à lei de ação das massas e tende ao equilíbrio. Página422 16. O aumento do K+ extracelular faz com que a célula despolarize e

tome-se menos negativa. Página426 17. Tensão. 18. A amplitude do potencial graduado. Página426 , 19. E provável que um maratonista tenha mais fibras musculares de

contração lenta e um velocista tenha mais fibras musculares de contração rápida. Página427 20. Um aumento na frequência de disparos do neurônio motor causa a

somação em uma fibra muscular, o que aumenta a força da contração. 21. O sistema nervoso aumenta a força de contração pelo recrutamento de unidades motoras adicionais. Página430 22. Se o ponto de inserção do músculo for mais distante da articulação,

a alavanca funciona melhor e a contração gera mais força rotacional.

Página 434 23. Os músculos lisos multiunitários aumentam a força pelo recruta-

mento de fibras musculares adicionais; os músculos lisos unitários aumentam a força aumentando a entrada de Ca2 +. Página 434 24. Os corpos densos são análogos aos discos Z.

25. A miosina do músculo liso é mais longa, tem cabeças ao longo de toda a extensão do filamento e tem a atividade da ATPase mais lenta. 26. A actina do músculo liso é mais longa do que a actina do músculo esquelético e não contém troponina. Página 437 27. (a) Músculo esquelético: o Ca2 + se liga à troponina. Músculo liso:

miosina fosforilada. (b) Músculo esquelético: todo o Ca2+ vem do retículo sarcoplasmático. Músculo liso: o Ca2 +vem do RS e do LEC. (c) Músculo esquelético: despolarização. Músculo liso: IP3 • 28. Sem Ca2+ no líquido extracelular (LEC) a contração diminui ou para completamente, já que pouco ou nenhum Ca2 + está disponível para iniciar o processo. 29. Os canais de liberação de Ca2 + no músculo esquelético estão associados mecanicamente aos receptores DHP (RyR). Os canais de liberação de Ca2+ no músculo liso são ativados pelo IP3 • Página 438 30. Os potenciais marcapasso sempre atingem o limiar e geram ritmos

regulares de contração. Potências de onda lenta variam em magnitude e podem não atingir o limiar toda vez que ocorrem. 31. A fase de despolarização dos potenciais de ação não deve ser causada pela entrada de Na+. Página 439

32. Mais potenciais de ação no neurônio aumentam a liberação do neurotransmissor. 33. Muitos canais de Ca2 + abrem com a despolarização; portanto, a hiperpolarização diminui a probabilidade destes canais abrirem. A presença de Ca2 +é necessária para a contração.

Q Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página409

Fig. 12-12: Os potenciais de ação muscular e neuronal são devidos à entrada de Na+ na fibra durante a despolarização e à saída de K+ durante a repolarização. O canal neuronal para a entrada de Na+é um canal de Na+ controlado por cátion monovalente controlado pela acetilcolina. Página430

Fig. 12-21: Força do bíceps braquial x 5 cm (força adicional).

=

7 kg x 25 cm

=

35 kg

Página 431

Fig. 12-22: A mão se move para cima a uma velocidade de 5 cm/s. Página 431

Fig. 12-23: A contração é isométrica em B, pois neste ponto o músculo não encurta. A velocidade máxima ocorre em A, onde a carga sobre o músculo é zero.

12

•

• •

1a

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Reflexos neurais 447 As vias reflexas neurais podem ser classificadas de diferentes maneiras

Reflexos autonômicos Reflexos dos músculos esqueléticos 451

Os fusos muscu lares respondem ao estiramento do múscu lo 453 Os órgãos tend inosos de Golgi respondem à tensão muscular 454 Os reflexos de estiramento e a inibição recíproca controlam o movimento de uma articulação 455 Os reflexos de flexão afastam os membros de um estímu lo doloroso

Controle integrado do movimento corporal 457

O movimento pode ser classificado como reflexo, voluntário ou rítmico 458 O SNC integra o movimento 462 Os sintomas da doença de Parkinson refletem as funções dos núcleos da base

Controle do movimento nos músculos viscerais

CONHECIMENTOS BÁSICOS Vias reflexas: 198 Sistema nervoso central: 298 Somação de potenciais de ação: 283 Contração isométrica: 427 Vias e receptores sensoriais: 334 Potenciais graduados: 258 Controle tônico: 196 Tendões: 281

A obtenção de sinais diretamente do cérebro para controle direto de dispositivos robóticas tem sido um tema de ficção científica que parece destinado a se tomar realidade. -Dr. Eberhard E. Fetz, Science News 156:142, 28/08/1999

Fisiologia Humana

447

SOLUCIONANDO O PROBLEMA Classificação dos reflexos neurais

Tétano "Ela não está conseguindo falar conosco. Estamos com medo que ela possa ter tido um derrame." Foi assim que os vizinhos de Cecile Evans com 77 anos a descreveram quando a levaram ao pronto atendimento de emergência. Entretanto, a avaliação neurológica revelou que ela não tin ha outros problemas além de dificuldade em abrir a boca e rigidez do pescoço, e a médica, Dra . Doris Ling, começou a pensar na possibilidade de outros diagnósticos. Ela observou algumas lesões em fase de cicatrização nos braços e nas pernas da Sra. Evans e perguntou aos vizinhos se eles sabiam a causa. "Claro que sim. Ela nos contou que há poucos dias o seu cachorro pulou sobre ela e a derrubou sobre uma cerca de arame farpado." Neste instante, a Ora. Ling percebeu que provavelmente estava diante do seu primeiro caso de tétano.

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448

456

457

462

463

Os reflexos neurais podem ser classificados por: 1. Divisão eferente que controla o efetor a. Neurôn ios motores somáticos controlam os músculos esqueléticos. b. Neurôn ios autonômicos controlam os múscu los cardíaco e liso, as glândulas e o tecido adiposo. 2. Região de integração dentro do SNC a. Reflexos medulares não requerem sinais provenientes do encéfalo. b. Reflexos cranianos são integrados dentro do encéfalo. 3. Modo pelo qual os reflexos se desenvolvem a. Reflexos inatos são geneticamente determinados. b. Reflexos aprendidos (condicionados) são adquiridos pela experiência. 4. Número de neurônios da via reflexa

amos pensar de novo no arremessador de beisebol do último capítulo. Quando ele está parado na base olhando o primeiro rebatedor, ele recebe informações sensoriais de múltiplas origens: o som da multidão, a visão do rebatedor e do receptor, o cheiro da grama, a sensação da bola na sua mão, e o alinhamento do seu corpo quando inicia o arremesso. Os receptores sensoriais codificam estas informações e as enviam para o sistema nervoso central (SNC), onde elas são integradas. O arremessador age conscientemente em relação a algumas destas informações: ele decide lançar uma bola rápida. Entretanto, ele processa outras informações de forma inconsciente e age nelas sem ter consciência disso. Por exemplo, ao pensar em iniciar o arremesso, ele inclina o seu corpo, a fim de compensar o movimento iminente do seu braço. A integração da informação sensorial gerando uma resposta involuntária é característica de um reflexo[ ~ p. 198].

REFLEXOS NEURAIS Todos os reflexos neurais começam com um estímulo que ativa um receptor sensorial. O receptor envia a informação na forma de potenciais de ação pelos neurônios sensoriais para o SNC [ ~ p. 334]. O SNC é o centro integrador que avalia todas as informações de entrada e seleciona uma resposta apropriada. Então, ele inicia potenciais de ação nos neurônios eferentes para determinar uma resposta dos músculos ou glândulas - os efetores. Uma característica-chave de muitas vias reflexas é aretroalimentação negativa, um conceito que foi apresentado no Capítulo 6 [ ~ p. 203]. Os sinais de retroalimentação provenientes dos receptores nos músculos e nas articulações mantêm o SNC continuamente informado das mudanças de posição do corpo. Alguns reflexos têm um componente antedpatório que permite que o corpo antecipe um estímulo

a. Reflexos monossinápticos têm somente dois neurônios: um aferente (sensoria l) e um eferente. Somente reflexos motores somáticos podem ser monossinápticos. b. Reflexos polissinápticos incluem um ou mais interneurônios entre os neurônios aferente e eferente. Todos os reflexos autonômicos são polissinápticos porque têm três neurônios: um aferente e dois eferentes.

e inicie a resposta [ ~ p. 204]. Apoiar o corpo antes de uma colisão é um exemplo de resposta antecipatória.

Vias reflexas neurais podem ser classificadas de diferentes maneiras As vias reflexas do SNC consistem em cadeias ou redes de neurônios que conectam os receptores sensoriais aos músculos ou glândulas. Os reflexos neurais podem ser classificados de várias maneiras (Tabela 13.1 e ): 1. Pela divisão eferente do sistema nervoso que controla aresposta. Os reflexos que envolvem neurônios motores somáticos e músculos esqueléticos são denominados reflexos somáticos. Os reflexos cujas respostas são controladas pelos neurônios autonômicos são denominados reflexos autonômicos. 2. Pelo local do SNC onde o reflexo é integrado. Os reflexos medulares ou espinais são integrados na medula espinal. Tais reflexos podem ser modulados por sinais provenientes do encéfalo, mas podem ocorrer sem esses sinais. Os reflexos integrados no encéfalo são denominados reflexos cranianos. 3. Pela natureza inata ou aprendida do reflexo. Muitos reflexos são inatos, isto é, nascemos com eles e eles são geneticamente determinados. Por exemplo, o reflexo

13

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(a)

o reflexo monossináptico tem uma única sinapse entre os neurônios aferente e eferente. r Receptor

Estímulo

Centro integrador na medula espinal

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Neurônio somático motor

Resposta

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Célula-alvo efetora

Uma sinapse

Neurônio eferente

(b) Os reflexos polissinápticos têm duas ou mais sinapses.

Sinapse 1 Estímulo

Resposta

e

FIGURA 13-1

Centro integrador na medula espinal

Neurônio sensorial

~•--

Célula-alvo efeto ra

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Sinapse 2

Neurônio eferente

Reflexos motores somáticos monossinápticos e polissinápticos.

patelar, no qual a perna é estendida ("chuta") quando o ligamento da patela é percutido, na borda inferior da patela. Outros reflexos são adquiridos pela experiência [$ p. 323]. O exemplo dos cães de Pavlov que salivavam ao escutarem uma campainha é o exemplo clássico de um reflexo aprendido, também denominado reflexo condicionado.* 4. Pelo número de neurônios que participam na via reflexa. O reflexo mais simples é o reflexo monossináptico, que envolve apenas uma sinapse entre os dois neurônios da via: um neurônio sensorial aferente e um neurônio motor somático eferente. Estes dois neurônios fazem sinapse na medula espinal, permitindo que um sinal iniciado no receptor vá diretamente do neurônio sensorial para o neurônio motor (Fig. 13-la e ). (A sinapse entre o neurônio motor somático e seu músculo-alvo não é considerada.) A maior parte dos reflexos possui três ou mais neurônios na via (e no mínimo duas sinapses), o que leva à sua designação de reflexos polissinápticos (Fig. 13-lb). Os reflexos polissinápticos podem ser muito complexos, com ramificações extensas no SNC formando redes que

O tétano (tetanus, espasmo muscular) é uma doença devastadora causada pela bactéria C/ostridium tetani. Estas bactérias são comumente encontradas no solo e entram no corpo humano através de um corte ou ferida. Quando a bactéria se reproduz nos tecidos, ela libera uma neurotoxina proteica. Esta toxina, chamada de tetanopasmina, é captada pelos term inais axônicos dos neurônios . ,.. . motores somáticos. A tetanospasm1na entao percorre os axon1os até atingir o corpo celular do neurôn io motor na medula espinal. Questão 1: a) A testanoespasmina é uma proteína. Por qual processo ela é captada para dentro dos neurônios? (Dica: $ p. 158) b) Por qual processo a tetanoespasmina percorre o axônio até o corpo celular do neurônio? (Dica: $ p. 252)

447

*N. de T. O reflexo condicionado é um tipo de aprendizado associativo. Há outras formas de aprendizado que não envolvem o condicionamento.

li

456

457

462

463

Fisiologia Humana

I' Estímulo

--+> Receptor

Neurônio sensorial

Todos os reflexos autonômicos são polissinápticos com no mínimo uma sinapse no SNC e outra no gânglio autonômico

Resposta

449

Centro integrador a. no SNC

Neurônio autonômico pré-ganglionar

.,.._ _, Neurônio autonômico pós-ganglionar Célula-alvo

•

FIGURA 13-2

Gânglio autonômico

13

Reflexos autonômicos.

envolvem diversos interneurônios. A divergênda das vias permite que um único estímulo atinja múltiplos alvos (p. 282). A convergência integra os sinais provenientes de múltiplas origens para modular a resposta. Relembre do Capítulo 8 que a modulação nas vias polissinápticas pode envolver inibição ou estimulação [$ p. 284].

REFLEXOS AUTONÔMICOS Os reflexos autonômicos também são conhecidos como reflexos viscerais porque frequentemente envolvem os órgãos internos do corpo. Alguns reflexos viscerais, como a micção e a defecação, são reflexos espinais que podem ocorrer sem sinais provenientes do encéfalo. Entretanto, os reflexos espinais frequentemente são modulados por sinais excitatórias ou inibitórios provenientes do encéfalo, conduzidos por tratos descendentes originados nos centros encefálicos superiores. Por exemplo, a micção pode ser voluntariamente iniciada pelo pensamento consciente, ou pode ser inibida por emoções ou em uma situação de estresse, como a presença de outras pessoas (conhecida como a síndrome da "bexiga envergonhada"). Frequentemente, o controle superior de um reflexo espinal é uma resposta aprendida. O treinamento no uso do banheiro, que aprendemos quando somos crianças, é um exemplo de reflexo aprendido que o SNC usa para modular o reflexo medular da micção. Outros reflexos autonômicos são integrados no encéfalo, primariamente no hipotálamo, no tálamo e no tronco encefálico. Estas regiões contêm centros que coordenam funções necessárias para manter a homeostase, como a frequência cardíaca, a pressão sanguínea, a respiração, o apetite, o balanço hídrico e a manutenção da temperatura corporal [ver Fig. 11-3, $ p. 388]. O tronco encefálico também contém centros integradores para reflexos autonômicos como a salivação, o vômito, o espirro, a tosse, a deglutição e a náusea.

Um tipo interessante de reflexo autonômico é a conversão de estímulos emocionais em respostas viscerais. O sistema límbico [$ p. 312] - o local dos impulsos primitivos, como o sexo, o medo, a raiva, a agressão e a fome - tem sido denominado "cérebro visceral" pelo seu papel nesses reflexos desencadeados pela emoção. Falamos de "gut feelings"* e "frio no estômago" - todas estas são transformações das emoções em sensação somática e função visceral. Outras emoções ligadas a reflexos autonômicos incluem micção, defecação, enrubescimento, palidez e piloereção, na qual músculos minúsculos localizados junto aos folículos pilosos tornam o pelo ereto ("Eu estava tão assustado que o meu cabelo ficou em pé!"). Os reflexos autonômicos são todos polissinápticos, ocorrendo no mínimo uma sinapse no SNC entre o neurônio sensorial e o neurônio autonômico pré-ganglionar, e uma sinapse adicional no gânglio, entre os neurônios préganglionar e pós-ganglionar (Fig. 13-2 e ). Muitos reflexos autonômicos são caracterizados pela atividade tônica, uma sequência contínua de potenciais de ação que geram uma atividade contínua no órgão efetor. Por exemplo, o controle tônico dos vasos sanguíneos apresentado no Capítulo 6 é um exemplo de um reflexo autonômico ativo continuamente [ $ p. 196]. Você encontrará muitos reflexos autonômicos em seu estudo dos sistemas corporais. REVISANDO CONCEITOS 1. Liste os passos gerais de uma via reflexa, incluindo as estruturas anatômicas no sistema nervoso que correspondem a cada passo. 2. Se uma célula hiperpolariza, o seu potencial de membrana torna-se mais positivo ou mais negativo? O potencial se aproxima ou se afasta do limiar? Respostas: p. 466

*N. de T. Literalmente, "gut feelings" significa sentimento "das entranhas" e esta expressão é usada para referir-se à intuição ou pressentimento.

450

Dee Unglaub Silverthorn

~- Neurônios

motores gama provenientes do SNC inervam as fibras intrafusais

As fibras musculares---r~~ extrafusais são fibras contráteis normais

Para o SNC

- Neurôniomotor alfa A região central não - -F== possui miofibrilas

O órgão tendinoso de Golgi localizado entre o músculo --._jh-~IZ e o tendão Tendão - - -...-

Neurônios sensoriais tonicamente ativos enviam informações para o SNC

,._ Neurônios motores gama provenientes do SNC

- - - Fuso muscular ------ As fibras intrafusais estão nos fusos musculares - -- - Fibra extrafusal

(a) Os fusos musculares estão localizados entre as fibras extrafusais do músculo.

(b} Os fusos musculares enviam para o SNC informações sobre o estiramento do músculo.

r - - - - - - - Fibras musculares extrafusais

QUESTÕES DA FIGURA 1. Quando o músculo mostrado em (a) está relaxado, quais neurônios estão disparando? a) neurônio motor gama no fuso muscular b) neurônio sensorial do fuso muscular c) neurônio sensorial do órgão tendinoso de Golgi d) nenhuma das anteriores 2. Que neurônio dispara para causar contração das fibras musculares extrafusais? a) neurônio motor alfa no músculo b) neurônio motor gama no fuso muscular c) neurônio sensorial do fuso muscular d) neurônio sensorial do órgão tendinoso de Golgi e) nenhuma das anteriores

1...+- - Neurônio

aferente

Cápsula Neurônio sensorial

Fibra ---colágena Tendão (c} O órgão tendinoso de Golgi consiste em terminações nervosas sensoriais entremeadas entre as fibras de colágeno.

•

FIGURA 13-3 Os fusos musculares e os órgãos tendinosos de Golgi são receptores sensoriais do músculo.

REFLEXOS DOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS Embora nem sempre estejamos conscientes deles, os reflexos dos músculos esqueléticos estão envolvidos em quase tudo que fazemos. Os receptores que detectam as modificações nos movimentos das articulações, na tensão muscular e no comprimento do músculo geram informações para o SNC, o qual pode responder de dois modos. Se a contração muscular é a resposta apropriada, o SNC ativa neurônios motores somáticos que vão para as fibras musculares. Se o músculo precisa ser relaxado para gerar a resposta, os estímulos sensoriais ativam interneurônios inibitórias no SNC, e estes intemeurônios inibem a atividade dos neurônios motores somáticos que inervam o músculo. Lembre-se de que a excitação dos neurônios motores somáticos sempre causa contração na musculatura esque-

lética [ $ p. 417]. Não existe neurônio inibitório que faça sinapse nos músculos esqueléticos para causar o seu relaxamento. Em vez disso, o relaxamento resulta da ausência de sinal excitatório do neurônio motor somático. A inibição e a excitação dos neurônios motores somáticos e dos músculos esqueléticos a eles associados devem ocorrem em sinapses dentro do SNC. Os reflexos dos músculos esqueléticos têm os seguintes componentes: 1. Os receptores sensoriais, conhecidos como proprioceptores, estão localizados nos músculos esqueléticos, nas cápsulas articulares e nos ligamentos. Eles monitoram a posição dos nossos membros no espaço, os nossos movimentos, e o esforço exercido ao levantarmos objetos. 2. Os neurônios sensoriais levam os sinais dos proprioceptores para o SNC.

Fisiologia Humana

3. O SNC integra o sinal de entrada usando redes e vias de interneurônios excitatórios e inibitórias. Em um reflexo, a informação sensorial é integrada e gera resposta inconscientemente. Entretanto, algumas informações sensoriais podem ser integradas no córtex cerebral e se tornarem percepção, e alguns reflexos podem ser modulados por estímulos conscientes. 4. Os neurônios motores somáticos conduzem os sinais de saída. Os neurônios motores somáticos que inervam as fibras contráteis do músculo esquelético são denominados neurônios motores alfa (Fig. 13-3a e ). 5. Os efetores são fibras musculares esqueléticas contráteis, também conhecidas como fibras musculares extrafusais. Os potenciais de ação dos neurônios motores alfa causam a contração das fibras extrafusais. Três tipos de proprioceptores são encontrados no corpo: fusos musculares, órgãos tendinosos de Golgi e receptores articulares. Os receptores articulares são encontrados nas cápsulas e nos ligamentos ao redor das articulações. Eles são estimulados por deformações mecânicas que acompanham mudanças na posição relativa dos ossos unidos por articulações flexíveis. A informação sensorial gerada nos receptores articulares é integrada primariamente no cerebelo. Nas duas próximas seções, examinamos a função do fuso muscular e do órgão tendinoso de Golgi, dois receptores interessantes e únicos. Estes receptores estão dispostos dentro do músculo esquelético e detectam mudanças no comprimento e na tensão do músculo. Suas informações sensoriais desencadeiam reflexos musculares.

Os fusos musculares respondem ao estiramento do músculo Os fusos musculares são receptores de estiramento que enviam informações para a medula espinal e para o encéfalo sobre o comprimento do músculo e suas modificações. Eles são estruturas pequenas e alongadas que estão dispostas entre as fibras contráteis extrafusais do músculo e arranjadas paralelamente a elas. (Fig. 133a e ). Com exceção de um músculo da mandíbula, todos os músculos esqueléticos possuem muitos fusos musculares. Por exemplo, um pequeno músculo do dedo indicador de um humano recém-nascido tem em média 50 fusos. Cada fuso consiste em uma cápsula de tecido conectivo que engloba um grupo de pequenas fibras musculares conhecidas como fibras intrafusais (intra-, dentro + fitsus, fuso). As fibras musculares intrafusais são modificadas de modo que as suas extremidades são contráteis, mas a região central não possui miofibrilas (Fig. 13-3b e ). As extremidades contráteis das fibras intrafusais têm sua própria inervação via neurônios motores gama. A região central não contrátil de cada fibra intrafusal é envolvida por terminações nervosas sensoriais que são estimuladas pelo estiramento. Esses neurônios sensoriais se projetam para a medula espinal e fazem sinapse diretamente com os neurônios motores alfa que inervam o músculo no qual os fusos estão. Quando um músculo está no seu comprimento de repouso, a região central de cada fuso muscular está estirada

451

o suficiente para ativar as fibras sensoriais (Fig. 13-4a e ). Como resultado, os neurônios sensoriais dos fusos são tonicamente ativos, enviando uma série contínua de potenciais de ação para o SNC. Por causa desta atividade tônica, mesmo um músculo em repouso mantém um certo nível de tensão, conhecido como tônus muscular. Os fusos musculares estão ancorados em paralelo às fibras musculares extrafusais. Qualquer movimento que aumenta o comprimento do músculo também estira os fusos musculares, fazendo com que suas fibras sensoriais disparem com maior frequência (Fig. 13-4b). Isto gera uma contração reflexa do músculo, que impede o dano devido ao superestiramento. A via reflexa pela qual o estiramento muscular inicia uma resposta de contração é conhecida como reflexo de estiramento. R VISANDO CONCEITOS 3. Usando as etapas padrão de uma via reflexa (estímulo, receptor, e assim por diante), desenhe um mapa do reflexo de estiramento. Resposta: p. 466

Se o estiramento ativa os fusos musculares, o que acontece com a atividade do fuso quando um músculo em repouso contrai e encurta? Você poderia supor que a diminuição da tensão no centro das fibras intrafusais faz com que os neurônios aferentes tenham menores taxas de disparo ou mesmo interrompam completamente os disparos, como mostrado na Fig. 13-5b • (quando a atividade do motoneurônio gama é abolid.a). Entretanto, a presença do neurônio motor gama em um músculo normal, mantém os fusos musculares ati-

vos, não importando qual o comprimento do músculo.

FOCO CLINICO "

REFLEXOS E TONUS MUSCULAR Os médicos usam os reflexos para investigar as condições do sistema nervoso e dos músculos. Para um reflexo ser normal, deve existir uma condução normal por todos os neurôn ios da via, uma transm issão sináptica norma l na junção neuromuscu lar e contração muscular normal. Um reflexo que está ausente ou anormalmente lento, ou maior do que o normal (hiperativo), sugere a presença de uma doença. Curiosamente, nem todos os reflexos anormais são causados por distúrbios neuromusculares. Por exemplo, o relaxamento lento do reflexo de flexão do tornozelo sugere hipotireoidismo. (O mecanismo celular que associa os baixos níveis de hormônios da tireoide e os reflexos lentos não é conhecido). Além dos reflexos, os médicos também podem testar o tônus muscular. Mesmo quando estão relaxados e em repouso, os músculos possuem uma certa resistência ao estiramento, devido à atividade contínua (tôn ica) dos neurônios motores alfa. Se o tônus muscular está ausente ou se o músculo resiste ao ser estirada passivamente pelo examinador (aumento do tônus), é provável que exista um problema com as vias que controlam a contração muscular.

13

452

Dee Unglaub Silverthorn

Comprimento de repouso das fibras musculares extrafusais. Terminações ----... nervosas sensoriais

O neurônio sensorial é ativo tonicamente.

Neurônio sensorial

Fibras intrafusais - -+-*= do fuso muscular

A medula espinal integra a função. Neurônio motor alfa Os neurônios motores alfa que se dirigem para as fibras extrafusais recebem sinais tônicos dos fusos musculares.

Medula espinal

o

As fibras extrafusais mantêm um certo nível de tensão mesmo no repouso.

{a) Os fusos estão disparando mesmo quando o músculo está relaxado.

Comprimento do músculo

•

Potenciais de açao no neuron10 sensorial do fuso -

A

'

O músculo retorna ao comprimento inicial

O músculo é estirado

• (1)

(2)

..------- ' A frequência ~ ......

Estiramento ·· do músculo

Aumento dos sinais aferentes para a medula espinal

Medula espinal

•

; Aumento da { saída eferente 1 de disparo 1 ---j•~l O músculo pelos r--~~11r-- : dos neu~ô~ios : contrai neuron1os 1 1 sensoriais 1 motores alfa : aferentes ; ', diminui .,,, / A

'

_______

Retroalimentação negativa

{b) O estiramento do músculo pode desencadear um reflexo de estiramento, o qual contrai o estiramento excessivo.

•

FIGURA 13-4 O fuso muscular monitora o comprimento do músculo e impede o estiramento excessivo.

Quando os neurônios motores alfa disparam, o músculo encurta e diminui a tensão na cápsula do fuso muscular (Fig. 13-Sa). Simultaneamente, os neurônios motores gama que inervam as extremidades contráteis do fuso muscular disparam, o que contrai e encurta as extremidades das fibras intrafusais. A contração das extremidades do fuso estiram a

região central do fuso e mantém a atividade das terminações nervosas sensoriais. Consequentemente, o fuso permanece ativo mesmo quando o músculo contrai. A excitação dos neurônios motores gama e dos neurônios motores alfa ao mesmo tempo é um processo conhecido como coativação alfa-gama.

Fisiologia Humana

453

(a) A coativação alfa-gama mantém a função do fuso quando o músculo contrai.

O neurônio motor alfa dispara e o neurônio motor gama também dispara.

Músculo encurta

T

Comprimento do músculo

O músculo contrai. As fibras intrafusais não afrouxam e a frequência de disparo permanece constante O estiramento no centro das fibras intrafusais não muda. A frequência de disparo do neurônio aferente permanece constante.

Po~:n~~~~

11 111111111111111111 11111

do neurônio à sensorial ._____ M_ú_s_cu_l_ o _e_n_ cu_rt_a_ _ _ _ __ do fuso ----Tempo--+-

(b) Sem neurônios motores gama, a contração do músculo diminui a frequência de disparo do fuso.

O neurônio motor alfa dispara. O músculo contrai.

Menos estiramento no centro das fibras intrafusais. A frequência de disparo diminui no neurônio sensorial do fuso.

•

Músculo encurta Comprimento do músculo

13

T

Menos estiramento nas fibras Potencial de ação intrafusais ~

l l ll i

1

1

Potenciais de ação do neurônio sensorial ~--M_ú_s_ cu_l_ o _e_n_ cu_rt_a_ _ _ _ __ do fuso - - - Tempo - -+-

FIGURA 13-5 Coativação alfa-gama. Os neurônios motores gama inervam as fibras musculares das extremidades dos fusos musculares. A coativação alfa-gama mantém o fuso estirado quando o músculo se contrai.

Um exemplo de como o fuso muscular funciona durante um reflexo de estiramento é mostrado na Figura 13-6a-c e. Você pode demonstrar para você mesmo com um amigo que não saiba o que você vai fazer. Peça para o seu amigo ficar de pé, fechar os olhos e estender um braço em um ângulo de 90º com o cotovelo e com a palma da mão para cima. Coloque um pequeno livro ou outro objeto plano na mão estendida dele e observe os músculos do braço se contraírem para compensar o peso que foi adicionado. Então, subitamente, coloque outro livro mais pesado na mão dele. O peso adicinado empurra a mão para baixo estirando o músculo bíceps braquial e ativando seus fusos musculares. O estímulo sensorial vai para a medula espinal, que então ativa os neurônios motores alfa que inervam o músculo bíceps braquial. O bíceps braquial irá se contrair, trazendo o braço de volta para sua posição original.

Os órgãos tendinosos de Golgi respondem à tensão muscular Um segundo tipo de proprioceptor do músculo é o órgão tendinoso de Golgi. Estes receptores são encontrados na

junção entre os tendões e as fibras musculares e estão dispostos em série com as fibras musculares. Os órgãos tendinosos de Golgi respondem principalmente à tensão que um músculo desenvolve durante uma contração isométrica, e causam um relaxamento reflexo. Esta resposta é o oposto da contração reflexa causada pelos fusos musculares. Ao contrário dos fusos musculares, o órgão tendinoso de Golgi é relativamente insensível ao estiramento do músculo. Os órgãos tendinosos de Golgi são compostos por terminações nervosas livres que se dispõem entre as fibras colágenas e estão dentro de uma cápsula de tecido conectivo (Fig. 13-3c). Quando um músculo contrai, seus tendões atuam como um componente elástico durante a fase isométrica da contração [ $ p. 428]. A contração traciona as fibras de colágeno dentro do órgão tendinoso de Golgi, comprimindo as terminações sensoriais dos neurônios aferentes e fazendo com que elas disparem. O estímulo aferente proveniente da ativação do órgão tendinoso de Golgi estimula os interneurônios inibitórios na medula espinal. Os interneurônios inibem os neurônios

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Dee Unglaub Silverthorn

O reflexo do fuso muscular: a adição de uma carga estira o músculo e os fusos, gerando uma contração reflexa. Neurônio sensorial

Fuso

Medula espinal

\

\

\

1

\

Carga adicional

•

Neurônio motor Músculo ::;;;.--

t

• ,,_.

(a) Adição de carga ao músculo.

(e) A contração reflexa iniciada pelos fusos musculares restaura a posição do braço.

{b) O músculo e o fuso muscular estiram quando o braço estende.

O reflexo tendinoso de Golgi protege o músculo contra cargas excessivas, causando relaxamento do músculo e fazendo com que a carga caia. lnterneurônio inib itório

O neurônio proveniente do órgão tendinoso de Golgi dispara potenciais.

Músculo contrai

\

.-

O neurônio motor é inibido.

Neurônio motor Órgão tendinoso de Golgi

r-~-­

{d) A contração muscular estira o órgão tendinoso de Golgi.

•

FIGURA 13-6

t

O músculo relaxa.

(e) Se uma carga excessiva é colocada no músculo, o reflexo tendinoso de Golgi causa relaxamento para proteger o músculo.

,

A carga cai.

Os reflexos musculares ajudam a evitar danos ao músculo.

motores alfa que inervam o músculo, e a contração muscular diminui ou cessa. Em muitas circunstâncias, este reflexo diminui a contração muscular à medida que a força de contração aumenta. Em outras circunstâncias, os órgãos tendinosos de Golgi impedem a contração excessiva que poderia causar lesão muscular. Pense no exemplo do livro colocado sobre a mão estendida. Se sustentar o peso adicionado exigir mais tensão do que o músculo pode desenvolver, os órgãos tendinosos de Golgi responderão quando a tensão muscular estiver próxima ao seu máximo. O órgão tendinoso de Golgi desencadeia o reflexo de inibição dos neurônios motores do bíceps braquial fazendo com que o bíceps relaxe e o braço caia. Desse modo, a pessoa deixa cair o peso adicionado antes que as fibras musculares sejam lesadas (Fig. 13.6d, e e ). O órgão tendinoso de Golgi é uma fonte importante de sinais inibitórias para os neurônios motores alfa.

R · VISANDO CONCEITOS Utilizando as etapas-padrão de uma via reflexa, crie um mapa mostrando a coativação alfa-gama e o reflexo do órgão tendinoso de Golgi. Comece co m o estímulo "DisResposta: p. 466 paro do neurônio mot or alfa".

Os reflexos de estiramento e a inibição recíproca controlam o movimento de uma articulação O movimento das articulações mais flexíveis é controlado por grupos musculares antagonistas e sinérgicos que atuam de modo coordenado. Os neurônios sensoriais aferentes provenientes dos receptores musculares e os neurônios motores eferentes que controlam o músculo são ligados por vias divergentes e convergentes de interneurônios que estão na medula espinal. O conjunto de vias que controlam uma única articulação é denominado unidade miotática (myo-, músculo + tasis, estiramento).

Fisiologia Humana

r

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Centro integrador: o neurônio sensorial faz sinapse na medula espinal.

Via aferente: potenciais de ação percorrem o neurônio sensorial. ) Receptor: o fuso muscular estira e dispara.

Estímulo: a percussão do tendão estira o músculo.

O reflexo patelar ilustra um reflexo de estiramento monossináptico e a inibição recíproca de músculos antagonistas. Via eferente 1 : neurônio motor somático

1 1

vai• para _ ____,

Efetor 1 : músculo quadríceps femoral Via eferente 2: interneurônio inibindo o neurônio motor somático . Resposta: o músculo quadríceps femoral contrai, movendo a perna ara a frente.

/

\ \ \

Efetor 2: Músculos posteriores da coxa

1 1

1 1 J J I I I I I I 1 1 \

1 1 1 J / /

\

/

\ I

/

I /

•

FIGURA 13-7

---

/

Resposta: os músculos posteriores da coxa permanecem relaxados, permitindo a extensão da perna (inibição recíproca).

Reflexo patelar.

O reflexo mais simples em uma unidade miotática é o reflexo de estiramento monossináptico, o qual envolve somente dois neurônios: o neurônio sensorial do fuso muscular e o neurônio motor somático que se dirige para o músculo. O reflexo patelar é um exemplo de reflexo de estiramento monossináptico (Fig. 13-7 e ). Para demonstrar o reflexo patelar, uma pessoa senta na borda de uma mesa de modo que as pernas fiquem penduradas e relaxadas. Quando o tendão da patela, situado abaixo da patela, é percutido com um pequeno martelo de borracha, a percussão estira o músculo quadríceps femoral localizado no compartimento anterior da coxa. Este estiramento ativa os fusos musculares e envia potenciais de ação por fibras sensoriais até a medula espinal. O neurônio sensorial faz sinapse diretamente com os neurônios motores que controlam a contração do músculo quadríceps femoral (um reflexo monossináptico). A excitação dos neurônios motores faz com que as unidades motoras do quadríceps femoral se contraiam e a perna é puxada para a frente. Para a contração muscular estender a perna, também deve ocorrer o relaxamento dos músculos flexores antago-

nistas (inibição recíproca). Na perna, isto exige o relaxamento dos músculos posteriores da coxa. O único estímulo de percussão do tendão realiza ambos, a contração do quadríceps femoral e a inibição recíproca dos músculos posteriores da coxa. As fibras sensoriais se ramificam ao entrarem na medula espinal. Algumas das ramificações ativam neurônios motores que inervam o quadríceps femoral, ao passo que outras ramificações fazem sinapse com interneurônios inibitórios. Os interneurônios inibitórios suprimem a atividade dos neurônios motores que controlam os músculos posteriores da coxa (um reflexo polissináptico). O resultado é o relaxamento dos músculos posteriores da coxa, o que permite que a contração do quadríceps femoral ocorra sem oposição.

Os reflexos de flexão afastam os membros de um estímulo doloroso Os reflexos de flexão são vias reflexas polissinápticas que fazem com que um braço ou perna sejam afastados de um estímulo doloroso, como uma alfinetada ou um fogão quente. Tais

13

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Dee Unglaub Silverthorn

Medula espinal

Vias ascendentes para o encéfalo ~

Substância cinzenta Substância branca

i - --r--- Neurôn io ~

Medula espinal

sensorial O estímulo doloroso ativa o nociceptor.

O neurônio sensorial primário entra na medula espinal e diverge.

~

Nociceptor

~tím~

,------____, Neurônios motores alfa

doloroso

o

,

/

'

......,•

Extensores inibidos ---::z:

Os flexores contraem movendo o pé para longe do estímulo doloroso.

•

-~

O reflexo de retirada afasta o pé do estímulo doloroso.

/ ~

+..-..:~--

Um colateral ativa vias ascendentes da sensação (dor) e do ajuste postural (mudança no centro de gravidade).

O reflexo extensor cruzado sustenta o corpo à medida que o peso é transferido para longe do estímulo doloroso.

Os extensores contraem à medida que o peso é transferido para a perna esquerda.

,___ Os flexores são inibidos

Um reflexo de f lexão em um membro causa a extensão no membro oposto pelo reflexo extensor cruzado. A coordenação dos reflexos com os ajustes posturais é essencia l para manter o equ ilíbrio. FIGURA 13-8

reflexos, assim como o reflexo de inibição recíproca já descrito, contam com vias divergentes na medula espinal. A Figura 13-8 • usa o exemplo de pisar em um prego para ilustrar um reflexo de flexão. Quando o pé entra em contato com a ponta do prego, nociceptores (receptores de dor) presentes no pé enviam informação sensorial para a medula espinal. Lá o sinal diverge ativando vários interneurônios excitatórias. Alguns destes interneurônios excitam neurônios motores alfa, levando à contração dos músculos flexores do membro estimulado. Outros interneurônios ativam simultaneamente interneurônios inibitórias que causam o relaxamento dos grupos de músculos antagonistas. Devido a essa inibição recíproca, o membro é flexionado e afastado do estímulo doloroso. Este tipo de reflexo necessita de mais tempo do que um reflexo de estiramento (reflexo patelar), porque é um reflexo polissináptico, ao invés de monossináptico.

Uma vez na medula espinal, a tetanospaesmina é liberada do neurôn io motor. Ela então bloqueia seletivamente a liberação dos neurotransmissores nas sinapses in ibitórias. Os pacientes com tétano apresentam espasmos musculares que começam na mandíbu la e podem f inalmente afetar todo o corpo. Quando as extremidades são envolvidas, os braços e as pernas passam a apresentar espasmos dolorosos e rigidez. Questão2: Usando as vias reflexas esquematizadas nas Figuras 13-7 e 13-8, explique por que a inibição dos interneurônios inibitórias pode resultar em espasmos musculares incontroláveis?

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Fisiologia Humana

457

R VISANDO CONCEITOS 5. Desenhe um mapa do reflexo de f lexão iniciando por um estímulo doloroso na planta do pé Resposta: p. 466

Os reflexos de flexão, particularmente nas pernas, em geral são acompanhados por um reflexo extensor cruzado, um reflexo postural que ajuda a manter o equilíbrio quando um pé é levantado do chão. Neste reflexo, também mostrado na Figura 13-8, a retirada rápida do pé direito do estímulo doloroso (um prego) está associada à extensão da perna esquerda que passa a sustentar a mudança súbita no peso. Os músculos extensores contraem para sustentar a perna esquerda e relaxam na perna direita, enquanto ocorre o contrário nos músculos flexores. Observe na Figura 13-8 como o neurônio sensorial faz sinapse com vários interneurônios. A divergência do sinal sensorial permite que um único estímulo controle dois conjuntos de músculos antagonistas e envie informação sensorial para o encéfalo. Este tipo de reflexo complexo com múltiplas interações neuronais é mais típico dos nossos reflexos do que o reflexo patelar monossináptico simples. Na próxima seção, vemos como o SNC controla os movimentos que variam desde reflexos involuntários a movimentos voluntários complexos, como dançar, lançar uma bola ou tocar um instrumento musical. R VISANDO CONCEITOS Adicione no mapa que você criou na questão anterior o reflexo extensor cruzado na perna que está suportando o peso corporal. 7. Quando você pega um objeto pesado, quais dos seguintes neurônios estão at ivos no seu músculo bíceps braquial: neurônio motor alfa, neurônio motor gama, neurônios aferentes do f uso muscular ou neurônios aferentes do órgão tendinoso de Golgi? 8. O que diferencia um reflexo de estiramento de um reflexo extensor cruzado? Respostas: p. 466

CONTROLE INTEGRADO DO MOVIMENTO CORPORAL A maioria de nós nunca pensou sobre como o nosso corpo traduz nossos pensamentos em ações. Mesmo o movimento mais simples requer um tempo adequado para que os grupos musculares sinergistas e antagonistas se contraiam em uma sequência apropriada e no grau apropriado. Adicionalmente, o corpo deve ajustar continuamente a sua posição para compensar as diferenças entre o movimento pretendido e o movimento real. Por exemplo, o arremessador de beisebol retira o pé da base ao lançar uma bola baixa, mas ao fazer isto ele escorrega na grama molhada. O seu encéfalo compensa rapidamente a mudança inesperada de posição por meio de uma atividade muscular reflexa e, deste modo, ele permanece de pé para interceptar a bola. Os músculos esqueléticos não podem se comunicar diretamente um com o outro, então eles enviam mensagens para o SNC permitindo que os centros integradores façam o controle do movimento. A maioria dos movimentos corpo-

Dra. Ling colocou a Sra. Evans na Un idade de Tratamento Intensivo e min istrou uma antitoxina contra o tétano para desativar qualquer toxina que ainda não tivesse entrado nos neurôn ios motores. A paciente também recebeu pen icil ina, um antibiótico que mata as bactérias, e relaxantes musculares. Apesar desses tratamentos, no terceiro dia, a Sra. Evans ainda tinha dif iculdade de respirar como consequência dos espasmos nos músculos do tórax. Dra. Ling chamou o chefe da anestesiologia para administ rar metacurina, um medicamento similar ao curare. O curare e a metacurina induzem uma paralisia temporária dos músculos, ligando-se a receptores de ACh na placa motora terminal. Pacientes tratados com metacurina precisam ser colocados em respiradores artificiais que respiram por eles Para pessoas com tétano, entretanto, a metocurina pode temporariamente diminuir os espasmos musculares, permitindo a recuperação do corpo. /1

11

•

Questão 3: a) Por que a metacurina ligada aos receptores da ACh na placa motora terminal induz a paralisia muscular? (Dica: Qual a função da ACh na transmissão sináptica.) b) A metacurina é um agonista ou um antagonista da ACh?

447

448

456

462

463

rais são respostas integradas coordenadas que necessitam de sinais oriundos de diversas regiões do encéfalo. Nesta seção, examinamos alguns centros integradores do SNC que são responsáveis pelo controle do movimento corporal.

O movimento pode ser classificado como reflexo, voluntário ou rítmico O movimento pode ser classificado imprecisamente em três categorias: movimento reflexo, movimento voluntário e movimento rítmico (Tabela 13-2 e ). Os movimentos reflexos são os menos complexos e são integrados principalmente na medula espinal (como exemplo, veja o reflexo patelar na Fig. 13-7). Entretanto, como outros reflexos espinais, os movimentos reflexos podem ser modulados por sinais provenientes de centros superiores do encéfalo. Além disso, os sinais sensoriais que iniciam movimentos reflexos, como as informações dos fusos musculares e dos órgãos tendinosos de Golgi, vão para o encéfalo e participam da coordenação de movimentos voluntários e de reflexos posturais. Os reflexos posturais que nos ajudam a manter a posição do corpo, quando ficamos parados ou nos movimentamos no espaço, são integrados no tronco encefálico. Eles necessitam de estímulos sensoriais contínuos dos sistemas sensoriais visual e vestibular (orelha interna) e dos próprios músculos [$ p. 363]. Os receptores dos músculos, dos tendões e das articulares fornecem informações sobre a propriocepção, a po-

13

458

Dee Unglaub Silverthorn

Tipos de movimento REFLEXO

VOLUNTÁRIO

RÍTMICO

Estímulo que inicia o movimento

Principalmente externos via receptores sensoriais; minimamente voluntário

Estímulos externos ou voluntários

Início e finalização voluntária

Exemplo

Reflexo patelar, da tosse e reflexos posturais

Tocar piano

Caminhar, correr

Complexidade

Menos complexo; integrado na medu la espinal ou no tronco encefá lico com modulação de centros superiores

Mais complexo; integrado no córtex cerebral

Complexidade intermed iária; integrado na medula espinal, sendo necessário sinais de centros superiores

Observações

Inato, rápido

Movimentos aprendidos que melhoram com a prática; uma vez aprendidos, podem tornar-se inconscientes ("memória muscu lar")

Circuitos espinais atuam como geradores de padrões; a ativação destas vias exige sinais do tronco encefálico

sição de diversas partes do corpo umas em relação às outras. Você pode dizer se o seu braço está dobrado mesmo quando você está de olhos fechados, porque estes receptores fornecem informação para o cérebro sobre a posição do seu corpo. As informações provenientes do vestíbulo e da visão ajudam a manter a nossa posição no espaço. Por exemplo, usamos o horizonte para nossa orientação espacial com relação ao chão. Na ausência da visão, nós contamos com as informações táteis. Pessoas que tentam se movimentar em uma sala escura instintivamente buscam uma parede ou algum móvel que as ajudem a se orientar. Sem a visão e o tato, nossa orientação pode falhar. A falta destas informações é o que faz com que os aviões não possam ser pilotados sem instrumentos quando há neblina ou muitas nuvens. O efeito da gravidade no vestíbulo é um sinal fraco quando comparado com a informação visual e tátil que os pilotos podem obter quando estão voando de cabeça para baixo em relação ao solo. Os movimentos voluntários são o tipo mais complexo de movimento. Eles necessitam de integração no córtex cerebral e podem ser iniciados pela vontade, sem um estímulo externo. Um movimento voluntário aprendido melhora com a prática, e algumas vezes se torna involuntário, como os reflexos. Pense sobre aprender a andar de bicicleta. Pode ser difícil no início, mas uma vez que você tenha aprendido a mover o pedal uniformemente e se equilibrar, os movimentos se tornam automáticos. "Memória muscular" é o nome que dançarinos e atletas dão à capacidade do encéfalo inconsciente de reproduzir posições e movimentos voluntários aprendidos. Os movimentos rítmicos, como caminhar ou correr, são uma combinação de movimentos reflexos e movimentos voluntários. Os movimentos rítmicos são iniciados e terminados por estímulos oriundos do córtex cerebral, mas, uma vez ativados, redes de interneurônios do SNC, chamados de geradores de centrais de padrões (CPGs),

mantêm a atividade rítmica (como mudar de caminhar para saltar), também são iniciadas por estímulos provenientes do córtex cerebral. Como analogia, pense em um coelho movido a bateria. Quando o coelho é ligado, ele começa a saltitar e continua saltitando repetitivamente até que seja desligado (ou que a bateria termine). Em humanos, os movimentos controlados pelos geradores centrais de padrões incluem a locomoção e o ritmo inconsciente da respiração em repouso. Um animal paralisado por uma lesão na medula espinal é incapaz de caminhar porque o dano das vias descendentes bloqueia o sinal "iniciar a caminhar" proveniente do encéfalo para os neurônios motores da medula espinal que controlam as patas. Entretanto, esses animais paralisados podem caminhar se eles forem suspensos em uma esteira rolante e receberem um estímulo elétrico para ativar os neurônios CPGs espinais que controlam esses movimentos. Quando a esteira rolante move as patas do animal, os CPGs, reforçados por sinais sensoriais originados nos fusos musculares, geram a contração dos músculos das patas. A habilidade dos geradores centrais de padrões de sustentar um movimento rítmico, sem entrada sensorial contínua, tem sido importante na pesquisa de lesões da medula espinal. Os pesquisadores estão tentando aproveitar os CPGs e os reflexos rítmicos em pessoas com lesões na medula espinal estimulando artificialmente porções da medula espinal para restaurar o movimento dos membros paralisados. A distinção entre movimento rítmico, voluntário e reflexo nem sempre é nítida. A precisão dos movimentos voluntários pode ser aperfeiçoada com a prática, do mesmo modo que alguns movimentos reflexos. Os movimentos voluntários, uma vez aprendidos, podem-se tornar reflexos. Além disso, a maioria dos movimentos voluntários necessita de informações contínuas dos reflexos posturais. Os reflexos antecipatórios permitem que o corpo se prepare para um movimento vo-

Fisiologia Humana

459

Controle neural do movimento ENVIA SINAIS INTEGRATIVOS PARA

LOCALIZAÇÃO

PAPEL

RECEBE SINAIS DE

Medula espinal

Reflexos espinais: geradores do padrão locomotor

Receptores sensoriais

Tronco encefálico, cerebelo, tálamo/córtex cerebra l

Tronco encefálico

Postura, movimentos das mãos e dos olhos

Cerebelo, receptores sensoriais visuais e vestibulares

Medula espinal

Áreas motoras do córtex cerebral

Planejamento e coordenação de movimentos complexos

Tálamo

Tronco encefálico, medu la espina l (trato corticospinal), cerebelo, núcleos da base

Cerebelo

Monitora sinais provenientes das áreas motoras e ajusta os movimentos

Medula espinal (sensorial), córtex cerebral (comando)

Tronco encefá lico, córtex cerebral (observação: todos os sinais enviados são inibitórios)

Tálamo

Contém núcleos retransmissores que modulam e levam mensagens para o córtex cerebra l

Núcleos da base, cerebelo, medula espina l

Córtex cerebral

Núcleos da base

Planejamento motor

Córtex cerebral

Córtex cerebral, tronco encefál ico

luntário, e são usados mecanismos de retroalimentação para gerar movimentos contínuos e uniformes. A coordenação do movimento exige a cooperação de muitas áreas do encéfalo.

Comportamentos, como o movimento, necessitam do conhecimento da posição do corpo no espaço (onde eu estou?), de uma decisão sobre qual movimento será executado (o que eu farei?), de um plano para executar o movimento (como eu faço

O SNC integra o movimento Existem três níveis de controle do movimento no sistema nervoso: (1) a medula espinal, que integra reflexos espinais e possui geradores centrais de padrões; (2) o tronco encefálico e o cerebelo, que controlam os reflexos posturais e os movimentos das mãos e dos olhos; e (3) o córtex cerebral e os núcleos da base [$ p. 312], que são responsáveis pelos movimentos voluntários. O tálamo retransmite e modifica sinais provenientes da medula espinal, dos núcleos da base, do cerebelo e do córtex cerebral (Tabela 13-3 e ). Os movimentos reflexos não necessitam de estímulo proveniente do córtex cerebral. Proprioceptores, como os fusos musculares, órgãos tendinosos de Golgi e receptores das cápsulas articulares, fornecem informação para a medula espinal, o tronco encefálico e o cerebelo (Fig. 13-9 e ). O tronco encefálico é o encarregado dos reflexos posturais e dos movimentos das mãos e dos olhos. Ele também recebe comandos vindos do cerebelo, a parte do encéfalo responsável pelo "ajuste fino" do movimento. O resultado é o movimento reflexo. Entretanto, algumas informações sensoriais são enviadas por vias ascendentes para áreas sensoriais do córtex, onde elas podem ser usadas para planejar movimentos voluntários. Os movimentos voluntários necessitam da coordenação entre o córtex cerebral, o cerebelo e os núcleos da base. O controle do movimento voluntário pode ser dividido em três etapas: (1) tomada de decisão e planejamento; (2) iniciação do movimento, e (3) execução do movimento (Fig.13-10 e ). O córtex cerebral tem um papel-chave nas duas primeiras etapas.

'

Cérebro

Areas sensoriais do córtex cerebral ,

Tálamo ,'

Reflexos posturais movimentos das ' mãos e dos olhos Cerebelo

--

o

Tronco encefál ico • '

e

,

Medula espinal

/' Receptores .. sensoriais Sinal

~' --..,

Contração muscular e movimentos

.. _________ _.,,.,

, 7

Retroalimentação

O O estímulo sensorial (- -•) E) Os reflexos medulares e dos receptores vai para a medula espinal, o córtex cerebral e o cerebelo. Os sinais do vestíbulo vão diretamente para o cerebelo.

•

FIGURA 13-9

posturais não necessitam de integração no córtex. Os sinais de saída ( >) iniciam o movimento sem estímulo superior.

Integração dos reflexos musculares.

13

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Dee Unglaub Silverthorn

PLANEJAMENTO DO MOVIMENTO

- DO INICIAÇAO

EXECUÇAO DO

MOVIMENTO

MOVIMENTO

,' -----------------~ '

Núcleos da base lt

''

,

Ideia

Areas de - associação cortical

Cerebelo

I 1

''

.

1 1 •

t

''

Córtex motor

''

1

1 1

\

1 1 1 1

\ \

\

•

Cerebelo LEGENDA

------->

·----~

Vias de retroai imentação

isto?) e da capacidade de manter o plano na memória por tempo suficiente para executá-lo (agora, o que eu estava fazendo?). Assim como nos movimentos reflexos, a retroalimentação sensorial é usada para refinar o processo continuamente. Vamos voltar ao jogador de beisebol e observar o processo em que ele decide se vai lançar uma bola rápida ou uma bola lenta e curva. Permanecendo fora da base, o arremeçador está atento ao ambiente ao seu redor: os outros jogadores no campo, o rebatedor, a poeira embaixo dos seus pés. Com o auxílio da informação somatossensorial e visual, ele está consciente da sua posição corporal enviada para áreas sensoriais do córtex quando se estabiliza para o arremesso (Fig. 13-11 e ). Decidir qual o tipo de arremesso e antecipar as consequências ocupa muitas vias do seu córtex pré-frontal e das áreas de associação. Essas vias passam pelos núcleos da base e tálamo para sofrerem modulação antes de retomarem para o córtex.

Uma vez que o arremessador decida arremessar uma bola rápida, o córtex motor se encarrega de organizar a execução desse movimento complexo. Para iniciar o movimento, a informação descendente proveniente das áreas motoras de associação e do córtex cerebral vão para o tronco encefálico, a medula espinal e o cerebelo. O cerebelo ajuda a fazer ajustes posturais integrando a retroalimentação que provém de receptores sensoriais periféricos. Os núcleos da base auxiliam as áreas do córtex motor no planejamento do arremesso e também fornecem informações para o tronco encefálico sobre a postura, a marcha e o equilíbrio. A decisão de arremessar uma bola rápida agora é traduzida em potenciais de ação que percorrem o trato corticospinal, composto por um grupo de interneurônios que controla os movimentos voluntários, que vai do córtex motor para a medula espinal, onde fazem sinapse diretamente

o •Córtex pré-frontal -e: • , • Areas motoras de associação Núcleos da base

O

Entrada sensorial

Córtex motor -e: •

-~-----........,

Medula espinal

FIGURA 13-11

-•>

Saída

- - ->-

Retroalimentação

Planejamento e tomada de decisão

Coordenação e ajuste temporal: entrada cerebelar

Tronco encefál ico

•

Córtex sensorial ~ ~

Tálamo

LEGENDA -~• Entrada

FIGURA 13-10 Controle do SNC dos movimentos voluntários. Os movimentos voluntários podem ser divididos em três fases: planejamento, iniciação e execução. A retroalimentação sensorial permite que o encéfalo corrija qualquer divergência entre o movimento planejado e o movimento real.

Movimento

. ~

li-

'

1

1

, , , , , , , , ,,

'

e

..

Execução: influência extrapiramidal sobre a postura, o equilíbrio e a marcha

~------1 1 1 1 1 1 1

Contração muscular e movimento

Execução: trato corticospinal para os músculos esqueléticos

Cerebelo

o

__ • Receptores ____ • . . sensoriais

Controle dos movimentos voluntários.

Retroalimentação contínua

Fisiologia Humana

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Córtex motor primário do hemisfério ,~, esquerdo do cérebro

,

''

Nervos cranianos para músculos esqueléticos es ecíficos

r,--

1 - --

MESENCÉFALO

BULBO

A maioria das -----... fibras corticospinais cruza para o lado oposto do corpo nas pirâmides Trato-~

corticospinal lateral Neurônios motores somáticos para os músculos esqueléticos

•

H-w-t-;:::s:;;;::;;~- Trato corticospinal anterior

FIGURA 13-12 Trato corticospinal. Estes interneurônios vão diretamente do córtex motor para os neurônios motores somáticos onde fazem sinapse. A maioria dos neurônios corticospinais cruza a linha média nas pirâmides.

com os neurônios motores somáticos (Fig. 13-12 e ). Como observado no Capítulo 9, a maioria destas vias descendentes cruza para o lado oposto do corpo em uma região do bulbo denominada pirâmide. Consequentemente, esta via algumas vezes é chamada de trato piramidal. Os neurônios dos núcleos da base [ $ p. 312] também influenciam o movimento do corpo. Esses neurônios possuem múltiplas sinapses no SNC e formam o que é muitas vezes denominado trato extrapiramidal ou sistema extrapiramidal. Acreditava-se que as vias piramidais e extrapiramidais eram sistemas separados, porém, agora sabemos que elas interagem e não são tão distintas em suas funções como se acreditava. Quando o arremessador começa o arremesso, reflexos posturais antecipatórios ajustam a posição do corpo e fazem a transferência do peso em ligeira antecipação às mudanças que estão para acontecer (Fig.13-13 e ). Por vias divergentes apropriadas, os potenciais de ação se dirigem para o conjun-

to de neurônios motores somáticos que controlam os músculos usados para o arremesso: alguns músculos são estimulados e outros inibidos. Os circuitos neurais permitem um controle preciso de grupos de músculos antagonistas conforme o jogador flexiona e retrai o braço direito. O seu peso é transferido para o pé direito à medida que seu braço direito ,. se move para tras. Cada um destes movimentos ativa receptores sensoriais que enviam a informação de volta para a medula espinal, o tronco encefálico e o cerebelo, iniciando reflexos posturais. Esses reflexos ajustam a posição do seu corpo de modo que o arremessador não perde o equilíbrio e não cai para trás. Finalmente, ele joga a bola e atinge o equilíbrio na conclusão do movimento após o arremesso - outro exemplo de reflexo postural mediado por retroalimentação sensorial. A cabeça permanece ereta e seus olhos seguem a bola à medida que ela chega ao rebatedor e UAU ... Ponto! Enquanto os olhos do arremessador seguem a bola e ele avalia o resultado do seu

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O cérebro inicia o movimento

O corpo se A postura --•~ movimenta i---~ é modificada

--r: 1 1 1 1 1 1

•

---·

O reflexo antecipatório antecipa a modificação da postura

•

A postura é ajustada

1 1 1


!

Retroalimentação da modificação não antecipada da postura

FIGURA 13-13 Reflexos antecipatórios e retroalimentação da informação durante o movimento.

arremesso, seu cérebro se prepara para o próximo rebatedor, esperando usar o que aprendeu neste arremesso para melhorar os outros que estão por vir.

Os sintomas da doença de Parkinson refletem as funções dos núcleos da base O papel dos núcleos da base no controle do movimento ainda não é totalmente compreendido porque, por muitos anos, os experimentos animais forneciam pouca informação a este respeito. A destruição ao acaso de porções dos núcleos da base não parece afetar os animais experimentais. Entretanto, a pesquisa da doença de Parkinson (Parkinsonismo) em seres humanos tem sido muito útil. A partir de investigações feitas em pacientes com doença de Parkinson descobriu-se

CONCEITOS EMERGENTES

que os núcleos da base têm um papel tanto na função cognitiva e na memória quanto na coordenação do movimento. A doença de Parkinson é uma doença neurológica progressiva caracterizada por movimentos anormais, dificuldades na fala e alterações cognitivas. Estes sinais e sintomas são associados com a perda de neurônios dos núcleos da base que liberam o neurotransmissor dopamina. Um sinal anormal que a maioria dos pacientes com Parkinson possui é o tremor nas mãos, nos braços e nas pernas, particularmente em repouso. Adicionalmente, eles têm dificuldade em iniciar o movimento e andam lentamente, com postura encurvada e arrastando os pés. Eles perdem a expressão facial, não piscam (olhar fixo reptiliano) e podem desenvolver depressão, distúrbios do sono e mudanças na personalidade. A causa da doença de Parkinson não é conhecida e parece ser uma combinação de fatores ambientais e suscetibilidade genética. Porém, há alguns anos, um grupo de jovens usuários de drogas foi diagnosticado com doença de Parkinson. A doença deles foi relacionada com o consumo de heroína "feita em casa", que contém um contaminante tóxico que destrói neurônios dopaminérgicos (neurônios que secretam dopamina). Este contaminante foi isolado e agora os pesquisadores são capazes de induzir experimentalmente a doença de Parkinson em animais experimentais criando um modelo animal no qual se pode testar novos tratamentos para a doença. O principal tratamento atual para a doença de Parkinson é a administração de medicamentos que aumentam a atividade da dopamina no cérebro. A dopamina não pode atravessar a barreira hematencefálica, então os pacientes tomam L-dopa, um precursor da dopamina que cruza a barreira hematencefálica e depois é metabolizado em dopamina. Outros trata-

TECNICAS DE VISUALIZAÇAO NOS ~

ESPORTES Os pesquisadores acreditam que a facilitação pré-sinápti-

ca, na qual um modulador aumenta a liberação do sinal neurotransmissor é o mecanismo fisiológico associado ao sucesso das técnicas de visualização nos esportes. A visualização, também conhecida como imaginação dirigida, torna os atletas capazes de maximizar sua performance pela própria " psique" , desenhando em suas mentes o movimento perfeito para fazerem um gol, por exemplo. Por vias que ainda não foram compreendidas, a imagem mental construída pelo córtex cerebral é traduzida em sinais que vão para os músculos. A imaginação dirigida também está sendo usada na medicina como terapia complementar para o tratamento do câncer e no manejo da dor. A habilidade de alterar conscientemente funções fisiológicas é somente um exemplo das muitas conexões fascinantes

Quatro semanas depois, a Sra . Evans voltou para casa completamente recuperada e sem apresentar sinais associados à doença. Quando conseguiu f alar, a Sra. Evans, que nasceu na fazenda onde ainda vivia, pode dizer à Ora. Ling que ela nunca tinha se vacinado contra o tétano ou qualquer outro t ipo de doença. " Bem, isto faz com que você seja uma das poucas pessoas que t iveram tétano nos Estados Unidos neste ano" , disse a Ora. Ling a ela. "A Sra. recebeu as primeiras duas doses aq ui no hospital, mas deve voltar em seis meses para receber a última dose para que isso não aconteça novamente ". Devido aos programas nacionais de vacinação iniciados em 1950, o tétano agora é uma doença rara nos Estados Un idos. Entretanto, em muitos países em desenvolvimento sem programas de vacinação, o tétano ainda é uma doença comum e grave. Questão4: Com base no que você sabe sobre quem foi imunizado nos Estados Unidos, diga a idade e o perfil das pessoas que têm mais probabilidade de ter tétano este ano?

entre os centros superiores do encéfalo e o corpo. Para aprender mais sobre isso, acesse http://sportsmedicine.

about.com e busque " visualization " .

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Fisiologia Humana

mentos medicamentosos incluem agonistas da dopamina e inibidores das enzimas que degradam a dopamina, como a MAO [$ p.392]. Em casos graves, partes específicas do encéfalo podem ser destruídas para reduzir os tremores e a rigidez. Os tratamentos experimentais incluem transplantes de neurônios secretores de dopamina. Pesquisadores de células-tronco acreditam que a doença de Parkinson pode ser uma das doenças em que os pacientes se beneficiariam com o transplante de células-tronco nas áreas afetadas do cérebro. Para mais informações sobre os tratamentos da Doença de Parkinson, acesse www.parkinson.org, da National Parkinson Foundation.

CONTROLE DO MOVIMENTO DOS MÚSCULOS VISCERAIS O movimento produzido pela contração dos músculos liso e cardíaco é muito diferente do produzido pelos músculos esqueléticos, em grande parte porque os músculos liso e cardíaco não estão presos aos ossos. Nos órgãos internos, ou vísceras, a contração muscular em geral muda a forma de um órgão, estreitando o lúmen de um órgão oco (com cavidade) ou encurtando o comprimento de um tubo. Em muitos órgãos internos com cavidade, a contração muscular empurra

463

material através do lúmen do órgão: o coração bombeia o sangue, o trato digestório move o bolo alimentar, o útero expulsa o bebê. A contração do músculo visceral frequentemente é controlada reflexamente pelo sistema nervoso autônomo, mas nem sempre. Alguns tipos de músculo liso e o músculo cardíaco são capazes de gerar seus próprios potenciais de ação, independente de um estímulo externo. Tanto o coração quanto o trato digestório possuem fibras musculares que despolarizam espontaneamente (frequentemente chamadas de marcapassos) originando contrações rítmicas regulares. O controle reflexo do músculo liso visceral é diferente do controle reflexo do músculo esquelético. Os músculos esqueléticos são controlados somente pelo SNC, mas em muitos tipos de músculo visceral os hormônios são importantes para a regulação da contração. Adicionalmente, algumas células dos músculos viscerais estão conectadas umas às outras por junções comunicantes que permitem que os sinais elétricos passem diretamente de célula para célula. Como os músculos liso e cardíaco têm uma grande variedade de mecanismos de controle, discutiremos seu controle quando estudarmos o sistema orgânico apropriado de cada tipo de músculo. No próximo capítulo, examinamos o músculo cardíaco e sua função no coração.

Tétano No problema apresentado, você aprendeu sobre a toxina do tétano, a tetanoespasm ina, um veneno potente produzido pela bactéria C/ostridium tetani. Tão pouco quanto 175 nanogramas podem ser fatais para uma pessoa com 70 kg. Tanto a toxina tetânica quanto a botulín ica causam paralisia, mas o tétano é uma paralisia rígida (músculo contraído), e o botulis-

mo é uma paralisia f lácida (músculo relaxado). Para aprender mais sobre tétano, visite o website do U.S. Centers for Disease Contrai and Prevention (www.cdc.gov). Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1a

Por qual processo a tetanoespasmina é captada pelos neurônios?

A tetanoespasm ina é uma proteína.

Proteínas são muito grandes para atravessar as membranas por transporte mediado. Portanto, a tetanoespasmina deve ser captada por endocitose (p. 152).

1b

Por qual processo a tetanospasmina vai do axôn io até o corpo celular do neurônio?

O movimenta de substâncias do terminal axônico para o corpo celular é denominado transporte axonal retrógrado (p. 252).

A tetanoespasmina é captada por endocitose e será armazenada em vesícu las endocitóticas. Estas vesículas "andam" ao longo dos microtúbulos por transporte axonal retrógrado.

2

Usando as vias reflexas esquemat izadas nas Figuras 13-7 e 13-8, explique por que a inibição dos interneurônios inibitórias pode resultar em espasmos musculares incontroláveis?

Os músculos frequentemente existem em pares antagonistas. Quando um múscu lo contrai, o outro deve ser inibido.

Se os interneurônios inibitórias não estão funcionando, ambos os conjuntos de músculos antagonistas podem contrair ao mesmo tempo. Isto fará com que ocorram espasmos musculares e rigidez porque os ossos associados aos múscu los não serão capazes de se mover em qualquer direção.

13

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Dee Unglaub Silverthorn

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

3a

Por que a metacurina ligada aos receptores da ACh na placa motora terminal induz para lisia muscu lar?

A ACh é o neurotransm issor do neurônio motor somático que inicia a contração do múscu lo esquelético.

Se a metacurina se liga aos receptores da ACh, ela impede que a ACh se ligue. Sem a ligação da ACh, a f ibra muscu lar não despolariza e não pode contrair, resultando em paralisia.

3b

A metacurina é um agonista ou um antagonista da ACh?

Os agonistas mimetizam {im itam) os efeitos de uma substância. Os antagonistas b loqueiam os efeitos de uma substância.

A metacurina b loqueia a ação da ACh, portanto, ela é um antagonista.

4

Com base no que você sabe sobre quem foi imunizado nos Estados Un idos, diga a idade e o perfil das pessoas que têm mais probabi lidade de ter tétano este ano?

A imun ização é feita em todas as crianças com idade escolar. Esta prática tem sido feita desde 1950. Além disso, a maioria das pessoas que sofrem ferimentos perfurantes ou "sujos" fazem o reforço da vacina antitetânica.

A maioria dos casos de tétano nos Estados Unidos ocorre em pessoas com idade superior a 60 anos que nunca foram vacinadas, em imigrantes e em recémnascidos. Outra origem da doença é a contaminação por heroína; a injeção da droga sob a pele pode causar tétano.

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RESUMO DO CAPÍTULO Muitas vezes ouvimos uma pessoa dizer: "Eu fiz sem pensar". De fato, elas estão dizendo que sua ação foi uma resposta reflexa. Existem muitas maneiras para controlar a função dos músculos e das glândulas do corpo, mas um reflexo neural é a mais simples e mais rápida. Este capítulo integra o que foi aprendido nos Capítulos 8 a 12 e mostra como o sistema nervoso controla o movimento corporal. Os reflexos posturais e medulares seguem o padrão básico de um reflexo, com um sinal sensorial sendo integrado no SNC e respondendo quando um sinal de saída é enviado para os músculos esqueléticos. Os movimentos voluntários não necessitam de estímulo sensorial para serem iniciados, mas integram a retroalimentação sensorial para assegurar uma execução uniforme.

Reflexos neurais 1. Um reflexo neural consiste nos seguintes elementos: estímulo, receptor, neurônio sensorial, centro integrador, neurônios efetores, efetores (músculos ou glândulas) e resposta. (p. 447) 2. Os reflexos neurais podem ser classificados de diferentes modos. Os reflexos somáticos envolvem neurônios motores somáticos e músculos esqueléticos. Os reflexos autonômicos (ou viscerais) são controlados por neurônios autonômicos. (p. 447; Tabela 13-1) 3. Reflexos espinais são integrados na medula espinal. Reflexos cranianos são integrados no encéfalo. (p. 447) 4. Muitos reflexos são inatos. Outros são adquiridos pela experiência. (p. 447) 5. A via reflexa mais simples é um reflexo monossináptico com somente dois neurônios. Os reflexos polissinápticos têm três ou mais neurônios na via. (p. 448; Tabela 13-1)

Reflexos autonômicos 6. Alguns reflexos autonômicos são reflexos espinais modulados por estímulos provenientes do encéfalo. Outros reflexos necessários para manter a homeostase são integrados no encéfalo, primariamente no hipotálamo, no tálamo e no tronco encefálico. (p. 449) 7. Os reflexos autonômicos são todos polissinápticos, e muitos são caracterizados por atividade tônica. (p. 449; Tabela 13-2)

Reflexos dos músculos esqueléticos 8. O relaxamento do músculo esquelético deve ser controlado pelo SNC porque os neurônios motores somáticos sempre causam a contração do músculo esquelético. (p. 449) 9. As fibras contráteis normais de um músculo esquelético são denominadas fibras musculares extrafusais. Sua contração é controlada pelos neurônios motores alfa. (p. 449; Tabela 13-3) 10. Os fusos musculares enviam informação sobre o comprimento do músculo para o SNC. Estes receptores consistem em fibras intrafusais com neurônios sensoriais enrolados ao redor do centro não contrátil. Os neurônios motores gama inervam as extremidades contráteis das fibras intrafusais. (p. 451; Fig. 13-3) 11. Os fusos musculares são receptores de estiramento tonicamente ativos. Sua ativação gera a contração tônica das fibras musculares extrafusais. Devido à sua atividade tônica, um músculo em repouso mantêm um certo nível de tensão, conhecida como tônus muscular. (p. 451; Fig. 13-4a) 12. Se um músculo se estira, as fibras intrafusais dos seus fusos estiram e iniciam a contração reflexa do músculo. A contração impede lesões de superestiramento. Esta via reflexa é conhecida como reflexo de estiramento. (p. 451; Fig. 13-4b)

Fisiologia Humana

13. Quando um músculo contrai, a coativação alfa-gama garante que seu fuso muscular permaneça ativo. A ativação dos neurônios motores gama causa contração das extremidades das fibras intrafusais. Esta contração estira a região central das fibras intrafusais e mantém ativas as terminações nervosas sensoriais. (p. 451; Fig. 13-5) 14. Os órgãos tendinosos de Golgi são encontrados na junção entre os tendões e as fibras musculares. Eles consistem em terminações nervosas livres que se enlaçam com as fibras colágenas. Os órgãos tendinosos de Golgi respondem à contração do músculo, causando um relaxamento reflexo. (p. 453; Figs. 13-3, 13-6) 15. Os músculos antagonistas e sinérgicos que controlam uma única articulação são conhecidos como unidade miotática. Quando um conjunto de músculos em uma unidade miotática se contrai, os músculos antagonistas precisam relaxar por um reflexo conhecido como inibição recíproca. (pp. 454-455; Fig. 13-7) 16. Os reflexos de flexão são reflexos polissinápticos que fazem com que um braço ou uma perna se afastem de um estímulo doloroso. Os reflexos de flexão que ocorrem nas pernas em geral são acompanhados pelo reflexo extensor cruzado, um reflexo postural que ajuda a manter o equilíbrio quando um pé é levantado do chão. (pp. 455-457; Fig. 13-8) 17. Os geradores centrais de padrões são redes de neurônios no SNC que podem produzir movimentos rítmicos sem retroalimentação sensorial ou comandos encefálicos superiores. (p. 458)

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Controle integrado do movimento corporal A

18. O movimento pode ser classificado imprecisamente em tres categorias: movimento reflexo, movimento voluntário e movimento rítmico. (p. 457; Fig. 13-2) 19. Os movimentos reflexos são principalmente integrados na medula espinal. Os reflexos posturais são integrados no tronco encefálico. (p. 457; Fig. 13-9, Tabela 13-3) 20. Os movimentos voluntários são integrados no córtex cerebral e podem ser iniciados pela vontade. Movimentos voluntários aprendidos melhoram com a prática e podem-se tornar involuntários, como os reflexos. (p. 460; Fig. 13-11) 21. Os movimentos rítmicos, como caminhar, são uma combinação de movimentos voluntários e reflexos. Os movimentos rítmicos podem ser sustentados por geradores centrais de padrões. (p. 458) 22. A maior parte dos sinais de comando para os movimentos voluntários vão do córtex cerebral para a medula espinal pelo trato corticospinal dos núcleos da base. Sinais também influenciam o movimento pelas vias extrapiramidais. (p. 460-461; Fig. 13-12) 23. Os reflexos antecipatórios permitem que o corpo se prepare para um movimento voluntário; mecanismos de retroalimentação são usados para criar movimentos contínuos e uniformes. (p. 461; Fig. 13-13)

13 Controle do movimento dos músculos viscerais 24. A contração dos músculos liso e cardíaco pode ocorrer espontaneamente ou pode ser controlada por hormônios ou pela divisão autônoma do sistema nervoso. (p. 463)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL 1

REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Todos os reflexos neurais começam com um _ _ _ _ _ _, que ativa um receptor. ; os refle2. Os reflexos somáticos envolvem músculos xos (ou viscerais) são controlados por neurônios autonômicos. 3. O padrão de via que leva informação de muitos neurônios para um número menor de neurônios é conhecida como

4. Quando um terminal axônico de um neurônio modulatório (célula M) termina próximo de um terminal axônico de uma célula pré-sináptica (célula P) e diminui a quantidade de neurotransmissor liberado pela célula P, o tipo de modulação resultante é denominada . (Dica: ver p. 284). 5. Os reflexos autonôrnicos são também chamados de _ _ _ _ _ . Por quê? 6. Alguns reflexos autonômicos são reflexos espinais; outros são integrados no encéfalo. Cite alguns exemplos de cada um. 7. Que parte do encéfalo transforma as emoções em sensações somáticas e funções viscerais? Cite três reflexos autonômicos que são associados às emoções. 8. Quantas sinapses ocorrem nos reflexos autonôrnicos mais simples? Onde estas sinapses ocorrem? 9. Cite os três tipos de receptores sensoriais que enviam informações para os reflexos musculares?

10. Por causa da atividade tônica dos neurônios, um músculo em repouso mantém um baixo nível de tensão conhecido como - - - - - -•

11. O estiramento de um músculo esquelético faz com que os neurônios sensoriais (aumentem/diminuam) sua taxa de disparo, fazendo com que o músculo se contraia, o que diminui o estiramento. Por que este reflexo é útil? 12. Relacione a estrutura com todas as afirmativas corretas sobre ela: (a) Fuso muscular 1. E estritamente um receptor (b) Órgão tendinoso de sensorial Golgi 2. Tem neurônios sensoriais que (c) Mecanorreceptor da levam informações ao SNC cápsula articular 3. Associado com dois tipos de neurônios motores 4. Informa sobre a posição relativa dos ossos 5. Inervado por neurônios motores gama 6. Modula a atividade dos neurônios motores alfa 13. O órgão tendinoso de Golgi responde tanto ao _ _ _ _ __ quanto à , embora produza a resposta mais intensa. Sua ativação (aumenta/diminui) a con. tração muscular via neurônio 14. O reflexo mais simples exige um mínimo de quantos neurônios? Quantas sinapses? Cite um exemplo. 15. Liste e diferencie as três categorias do movimento. Dê um exemplo de cada uma. ~

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Dee Unglaub Silverthorn

NÍVEL 2 REVISANDO CONCEITOS 16. Qual é o propósito da coativação alfa-gama? Explique como ela ocorre. 17. O neurônio modulatório M faz sinapse no terminal axônico do neurônio P antes da sinapse de P com o órgão efetor. Se M é um neurônio inibitório, o que acontece com a liberação do neurotransmissor por P? Qual o efeito que o neurotransmissor de M tem sobre o potencial pós-sináptico de P? (Dica: desenhe esta via.) 18. Na sua última consulta, a médica checou o seu reflexo patelar percutindo logo abaixo do seu joelho enquanto você estava sentado relaxadamente na borda de uma mesa. (a) O que ela está verificando com este procedimento? (b) O que aconteceria se você estivesse preocupado em não cair da mesa e ficasse muito tenso? Onde se origina esse estímulo adicional para os neurônios motores eferentes? Esses neurônios modulatórios causam PIPS ou PEPS [p. 281] no neurônio motor espinal? (c) Seu médico lhe diz que você está tenso e pede para você contar de trás para frente, a partir de 100 de 3 em 3, enquanto ela repete o teste. Por que executar essa tarefa de contagem aumentaria o seu reflexo?

NÍVEL 3 SOLUCIONANDO PROBLEMAS 19. Existem diversas teorias sobre como a inibição pré-sináptica funciona em nível celular. Use o que você aprendeu sobre potenciais de membrana e transmissão sináptica para explicar como cada um dos seguintes mecanismos resultaria em inibição , . , . pre-s1napt1ca: (a) Inibição de canais de Ca2+ controlados por voltagen no terminal axônico.

(b) Abertura de canais de c1- no terminal axônico.

(c) Abertura de canais de K+ no terminal axônico. 20. Andy está treinando para melhorar a sua tacada no golfe. Ele deve olhar a bola, movimentar o taco para trás e depois para frente, girar os quadris, estender o braço esquerdo e então completar a tacada, quando o taco faz uma curva na sua frente. Quais partes do encéfalo estão envolvidas no ajuste da força com a qual ele bate na bola, mantém todas as partes do corpo se movendo corretamente, olha a bola e depois repete estas ações, assim que ele tenha verificado que a sua tacada foi bemsucedida? , 21. E Halloween e você está entrando na casa mais mal-assombrada da vizinhança. Assim que dobra um corredor e entra na torre, um esqueleto aperta seu braço. Você grita. O seu coração começa a bater rapidamente, e você sente os pelos do braço arrepiados. (a) O que aconteceu com você? (b) Em que parte do seu encéfalo o medo é processado? Quais as funções dessa parte parte do encéfalo? Qual divisão motora (somática ou autônoma) controla as respostas motoras associadas? Quais os órgãos-alvo dessa resposta? (c) Como é possível que os pelos do seu braço fiquem de pé se o pelo é constituído de proteínas que não contraem? (Dica: ver p. 86.) Considerando que o sistema nervoso autônomo é o sistema que medeia esta resposta reflexa, que tipo de tecido você espera encontrar ligado aos folículos pilosos? 22. Usando o que você aprendeu sobre as toxinas tetânica e botulínica, faça uma tabela para comparar as duas. Em que estas toxinas são similares uma a outra? Em que elas são diferentes?

RESPOSTAS

.fRespostas para as questões de ••Revisando conceitos'• Página 449 1. Sensor (receptor sensorial), via aferente (neurônio sensorial), centro integrador (sistema nervoso central), via eferente (neurônio motor somático ou autonômico), efetor (músculos, glândulas e alguns tipos de tecido adiposo). 2. Com a hiperpolarização, o potencial de membrana se torna mais negativo e se afasta do limiar. Página 451 3. Seu mapa de um reflexo de estiramento deve apresentar os componentes mostrados na Figura 13-4b. Página 454 4. Seu mapa da coativação alfa-gama deve mostrar os passos apresentados na Figura 13-Sb. O estímulo da contração muscular é o mesmo para o reflexo tendinoso de Golgi, mas seu mapa deveria se ramificar para mostrar os passos da Figura 13-6d e e. Página 457 5. Seu mapa do reflexo de flexão deve mostrar os passos do reflexo patelar apresentados na Figura 13-7, com a adição da contração dos músculos flexores da coxa além do quadríceps femoral.

Página 457 6. Os passos iniciais do reflexo extensor cruzado são os mesmos do reflexo de flexão até o SNC. Lá, o reflexo extensor cruzado segue o diagrama mostrado na Figura 13-8, passo 3c. 7. Quando você pega um objeto pesado, os neurônios alfa e gama e os neurônios aferentes do fuso muscular e do órgão tendinoso de Golgi estão todos ativos.

8. O reflexo de estiramento é iniciado pelo estiramento e causa uma contração reflexa. O reflexo extensor cruzado é um reflexo postural iniciado pela retirada de um membro de um estímulo doloroso; os músculos extensores contraem, mas os flexores correspondentes são inibidos.

Respostas para a questão da figura Página450 Fig. 13-3: l.b; 2.(a) O disparo do neurônio motor alfa causa a contração das fibras extrafusais. Entretanto, a atividade tônica dos aferentes do fuso (c) ativará o neurônio motor alfa.

•

1ovascu ar

Visão geral do sistema circulatório 469 469

O sistema circu latório transporta materiais por todo o corpo O sistema circu latório é constituído , por coraçao, vasos sangu1neos e sangue

-

Pressão, volume, fluxo e resistência 472 472 473

A pressão do líquido em movimento diminui com o aumento da distância A pressão nos líquidos pode mudar sem uma alteração no volume O sangue flui de uma área de maior pressão para uma área de menor pressa o A resistência se opõe ao fluxo A velocidade do fluxo depende da taxa do fluxo e da área de secção transversal

-

473 475

O músculo cardíaco e o coração 478 479 481 482

483

O coração tem quatro câmaras As va lvas cardíacas asseguram um fluxo unidirecional no coração O músculo cardíaco se contrai sem .1nervaçao A entrada de cálcio é uma característica do acoplamento excitação-contração cardíaco A contração do músculo cardíaco pode ser graduada

-

483 486

Os potenciais de ação no miocárdio • variam Os neurotransmissores autonômicos modu lam a frequência cardíaca

O coração como bomba 487

A condução elétrica no coração coordena a contração 489 Os marcapassos determinam a frequência card íaca 491 O eletrocardiograma reflete a atividade elétrica do coração 494 O coração contrai e relaxa durante um ciclo cardíaco 497 As curvas de pressão-volume representam o ciclo card íaco 498 O volume sistólico é o volume de sangue bombeado em uma contração 498 O débito cardíaco é uma medida do desempenho card íaco 500 A frequência cardíaca é modu lada por neurôn ios autonôm icos e pelas catecolaminas 501 Múltiplos fatores influenciam o volume sistólico 502 A contratil idade é controlada pelos sistemas nervoso e endócrino 504 O volume diastólico final e a pressão sanguínea arterial determinam a pós-carga

CONHECIMENTOS BÁSICOS Difusão: 136 Músculo estriado: 407 Desmossomos: 74 Acoplamento excitação-contração: 417 Relação comprimento-tensão no músculo: 423 Tétano no músculo esquelético: 425 Contração muscular: 415 Junções comunicantes: 179 Catecolaminas: 224 Nervo vago: 389 Contração isométrica: 427

Somente no século XVII o cérebro substituiu o coração como o controlador das nossas ações. -Mary A. B. Brazier, A History of Neurophysiology in the 19th Century, 1988.

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

de moléculas sinalizadoras e de resíduos seja sistemática. Um - vasos sangu1sistema circulatório composto por um coraçao, neos e sangue é conhecido como sistema circulatório* ou cardiovascular [kardia, coração + vasculum, pequeno vaso]. Embora a ideia de um sistema circulatório fechado que circula o sangue continuamente nos pareça óbvia hoje em dia, nem sempre foi assim. Os capilares [capillus, pelo], os vasos microscópicos nos quais ocorre troca de materiais do sangue com o líquido intersticial, não eram conhecidos até que Marcello Malpighi, um anatomista italiano, os observou em um microscópio, em meados do século XVII. Naquela época, a medicina europeia ainda era muito influenciad.a pela antiga ideia de que o sistema circulatório transportava sangue e ar. Pensava-se que o sangue era produzido no fígado e distribuído por todo o corpo pelas veias. O ar ia dos pulmões até o coração, onde era digerido e os "espíritos vitais" capturados. A partir do coração, o ar era distribuído para os tecidos por vasos denominados artérias. Anormalidades - como o fato de uma artéria cortada jorrar sangue, ao invés de ar - eram ingenuamente explicadas pela existência de ligações invisíveis, entre as artérias e as veias, que se abriam quando ocorria uma lesão. De acordo com este modelo do sistema circulatório, os tecidos consumiriam todo o sangue enviado até eles, cabendo ao fígado a tarefa de produzir continuamente mais sangue. Então, o médico William Harvey (1578-1657), da corte do rei Charles I da Inglaterra, calculou e demonstrou que o peso do sangue que o coração bombeia em apenas uma hora é maior que o peso de todo o corpo! Como tornou-se óbvio que o fígado não seria capaz de sintetizar sangue tão rápido quanto o coração o bombeava, Harvey procurou uma rota anatômica que permitisse ao sangue recircular, em vez de ser consumo nos tecidos. Harvey mostrou que as valvas do coração e das veias criavam um fluxo sanguíneo unidirecional, e que as veias transportavam o sangue de volta para o coração e não para os membros. Ele também mostrou que o sangue que entrava no lado direito do coração ia para os pulmões antes de ir para o lado esquerdo do coração. Os resultados destes estudos causaram um furor entre os seus contemporâneos, levando Harvey a dizer que ninguém com menos de 40 anos de idade entenderia suas conclusões. Finalmente, o trabalho de Harvey tornou-se a base do estudo da fisiologia cardiovascular moderna. Hoje, entendemos a estrutura do sistema circulatório em níveis microscópicos e moleculares que Harvey jamais sonhou que existissem. Ainda assim, alguns pensamentos não mudaram. Mesmo atualmente, com nossa sofisticada tecnologia, ainda procuramos "espíritos" no sangue, embora os chamemos por nomes como hormônio e citocina. ~

Infarto Agudo do Miocárdio As 9h06min, um coágulo sanguíneo que tinha se formado silenciosamente na artéria coronária descendente anterior esquerda (r. interventricular anterior) de Walter Parker revelou sua sinistra presença. O executivo com 53 anos de idade tinha chegado Centro de Convenções de Dallas sentindo-se bem, mas repentinamente sentiu uma dor no centro do peito e ficou nauseado. Em um primeiro momento, ele pensou ser consequência do jantar da convenção da noite anterior. Porém, quando a dor no peito persistiu, ele pensou na sua história fam il iar de doenças cardíacas e tomou uma aspirina, lembrando de um anúncio do rádio que dizia para fazer isso se você está com sintomas de um " ataque cardíaco" . Walter então foi até o posto de atendimento. "Eu não estou me sentindo bem", disse ele ao médico. O médico ouviu os sintomas descritos por Walter, observou que ele estava pál ido, suando no rosto e imediatamente pensou que poderia ser um ataque cardíaco. "Faça alguns exames no hospital."

ª?

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483

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500

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o clássico filme Indiana fones e o Templo da Perdição, o sacerdote do mal abre o peito de uma vítima submetida a um sacrifício humano e tira o seu coração ainda pulsando. Este ato não foi imaginado por algum roteirista de Hollywood, mas foi copiado de rituais dos antigos Maias, que documentaram esta prática horrível em suas pinturas e esculturas. O coração tem sido objeto de fascínio por séculos, mas como esse músculo, que é uma casa de força que bombeia 7.200 litros de sangue por dia, consegue continuar batendo mesmo fora do corpo? Antes de respondermos a esta questão, devemos primeiramente considerar o papel do coração no sistema circulatório. Com a evolução da vida, organismos unicelulares simples começaram a agregar-se, primeiro em colônias co.op~­ rativas, depois em organismos multicelulares. Na ma1or1a dos animais multicelulares, somente a camada superficial de células está em contato direto com o meio externo, e isso representa um problema porque e a difusão torna-se mais lenta à medida que a distância aumenta [ ~ p.138]. Por exemplo, o consumo de oxigênio nas células internas de um animal grande excede a taxa na qual o oxigênio pode difundir-se a partir da superfície do corpo. Uma solução para superar a difusão lenta foi o desenvolvimento evolutivo de sistemas circulatórios que transportam líquido entre a superfície corporal e as suas partes mais profundas. Em animais simples, a atividade muscular gera um fluxo de líquido quando o animal se move. Animais mais complexos possuem bomba muscular denominada coração que faz o líquido interno circular. Nos sistemas circulatórios mais eficientes, o coração bombeia o sangue em um sistema fechado de vasos. Este circuito de sentido único direciona o sangue para uma rota específica e assegura que a distribuição de gases, de nutrientes,

VISÃO GERAL DO SISTEMA CIRCULATÓRIO Nos termos mais simples, um sistema circulatório é uma série de tubos (vasos sanguíneos) cheios de líquido (sangue), co-

*N. de T. Adotou-se neste livro "sistema circulatório" de acordo com a Terminologia Anatômica Internacional, adotada pela Sociedade Brasileira de Anatomia (Ed. Manole, 2001).

Fisiologia Humana

nectados a uma bomba (o coração). A pressão gerada no coração propele o sangue continuamente pelo sistema. O sangue captura o oxigênio nos pulmões e os nutrientes no intestino e então entrega estas substâncias para as células corporais enquanto, simultaneamente, remove resíduos celulares e calor para serem excretados. Adicionalmente, o sistema circulatório tem um papel importante na comunicação célula-célula e na defesa do corpo contra invasores. Este capítulo apresenta uma visão geral do sistema circulatório e do coração como bomba. Você aprenderá mais sobre as propriedades dos vasos sanguíneos e os controles homeostáticos que regulam o fluxo sanguíneo e a pressão sanguínea no Capítulo 15.

O sistema circulatório transporta materiais por todo o corpo A função primária do sistema circulatório é transportar materiais para e de todas as partes do corpo. As substâncias transportadas pelo sistema circulatório podem ser divididas em: (1) nutrientes, água e gases que entram no corpo a partir do meio externo, (2) materiais que se movem de célula para célula e (3) resíduos que as células eliminam (Tabela 14-1 e ). O oxigênio entra no corpo na superfície de troca dos pulmões, ao passo que os nutrientes e a água são absorvidos

Transporte no sistema circulatório SUBSTÂNCIA TRANSPORTADA

DE

Nutrientes e água

Pulmões Trato gastri ntesti na I

através do epitélio intestinal. Uma vez no sangue, todos esses materiais são distribuídos pelo sistema circulatório. Um fornecimento contínuo de oxigênio às células é particularmente importante porque muitas células, quando privadas de oxigênio, sofrem danos irreparáveis em um curto período de tempo. Por exemplo, cerca de 5 a 10 segundos depois que o fluxo sanguíneo cerebral é interrompido, o indivíduo perde a consciência. Se a chegada do oxigênio parar por 5 a 10 minutos, ocorrerá dano cerebral permanente. Os neurônios encefálicos possuem uma taxa elevada de consumo de oxigênio e não podem suprir suas necessidades metabólicas de ATP usando vias anaeróbias, as quais têm baixa produção de ATP/glicose [$ p. 109]. Por causa da sensibilidade do encéfalo à hipoxia [hypo,- baixo, -oxia, oxigênio], os controles homeostáticos fazem o possível para manter o fluxo sanguíneo cerebral, mesmo que isto signifique privar de oxigênio outras células. A comunicação célula-célula é uma função fundamental do sistema circulatório. Por exemplo, os hormônios secretados pelas glândulas endócrinas são transportados no sangue até suas células-alvo. Nutrientes como a glicose hepática ou ácidos graxos do tecido adiposo também são transportados pelo sangue para as células metabolicamente ativas. Finalmente, a equipe de defesa, que é constituída pelos leucócitos e pelos anticorpos, patrulha a circulação para interceptar invasores. O sistema circulatório também recolhe os resíduos metabólicos e o dióxido de carbono liberados pelas células e os transporta para os pulmões e rins, de onde serão excretados. Alguns produtos residuais são transportados até o fígado para serem processados antes que sejam excretados na urina e nas fezes. O calor também circula pelo sangue, movendo-se do centro do corpo para a superfície, onde é dissipado.

PARA

Materiais que entram no corpo Oxigênio

469

Todas as células Todas as células

Materiais transportados de célula para célula Resíduos

Algumas células

Fígado para serem processados

Células imunitárias, anticorpos, proteínas da coagulação

Presentes cont inuamente no sangue

Disponível para qualquer célu la que necessite deles

Hormônios

Células endó• crinas

Células-alvo

Nutrientes armazenados

Fígado e tecido adiposo

Todas as células

Materiais que saem do corpo Resíduos metabó1icos

Todas as célu las

Rins

Calor

Todas as célu las

Pele

Dióxido de carbono

Todas as célu las

Pulmões

O sistema circulatório é constituído por coração, , vasos sangu1neos e sangue O sistema circulatório é constituído por coração, vasos sanguíneos (também denominados vasculatura), células e plasma sanguíneos. Os vasos sanguíneos que levam o sangue a partir do coração são chamados de artérias, e os vasos sanguíneos que trazem o sangue para o coração são denominados veias . ... A medida que o sangue é transportado pelo sistema circulatório, um sistema de valvas no coração e nas veias assegura que o sangue flua em apenas um sentido. Semelhante a uma roleta na entrada de um parque de diversões, as valvas impedem que o sangue inverta o sentido do seu fluxo. A Figura 14-le apresenta um diagrama esquemático que mostra estes componentes e o trajeto que o sangue segue pelo corpo. Repare nesta ilustração, bem como em outros diagramas do coração, que o lado direito do coração está no lado esquerdo da página, o que significa que o coração está desenhado como se você estivesse vendo o coração de uma pessoa que está de frente para você. O coração está dividido por uma parede central, os septos, em metades esquerda e direita. Cada metade funciona como uma bomba independente que consiste em um átrio [atrium, sala central] e um ventrículo [ventriculus, ventre]. O átrio recebe sangue que retorna ao coração dos vasos sanguíneos, e os ventrículos bombeiam o sangue para dentro dos vasos sanguíneos. O lado direito do coração recebe sangue a partir dos

14

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Veias

Capilares

Artérias

Cabeça e encéfalo

-+---- - -

pulmonares

Artérias ---1 pulmonares

Artérias ascendentes

,

Atrio d ireito

Aorta ,

----:irr-- Atrio esquerdo 1 +--

Artérias coronárias

-~!---- Ventrículo

-

Parte abdominal da aorta

-

Artérias descendentes

esquerdo

Ventrículo direito -

coração

Veia cava inferior - -

Artéria heP-ática Veia hepática

Veia porta do f igado :----

....! - - -

~----~

Trato digestório Veias ascendentes -

Valvas venosas

Artérias . renais

Veias • renais

Rins

--111

QUESTÃO DA FIGURA Um sistema porta é formado por dois leitos capilares conectados em série. Identifique os dois sistemas porta mostrados nesta f igura.

•

FIGURA 14-1 ,

O coração é uma bomba que faz o sangue circular pelos

vasos sangu1neos. tecidos e o envia para os pulmões onde será oxigenado. O lado esquerdo do coração recebe o sangue recém-oxigenado dos pulmões e o bombeia para os tecidos de todo o corpo. Iniciando no átrio direito representado na Figura 14-1, acompanhe o trajeto do sangue que flui pelo sistema circulatório. Observe que o sangue no lado direito do coração está pintado de azul. Esta é uma convenção usada para mostrar o sangue do qual o oxigênio foi extraído pelos tecidos. Embora este sangue seja frequentemente descrito como desoxigenado, ele não é completamente desprovido de oxigênio. Simples-

mente ele tem menos oxigênio do que o sangue que sai dos pulmões e vai para os tecidos. Nas pessoas vivas, o sangue bem oxigenado é vermelho vivo, e o sangue com pouco oxigênio é vermelho-escuro. Sob algumas condições, o sangue com baixa quantidade de oxigênio pode conferir uma coloração azulada a certas áreas da pele, como ao redor da boca e embaixo das unhas. Esta condição, conhecida como cianose [kyanos, azul escuro], é a razão pela qual o azul é utilizado nos desenhos para indicar sangue com conteúdo de oxigênio mais baixo.

Fisiologia Humana

A partir do átrio direito, o sangue flui para o ventrículo direito do coração, de onde ele é bombeado via artérias pulmonares para os pulmões, onde é oxigenado. Observe a mudança de cor do azul para o vermelho na Figura 141, indicando conteúdo de oxigênio mais alto após o sangue deixar os pulmões. A partir dos pulmões, o sangue vai para o lado esquerdo do coração pelas veias pulmonares. Os vasos sanguíneos que vão do ventrículo direito para os pulmões e os que voltam para o átrio esquerdo são conhecidos, coletivamente, como circulação pulmonar. O sangue proveniente dos pulmões entra no coração no átrio esquerdo e passa para o ventrículo esquerdo. O sangue é bombeado para fora do ventrículo esquerdo e entra na grande artéria conhecida como aorta. A aorta se ramifica em uma série de artérias menores que, por sua vez, se ramificam em artérias menores ainda até chegarem, finalmente, em uma rede de capilares. Observe no alto da Figura 14-1 que a cor muda do vermelho para o azul quando o sangue passa pelos capilares, indicando que o oxigênio saiu do sangue e se difundiu para os tecidos. Após deixar os capilares, o sangue flui para o lado venoso da circulação, movendo-se de pequenas veias para veias cada vez maiores. As veias da parte superior do corpo se juntam e formam a veia cava superior. As veias da parte inferior se juntam e formam a veia cava inferior. As duas veias cavas desembocam no átrio direito. Os vasos sanguíneos que levam o sangue do lado esquerdo do coração para os tecidos e de volta para o lado direito do coração são denominados coletivamente circulação sistêmica. Retorne à Figura 14-1 e siga as ramificações da aorta após ela deixar o ventrículo esquerdo. O primeiro ramo representa as artérias coronárias, que nutrem o próprio músculo cardíaco. O sangue flui para capilares dessas artérias, e depois para as veias cardíacas que desembocam diretamente no átrio direito no seio coronário. Ramos ascendentes da aorta vão para os braços, a cabeça e o encéfalo. A parte abdominal da aorta supre de sangue o tronco, as pernas e os órgãos internos, como os rins, (artérias renais), o fígado (artéria hepática) e o trato digestório. Observe dois arranjos especiais da circulação. Um é o suprimento sanguíneo para o trato digestório e o fígado. Ambas as regiões recebem sangue bem-oxigenado por meio de suas próprias artérias, mas, além disso, o sangue deixa o trato digestório e vai diretamente para o fígado pela veia porta do fígado. O fígado é um órgão importante de processamento de nutrientes e tem um papel principal na destoxificação de substâncias estranhas. A maioria dos nutrientes absorvida no intestino é levada diretamente ao fígado, permitindo que este órgão processe o material antes de ele ser liberado na circulação geral. Os dois leitos capilares do trato digestório e do fígado, unidos pela veia porta do fígado, são um exemplo de sistema porta. Um segundo sistema porta existe nos rins, onde dois leitos capilares são conectados em série. Você aprenderá mais sobre este arranjo vascular especial no Capítulo 19. Um terceiro sistema porta, discutido anteriormente, mas não mostrado aqui, é o sistema porta hipotálamo-hipofisiário, que conecta o hipotálamo e a adeno-hipófise [~ p. 232].

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FIGURA 14-2 Gradiente de pressão na circulação sistêmica. A pressão média do sangue na circulação sistêmica varia desde 93 mmHg (milímetros de mercúrio) na aorta até poucos mmHg nas veias cavas.

REVISANDO CONCEITOS 1. Quais são os três principais componentes de um sistema circulatório? 2. Quais as diferenças entre (a) a circulação sistêmica e a circulação pu lmonar, (b) uma artéria e uma veia, (c) um átrio Respostas: p. 509 e um ventrícu lo?

PRESSAO, VOLUME, FLUXO E RESISTÊNCIA Se você perguntar às pessoas por que o sangue flui pelo sistema circulatório, muitas responderão: "Para que o oxigênio e os nutrientes possam chegar a todas as partes do corpo". Isto é verdade, mas esta é uma resposta teleológica que descreve a finalidade do fluxo sanguíneo. Na fisiologia, também buscamos compreender como o sangue flui - em outras palavras, quais os mecanismos ou forças que geram o fluxo sanguíneo. Uma resposta mecanicista simples para a pergunta "por que o sangue flui?" é que líquidos e gases fluem a favor de gradientes de pressão (âP), de regiões de pressão mais elevada para regiões com pressão mais baixa. Por esta razão, o sangue pode fluir no sistema circulatório apenas se uma região desenvolver pressão mais elevada que outras. Nos seres humanos, o coração gera uma alta pressão quando se contrai. O sangue flui para fora do coração (a região de pressão mais alta) para o circuito fechado devasos sanguíneos (uma região de menor pressão). Conforme o sangue se move pelo sistema, a pressão diminui devido ao atrito entre o sangue e a parede dos vasos sanguíneos. Como consequência, a pressão cai continuamente conforme o sangue se afasta do coração (Fig. 14-2 e ). A pressão mais alta nos vasos do sistema circulatório é encontrada na aorta e nas artérias sistêmicas que recebem sangue do ventrículo esquerdo. A pressão mais baixa ocorre nas veias cavas, imediatamente antes de desembocarem no átrio direito. Agora vamos revisar as leis da física que explicam a interação entre pressão, volume, fluxo e resistência no siste-

14

472

Dee Unglaub Silverthorn ,

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--

(a) A pressão hidrostática é a pressão exercida nas paredes de um recipiente por um líquido que se encontra dentro dele. A pressão hidrostática é proporcional à altura da coluna de água.

•

FIGURA 14-3

t

--

t

--

t

--

(b) Quando o líquido começa a fluir pelo sistema, a pressão cai com a distância em decorrência da perda de energia causada pelo atrito. Esta é a situação que ocorre no sistema circulatório.

Diferenças entre as pressões dos líquidos em movimento e estáticos.

ma circulatório. Muitos desses princípios são amplamente aplicados ao fluxo de todos os tipos de líquidos e gases, incluindo o fluxo do ar no sistema respiratório. Porém, neste capítulo, enfocamos o fluxo do sangue e sua relevância para a função do coração.

Quando as pessoas falam de um "ataque cardíaco", estão se referindo a um coágulo que interrompe o fluxo de sangue para parte do coração, criando uma condição conhecida como isquemia [ischien, suprimir + -emia, sangue]. Em termos médicos, um ataque do coração é chamado de infarto do miocárdio (IM) e se refere a uma área do músculo cardíaco que está morrendo por falta de suprimento sanguíneo. O coágulo na artéria coronária de Walter diminuiu o fluxo sanguíneo para parte do seu ventrículo esquerdo, e suas células estavam começando a morrer por falta de oxigên io. Quando alguém tem um ataque cardíaco, a inteNenção médica imediata é crítica. Na ambulância, o médico deu a Walter oxigên io, o conectou a um mon itor cardíaco e in iciou uma infusão intravenosa (IV) de solução salina normal (isotônica). O médico também deixou o sistema instalado na veia de Walter, caso outros medicamentos precisassem ser administrados rapidamente se a situação piorasse.

Questão 1: Por que o médico deu oxigênio a Walter? Questão2: Qual é o efeito da injeção de solução salina isotônica sobre o volume do líquido extracelular de Walter? E sobre o volume intracelular? E na osmolaridade total do corpo? [Dica: $ p. 161J

468

Ili

483

487

494

500

505

A pressão do líquido em movimento diminui com o aumento da distância A pressão em um líquido é a força exercida pelo líquido no seu recipiente. Se o líquido não está em movimento, a pressão exercida é denominada pressão hidrostática (Fig. 14-3a e), e a força é exercida igualmente em todas as direções. Por exemplo, uma coluna de líquido em um tubo exerce pressão hidrostática na base e nos lados do tubo. No coração e nos vasos sanguíneos, a pressão geralmente é medida em milímetros de mercúrio (mmHg), onde um milímetro de mercúrio equivale à pressão hidrostática exercida por uma coluna de mercúrio com 1 mm de altura sobre uma área de 1 cm2 • Alguns estudos de fisiologia expressam a pressão torr (1 torr = 1 mmHg) ou em centímetros de água. 1 cm H20 = 0,74 mmHg. Em um sistema no qual o líquido está em movimento, a pressão cai com a distância à medida que a energia é perdida devido ao atrito (Fig. 14-3b). Além disso, a pressão exercida por um líquido em movimento tem dois componentes: um dinâmico, que é o componente do movimento e que representa a energia cinética do sistema, e um componente lateral, que representa a pressão hidrostática (energia potencial) exercida sobre as paredes do sistema. A pressão dentro do nosso sistema circulatório geralmente é denominada pressão hidrostática, embora se saiba que é um sistema no qual o líquido está em movimento. Alguns livros-texto estão começando a substituir o termo pressão hidrostática por pressão hidráulica. A hidráulica é o estudo do líquido em movimento.

A pressão nos líquidos pode mudar sem uma alteração no volume Se as paredes de um recipiente cheio de líquido se contraem, a pressão exercida sobre o líquido no recipiente aumenta. Você pode demonstrar este princípio enchendo um balão com água e apertando-o com a mão. A água é minimamente compressível, de modo que a pressão aplicada ao balão será transmitida para todo o líquido. Na medida em que você aperta, a pressão mais alta no líquido faz com que partes do

Fisiologia Humana

balão tornem-se salientes. Se a pressão for elevada o suficiente, a tensão nas paredes do balão faz com que ele se rompa. O volume de água dentro do balão não se alterou, mas a pressão no líquido aumentou. No coração humano, a contração dos ventrículos cheios de sangue é similar a apertar um balão com água: a pressão criada pela contração do músculo ventricular é transferida para o sangue. Este sangue sob alta pressão flui para fora do ventrículo, para os vasos sanguíneos, deslocando o sangue sob baixa pressão que já está nos vasos. A pressão criada dentro dos ventrículos é denominada pressão propulsora, pois é a força que impulsiona o sangue pelos vasos sanguíneos. Quando as paredes de um recipiente preenchido com líquido se expandem, a pressão exercida sobre o líquido diminui. Por esta razão, quando o coração relaxa e se expande, a pressão dentro das câmaras cheias de líquido cai. Variações na pressão também podem ocorrer nos vasos sanguíneos. Se os vasos sanguíneos se dilatam, a pressão sanguínea no seu interior cai. Se ocorrer constrição dos vasos, a pressão sanguínea aumenta. As mudanças no volume dos vasos sanguíneos e no coração são os principais fatores que influenciam a pressão sanguínea no sistema circulatório.

P mais alta - - - Fluxo _ __.. P mais baixa Fluxo--. )

1

1

P1 l- - - - p 1 - P2

=~P

P2 ----1

{a) O líquido flui somente se existe um gradiente de pressão positivo.

100 mmHg

100 mmHg 1

1

\

)

~p

= O, sem fluxo

{b) Sem gradiente de pressão não há fluxo

100 mmHg

75 mmHg 1

1

Fluxo--. )

~P

= 100 - 75 = 25 mmHg

~Fluxo igual

/

40 mmHg 1 Fluxo

_ )

~P

= 40 -15 = 25 mmHg

{e) O fluxo depende do ~P, e não da P absoluta.

LEGENDA P =Pressão ~p

O sangue flui de uma área de maior pressão para uma área de menor pressão Como citado, o fluxo de sangue pelo sistema circulatório requer um gradiente de pressão. Este gradiente de pressão é análogo à diferença de pressão entre duas extremidades de um tubo pelo qual o líquido flui (Fig. 14-4a e ). O fluxo pelo tubo é diretamente proporcional (ex) ao gradiente de pressão (àP): Fluxo ex àP

(1)

onde àP = P1 - P2 • Esta relação significa que quanto maior o gradiente de pressão, maior é o fluxo de líquido. O gradiente de pressão não é a mesma coisa que a pressão absoluta do sistema. Por exemplo, o tubo da Figura 14-4b tem uma pressão absoluta de 100 mmHg em cada extremidade. Porém, como não existe gradiente de pressão entre as duas extremidades, não há fluxo pelo tubo. Por outro lado, dois tubos idênticos podem apresentar pressões absolutas muito diferentes, mas o mesmo fluxo. O tubo de cima na Figura 14-4c tem uma pressão hidrostática de 100 mmHg em uma extremidade e 75 mmHg na outra, o que significa que o gradiente de pressão entre as duas extremidades do tubo é igual a 25 mmHg. O tubo idêntico de baixo na Figura 14-4c tem uma pressão hidrostática de 40 mmHg em uma extremidade e 15 mmHg na outra. Este tubo apresenta uma pressão absoluta menor ao longo de todo o seu comprimento, porém o mesmo gradiente de pressão de 25 mmHg. Como a diferença de pressão é igual nos dois tubos, o fluxo é o mesmo.

A resistência se opõe ao fluxo Em um sistema ideal, uma substância em movimento permaneceria em movimento. Porém, nenhum sistema é ideal, pois qualquer movimento gera atrito. Assim como uma bola rolando em um gramado perde energia devido ao atrito, o

473

= Gradiente de pressão

• FIGURA 14-4 O fluxo de líquido por um tubo depende do gradiente de pressão.

sangue que flui pelos vasos sanguíneos gera atrito com a parede dos vasos e entre as próprias células do sangue. A tendência do sistema circulatório de se opor ao fluxo sanguíneo é denominada resistência ao fluxo. A resistência (R) é um termo que a maioria de nós entende a partir da nossa vida cotidiana. Falamos de pessoas que resistem a mudanças ou escolhem caminhos que ofereçam menor resistência. Esse conceito se adapta bem ao sistema circulatório, visto que o fluxo de sangue também escolhe o caminho com menor resistência. Um aumento na resistência de um vaso sanguíneo resulta em redução do fluxo por ele. Podemos expressar esta relação da seguinte forma: Fluxo ex l/R

(2)

Esta expressão diz que o fluxo é inversamente proporcional à resistência; se a resistência aumenta, o fluxo diminui; se a resistência diminui, o fluxo aumenta. Que parâmetros determinam a resistência? Para um líquido que flui por um tubo, a resistência é influenciada por três componentes: o raio do tubo (r), o comprimento do tubo (L) e a viscosidade ("espessura") do líquido (11, a letra grega eta). A seguinte equação, derivada pelo médico francês Jean Leonard Marie Poiseuille e conhecida como Lei de Poiseuille, mostra a relação entre estes fatores: 4

R = 8L11/Tir

(3)

Como o valor de 8/TI é uma constante, este fator pode ser removido da equação, e a relação pode ser reescrita como (4)

14

474

Dee Unglaub Silverthorn

1 Resistência ex raio4 Tubo B

Tubo A Raio de B = 2

Raio deA= 1

,)

R ex

1

R ex

14

R ex 1

)

1 Fluxo ex resistência

R ex

1 24

1 16

Tubo A

Tubo B 1

Fluxo ex j_ 1

Fluxo ex

Fluxo ex 1

Fluxo ex 16

j_

16

QUESTÃO DA FIGURA Se o raio de A muda para 3, o fluxo por A será cerca de vezes o fluxo por B. Volume de A= 1

•

FIGURA 14-5

Volume de B = 16

Quando o raio de um tubo diminui, a resistência ao fluxo aumenta.

Esta expressão diz que (1) a resistência oferecida por um tubo ao fluxo do líquido aumenta quando o comprimento do tubo aumenta, (2) a resistência aumenta à medida que aumenta a viscosidade do líquido, mas (3) a resistência diminui quando o raio do tubo aumenta. Para lembrar estas relações, pense em tomar algo por um canudinho. Você não precisa sugar tão forte se o canudo é curto (a resistência oferecida pelo canudo aumenta quando seu comprimento aumenta). Beber água de canudinho é mais fácil que beber um milkshake espesso (a resistência aumenta com a viscosidade). Além disso, tomar o milkshake com um canudo mais grosso é muito mais fácil do que com um canudinho fino (a resistência aumenta quando o raio diminui). O quão significante são o comprimento do tubo, a viscosidade do líquido e o raio do tubo para o fluxo sanguíneo em um indivíduo normal? O comprimento da circulação sistêmica é determinado pela anatomia do sistema e é essencialmente constante. A viscosidade do sangue é determinada pela razão entre os eritrócitos e o plasma, bem como pela quantidade de proteínas plasmáticas. Normalmente, a viscosidade é constante, e pequenas mudanças no comprimento ou na viscosidade causam poucos efeitos na resistência. Isso faz com que as mudanças no raio dos vasos sanguíneos sejam a principal variável que afeta a resistência na circulação sistêmica. Vamos retornar ao exemplo do canudo e do milkshake para ilustrar como a modificação no raio do tubo afeta a resistência. Se assumirmos que o comprimento do canudo e a viscosidade do milkshake não mudam, este sistema é semelhante ao sistema circulatório - onde o raio do tubo tem o maior efeito sobre a resistência. Se considerarmos somente a resistência (R) e o raio (r) na equação 4, a relação entre resistência e raio pode ser expressa como

R
porcional à resistência, o fluxo aumenta 16 vezes quando o raio duplica. Como você pode ver a partir deste exemplo, uma pequena mudança no raio do tubo tem um grande efeito sobre o fluxo de um líquido pelo tubo. Do mesmo modo, uma pequena mudança no raio de um vaso sanguíneo terá um grande efeito na resistência desse vaso ao fluxo de sangue. Uma diminuição no diâmetro do vaso sanguíneo é conhecida como vasoconstrição [vas, um vaso ou dueto]. Um aumento no diâmetro do vaso é conhecido como vasodilatação. A vasoconstrição diminui o fluxo do sangue pelo vaso, e avasodilatação o aumenta. Em resumo, a combinação das equações 1 e 2 nos dá a equação: Fluxo
(6)

que, traduzida em palavras, diz que o fluxo do sangue no sistema circulatório é diretamente proporcional ao gradiente de pressão no sistema e inversamente proporcional à resistência do sistema ao fluxo. Se o gradiente de pressão permanece constante, então o fluxo varia inversamente à resistência. R VISANDO CONCEITOS 3. O que é mais importante para a determinação do fluxo por um tubo: a pressão absoluta ou o gradiente de pressão? 4. Estes dois tubos idênticos a seguir têm a pressão mostrada em cada extremidade. Qual tubo possui o maior fluxo? Justifique a sua resposta. 200 mmHg 1

160 mmHg 1

J

(5) 75 mmHg

Se o raio do canudo fino é 1, sua resistência é proporcional a 1/1 4, ou 1. Se o canudo grosso tem um raio igual a 2, a resistência oferecida será de 1/24, ou 1/16 da resistência do canudo fino (Fig. 14-5 e ). Como o fluxo é inversamente pro-

1

25 mmHg 1

Fisiologia Humana

5. Os quatro tubos apresentados a seguir têm a mesma pressão propulsara. Qual tubo tem o f luxo maior? Qual tem o fluxo menor? Justifique suas escolhas.

A.

A relação entre a velocidade de fluxo (v), a taxa de fluxo (Q) e a área da secção transversal do tubo (A) é expressa pela equação

v= QJA

- - H..11

~-----------------------------.r--~ D. _ ___,.

Respostas: p. 509

A velocidade do fluxo depende da taxa do fluxo e da área de secção transversal A palavra fluxo é algumas vezes utilizada de modo impreciso na fisiologia cardiovascular, levando à confusão. O fluxo geralmente significa a taxa de fluxo, que é o volume de sangue que passa em um dado ponto do sistema por unidade de tempo. Na circulação, o fluxo é expresso em litros por minuto (L/min) ou em mililitros por minuto (mL/min). Por exemplo, o fluxo de sangue pela aorta de um homem que pesa 70 kg em repouso é de cerca de 5 L/min. A taxa de fluxo não deve ser confundida com a velocidade do fluxo (ou simplesmente velocidade), que é a distância que um dado volume de sangue percorre em um dado período de tempo. A velocidade do fluxo é uma medida de quão rápido o sangue flui ao passar por um ponto. Em comparação, a taxa de fluxo mede quanto sangue (volume) passa por um ponto em um dado período de tempo. Por exemplo, olhe para a porta aberta da sua sala de aula. O número de pessoas que passam pela porta em um minuto é a taxa de fluxo de pessoas. O quão rápido estas pessoas estão passando pela porta é a sua velocidade.

3

cm 3

Velocidade (v) =

Taxa do fluxo (Q) Area de secção transversal (A) ,

Ponto X Fluxo -·~ :

V=

Â

X A= 1 cm 2

y

v

Ponto Y

12 cm 3/min 1 cm 2

= 12 cm/min

V= v

12 cm3/min 12 cm 2

= 1 cm/min

A= 12 cm 2 Quanto mais estreito o vaso, maior é a velocidade do fluxo.

QUESTÃO DA FIGURA Se a área de secção transversal deste cano é 3 cm 2 , qual é a velocidade do fluxo?

•

FIGURA 14-6

(7)

que diz que a velocidade do fluxo por um tubo é igual à taxa do fluxo dividida pela área da secção transversal do tubo. Em um tubo com diâmetro fixo (e portanto, uma área de secção transversal fixa), a velocidade do fluxo é diretamente relacionada com a taxa do fluxo. Em um tubo com diâmetro variável, se a taxa do fluxo é constante, a velocidade do fluxo varia inversamente ao diâmetro. Em outras palavras, a velocidade é maior em partes mais estreitas e mais lenta em partes mais largas. A Figura 14-6 • mostra como a velocidade do fluxo varia de acordo com as mudanças na área da secção transversal de um tubo. O vaso na figura tem largura variável, desde uma estreita, com uma área da secção transversal de 1 cm2, até uma mais larga, com uma área de 12 cm2 • A taxa de fluxo é idêntica ao longo da extensão do vaso: 12 cm3 por minuto. (1 cm3 5 1 centímetro cúbico (cc) 51 mL.) Esta taxa de fluxo significa que, em um minuto, 12 cm3 do líquido passam no 3 ponto X na parte estreita, e 12 cm do líquido passam no ponto Y na parte larga. Mas quão rápido o líquido precisa fluir para manter esta taxa? De acordo com a equação 7, a velocidade do fluxo no ponto X é 12 cm/min, mas no ponto Y é de apenas 1 cm/ min. Como você pode ver, o líquido flui mais rapidamente nas partes estreitas do que nas partes largas. Para ver este princípio em ação, observe uma folha que flutua em uma correnteza. Onde o rio se estreita, a folha se move mais rapidamente, carregada pela maior velocidade da água. Nas partes onde o rio é mais largo, a velocidade da água diminui e a folha é levada mais lentamente. Neste capítulo e no seguinte, aplicamos a física do fluxo dos líquidos ao sistema circulatório. O coração gera pressão quando se contrai e bombeia o sangue para o lado arterial da circulação. As artérias atuam como um reservatório de pressão durante a fase de relaxamento do coração, mantendo a pressão arterial média (PAM), que é a força impulsionadora do fluxo sanguíneo. A pressão arterial média é influenciada por dois parâmetros: o débito cardíaco (o volume de sangue

Taxa do fluxo (Q) = 12 cm /min

12

475

A taxa do fluxo não é o mesmo que a velocidade do fluxo.

14

476

Dee Unglaub Silverthorn

O CORAÇÃO

Esterno Diafragma

ANATOMIA DA CAVIDADE TORÁCICA

Posição das valvas semi lunares

Glândula tireoide Primeira costela (corte)

í.5i=--""''"----:r-t;:- Base do coração

~t;7'/Jt Ápice de coração

Posição das valvas AV Diafragma

(a) O coração dispõe-se no centro do tórax.

Ápice do coração

(b) O coração está no lado ventral da cavidade torácica, entre os pulmões.

Coração +. -fN+Aorta Veia cava

--Ht1f--I-

--=~

--H~--IE

..__,,...- - Aorta (segmento removido) ,.-;--- Artéria pulmonar ~~!::'7""---,

. superior Átrio direito

--+--Átrio esquerdo --

--+--Ventrículo esquerdo

~~~~~~ ~;;c~~~~~l-~

:;r- - - Cavidade

Ventrículo direito --.../ Pericárdio

(d) Vista superior do plano transverso de (b)

(e) Os vasos que transportam o sangue bem-oxigenado estão em vermelho, e os vasos com sangue pouco oxigenado, em azul.

e

FIGURA 14-7

..-r- Veia pulmonar

"--- Esterno

pericárdica

Fisiologia Humana

477

-

ESTRUTURA DO CORAÇAO

-----------

----.......... ------- --- ---- ---

- --r-----Artéria pulmonar

Veia cava - - - +--""4 • superior r-----,. Pericárdio

~,.--------Aurícula

do átrio esquerdo

Átrio ---.i:+--o direito

t=l=~r===~Artéria e veia

coronárias

----(e) O coração é envolvido por um saco membranoso cheio de líquido, o pericárdio.

Aorta

Artérias pulmo- E ---.. nares direitas

--------------direito

-

- --Ventrículo esquerdo

---(f) Os ventrículos ocupam a maior parte do coração. Todas as artérias e veias se f ixam à base do coração.

Valva semilunar pulmonar

-C:~:=::::::::,,.. Artérias pulmo-

Discos intercalares

Células musculares miocárdicas

nares esquerdas Superior-~

Veias pulmonares esquerdas

vena cava Átrio direito

l

----- Átrio esquerdo

r------.,T-- - Folheto

da valva AV esquerda (bicúspide)

Folheto da valva AV d irei ta (tricúspide)

--t-~~-­

Músculos papilares

Ventrículo direito - - - + - -Veia cava - --+--"'." inferior '1--- - - - - - Parte

descendente da aorta

(g) O fluxo unidirecional pelo coração é assegurado por dois conjuntos de valvas.

•

FIGURA 14-7

(continuação)

(h) As células musculares miocárdicas são ramificadas, têm um único núcleo e são ligadas umas às outras por junções especializadas conhecidas como discos intercalares.

14

478

Dee Unglaub Silverthorn

que o coração bombeia por minuto) e a resistência periférica (a resistência dos vasos sanguíneos ao fluxo do sangue): Pressão arterial média ex: débito cardíaco x resistência periférica No Capítulo 15 discutimos a resistência periférica e o fluxo de sangue. No restante deste capítulo examinamos a função do coração e os parâmetros que influenciam o débito cardíaco. REVISANDO CONCEITOS 6. Dois canais em Amsterdã são idênticos em tamanho, porém a água flui mais rápido em um do que no outro. Que canal tem a taxa de fluxo mais alta? Resposta: p. 509

O MÚSCULO CARDÍACO E O CORAÇÃO Nas antigas civilizações, o coração era mais do que uma bomba - era a sede da mente. Quando os antigos egípcios mumificavam seus mortos, eles removiam a maior parte das vísceras, mas deixavam o coração no lugar para que os deuses pudessem pesá-lo como um indicador do mérito da pessoa. Aristóteles caracterizou o coração com o órgão mais importante do corpo, e como a sede da inteligência. Ainda podemos encontrar evidências dessas crenças antigas em expressões modernas como "emoções sinceras". A associação entre o coração e a mente ainda hoje está sendo explorada à medida que os cientistas estudam os efeitos do estresse sobre o desenvolvimento de doenças cardiovasculares. O coração é a casa de força do corpo, um músculo que contrai continuamente, descansando somente nas pausas que duram milissegundos entre os batimentos. Estima-se que o trabalho do coração, em um minuto, seja equivalente a levantar 3 kg a uma altura de 30 cm. A energia necessária para este trabalho requer um suprimento contínuo de nutrientes e oxigênio para o músculo cardíaco.

O coração tem quatro câmaras O coração é um órgão muscular, mais ou menos do tamanho de uma mão fechada, localizado no centro da cavidade torácica (veja o Resumo Anatômico, Fig. 14-?a, b, d e ). O ápice do coração está voltado para baixo e para o lado esquerdo do corpo, ao passo que a sua base mais larga fica atrás do osso esterno. Como em geral associamos a palavra base com a parte de baixo, lembre-se de que a base de um cone é a parte mais larga, e o ápice é a mais pontiaguda. Podemos pensar no coração como um cone invertido com o ápice para baixo e a base para cima. Dentro da cavidade torácica, o coração situa-se na parte ventral entre os dois pulmões, com seu ápice sobre o diafragma (Fig. 14-?b e ). O coração é envolvido por um saco membranoso resistente, o pericárdio [peri, ao redor + kardia, coração] (Fig. 14?d, e). Uma fina camada de líquido pericárdico claro dentro do pericárdio lubrifica a superfície externa do coração visto que ele bate dentro do saco pericárdico. A inflamação do pericárdio (pericardite) pode reduzir esta lubrificação a ponto de que o coração friccione contra o pericárdio, criando um som conhecido como atrito pericárdico.

O coração e os principais vasos , sangu1neos

O azul indica estruturas que contêm sangue com baixo

conteúdo de oxigênio; o vermelho indica sangue bemoxigenado. RECEBE SANGUE DE

ENVIA SANGUE PARA

Atrio direito Ventrículo direito

Veias cavas Átrio direito

Ventrículo direito Pulmões

Átrio esquerdo

Veias pulmonares

Ventrículo esquerdo

Átrio esquerdo

Ventrículo esquerdo Corpo, exceto para os pulmões

Coração ,

Vasos

Veias cavas Tronco pulmonar (artéria)

,

Veias sistêmicas Ventrículo direito

Atrio direito Pulmões

Veia pulmonar

Veias dos pulmões

. Atr10 esquerdo

Aorta

Ventrículo esquerdo

Artérias sistêmicas

,

A maior parte do coração é composta pelo músculo cardíaco, ou miocárdio [myo, músculo+ kardia, coração], recoberto por finas camadas externa e interna de tecido epitelial e conectivo. Visto a partir do lado externo, a maior parte do coração é a parede muscular espessa dos ventrículos, as duas câmaras inferiores (Fig. 14-?t). Os átrios apresentam paredes mais finas e situam-se acima dos ventrículos. Todos os vasos sanguíneos principais emergem da base do coração. A aorta e o tronco pulmonar (artéria) direcionam o sangue do coração para os tecidos e pulmões, respectivamente. As veias cavas e as veias pulmonares trazem o sangue de volta para o coração (Tabela 14-2 e ). Quando o coração é visto de frente (vista anterior), como na Figura 14-?f, as veias pulmonares estão escondidas atrás dos demais grandes vasos. Percorrendo a superfície dos ventrículos estão os sulcos que contêm as artérias e veias coronárias, as quais suprem de sangue o músculo cardíaco. A relação entre os átrios e os ventrículos pode ser observada em uma vista de corte transversal do coração (Fig. 14-?g). Como já mencionado, os lados esquerdo e direito do coração são separados pelo septo interventricular, de modo que o sangue de um lado não se mistura com o sangue do outro lado. Embora o fluxo de sangue no lado esquerdo seja separado do fluxo do lado direito, os dois lados se contraem de um modo coordenado. Primeiro os átrios contraem juntos e depois os ventrículos contraem juntos. O sangue flui das veias para os átrios e segue para os ventrículos por valvas que se abrem em um único sentido.

Fisiologia Humana

Os ventrículos são as câmaras bombeadoras do sangue. O sangue deixa o ventrículo direito via tronco pulmonar e o esquerdo via aorta. Um segundo conjunto de valvas guarda a saída dos ventrículos, de modo que o sangue não pode fluir de volta para o coração após ter sido ejetado. Observe na Figura 14-?g que o sangue entra em cada ventrículo no topo da câmara e também sai pelo topo. Isto ocorre porque, durante o desenvolvimento, o coração embrionário tubular gira para trás sobre si mesmo (Fig. 14-8b e ). Este giro coloca as artérias (por meio das quais o sangue deixa o coração) próximas ao topo dos ventrículos. Funcionalmente, isto significa que os ventrículos devem se contrair de baixo para cima para que o sangue seja ejetado pelo topo. Quatro anéis de tecido conectivo fibroso circundam as quatro valvas cardíacas (Fig. 14-9a e ). Esses anéis formam a origem e a inserção do músculo cardíaco, um arranjo que traciona ao mesmo tempo o ápice e a base do coração quando os ventrículos se contraem. Além disso, o tecido conectivo fibroso atua como isolante elétrico, bloqueando a maior parte da transmissão de sinais elétricos entre os átrios e os ventrículos. Este arranjo assegura que os sinais elétricos possam ser conduzidos por um sistema de condução especializado para o ápice do coração, gerando uma contração do ápice do coração para a base.

(a) Idade: embrião de 25 dias. O coração é um único tubo.

Cavidade -~

pericárdica ,

-!:"-'t:--:::--Atrio esquerdo primordial

(b) Com aproximadamente quatro semanas de desenvolvimento, os átrios e os ventrículos podem ser distinguidos. O coração começa a girar e os átrios se movem para o topo dos ventrículos.

As valvas cardíacas asseguram um fluxo unidirecional no coração Como indicado pelas setas na Figura 14-7g, o sangue flui através do coração em um único sentido. Dois conjuntos de valvas cardíacas asseguram este fluxo unidirecional: as valvas atrioventriculares, localizadas entre os átrios e os ventrículos, e as valvas semilunares (assim denominadas por sua forma parecida com uma lua crescente), localizadas entre os ventrículos e as artérias. Embora estes dois conjuntos de valvas sejam muito diferentes em termos estruturais, eles têm a mesma função: impedir o fluxo de sangue para trás. Na abertura entre cada átrio e seu ventrículo há uma valva atrioventricular (AV) (Fig. 14-?g). A valva AV é formada por finos folhetos unidos na base a um anel de tecido conectivo. Os folhetos são levemente espessados em suas bordas e se conectam no lado ventricular a tendões de colágeno, as cordas tendíneas (Fig. 14-9b, d e ). A maior parte das cordas está fixada às bordas dos folhetos das valvas. A extremidade oposta das cordas é presa a projeções proeminentes do músculo ventricular conhecidas como músculos papilares [papilla, mamilo]. Estes músculos fornecem estabilidade para as cordas, mas eles não podem abrir e fechar as valvas AV ativamente. As valvas se movem passivamente quando o fluxo de sangue as empurra. Quando um ventrículo contrai, o sangue é empurrado contra o lado de baixo da valva AV (ventricular) e a força para cima para assumir a posição fechada (Fig.14-9b). As cordas tendíneas impedem que a valva seja empurrada para dentro do átrio, do mesmo modo que as varetas de um guarda-chuva impedem que ele vire do avesso quando há um vento muito forte. Ocasionalmente, as cordas falham e a valva é empurrada para dentro do átrio durante a contra-

479

(e) Idade: um ano (as artérias não são mostradas)

~õ!.\~;:;::~ Veia cava ---_1~ superior _ ,,

14

---=v.:,--- Átrio esquerdo

Veia cava inferior Ventrículo direito

e

-te

---"-=--~~.

FIGURA 14-8 No embrião, o coração se desenvolve a partir de um único tubo.

ção ventricular. Esta condição anormal é conhecida como

prolapso. As duas valvas AV não são idênticas. A valva que separa o átrio direito do ventrículo direito tem três folhetos ou cúspides e é denominada valva AV direita (tricúspide) [cuspis, ponta] (Fig. 14-9a). A valva entre o átrio esquerdo e o ventrículo esquerdo tem somente dois folhetos e é denominada valva AV esquerda (bicúspide). A valva AV esquerda também é chamada de valva mitral, pois se assemelha a um chapéu alto denominado mitra, que os papas e bispos usam. As valvas semilunares separam os ventrículos das grandes artérias. A valva aórtica está entre o ventrículo esquerdo e a aorta, e a valva pulmonar, entre o ventrículo direito e o tronco pulmonar. Cada valva semilunar tem três folhetos

480

Dee Unglaub Silverthorn

CONTRAÇÃO VENTRICULAR

{a) Secção transversal

{b) Secção frontal

Valva AV direita Esqueleto ValvaAV fibroso (tricúspide) esquerda (mitral ou bicúspide)

Aorta ----.:1~

,

..__--~'r'i;::----Atrio

esquerdo

Valva sem ilunar ----' aórtica (aberta)

Durante a contração ventricular, as valvas AV permanecem fechadas para impedir o f luxo retrógrado do sangue para dentro dos átrios semilunar aórtica (aberta)

-ff-- - Músculos

-f'---

papilares

(tensos) H-:t- -+F----Ventrículo esquerdo (contraído)

Valva- - - -.:::..... semilunar pulmonar (aberta)

RELAXAMENTO VENTRICULAR

{c) Secção transversal

{d) Secção frontal

~ Valva

AV esquerda (mitral ou bicúspide) aberta

.,-----,T---Valva AV esquerda (aberta) ct:::~r cordas tendíneas

ValvaAV direita (tricúspide) aberta

(relaxadas)

As valvas semilunares impedem que o sangue que entrou nas artérias retorne para dentro dos ventrículos durante o relaxamento ventricular

-~ Múscu los

papilares (relaxados)

~-=--

•

FIGURA 14-9 As valvas cardíacas criam um fluxo unidirecional através do

coração. As figuras (a) e (e) mostram as valvas AV vistas a partir do átrio e as valvas semilunares vistas de dentro das artérias.

""'-'--'---H'-Ventrículo esquerdo (dilatado)

Fisiologia Humana

481

semelhantes a uma taça que se fecham rapidamente quando o sangue tenta voltar para dentro do ventrículo (Fig. 14-9c,d). Por causa da sua forma, as valvas semilunares não necessitam de tendões de conexão como as valvas AV. R E'V 1s A N D o e o N e E 1Tos 7. O que impede os sinais elétricos de passarem através do t ecido conectivo do coração? 8. Faça um esquema do trajeto do sangue desde a veia cava superior at é a aorta, dando o nome de todas as estruturas encontradas ao longo do seu caminho. 9. Qual é a função das valvas AV? O que acontece com o fluxo de sangue se uma destas valvas fa lha? Respostas: p. 509

O músculo cardíaco se contrai sem inervação A maior parte do coração é composto por células musculares cardíacas, ou miocárdio. A maioria das células musculares cardíacas é contrátil, mas cerca de 1% delas são especializadas em gerar potenciais de ação espontaneamente. Estas células são responsáveis por uma propriedade única do coração: sua capacidade de se contrair sem qualquer sinal externo. Como mencionado na introdução deste capítulo, há registros de que os exploradores espanhóis testemunharam sacrifícios humanos quando chegaram ao Novo Mundo, nos quais os corações eram retirados do peito das vítimas e continuavam a bater por minutos. O coração pode se contrair sem uma conexão com outras partes do corpo, pois o sinal para a contração é miogênico, ou seja, é originado dentro do próprio músculo cardíaco. O sinal para a contração miocárdica não é proveniente do sistema nervoso central, mas de células miocárdicas especializadas conhecidas como células autoexcitáveis. As células autoexcitáveis são também denominadas células marcapasso porque elas determinam a frequência dos batimentos cardíacos. As células autoexcitáveis miocárdicas são anatomicamente distintas das células contráteis: elas são menores e contêm poucas fibras contráteis. Como elas não têm sarcômeros organizados, as células autoexcitáveis não contribuem para a força contrátil do coração. Entretanto, as células contráteis são células típicas de músculo estriado, com fibras contráteis organizadas em sarcômeros [$ p. 411]. O músculo cardíaco difere de forma significante do músculo esquelético e compartilha algumas propriedades com o músculo liso: 1. As fibras musculares cardíacas são muito menores do que as fibras musculares esqueléticas e em geral possuem um núcleo por fibra. 2. As células musculares cardíacas individuais se ramificam e se juntam com as células vizinhas criando uma rede complexa (Fig. 14-7h, 14-lOb e ). As junções celulares, conhecidas como discos intercalares [inter-, entre + calare, proclamar], consistem em membranas interdigitadas. Os discos intercalares têm dois componentes: os desmossomos [$ p. 74] e as junções comunicantes[$ p. 72]. Os desmossomos são conexões fortes que mantêm as células adjacentes, unidas permitindo que a força criada em uma célula seja transferida para a célula vizinha.

(a) O arranjo espiral do músculo ventricular permite que a contração ventricular empurre o sangue do ápice do coração para cima.

Disco intercalar (seccionado)

---~

Núcleo

~.f'--

Célula muscular cardíaca

(b) Os d iscos intercalares contêm desmossomos que transferem força de célula para célula e as junções comunicantes que permitem que os sinais elétricos passem rapidamente de célula a célula.

e

FIGURA 14-10 Músculo cardíaco. Veja na Figura 3-21 c, na p. 73, uma microfotografia eletrônica das junções comunicantes.

3. As junções comunicantes nos discos intercalares conectam eletricamente as células musculares cardíacas umas às outras. Elas permitem que as ondas de despolarização espalhem-se rapidamente de célula para célula, de modo que todas as células do músculo cardíaco se contraem quase simultaneamente. Neste aspecto, o músculo cardíaco assemelha-se ao músculo liso unitário. 4. Os túbulos T das células miocárdicas são maiores do que os do músculo esquelético e se ramificam dentro das células miocárdicas. 5. O retículo sarcoplasmático miocárdico é menor que o do músculo esquelético; por isso, o músculo cardíaco depende, em parte, do Ca2 + extracelular para iniciar a contração. Neste aspecto, o músculo cardíaco assemelha-se ao músculo liso. 6. As mitocôndrias ocupam cerca de um terço do volume celular de uma fibra contrátil cardíaca, devido à grande demanda energética dessas células. Estima-se que o músculo cardíaco consome 70 a 80% do oxigênio levando a ele pelo sangue, mais do que duas vezes a quantidade extraída por outras células do corpo.

14

482

Dee Unglaub Silverthorn

Ca2 +

3 Na+

o Ca2+

O potencial de ação chega proveniente de células adjacentes.

LEC

- - --+... ATP L/C

3Na+ "'.... ~

RyR

L.-....--J- Canal de 1

1

Ca2+tipo L

Ca2+ 1

1

Ca2 +

..........

RS

O Ca2+ induz a liberação de Ca2+ pelos canais receptores de rianodina (RyR).

Retículo sarcoplasmático (RS)

Liberação local causa faíscas de ca2+.

Ca2+ armazenado

o

,

'/

ATP

~

Faíscas de Ca2+

Canais de Ca2+ controlados por voltagem se abrem. O Ca2+ entra na célula.

NCXA-- - - - - '

Túbulo T

>

/

A soma de faíscas de Ca2+ cria um sinal de Ca2+.

o ,

Sinal de Ca2+

Ca2 +

Contração

O relaxamento ocorre quando o Ca2+ se desliga da troponina.

Ca2 +

o

O

Os íons Ca2+ se ligam na troponina para iniciar a contração.

Actina Ca2+ é bombeado de volta para dentro do retículo sarcoplasmático para ser armazenado.

Relaxamento

Miosina

• O Ca2+ é trocado por Na+ pelo trocador de antiporte NCX. 1~. O gradiente do Na+ é mantido pela Na+-K+-ATPase.

•

FIGURE 14-11

Acoplamento excitação-contração (E-C) e relaxamento no músculo cardíaco.

Durante períodos de aumento de atividade, o coração usa quase todo o oxigênio trazido pelas artérias coronárias. Assim, a única maneira de conseguir mais oxigênio para o músculo cardíaco no exercício é aumentando o fluxo sanguíneo. A redução do fluxo sanguíneo miocárdico por estreitamento de um vaso coronário, por um coágulo ou por depósito de gordura pode causar danos ou até mesmo levar células miocárdicas à morte. Veja a Tabela 12-3, p. 440, para uma breve comparação dos três tipos de músculo.

A entrada do cálcio é uma característica do acoplamento excitação-contração cardíaco Nos Capítulos 11 e 12, você aprendeu como a acetilcolina de um neurônio motor somático causa um potencial de ação no músculo esquelético para iniciar o acoplamento excitação-contração (acoplamento EC) [$ p. 41 7]. No músculo cardíaco, um potencial de ação também inicia o acoplamento EC, mas o potencial de ação se origina espontaneamente nas células marcapasso do coração e se propaga para as células contráteis pelas junções comunicantes. (Os neurotransmissores modulam a frequência do marcapasso, como você aprenderá neste capítulo.) Outros aspectos do acoplamento E-C cardíaco repetem os processos que você encontrou na contração do músculo liso e do músculo esquelético.

A Figura 14-11 • ilustra o acoplamento E-C e o relaxamento do músculo cardíaco. Um potencial de ação que entra em uma célula contrátil se move pelo sarcolema e entra nos túbulos T CD, onde abre os canais de Ca2 + controlados por voltagem tipo L na membrana das células ®. O Ca2 + entra nas células e abre os canais liberadores de Ca 2+ receptores de rianodina (RyR) no retículo sarcoplasmático @ . Quando os canais RyR se abrem, o Ca2 + armazenado flui para fora do retículo sarcoplasmático e para dentro do citosol ©,criando um pulso ("faísca") de Ca2 +, que pode ser visto usando métodos bioquímicos especiais[ $ p. 191]. Múltiplas faíscas de diferentes canais de RyR se somam para criar um sinal de Ca2 + ®. Este processo de acoplamento E-C no 2 músculo cardíaco é também chamado de liberação de Ca + induzida por Ca2+, porque os canais RyR do miocárdio se abrem em resposta à ligação de Ca2+. A liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático fornece, aproximadamente, 90% do Ca2 + necessário para a contração muscular, sendo que os restantes lOo/o entram na célula a partir do líquido extracelular. O cálcio se difunde pelo citosol para os elementos contráteis, onde se liga à troponina e inicia o ciclo de formação de pontes cruzadas e o movimento @. A contração ocorre pelo mesmo tipo de movimento de deslizamento de filamentos que ocorre no músculo esquelético [$ p. 415]. O relaxamento no músculo cardíaco geralmente é similar ao do músculo esquelético. Quando as concentrações

Fisiologia Humana

citoplasmáticas de Ca2 + diminuem, o Ca2 + desliga-se da troponina, a miosina libera a actina e os filamentos contráteis deslizam de volta para sua posição de relaxamento ®. Como no músculo esquelético, o Ca2 + é transportado de volta para o retículo sarcoplasmático com a ajuda de uma Ca2 +-ATPase ®. Contudo, no músculo cardíaco, o Ca2+ também é removido da célula na troca por Na+ via o trocador de antiporte Na+ -Ca2 + (NCX) ®. Cada Ca2 + sai da célula contra o seu gradiente eletroquímico em troca por 3 Na+ que entram na célula a favor do seu gradiente eletroquímico. O sódio que entra na célula durante essa tranferência é removido pela Na+-K+-ATPase @. R

VISANDO CONCEITOS Compare os receptores e canais envolvidos no acoplamento E-C cardíaco com os envolvidos no acoplamento E-C no músculo esquelético. [Dica : $ p. 417], sendo que os restantes 1Oo/o entram na célula a partir do líquido extracelular. 11. Se uma célula contrátil miocárdica é colocada no líquido intersticial e despolarizada, a célula contrai. Se o Ca2 + é removido do líqu ido que circunda as célu las miocárdicas e a célula é despolarizada, ela não contrai. Se esse experimento for repetido com fibras do músculo esquelético, ele contrai quando despolarizado, se o Ca2 + estiver presente ou não no líquido circundante. Qual a conclusão que você pode extrair dos resu ltados desses experimentos?

483

Quando Walter chegou no Centro de Emergência Médica da Un iversidade do sudoeste do Texas, uma das primeiras tarefas foi determ inar se ele t inha tido rea lmente um ataque cardíaco. Os sinais vitais (frequência de pulso e respiratória, pressão sanguínea e temperatura) de Walter foram verif icados e foi dado a ele nitroglicerina para dilatar os vasos coronarianos [p. 192]. O médico ficou satisfeito de saber que Walter t inha tomado uma aspirina para diminuir a coagulação sanguínea. Um técnico coletou seu sangue para determinar o nível da creatina cinase cardíaca (C KMB). Quando as células do músculo cardíaco morrem, elas liberam várias enzimas como a creatina cinase, que servem como marcadores de um ataque cardíaco. Um segundo tubo com sangue foi enviado para um ensaio dos níveis de troponina 1- A troponina 1é um bom indicador de dano ao coração após um ataque cardíaco.

Questão 3: Uma forma semelhante de creatina cinase, CK-MB, é encontrada no músculo esquelético. Como são chamadas as formas relacionadas de uma enzima? [ Dica:$ p. 100] Questão 4: O que é troponina e por que seus níveis sanguíneos elevados indicam dano cardíaco? [Dica:$ p. 415]

Respostas: p. 509

468

472

487

494

500

505

A contração do músculo cardíaco pode ser graduada Uma propriedade-chave das células musculares cardíacas é a habilidade de uma única fibra muscular executar contrações graduadas, nas quais a fibra varia a quantidade de força que gera. (Lembre-se de que a contração de uma fibra no músculo esquelético, independente do seu comprimento, é tudo-ounada.) A força gerada pelo músculo cardíaco é proporcional ao número de pontes cruzadas que estão ativas. O número de pontes cruzadas ativas é determinado pela quantidade de Ca2 + ligado à troponina. Se a concentração de Ca2 + citosólico está baixa, algumas pontes cruzadas não são ativadas e a força de contração é menor. Se mais Ca2 + entrar na célula a partir do líquido extracelular, mais Ca2 + é liberado do retículo sarcoplasmático. Esse Ca2 + adicional se liga à troponina, aumentando a capacidade da miosina de formar pontes cruzadas com a actina e gerando uma força adicional. Outro fator que afeta a força de contração no músculo cardíaco é o comprimento do sarcômero no início da contração. Tanto no músculo cardíaco quanto no esquelético, a tensão gerada é diretamente proporcional ao comprimento inicial da fibra muscular [ $ p . 423]. Quanto maior o comprimento da fibra muscular e do sarcômero quando a contração inicia, maior a tensão desenvolvida, até um máximo (Fig. 14-12 e ). Em um coração sadio, o estiramento de fibras individuais depende da quantidade de sangue existente no interior das câmaras cardíacas. A relação entre a força e o volume ventricular é uma propriedade importante da função cardíaca e é discutida em detalhes mais adiante neste capítulo.

14 R VISANDO CONCEITOS Um fármaco que bloqueia todos os canais de Ca 2+ na membrana celular miocárdica é colocado em uma solução ao redor da célula. O que acontece à força de contração nessa célula? Resposta: p. 570

Os potenciais de ação no miocárdio variam O músculo cardíaco, assim como o músculo esquelético e os neurônios, é um tecido excitável com a capacidade de ge-

100

o

E

80

Músculo ---=:!lfl'~ esquelético

, , , ,

X

·ro

E

o

~ Múscu l o

60

1 1

"'O

~ • •

o iro rn e

~

cardíaco

I

40

20

o

, , ,

---- ---

,

, ,

, ,

I I

Faixa ~ f isiológica - + t

50 60 70 80 90 100 Comprimento inicial do sarcômero: % do máximo

•

FIGURA 14-12 O aumento do estiramento do músculo cardíaco aumenta sua força de contração. Esses dados representam a tensão desenvolvida durante uma contração isométrica. A faixa fisiológica é o comprimento do sarcômero no qual o músculo funciona normalmente.

484

Dee Unglaub Silverthorn

Px = Permeabilidade para o íon X o --tPNa

+20

>E

-

o

~

-20

0 - -tPK

Fase 1: repolarização inicial. Quando os canais de Na+ se fecham, a célula começa a repolarizar à medida que o K+ deixa a célula pelos canais de K+ abertos

e tPca

Cl3

e

.o

E Q) E

-40

e

-60

f PNa

-80

o

Q)

"O

cti ·(.)

tPK

e -t Pca

e

Q)

õ

a..

-100

o Fase

e o o o

o •

100 200 - - Tempo (ms)

300

>

Canais de Membrana Canais de Na+ abertos Canais de Na+ fechados Canais de Ca2+ abertos; canais de K+ rápidos fechados Canais de Ca2+ fechados; canais de K+ lentos abertos Potencial de repouso

FIGURA 14-13 Potencial de ação de uma célula cardíaca contrátil. Os números das fases são uma convenção.

rar potenciais de ação. Cada um dos dois tipos de células musculares cardíacas tem um potencial de ação distinto. Em ambos os tipos, o Ca2 + desempenha um papel importante no potencial de ação, ao contrário dos potenciais de ação do músculo esquelético e dos neurônios.

Células miocárdicas contráteis

similares aos canais de Na+ controlados por voltagem do axônio [$ p. 263].

o

potencial de ação das células contráteis miocárdicas é semelhante, de diversas maneiras, ao dos neurônios e do músculo esquelético [$ p. 258]. A fase de despolarização rápida do potencial de ação é resultado da entrada de Na+, e a fase de repolarização rápida é devida à saída de K+ da célula. A principal diferença entre o potencial de ação da célula miocárdica contrátil e o da fibra do músculo esquelético ou o de um neurônio é que na célula miocárdica existe um potencial de ação prolongado devido à entrada de Ca +. Vamos dar uma olhada nesse potencial de ação prolongado (Fig. 14-13 e ). Fase 4: potencial de membrana em repouso. As células miocárdicas contráteis têm um potencial de repouso estável de aproximadamente - 90 m V. Fase O: despolarização. Quando a onda de despolarização entra na célula contrátil através das junções comunicantes, o potencial de membrana torna-se mais positivo. Os canais de Na+ controlados por voltagem se abrem, permitindo que o Na+ entre na célula e rapidamente a despolarize. O potencial de membrana alcança aproximadamente + 20 mV antes de os canais de Na+ se fecharem. Estes são canais de Na+ com dois portões,

Fase 2: o platô. A repolarização inicial é muito breve. O potencial de ação então se achata e forma um platô como resultado de dois eventos: diminuição da permeabilidade ao K+ e aumento da permeabilidade ao 2 Ca +. Os canais de Ca + controlados por voltagem ativados pela despolarização foram abertos lentamente durante as fases O e 1. Quando eles finalmente abrem, o Ca2 + entra na célula. Ao mesmo tempo, alguns canais "rápidos" de K+ fecham-se . A combinação do influxo de Ca2 + e da diminuição do efluxo de K+ faz com que o potencial de ação se horizontalize formando um platô. Fase 3: repolarização rápida. Quando os canais de Ca2 + se fecham e a permeabilidade ao K+ aumenta mais uma vez, o platô termina. Os canais de K+ "lentos" responsáveis por essa fase são semelhantes aos dos neurônios: eles são ativados pela despolarização, mas são abertos lentamente. Quando os canais lentos de K+ abrem, o K+ sai rapidamente e a célula retorna para seu potencial de repouso (fase 4). 2

O influxo de Ca + durante a fase 2 prolonga a duração total do potencial de ação do miocárdio. Um potencial de ação típico em um neurônio ou fibra do músculo esquelético dura entre 1 e 5 ms. O potencial de ação típico de uma célula miocárdica contrátil dura 200 ms ou mais. O potencial de ação miocárdico mais longo ajuda a impedir a contração sustentada chamada de tétano. A prevenção do tétano no coração é importante porque o músculo cardíaco deve relaxar entre as contrações, de modo que os ventrículos possam encher-se com sangue. Como um potencial de ação mais longo impede o tétano? Para entender isso, compare a relação entre os potenciais de ação, os períodos refratários [ $ p. 264] e a contração em células do músculo cardíaco e esquelético (Fig. 14-14 e ). Como você pode recordar do Capítulo 8, o período refratário é o período após um potencial de ação durante o qual um estímulo normal não pode desencadear um segundo potencial de ação. No músculo esquelético, o potencial de ação (curva vermelha) e o período refratário (fundo amarelo) estão terminado quando a contração começa (curva azul). Por essa razão, um segundo potencial de ação disparado imediatamente depois do período refratário causa a soma das contrações. Se uma série de potenciais de ação acontecer em rápida sucessão, ocorrerá a contração sustentada chamada de tétano (Fig. 14-14b). O tétano não pode ocorrer no músculo cardíaco porque o potencial de ação prolongado faz com que o período refratário e a contração terminem quase simultaneamente (Fig. 14-14c). Quando um segundo potencial de ação pode ocorrer, a célula miocárdica está quase completamente relaxada. Consequentemente, não ocorre somação (Fig. 1414d).

Fisiologia Humana

485

MÚSCULO ESQUELÉTICO

,_........::- - Pico

Tensão máxima ----------------:6" ·

-----1

o

(ij C\1

o

1(\1

·- e g ~ Q) .o

(/)

(/)

e

•

e

~

ÕE Cl.. Q) E

LEGENDA

1(\1

~

=

Estímulo para o potencial de ação

= Potencial de

ação {mV) Período---+refratário

o

10

50

• 150 • o• 75

100

Â

Estímulo --Tempo {ms)

= Tensão muscular

•

--Tempo {ms)

(a) Fibra muscular esquelética de contração rápida:

>

(b) Os músculos esqueléticos que são repetidamente estimulados apresentarão somação e tétano (potenciais de ação não mostrados).

o período refratário {amarelo) é muito curto comparado com a quantidade de tempo necessário para o desenvolvimento da tensão.

MÚSCULO CARDÍACO

•

-os Q)

>

>

o o

ã; C\1

1(\1

·e oe ..... C\1 Q) .o

(/)

eQ) 1-

õE Cl.. Q) E -90

• o

Período refratário

100

o

)>

Estímulo

Tempo (ms)

o

ICU

(/)

eQ) 1-

o

o o

200 250

250

•

 )>

{c) Fibra muscular cardíaca: O período refratário

• • Tempo (ms)

)>

{d) O período refratário longo no músculo cardíaco impede o tétano.

se mantém por q uase todo o abalo muscular.

•

Período refratário

FIGURA 14-14 Períodos refratários e somação no músculo cardíaco e no músculo esquelético.

R VISANDO CONCEITOS Quais íons se movendo em qual direção causam as fases de despolarização e repolarização de um potencial de ação neuronal? 14. No nível molecular, o que está acontecendo durante o período refratário em neurônios e fibras musculares? 15. A lidocaína é uma molécula que bloqueia a ação dos canais de Na+ cardíacos controlados por voltagem. O que acontecerá ao potencial de ação das células contráteis míocárdicas se a lidocaína for aplicada na célula? Respostas: p. 51 O

Células miocárdicas autoexcitáveis

o que confere às cé-

lulas miocárdicas autoexcitáveis a capacidade única de gerar potenciais de ação espontaneamente na ausência de um sinal do sistema nervoso? Esta propriedade resulta do seu potencial de membrana instável, o qual começa em - 60 mVe sobe lentamente em direção ao limiar (Fig.14-lSa e ). Este potencial de membrana instável é chamado de potencial marcapasso em

vez de potencial de membrana em repouso porque ele nunca "descansa" em um valor constante. Sempre que o potencial marcapasso depolariza até o limiar, as células autoexcitáveis disparam um potencial de ação. O que causa a instabilidade do potencial de membrana dessas células? O nosso conhecimento atual é de que as células autoexcitáveis contêm canais que são diferentes dos canais de outros tecidos excitáveis. Quando o potencial de membrana celular é - 60 m V, os canais If que são permeáveis ao K+ e ao Na+ estão abertos (Fig. 14-lSc). Os canais If são assim chamados porque eles permitem que a corrente (1) flua e devido às suas propriedades não usuais. Os pesquisadores que primeiro descreveram a corrente iônica através desses canais, inicialmente não entenderam seu comportamento e achamaram de corrente fünny (engraçada)- daí o subscrito f Os canais If pertencem à família de canais HCN, ou ca-

nais controlados por nucleotídeos cíclicos ativados por hiperpolarização. Outros membros da família HCN são encontrados em neuron1os. A

'

14

486

Dee Unglaub Silverthorn

20

Canais de Ca2+ fechados, Canais de K+ abertos

0-l- ca2+ para dentro

~

~

K+ para fora

Muitos canais de Ca2+ abertos

.e -20 E Q) E Q)

"O ~ ·u

-40

Limiar

- - - - -

------

- - -

Ca2+ para dentro

eQ)

~ -60

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•Potencial

Na+ para dentro (resultante)

)o

marcapasso

"'\_ Alguns canais de Ca2+ abertos, canais lf fechados "~

Potencial de ação

Canais de K+ fechados

Tempo-----+(a) O potencial marcapasso torna-se gradualmente menos negativo até que alcança o limiar e dispara um potencial de ação.

t

Canais lf abertos

Canais lf abertos

Tempo-----+-

{b) Movimentos dos íons durante um

---Tempo-----+(c) Estado dos vários canais iônicos.

potencial de ação e um potencial marcapasso.

QUESTÃO DO GRÁFICO Relacione as fases apropriadas do potencial de ação da célula miocárdica contrátil (Fig. 14-13) às fases do potencial de ação do marcapasso acima.

•

FIGURA 14-15

Potencial de ação em células autoexcitáveis cardíacas.

Quando os canais If se abrem em potenciais de membrana negativos, o influxo de Na+ excede o efluxo de K+ (Fig. 14-lSb). (Isso é similar ao que acontece na junção neuromuscular quando um canal de cátion não específico se abre [$ p. 398].) O influxo líquido de carga positiva despolariza ' lentamente as células autoexcitáveis. A medida que o potencial de membrana se torna mais positivo, os canais If gradualmente se fecham e alguns canais de Ca2+ se abrem.O influxo subsequente de Ca2 + continua a despolarização, e o potencial de membrana move-se continuamente em direção ao limiar. Quando o potencial de membrana alcança o limiar, canais de Ca2 +adicionais se abrem. O cálcio entra rapidamente na célula, gerando a fase de despolarização rápida do potencial de ação. Note que este processo é diferente do de outras células excitáveis, nas quais a fase de despolarização é devida à abertura de canais de Na+ controlados por voltagem. Quando os canais de Ca + se fecham, no pico do potencial de ação, os canais de K+ lentos se abrem. A fase de repolarização do potencial de ação autoexcitável é resultante do efluxo de K+. Essa fase é similar à repolarização em outros tipos de células excitáveis. R VISANDO CONCEITOS O que acontece ao potencial de membrana da célula quando a permeabilidade ao K+ aumenta? Resposta: p. 51 O

Os neurotransmissores autonômicos modulam a frequência cardíaca A velocidade na qual as células marcopasso despolarizam determina a frequência com que o coração contrai (a frequên-

eia cardíaca). O intervalo entre os potenciais de ação pode ser modificado alterando a permeabilidade das células autoexcitáveis a diferentes íons. O aumento da permeabilidade aos íons Na+ e Ca2 + durante a fase do potencial marcapasso acelera a despolarização e a frequência cardíaca, ao passo que a diminuição da permeabilidade ao Ca2+ ou o aumento da permeabilidade ao K+ retarda a despolarização e assim diminui a frequência cardíaca. A estimulação simpática das células marcapasso aumenta a frequência cardíaca. As catecolaminas, noradrenalina (de neurônios simpáticos) e a adrenalina (da medula da suprarrenal) aumentam o fluxo iônico pelos canais If e de Ca2 +. Os cátions entram mais rapidamente, acelerando a despolarização do marcapasso, fazendo com que a célula alcance mais rápido o limiar e aumentando a frequência de disparo do potencial de ação (Fig.14-16a e ). Quando o marcapasso dispara potenciais de ação mais rapidamente, a frequência cardíaca aumenta. As catecolaminas exercem seus efeitos ligando-se e ativando receptores adrenégicos ~ 1 nas células autoexcitáveis. Os receptores ~ 1 usam o sistema de segundo mensageiro AMPc para alterar as propriedades de transporte dos canais iônicos. No caso dos canais Ifl os quais são canais controlados por nucleotídeo cíclico, o próprio AMPc é o mensageiro. Quando o AMPc se liga nos canais If abertos, eles permanecem abertos por mais tempo. O neurotransmissor parassimpático acetilcolina (ACh) reduz a frequência cardíaca. A acetilcolina ativa os receptores colinérgicos muscarínicos que influenciam os canais de K+ e Ca2 + nas células marcapasso. A permeabilidade ao K+ aumenta, hiperpolarizando a célula de modo que o potencial marcapasso inicia em um valor mais negativo (Fig. 14-16b).

Fisiologia Humana

>E

-

rn e ~ .o E Q)

Normal

Estimulação Simpática

~ 20

20

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Despolarizada

o

Despolarização mais rápida

1,6 0,8 - - - - Tempo (s)

'Hiperpolarizada

a..

2,4

FIGURA 14-16

Despolarização mais lenta

0,8 ---Tempo (s)

(a) A estimulação simpática e a adrenalina aceleram a despolarização das células autoexcitáveis aumentando a frequência card íaca.

•

Estimulação parassimpática

-

E ~ -40 rn ·-

~

Normal

487

1,6

2,4

(b) A estimulação parassimpática hiperpolariza o potencial de membrana das células autoexcitáveis e retarda a despolarização, diminuindo a frequência cardíaca.

Modulação da frequência cardíaca pelo sistema nervoso autônomo.

Ao mesmo tempo, a permeabilidade do marcapasso ao Ca2 + diminui. A diminuição da permeabilidade ao Ca2 + diminui a velocidade na qual o potencial marcapasso despolariza. A combinação dos dois efeitos faz com que a célula leve mais tempo para alcançar o limiar, atrasando o início do potencial de ação no marcapasso e diminuindo a frequência cardíaca. A Tabela 14-3 • compara os potenciais de ação dos dois tipos de músculo cardíaco com os do músculo esquelético. Em seguida, veremos como os potenciais de ação das células autoexcitáveis se espalham por todo o coração para coordenar a contração. CONCEITOS Você acha que os canais de Ca2 + nas células autoexcitáveis são os mesmos canais de Ca 2 + das células contráteis? Justifique sua resposta. 18. O que acontece ao potencial de ação de uma célula miocárdica autoexciável se for aplicada à célula a tetrodo-

toxina, a qual bloqueia os canais de Na+ controlados por voltagem? 19. Em um experimento, o nervo vago [ ~ p. 389] para o

coração foi cortado. Os investigadores observaram que a frequência cardíaca aumentou. O que você pode concluir a respeito dos neurônios vagais que inervam o coração?

vavelmente não irá muito longe, a menos que outras pessoas empurrem também. Da mesma forma, as células miocárdicas individuais devem despolarizar e contrair de modo coordenado para o coração gerar força suficiente para o sangue circular. A comunicação elétrica no coração começa com um potencial de ação em uma célula autoexcitável. A despolarização

Os resultados dos exames de creatina cinase e tropon ina 1 demoram uma hora ou mais para f icarem prontos. Se uma artéria coronária estivesse bloqueada, o dano ao músculo cardíaco poderia se agravar nesse período. No caso de Walter, um eletrocardiograma (ECG) mostrou um padrão anormal de atividade elétrica. " Ele definitivamente t inha tido um IM", disse o médico, referindo-se a um infarto do miocárdio ou ataque cardíaco. " Vamos in iciar com í3-bloqueador e PA-t." O PA-t (ativador tecidual do plasminogênio) ativa o plasminogên io, uma substância que é produzida no corpo e dissolve os coágulos sanguíneos. Dado dentro de um par de horas após o ataque cardíaco, o PA-t pode ajudar a dissolver os coágulos sanguíneos que estão bloqueando o fluxo sanguíneo para o músculo cardíaco. Isso ajudará a limitar a extensão do dano 1squem1co. '

Respostas: p. 51 O

O CORAÇAO COMO BOMBA Agora vamos das células miocárdicas para o coração como um todo. Como pode uma minúscula célula autoexcitável não contrátil fazer todo o coração bater? E por que aqueles médicos que aparecem em programas de TV dão choques elétricos em seus pacientes quando o coração dos mesmos não está funcionando? Você está perto de aprender a resposta para estas questões.

A

•

Questão 5: Como os sinais elétricos se movem de célula a célula no miocárdio? Questão 6: O que acontece à contração de uma célula contrátil miocárdica se a onda de despolarização desviar dela? Questão 7: Um p-bloqueador é um antagonista dos receptores adrenérgicos 13 1• Qual o efeito desse fármaco sobre a frequência cardíaca de Walter? Por que essa resposta é útil após um ataque cardíaco?

A condução elétrica no coração coordena a contração O coração é como um grupo de pessoas ao redor de um carro estragado. Uma pessoa pode empurrar o carro, mas ele pro-

468

472

483

Ili

494

500

505

14

488

Dee Unglaub Silverthorn

Comparação dos potenciais de ação nos músculos cardíaco e esquelético MÚSCULO ESQUELÉTICO

MIOCÁRDIO CONTRÁTIL

MIOCÁRDIO AUTOEXCITÁVEL

Potencial de membrana

Estável a - 70 mV

Estável a - 90 mV

Potencial marcapasso instável; norma lmente começa em - 60 mV

Eventos que levam ao potencial limiar

Entrada líquida de Na+ através dos canais controlados por ACh

A despolarização entra via junções comunicantes

Entrada líquida de Na+ através dos canais lt; reforçada pela entrada de Ca 2 +

Fase ascendente do potencial de ação

Entrada de Na+

Entrada de Na+

Entrada de Ca 2 +

Fase de repolarização

Rápida; causada pelo efluxo de K+

Prolongamento do platô causado pela entrada de Ca 2 +; fase rápida causada pelo efluxo de K+

Rápida; causada pelo efluxo de K+

Hi perpola rização

Devida ao efluxo excessivo de K+, durante a alta permeabilidade ao K+; quando os canais de K+ se fecham, o f luxo de K+ e de Na+ leva o potencia l de volta ao estado de repouso

Nenhuma; o potencial de repouso é - 90 mV, o potencial de equilíbrio do K+

Norma lmente nenhuma; quando a repolarização atinge - 60mV, os canais lt abrem-se novamente. A ACh pode hiperpolarizar a célula.

Duração do Potencial de ação

Curta: 1 a 2 ms

Prolongada: + 200 ms

Variável; gera lmente + 150 ms

Período refratário

Geralmente curto

Longo porque a restauração dos portões dos canais de Na+ persiste até o fim do potencial de ação

Nenhum

se espalha rapidamente para as células adjacentes através das junções comunicantes nos discos intercalares (Fig. 14-17 e ). A onda de despolarização é seguida por uma onda de contração que passa pelo átrio e depois vai para os ventrículos. A despolarização começa no nó sinoatrial (nó SA), as células autoexcitáveis localizadas no átrio direito que atuam como o principal marcapasso do coração (Fig. 14-18 e ). A onda de despolarização então se propaga rapidamente por um sistema especializado de condução constituído de fibras autoexcitáveis não contráteis. Uma via internodal ramificada conecta o nó SA ao nó atrioventricular (nó AV), um grupo de células autoexcitáveis localizadas próximo ao assoalho do átrio direito. Do nó AV, a despolarização move-se para os ventrículos. As fibras de Purkinje, células de condução especializadas, transmitem sinais elétricos muito rapidamente a partir do fascículo atrioventricular (fascículo AV, também chamado de feixe de His), localizado no septo entre os ventrículos. Percorrido um curto caminho no septo, o fascículo se divide em ramo esquerdo e ramo direito. Esses ramos continuam se deslocando para o ápice do coração, onde se dividem em vários ramos menores chamados de ramos subendocárdicos (fibras de Purkinje) que se espalham lateralmente entre as células contráteis. O sinal elétrico para a contração começa quando o nó SA dispara um potencial de ação e a despolarização se propaga para as células adjacentes pelas junções comunicantes

FOCO CLINICO

FIBRILAÇAO A coordenação da contração do miocárd io é essencia l para a função ca rdíaca normal. Em casos ext remos, quando as célu las do miocárdio contraem de forma desorganizada, ocorre uma condição conhecida como fibrilação. A fibrilação atrial é uma condição comum, f requentemente sem sintomas, que pode ter consequências graves (como o AVC) se não for tratada. A f ibrilação ventricu lar, por outro lado, é uma ameaça imediata à vida, pois sem a con tração coordenada das fi bras musculares, os ventrículos não conseguem bombear sangue suficiente para suprir adequadamente oxigênio para o encéfalo. Uma forma de corrigir esse problema é administrar um choque elétrico no coração. O choque cria uma despolarização que dispara um potencial de ação em todas as células simultaneamente, coordenando-as novamente. Você provavelmente assistiu a este procedimento em programas de televisão sobre medicina de emergência, quando o médico coloca as pás sobre o peito do paciente e diz para todos ao redor se af astarem (" afasta! " ), enquanto as pás (eletrodos) passam uma corrente elétrica através do corpo.

Fisiologia Humana

489

Potencial de membrana da célula autoexcitável

Potencial de membrana da célula contrátil Células do nó SA

Disco intercalar com junções comunicantes

e

.......-

-f!lllhM

'

A despolarização das células autoexcitáveis se espalha rapidamente para células c~ntráteis adjacentes através das junções comunicantes

FIGURA 14-17 A condução elétrica nas células miocárdicas depende de junções comunicantes.

(Fig.14-18, CD). A condução elétrica é rápida pelas vias de condução internodais, ®, mas mais lenta através das células contráteis do átrio @ . Quando os potenciais de ação se espalham pelos átrios, eles encontram o esqueleto fibroso do coração na junção entre os átrios e os ventrículos. Esta barreira impede que os sinais elétricos sejam transferidos dos átrios para os ventrículos. Consequentemente, o nó AV é o único caminho através do qual os potenciais de ação podem alcançar as fibras contráteis dos ventrículos. O sinal elétrico passa do nó AV para o fascículo AV e seus ramos até o ápice do coração (Fig. 14-18, ©). Os ramos subendocárdicos (fibras de Purkinje) transmitem os impulsos muito rapidamente, com velocidades de até 4 ms, de modo que todas as células contráteis do ápice se contraem quase ao mesmo tempo ®. Por que é necessário direcionar os sinais elétricos através do nó AV? Por que não permitir que eles se espalhem dos átrios para os ventrículos? A resposta reside no fato de que o sangue é bombeado para fora dos ventrículos através de aberturas localizadas na porção superior dessas câmaras (ver Fig. 14-9b e ). Se o impulso elétrico vindo dos átrios fosse conduzido diretamente para os ventrículos, estes iniciariam a contração pela parte superior. Logo, o sangue seria impulsionado para baixo e ficaria represado na parte inferior dos ventrículos (pense em espremer um tubo de creme dental começando pelo lado em que o creme sai). A contração do ápice para a base empurra o sangue para as aberturas das artérias situadas na base do coração. A ejeção do sangue dos ventrículos é ajudada pelo arranjo em espiral dos músculos nas paredes (Fig 14-lOa). Quando esses músculos contraem, eles aproximam o ápice da base, impulsionando o sangue para fora através das aberturas no topo dos ventrículos. Uma segunda função do nó AV é atrasar um pouco a transmissão dos potenciais de ação, permitindo que os átrios

completem sua contração antes que os ventrículos comecem a se contrair. O retardo no nó AVé causado pela diminuição na velocidade de condução através das células do nó AV. Os potenciais de ação aqui se movem com somente 1/20 da velocidade dos potenciais de ação na via internodal atrial.

Os marcapassos determinam a frequência cardíaca As células do nó SA determinam o ritmo dos batimentos cardíacos. Outras células do sistema de condução, como as do nó AV e as fibras de Purkinje, têm potenciais de repouso instáveis e podem também agir como marcapassos sob algumas condições. Entretanto, devido ao fato de seus ritmos serem mais lentos do que o do nó SA, elas normalmente não têm a oportunidade de determinar a o ritmo dos batimentos cardíacos. As fibras de Purkinje, por exemplo, podem disparar espontaneamente potenciais de ação, mas sua frequência é muito baixa, entre 25 e 40 batimentos por minuto. Por que o marcapasso mais rápido determina a frequência cardíaca? Considere a seguinte analogia. Um grupo de pessoas está brincando de "siga o chefe" enquanto andam. Inicialmente, cada um caminha a uma velocidade diferente, uns mais rápido e outros menos. Quando o jogo começa, todos devem ajustar seu passo de acordo com aquele que está caminhando mais rapidamente. A pessoa mais rápida do grupo é o nó SA, andando a 70 passos por minuto. Todos do grupo (células autoexcitáveis e contráteis) sabem que o nó SA é mais rápido e então eles acompanham seu ritmo e seguem o chefe. No coração, a ordem para seguir o chefe é o sinal elétrico enviado pelo nó SA para as outras células.* Agora, suponha que o nó SA se sinta cansado e resolva sair do grupo. O papel de chefe ficará com a próxima pessoa mais rápida, o nó AV, que está caminhando em um ritmo de * N. de T. o nó SA determina a frequência cardíaca porque é o marcapassomais rápido, ou seja, disparam potenciais de ação antes que os outros marcapassos.

14

490

Dee Unglaub Silverthorn

o

O nó SA despolariza.

A atividade elétrica vai rapidamente para o nó AV pelas vias internodais.

A despolarização se espalha mais lentamente através do átrio. A condução atrasa através do nó AV. SISTEMA DE CONDUÇÃO DO CORAÇÃO

A despolarização move-se rapidamente pelo sistema de condução ventricular para o ápice do coração.

NóSA A onda de despolarização se espalha para cima a partir do ápice.

J

Vias internodais

Nó AV

\ Fascículo AV

~

o

Ramos do fascículo ------. )> Ramos subendocárdicos (fibras de Purkinje)

QUESTÃO DA FIGURA O que aconteceria à condução se o nó AV não pudesse mais despolarizar?

•

FIGURA 14-18 Condução elétrica no coração. O sombreado púrpura nos passos 2 a 5 representa a despolarização.

50 passos por minuto. O grupo passa a caminhar mais devagar para acompanhar o nó AV, mas todos continuam a seguir a pessoa mais rápida. O que acontece se o grupo se dividir? Imagine que quando eles chegam a um cruzamento, o líder nó AV vai para a esquerda, mas um grupo de fibras de Purkinje renegadas resolvem ir para a direita. Aquelas pessoas que seguem o nó AV continuarão a andar a 50 passos por minuto, mas as pessoas que seguirem as fibras de Purkinje andarão mais devagar para se ajustar ao seu ritmo de 35 passos por minuto. Agora há dois chefes, cada um caminhando em um ritmo diferente.

No coração, o nó SA é o marcapasso mais rápido e normalmente determina a frequência cardíaca. Mas se ele estiver danificado e não funcionar, um dos marcapassos mais lentos do coração deverá assumir o ritmo. A frequência cardíaca então se ajustará ao ritmo do novo marcapasso. Ainda existe a possibilidade de que diferentes partes do coração sigam marcapassos diferentes, exatamente como o grupo que se dividiu no cruzamento. Em uma condição conhecida como bloqueio cardíaco completo, a condução dos sinais elétricos dos átrios para os ventrículos através do nó AV está bloqueada. O nó SA dis-

Fisiologia Humana

para na sua frequência de 70 impulsos por minuto, porém estes sinais jamais chegam aos ventrículos. Os ventrículos, então, se adaptarão ao seu marcapasso mais rápido. Como as células autoexcitáveis dos ventrículos disparam aproximadamente 35 vezes por minuto, os ventrículos contraem em uma frequência muito menor do que a dos átrios. Se as contrações ventriculares são muito lentas para manter um fluxo sanguíneo adequado, pode ser necessário manter o ritmo cardíaco artificialmente por um marcapasso mecânico implantado cirurgicamente. Estes aparelhos alimentados por bateria, estimulam artificialmente o coração em uma frequência pré-determinada.

Braço direito

491

Braço esquerdo

e

1

e Os eletrodos são colocados na superfície da pele

li

REVISANDO CONCEITOS

li 1

Uma derivação consiste em dois eletrodos: um positivo e um negativo

20. Indique duas funções do nó AV Qual é o propósito do retardo do nó AV? 21 . Onde está localizado o nó SA? 22 . Ocasionalmente, um marcapasso ectópico [ektopos, fora do lugar] se desenvolve em parte do sistema de condução do coração. O que acontece com a frequência cardíaca se um marcapasso atrial ectópico despolarizar a uma frequência de 120 vezes por minuto? Respostas: p. 51 o

Perna esquerda

•

O eletrocardiograma reflete a atividade elétrica do coração No final do século XIX, os fisiologistas descobriram que poderiam colocar eletrodos na superfície da pele e registrar a atividade elétrica do coração. Esses registros, chamados de eletrocardiograma, ou ECG (ou algumas vezes chamado de EKG, devido à palavra grega kardia, que significa coração), fornecem,, informações indiretas sobre o funcionamento do coração. E possível usar eletrodos na superfície para registrar a atividade elétrica interna porque as soluções salinas, como o nosso líquido extracelular à base de NaCl, são bons condutores de eletricidade. O primeiro ECG humano foi registrado em 1887, mas o procedimento não foi adaptado para uso clínico até os primeiros anos do século XX. O pai do ECG moderno foi o fisiologista holandês Walter Einthoven. Ele nomeou as partes do ECG como as conhecemos hoje e criou o "triângulo de Einthoven", um triângulo hipotético criado ao redor do coração quando os eletrodos são colocados nos braços e na perna esquerda (Fig. 14-19 e ). Os lados do triângulo são numerados correspondendo às três derivações, ou pares de eletrodos, usados para obter o registro. Um ECG registra uma derivação de cada vez. Um eletrodo se comporta como o eletrodo positivo da derivação e o outro se comporta como o eletrodo negativo da derivação (o terceiro eletrodo é inativo). Por exemplo, na derivação 1, o eletrodo do braço esquerdo é definido como positivo, e o eletrodo do braço direito é definido como negativo. O traçado do ECG mostra a soma dos potenciais elétricos gerados em todas as células do coração. Diferentes componentes do ECG refletem a despolarização ou a repolarização dos átrios e dos ventrículos. Devido ao fato de a despolarização iniciar a contração muscular, os eventos elétricos (ondas) do ECG podem ser associados com a contração ou relaxamento (coletivamente referidos como eventos mecâni-

FIGURA 14-19 Triângulo de Einthoven. Os eletrodos do ECG colocados em ambos os braços e na perna esquerda formam um triângulo. Cada par de eletrodos constitui uma derivação. A derivação 1, por exemplo, tem o eletrodo negativo colocado no braço direito e o eletrodo positivo no braço esquerdo.

cos do coração). Vamos acompanhar um ECG por um único cliclo de contração-relaxamento, também conhecido como ciclo cardíaco. Existem dois componentes principais em um ECG: ondas e segmentos. As ondas aparecem como deflexões para cima ou para baixo da linha de base. Os segmentos são partes da linha de base entre duas ondas. Os intervalos são combinações de ondas e segmentos. Três principais ondas podem ser vistas em um ECG normal registrado na derivação 1(Fig.14-20 e ). A primeira onda é a onda P, a qual corresponde à despolarização dos átrios (Fig. 14-21 e ). O próximo trio de ondas, o complexo QRS, representa a onda progressiva da despolarização ventricular. A onda final, a onda T, representa a repolarização dos ventrículos. A repolarização atrial não é representada por uma onda especial, mas está incorporada no complexo QRS. Os eventos mecânicos do ciclo cardíaco ocorrem logo após os sinais elétricos, exatamente como a contração de uma única célula do músculo cardíaco ocorre após seu potencial de ação (veja a Fig. 14-14c). A contração atrial inicia durante a última parte da onda P e continua durante o segmento PR. A contração ventricular inicia logo após a onda Q e continua na onda T. Uma coisa que pode confundir as pessoas é que você não pode dizer se um ECG representa a despolarização ou a repolarização olhando para a forma das ondas em relação à linha de base. Por exemplo, a onda P representa a despolarização atrial e a onda T representa a repolarização ventricular, mas ambas são deflexões para cima da linha de base.

14

492

Dee Unglaub Silverthorn

5mm 1

QUESTÃO DO GRÁFICO Se a velocidade do registro do FCG é de 25 mm/s, qual é a frequência cardíaca da pessoa? (1 quadradinho = 1 mm)

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Complexo QRS

FIGURA 14-20 O eletrocardiograma. Um eletrocardiograma é divido em ondas (P, Q, R, Se T), segmentos entre as ondas (segmentos P-R e 5-T, por exemplo) e intervalos que consistem em uma combinação de ondas e segmentos (como os intervalos PR e QT). Este traçado de ECG foi registrado na derivação 1.

Isso é muito diferente do potencial de ação registrado em neurônios e fibras musculares, onde uma deflexão para cima sempre representa despolarização [ $ p. 169]. Um ECG não é o mesmo que um único potencial de ação (Fig.14-22). Um potencial de ação é um evento elétrico em uma única célula, registrado por um eletrodo intracelular. O ECG é um registro extracelular que representa a soma de múltiplos potenciais de ação ocorrendo em muitas células musculares cardíacas. Quando uma onda elétrica que percorre o coração se dirige para o eletrodo positivo, teremos uma deflexão positiva no ECG (onda para cima da linha de base). Se o movimento resultante de cargas pelo coração dirigir-se para o eletrodo negativo, o traçado se move para baixo. Além disso, asamplitudes do potencial de ação e do registro do ECG são muito diferentes. O potencial de ação ventricular tem uma variação de voltagem de 110 mV, por exemplo, mas o sinal do ECG tem uma amplitude de somente 1 m V no momento que ele atinge a superfície do corpo. Um ponto importante a ser lembrado é que o ECG é uma "vista" elétrica de um objeto tridimensional. Este é um dos motivos pelos quais utilizamos diversas derivações para avaliar a função cardíaca. Pense que você está olhando um automóvel. Visto de cima, ele se parece com um retângulo, mas visto de lado e de frente ele tem formas diferentes. Nem tudo que você vê olhando o carro de frente pode ser observado pela vista lateral e vice-versa. Domesmo modo, as derivações de um ECG fornecem "vistas" elé-

tricas diferentes e dão informações sobre diferentes regiões do coração. Na prática clínica, é padrão utilizar o ECG de 12 derivações (os três eletrodos colocados nos membros mais nove eletrodos colocados no peito e no tronco). Essas derivações adicionais fornecem informações detalhadas sobre a condução elétrica no coração. Os ECGs são importantes ferramentas de diagnóstico na medicina, pois são rápidos, indolores e não invasivos (ou seja, não se perfura a pele). O ECG fornece informações sobre a frequência cardíaca e o ritmo, a velocidade de condução e, até mesmo, as condições dos tecidos cardíacos. Então, embora seja simples obter um ECG, sua interpretação pode ser muito complicada. A interpretação de um ECG inicia com as seguintes perguntas (Fig. 14-23 e ). 1. Qual é a frequência cardíaca? A frequência cardíaca é normalmente medida entre o início de uma onda P e o início da onda P seguinte ou do pico de uma onda R até o pico da próxima onda R. Uma frequência cardíaca normal em repouso é de 60 a 100 batimentos por minuto, embora atletas treinados frequentemente apresentem frequências cardíacas menores em repouso. Uma frequência mais elevada que a normal é conhecida como taquicardia, e uma frequência mais baixa que a normal é denominada bradicardia [tachys, rápido; bradys, lento]. 2. O ritmo dos batimentos cardíacos é regular (ou seja, ocorrem em intervalos regulares) ou irregular? Um ritmo irre-

Fisiologia Humana

COMEÇO

493

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Repolarização

EVENTOS ELÉTRICOS DO CICLO CARDÍACO

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Contração dos ventrículos

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•

FIGURA 14-21 Correlação entre um ECG e os eventos elétricos no coração. A figura mostra a correlação entre os eventos elétricos de um ECG e as regiões do coração despolarizadas (em roxo) e repolarizadas (em laranja).

gular, ou arritmia [a-, sem + ritmo], pode ser resultado de um batimento extra benigno ou de uma condição mais séria, como a fibrilação atrial, na qual o nó SA perde o controle do marcapasso. 3. Todas as ondas normais estão presentes em uma forma reconhecível? Após determinar a frequência cardíaca e o ritmo, o próximo passo ao analisar um ECG é olhar as

ondas individuais. Para ajudar a sua análise, você pode precisar escrever as letras sobre as ondas P, R e T. 4. Cada onda P é seguida por um complexo QRS, e o comprimento do segmento PR é constante? Em caso negativo, pode haver um problema de condução dos sinais no nó AV. No bloqueio cardíaco (o problema de condução mencionado), os potenciais de ação vindos do nó SA às

14

494

Dee Unglaub Silverthorn

t 1 mV

i 1s (a) O eletrocardiograma representa a soma da atividade elét rica de todas as células registrada na superfície do corpo.

1

110 mV

l 1s {b) O potencial de ação vent ricular é registrado em uma única célula usando um eletrodo intracelular. Note que a variação de voltagem é muito maior quando registrada intracelularmente.

•

FIGURA 14-22 Comparação de um ECG e um potencial de ação miocárdico.

vezes, não são transmitidos para os ventrículos através do nó AV. Nessas condições, uma ou mais ondas P podem ocorrer sem iniciar um complexo QRS. Na forma mais grave de bloqueio cardíaco (terceiro grau), os átrios despolarizam regularmente em uma determinada frequência, ao passo que os ventrículos se contraem em uma frequência muito menor. (fig 14-23b). Os aspectos mais difíceis de serem interpretados em um ECG são as alterações sutis na forma ou na duração dos diversos segmentos ou ondas. Um médico experiente pode encontrar sinais que indiquem mudanças na velocidade de condução, aumento do tamanho do coração ou dano tecidual causado por períodos de isquemia. Um número espantoso de conclusões sobre o funcionamento do coração pode ser obtido pela simples observação das alterações na atividade elétrica cardíaca registradas em um ECG. As arritmias cardíacas são uma família de disfunções cardíacas que vão desde as benignas até aquelas com consequências potencialmente fatais. As arritmias são problemas elétricos que surgem durante a geração ou condução de potenciais de ação através do coração e geralmente podem ser observados em um ECG. Algumas arritmias ocorrem quando o ventrículo não recebe o seu sinal normal para contrair (batimento ausente). Outras arritmias, como as contrações ventriculares prematuras (CVPs), são batimentos extras que ocorrem quando uma célula autoexcitável, que não as do nó SA, dispara um potencial de ação fora da sequencia. A

'

Uma condição interessante do coração que pode ser observada em um ECG é a síndrome do QT longo (SQTL), denominado pela alteração no intervalo QT. A SQTL tem diversas formas. Algumas são canalopatias herdadas, nas quais ocorrem mutações nos canais de Na+ ou K+ do miocárdio [ ~ p. 258]. Em outra forma de SQTL, os canais iônicos são normais, mas a proteína anquirina-B, que ancora os canais na membrana celular, é anormal. Formas iatrogênicas de SQTL (causadas pelo médico) podem ocorrer como efeito colateral de certos medicamentos. Um incidente bem documentado ocorreu nos anos de 1990 quando pacientes usaram um anti-histamínico não sedativo chamado de terfenadine (Seldane®), que se liga aos canais de K+ repolarizantes. Após no mínimo oito mortes atribuídas a esse medicamento, o FDA, dos Estados Unidos (Food and Drug Administration), removeu o Seldane do mercado.

O coração contrai e relaxa durante um ciclo cardíaco Cada ciclo possui duas fases: diástole, período durante o qual o músculo cardíaco relaxa, e sístole, período durante o qual o músculo está contraindo [diastole, dilatação; systole, contração]. Como os átrios e os ventrículos não contraem e relaxam simultaneamente, discutiremos os eventos atriais e ventriculares separadamente. Pensando sobre o fluxo sanguíneo durante o ciclo cardíaco, lembre-se de que o sangue flui de uma área de pressão mais alta para uma de pressão mais baixa, e que a contração aumenta a pressão, ao passo que o relaxamento diminui a pressão. Nessa discussão, dividimos o ciclo cardíaco em cinco fases, mostradas na Figura 14-24 e: 1. O coração em repouso: diástole atrial e ventricular. Começamos o ciclo cardíaco no breve momento durante o qual tanto os átrios como os ventrículos estão relaxados. Os átrios estão se enchendo com o sangue vindo das veias, os ventrículos acabaram de completar ,,. uma contração. A medida que os ventrículos relaxam, as valvas AV entre os átrios e os ventrículos se abrem e o sangue flui por gravidade dos átrios para os ventrículos.

O eletrocardigrama indicou que Walter sofreu um infarto do miocárdio, resultante de um bloqueio de vasos sanguíneos nutridores do ventrículo esquerdo. A exata localização do dano depende de qual artéria ou qual ramo foi obst ruído.

Questão 8: Se um ventrículo do coração foi danificado, em qual onda ou ondas do eletrocardiograma esperaríamos ver essa alteração anormal?

468

472

483

487

500

505

Fisiologia Humana

495

10 s

R

R

QUESTÕES PARA FAZER QUANDO SE ANALISA UM TRAÇADO DE ECG:

1

·-

P T P T '1

1. Qual é a frequência? Está dentro da faixa

1

1

normal de 60 a 100 batimentos por minuto?

{a) ECG normal

li i p

R

1 ~': li, 11 1

li r , p

p

~

p

l

1

p

1

2. O ritmo é regular?

li

3. Todas as ondas normais estão presentes em uma forma reconhecível? 4. Existe um complexo QRS para cada onda P? Se sim, o comprimento do segmento PR é constante?

{b) Bloqueio de terceiro grau

5. Se não há um complexo QRS para cada onda P, calcule a frequência cardíaca usando as ondas P, depois calcule de acordo com as ondas R. As frequências são as mesmas? Que onda está de acordo com o pulso palpado no punho?

{e) Fibrilação atrial

QUESTÃO DA FIGURA a. Três ECGs anormais são mostrados à esquerda. Estude-os e veja se você pode relacionar as mudanças no ECG com a alteração do padrão de condução elétrica normal no coração.

1

{d) Fibrilação ventricular

11

-~ll!lllllllllllP 1'1111111'1•1

b. Identifique as ondas no ECG mostrado em (e). Procure o padrão da ocorrência dessas ondas e descreva o que aconteceu com a condução elétrica no coração

{e) Analise este ECG anormal

e

FIGURA 14-23

Eletrocardiogramas normal e anormal. Todos os traçados

representam registros de 1Os. Os ventrículos relaxados se expandem para acomodar o sangue que entra. REVISANDO CONCEITOS 23. Durante o ench imento atrial, a pressão no átrio é mais alta ou mais baixa do que a pressão nas veias cavas? Resposta: p. 51 O

2. Término do enchimento ventricular: a sístole atrial. Embora a maior parte do sangue entre nos ventrículos enquanto os átrios estão relaxados, os restantes 20% de enchimento dos ventrículos ocorrem quando os átrios contraem e empurram o sangue para os ventrículos. (Isso se aplica a uma pessoa normal em repouso. Quando a frequência cardíaca aumenta, como no exercício, a contração atrial desempenha um papel mais importante no enchimento ventricular.) A sístole ou contração atrial inicia seguindo a onda de despolarização que percorre rapidamente os átrios. A pressão aumentada que acompanha a contração empurra o sangue para dentro dos ventrículos. Embora as aberturas das veias se estreitem durante a contração, uma pequena quantidade de sangue é forçada a voltar para as veias, porque não há valvas unidirecionais para bloquear o refluxo do sangue. Esse

movimento do sangue de volta para as veias pode ser observado como um pulso na veia jugular de uma pessoa normal que está deitada e com a cabeça e o peito elevados cerca de 30º. (Olhe no espaço formado onde o músculo esternocleidomastoideo passa por baixo da clavícula.) Um pulso jugular observado mais acima no pescoço em uma pessoa sentada ereta é um sinal de que a pressão no átrio direito está acima do normal. 3. Contração ventricular inicial e o primeiro som cardíaco. Enquanto os átrios se contraem, a ond.a de despolarização se move lentamente pelas células condutoras do nó AV e rapidamente segue pelos ramos do fascículo AV- fibras de Purkinje até o ápice do coração. A sístole ventricular inicia no ápice do coração quando as bandas musculares em espiral empurram o sangue para cima em direção à base. O sangue empurrado contra a porção inferior das valvas AV faz com que elas se fechem de modo que não haja refluxo para os átrios. As vibrações geradas pelo fechamento das valvas AV criam o primeiro som cardíaco, sl, o "tum" do "tum-tá". Com ambos os conjuntos de valvas AV e semilunares fechadas, o sangue nos ventrículos não tem para onde ir. Entretanto, os ventrículos continuam a se contrair, comprimindo o sangue da mesma forma que você apertaria um balão cheio de água com as mãos.

14

496

Dee Unglaub Silverthorn

Final da diástole: ambos os conjuntos de câmaras estão relaxados e os ventrículos enchem-se passivamente.

Relaxamento ventricular isovolumétrico: quando os

Sístole atrial: a contração atrial

ventrículos relaxam, a pressão nos ventrículos cai, o sangue f lui de volta para as cúspides das valvas semilunares e elas se fecham.

força uma pequena quantidade de sangue adicional para dentro dos ventrículos.

Diástole atria\ . . u\?>~ Sistole ventnc

Contração ventricular isovolumétrica: a primeira fase da contração ventricular empurra as valvas AV e elas se fecham, mas não cria pressão suficiente para abrir as valvas semilunares.

Ejeção ventricular: como a pressão ventricular aumenta e excede a pressão nas artérias, as valvas semilunares se abrem e o sangue é ejetado.

•

FIGURA 14-24 A sístole e a diástole são os eventos mecânicos do ciclo cardíaco.

Isto é similar a uma contração isométrica, na qual as fibras musculares geram força sem produzir movimento [ ~ p. 427]. Retomando a analogia do tubo de creme dental, é como apertá-lo ainda com a tampa: alta pressão é gerada no interior do tubo, mas o creme dental não tem por onde sair. Esta fase é chamada de contração ventricular isovolumétrica [iso-, igual], destacando o fato de que o volume de sangue no interior dos ventrículos não muda. Enquanto os ventrículos iniciam sua contração, as fibras musculares atriais estão repolarizando e relaxando. Qu.a ndo as pressões no átrio atingem valores inferiores às pressões nas veias, o sangue volta a fluir das veias para os átrios. O fechamento das valvas AV isola as câmaras cardíacas superiores das inferiores, o que significa que o enchimento atrial é independente dos eventos que ocorrem nos ventrículos. 4. O coração bombeia: ejeção ventricular. Quando os ventrículos contraem, eles geram pressão suficiente para abrir as valvas semilunares e empurrar o sangue para as artérias. A pressão criada pela contração ventricular

se torna a força propulsara do fluxo sanguíneo. O sangue sob alta pressão é forçado para dentro das artérias, deslocando o sangue sob baixa pressão que as preenche e empurrando-o para adiante na vasculatura. Durante essa fase, as valvas AV permanecem fechadas e os átrios continuam se enchendo. 5. Relaxamento ventricular e o segundo som cardíaco: No final da ejeção ventricular, os ventrículos começam a repolarizar e a relaxar, diminuindo a pressão ventricular. Uma vez que a pressão ventricular cai abaixo da pressão nas artérias, o sangue começa a fluir de volta para ocoração. Este fluxo retrógrado enche os folhetos (cúspides) em forma de taça das valvas semilunares, forçando-os para a posição fechad.a, fechando as valvas. As vibrações geradas pelo fechamento das valvas semilunares são o segundo som cardíaco, S2, o "tá" do "tum-tá". Uma vez que as valvas semilunares se fecham, os ventrículos novamente se tornam câmaras isoladas. As valvas AV permanecem fechadas devido à pressão ventricular que, embora em queda, ainda é maior que a pressão nos átrios. Esse período é chamado de relaxa-

Fisiologia Humana

FOCO CLINICO

1----Volume sistólico----<

120

GALOPES, ESTALIDOS E SOPROS A avaliação direta ma is simples da função card íaca consiste em ouvir o coração através da parede torácica, um processo conhecido como auscultação [auscu/tare, ouvir algo], que vem sendo praticado desde tempos antigos. Na sua forma mais simples, a auscu ltação é feita colocando uma orelha contra o tórax. Contudo, atualmente, isso é realizado em geral util izando-se um estetoscópio colocado sobre o tórax e nas costas. Normalmente, existem dois sons audíveis no coração. O primeiro ("tum") é associado com o fechamento das valvas AV, e o segundo ("tá") é associado com o fechamento das valvas semilunares. Dois sons adicionais do coração podem ser registrados com estetoscópios eletrôn icos muito sensíveis. O terceiro som do coração é causado pelo fluxo turbulento do sangue entrando nos ventrículos durante o ench imento ventricular, e o quarto som é associado com a turbulência durante a contração atrial. Em certas condições anormais, estes dois últimos sons podem tornar-se audíveis por um estetoscópio comum. Estes sons são chamados de galopes porque ocorrem perto de um dos sons normais do coração: "tum-tá-tá", ou "tum-tum-tá". Outros sons anormais do coração incluem estal idas (cliques), causados pelo movimento anormal de uma das valvas, e sopros, causados pelo ruído do sangue escapando através de uma valva com fechamento incompleto ou estreitamento excessivo (estenose).

mento ventricular isovolumétrico, porque o volume de sangue nos ventrículos não está mudando. Quando o relaxamento do ventrículo faz com que a pressão ventricular caia até ficar menor que a pressão nos átrios, as valvas AV se abrem. O sangue que se acumulou nos átrios durante a contração ventricular flui rapidamente para os ventrículos. O ciclo cardíaco começou novamente. R~VISANDO

CONCEITOS Qual câmara - átrio ou ventrículo - tem pressão maior durante as seguintes fases do ciclo cardíaco? (a) ejeção ventricular, (b) relaxamento ventricular isovolumétrico, (c) diástole atrial e diástole ventricular, (d) contração ventricular isovolumétrica.

25. Sopros são sons anormais do coração devidos à passagem forçada do sangue por uma valva aberta estreitada ou ao refluxo (regurgitação) de sangue através de uma valva que não se fecha completamente. A estenose valvar [stenos, estreitamento] pode ser uma condição herdada ou pode ser resultado de um processo inflamatório ou outras doenças. Em qual(is) etapa(s) do ciclo cardíaco (Fig. 14-24) você esperaria ouvir um sopro causado pelas seguintes

497

1

VSF

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ciclo cardíaco

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VDF

A

o

65

100

135

Volume ventricular esquerdo (ml) LEGENDA VSF = volume sistólico final VDF = volume diastólico final

QUESTÕES DO GRÁFICO Relacione os segmentos a seguir aos eventos ventriculares correspondentes: > B: (a) Ejeção de sangue para a aorta A B > C: (b) Contração isovolumétrica C > D: (c) Relaxamento isovolumétrico D >A: (d) Enchimento passivo e contração atrial Relacione os eventos seguites aos pontos A-D: (a) Valva aórtica aberta (b) Valva AV esquerda aberta (c) Valva aórtica fechada (d) Valva AV esquerda fechada

•

FIGURA 14-25 Alterações na pressão e no volume do ventrículo esquerdo durante um ciclo cardíaco.

disfunções? (a) estenose aórtica, (b) regurgitação ou insuficiência da valva mitral (AV esquerdo), (c) insuficiência da valva aórtica. Respostas: p. 51o

As curvas de pressão-volume representam o ciclo cardíaco Outra forma de descrever o ciclo cardíaco é por meio de um gráfico pressão-volume, mostrado na Figura 14-25 e. Este gráfico representa as alterações no volume (eixo x) e na pressão (eixo y) que ocorrem durante um ciclo cardíaco. O fluxo sanguíneo através do coração é regido pelo mesmo princípio que rege o fluxo de todos os líquidos e gases: o fluxo vai de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão. Quando o coração contrai, a pressão aumenta e o sangue flui para as áreas de menor pressão. A Figura 14-25 representa as alterações na pressão e no volume que ocorrem no ventrículo esquerdo, o qual envia o sangue para a circulação sistêmica. O lado esquerdo do coração gera pressões mais elevadas do que o lado direito, o qual envia o sangue para a circulação pulmonar que é mais curta. O ciclo começa no ponto A. O ventrículo completou a sua contração e contém uma quantidade mínima de san-

14

498

Dee Unglaub Silverthorn

gue, que ele manterá durante todo o ciclo. O ventrículo está relaxado e a pressão no seu interior também está em seu menor valor. O sangue está fluindo das veias pulmonares para o átrio. Quando a pressão no átrio ultrapassa a pressão do ventrículo, a valva mitral (AV esquerda) localizada entre o átrio e o ventrículo se abre (Fig. 14-25, ponto A). Agora o sangue flui do átrio para o ventrículo, aumentando seu volume (do ' ponto A para o ponto B). A medida que o sangue entra, o ventrículo que está relaxando se expande para acomodar o sangue que está entrando. Consequentemente, o volume do ventrículo aumenta, mas a pressão do ventrículo aumenta muito pouco. A última etapa do enchimento ventricular é completada pela contração atrial. O ventrículo agora contém o volume máximo de sangue que ele manterá durante este ciclo cardíaco (ponto B). Como o enchimento máximo do ventrículo ocorre no final do relaxamento ventricular (diástole), este volume recebe o nome de volume diastólico final (VDF). Em um homem de 70 kg em repouso, o VDF é de cerca de 135 mL, mas este valor sofrerá variações sob diferentes condições. Por exemplo, durante períodos de frequência cardíaca muito alta, quando o ventrículo não tem tempo para se encher completamente entre os batimentos, o VDF pode ser menor que 135 mL. Quando a contração ventricular começa, a valva AV esquerda (mitral) se fecha. Com as valvas AV e as semilunares fechadas, o sangue no interior do ventrículo não tem para onde ir. Entretanto, o ventrículo continua a se contrair fazendo com que a pressão no ventrículo se eleve rapidamente durante a contração ventricular isovolumétrica (B -7 C na Fig. 14-25). Quando a pressão no ventrículo ultrapassa a pressão na aorta, a valva aórtica se abre (ponto C). A pressão continua a se elevar enquanto o ventrículo se contrai ainda mais, porém o volume ventricular diminui conforme o sangue é ejetado para a aorta (C -7 D). O coração não se esvazia completamente de sangue a cada contração ventricular. A quantidade de sangue que resta no ventrículo no final de uma contração é conhecida como volume sistólico final (VSF). O VSF (ponto D) é a menor quantidade de sangue que o ventrículo contém durante um ciclo cardíaco. O valor médio para o VSF em uma pessoa em repouso é de 65 mL, o que significa que quase metade dos 135 mL (VDF) que estavam no ventrículo no início da contração, ainda estão lá no final da contração. Ao final de cada contração ventricular, o ventrículo começa a relaxar e a pressão ventricular diminui. Quando a pressão no ventrículo cai a valores inferiores aos da pressão na aorta, a valva semilunar se fecha e o ventrículo mais uma vez se torna uma câmara isolada. O restante do relaxamento ventricular ocorre sem alteração no volume, sendo esta fase denominada relaxamento isovolumétrico (Fig. 14-25, ponto 0---?A). Quando finalmente a pressão ventricular cai a níveis inferiores aos da pressão atrial, a valva AV esquerda (mitral) se abre e o ciclo inicia novamente. Os eventos mecânicos e elétricos do ciclo cardíaco são resumidos na Figura 14-26 e, conhecida por diagrama de Wiggers, o fisiologista que a criou.

REVISANDO CONCEITOS Em que pontos do ciclo ocorrem o VDF e VSF, na Figura 14-247 27. No diagrama de W iggers, na Figura 14-26, relacione os seguintes eventos com os pontos indicados por letras: (a) volume diastólico f inal, (b) valva aórtica abre, (c) valva AV esquerda (mitral) abre, (d) valva aórtica fecha, (e) valva AV esquerda (mitral) fecha, (f) volume sistólico final. 28. Por que a pressão atrial aumenta exatamente à direita do ponto C na Figura 14-267 Por que essa pressão diminui durante o início da sístole ventricular e depois aumenta 7 Por que ela diminui à direita do ponto D7 29. Por que a pressão ventricular aumenta subitamente no ponto C na Figura 14-267 Respostas: p. 51O

O volume sistólico é o volume de sangue bombeado em uma contração Qual a finalidade do sangue permanecer nos ventrículos ao final de cada contração? O VSF de 65 mL proporciona uma margem de segurança, uma reserva. Com uma contração mais eficaz, o coração pode diminuir seu VSF, enviando mais sangue para os tecidos. Como muitos órgãos do corpo, ocoração geralmente não trabalha "a todo vapor". A quantidade de sangue (volume) bombeado por um ventrículo ,, durante uma contração é chamado de volume sistólico. E medido em mililitros por batimento e pode ser calculado da seguinte forma: Volume de sangue antes da contração - volume de sangue após a contração= volume sistólico VDF - VSF = volume sistólico Para a contração média em uma pessoa em repouso: 135 mL - 65 mL = 70 mL, o volume sistólico normal O volume sistólico não é constante e pode aumentar até 100 mL durante o exercício. O volume sistólico, assim como a frequência cardíaca, é regulado por mecanismos que são discutidos mais adiante neste capítulo.

O débito cardíaco é uma medida do desempenho cardíaco Como podemos avaliar a eficácia do coração como uma bomba? Uma forma é medir o débito cardíaco (DC), ovolume de sangue ejetado por um ventrículo em um determinado período de tempo. Como todo o sangue que deixa o coração flui através dos tecidos, o débito cardíaco é um indicador do fluxo sanguíneo total do corpo. Entretanto, o débito cardíaco não nos informa como o sangue é distribuído aos vários tecidos. Este aspecto do fluxo sanguíneo é regulado no nível tecidual. O débito cardíaco (DC) pode ser calculado multiplicando-se a frequência cardíaca (batimentos por minuto) pelo volume sistólico (mL por batimento, ou por contração): Débito cardíaco (DC) =frequência cardíaca x volume sistólico

Fisiologia Humana

- - - - - - - - - T e m p o (ms)

o

100

--------~

200

300

400

500

600

700

1

1

1

1

1

1

800

coririplexo QR:3 Eletrocardiograma (ECG)

Complexo QRS

p

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499

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'

'

120 -

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lncisura dicrótica

1

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Pressão (mmHg)

A

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60 -

Pressão no átrio esquerdo

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14

Sons do coração

135

- - - -

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E

Volume ventricular esquerdo (ml)

65

--- ,------Sístole atrial

Sístole atrial

•

- - - - - - - - -

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F Diástole ventricular

Sístole ventricular

Contração ventricular isovolumétrica

Sístole ventricular

Diástole ventricular inicial

FIGURA 14-26 Diagrama de Wiggers do cliclo cardíaco. As letras dentro dos quadrados se referem aos itens 27 a 29 de "Revisando Conceitos".

Diástole ventricular tardia

Sístole atriai

Sístole atrial

500

Dee Unglaub Silverthorn

Utilizando os valores médios da frequência cardíaca em repouso de 72 batimentos por minuto e do volume sistólico de 70 mL por batimento, temos: DC DC

= =

72 batimentos/min x 70 mL/batimento 5.040 mL/min (aproximadamente 5 L/min)

O volume total médio de sangue é de 5 L. Isso significa que, em repouso, um lado do coração bombeia todo o sangue do corpo em apenas um minuto! Normalmente, o débito cardíaco é o mesmo em ambos os ventrículos. Contudo, se por alguma razão, um lado do coração começa a falhar e se torna incapaz de bombear eficientemente, o débito cardíaco torna-se desigual. Nesta situação, o sangue é represado na circulação atrás do lado mais fraco do coração. Durante o exercício físico, o débito cardíaco pode chegar a 30 - 35 L/min. Alterações homeostáticas no débito cardíaco são provocadas por mudanças na frequência cardíaca, no volume sistólico ou em ambos. Os mecanismos locais e reflexos podem alterar o débito cardíaco, como você verá nas seções seguintes. R VISANDO CONCEITOS Se o volume sistólico do ventrículo esquerdo é 250 mU batimento e o volume sistólico do ventrículo direito é 25 1 mi/batimento, o que acontecerá com a distribuição relat iva de sangue entre as circulações sistémica e pulmonar depois de 1O batimentos? Resposta: p. 51o

res normais da frequência cardíaca são muito variáveis. Atletas treinados, em repouso, podem ter uma frequência cardíaca menor ou igual a 50 bpm, ao passo que alguém que está excitado ou ansioso pode apresentar uma frequência cardíaca igual ou superior a 125 bpm. As crianças apresentam frequências cardíacas médias mais elevadas que as dos adultos. Embora a frequência cardíaca seja iniciada pelas células autoexcitáveis do nó SA, ela é modulada por sinais neurais e hormonais. As subdivisões simpática e parassimpática da divisão autônoma do sistema nervoso influenciam a frequência cardíaca por controle antagônico (Fig. 14-27 e ) [Fig. 6-21, ~ p. 197]. A atividade parassimpática diminui a frequência cardíaca ao passo que a atividade simpática a aumenta. Normalmente, o controle tônico da frequência cardíaca é executado pelo parassimpático. Esse controle pode ser demonstrado experimentalmente bloqueando-se todos os sinais autonômicos de entrada para o coração. Quando todos os sinais simpáticos e parassimpáticos para o coração são bloqueados, a frequência de despolarização espontânea do nó SA é de 90 a 100 vezes por minuto. Para alcançar uma frequência cardíaca de repouso de 70 bpm, a atividade parassimpática tônica deve diminuir a frequência intrínseca de 90 bpm.

Centro do controle cardiovascular no bulbo

A frequência cardíaca é modulada por neurônios autonômicos e pelas catecolaminas A frequência cardíaca média em repouso em um adulto é de 70 batimentos por minuto (bpm). Entretanto, a faixa de valo-

1

Walter permaneceu na unidade de tratamento cardíaco até às 13:00hs, onde foi examinado pelo cardiologista. " Nós precisamos f icar de olho em você nos próximos dias. Existe uma possibilidade de que as lesões causadas pelo ataque cardíaco possam levar a bat imentos irregulares do coração. " Quando Walter estiver estável, ele fará uma angiograf ia coronariana, que é um procedimento no qual um corante opaco visível ao raio X mostra onde o lúmen das artérias coronárias se estreitou devido às placas ateroscleróticas. Dependendo do resultado desse exame, o médico recomenda a angioplastia com balão, em que um tubo é inflado dentro da artéria coronária para abrir o bloqueio, ou a realização de uma cirurgia de revascularização coronariana, na qual veias provenientes de outras partes do corpo são enxertadas nas artérias coronárias para criar desvios ao redor das regiões bloqueadas.

Neurônios simpáticos (NA)

Neurônios parassimpáticos (ACh)

Receptores 13 1 nas células autoexcitáveis

Receptores muscarínicos nas células autoexcitáveis

+Efluxo de K+; influxo

+Influxo de Na+ e Ca2+ + t

de Ca2+

Hiperpolariza a célula e -f velocidade de despolarização

Velocidade de despolarização

-t

Frequência cardíaca

Frequência cardíaca

LEGENDA

Questão 9: Se o ataque cardíaco de Walter tivesse danificado o músculo de seu ventrículo esquerdo, o que aconteceria ao seu débito cardíaco?

468

472

483

487

494

505

Centro integrativo

•

(

J Via eferente

(

J Efetor

(

J Resposta tecidual

FIGURA 14-27 Os neurotransmissores autonômicos alteram a frequência cardíaca.

501

Fisiologia Humana

Um aumento da frequência cardiaca pode ser alcançado de duas formas. O modo mais simples de aumentar a frequencia cardíaca é diminuir a atividade parassimpática. Quando a influência parassimpática é retirada das células autoexcitáveis, elas assumem sua frequência intrínseca de despolarização e a frequência cardíaca aumenta para 90 a 100 bpm. Por outro lado, a atividade simpática é necessária para elevar a frequência cardíaca acima da frequência intrínseca. Conforme você aprendeu, a noradrenalina (ou adrenalina) agindo sobre os receptores ~ 1 eleva a frequência de despolarização das células autoexcitáveis, aumentando a frequência cardíaca. Ambas as subdivisões autônomas também alteram a velocidade de condução no nó AV. A acetilcolina secretada pelos neurônios parassimpáticos retarda a condução dos potenciais de ação através do nó AV, aumentando, desse modo, o retardo no nó AV. Em contraste, as catecolaminas, adrenalina e noradrenalina, aceleram a condução dos potenciais de ação através do nó AV e do sistema de condução.

Múltiplos fatores influenciam o volume sistólico

200

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100 70

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100 135

200

300

400

Estiramento: indicado pelo volume ventricular diastólico final (ml)

QUESTÃO

DO GRÁFICO

Qual é o volume sistólico máximo atingido nesse experimento? Em que volume diastólico final o volume sistólico máximo é atingido primeiro?

e

FIGURA 14-28 Relação compri mento-tensão em um coração sadio: curva de Starling. No coração sadio, o volume sistólico é usado como um ind icador de força contrátil.

O volume sistólico, o volume de sangue bombeado por cada ventrículo em cada contração, está diretamente relacionado à força gerada pelo músculo cardíaco durante uma contração. Normalmente, quando a força de contração aumenta, o volume sistólico aumenta. No coração isolado, a força de contração ventricular é afetada por dois parâmetros: o comprimento da fibra muscular no início da contração e a contratilidade do coração. O volume de sangue no ventrículo no início da contração (o volume diastólico final) determina o comprimento do músculo. Contratilidade é a capacidade intrínseca de uma fibra muscular cardíaca de se contrair em qualquer comprimento da fibra e é uma função da interação do Ca2 + com os filamentos contráteis.

(Fig. 14-28 e ). O eixo x representa o volume diastólico final. Esse volume é uma medida do estiramento dos ventrículos, o qual, por sua vez, determina o comprimento do sarcômero. O eixo y da curva de Starling representa o volume sistólico e é um indicador da força de contração. O gráfico mostra que o volume sistólico é proporcional volume diastólico final. Quando mais sangue chega ao coração, ele se contrai com mais força e ejeta mais sangue. Esta relação é conhecida como a lei de Frank-Starling do coração. Isso significa que, dentro dos limites fisiológicos, o coração ejeta todo o sangue que chega até ele.

Relação comprimento-tensão e a lei de Frank-Starling do coração Conforme você aprendeu neste capítulo, a força criada pela fibra muscular do miocárdio é diretamente relacionada ao comprimento do sarcômero. Quando o comprimento do sarcômero aumenta (até um comprimento ideal), a força de contração aumenta. Em um coração sadio, quando o estiramento das paredes do ventrículo aumenta, o volume sistólico aumenta. Se mais sangue chegar ao ventrículo, as fibras musculares se estiram mais e aumentarão a força de contração, ejetando mais sangue. O grau de estiramente do miocárdio antes do início da contração é chamado de pré-carga sobre o coração, pois esse estiramento representa a carga colocada sobre os músculos cardíacos antes que eles contraiam. Essa relação entre estiramento e força no coração sadio foi primeiramente descrita pelo fisiologista alemão Otto Frank. Um fisiologista britânico, Ernest Starling, expandiu o trabalho de Frank. Starling associou uma preparação pulmão-coração isolados de um cão a um reservatório, de forma que pudesse regular a quantidade de sangue que retornava para o coração. Ele descobriu que, na ausência de qualquer controle nervoso ou hormonal, o coração bombeava todo o sangue que retornava até ele. A relação entre o estiramento e a força no coração sadio foi colocada em um gráfico e construída a curva de Starling

Volume sistólico e retorno venoso De acordo com a lei de Frank-Starling, o volume sistólico aumenta quando o volume diastólico final aumenta. O volume diastólico final é, normalmente, determinado pelo retomo venoso, que é a quantidade de sangue que retorna ao coração pela circulação venosa. Três fatores afetam o retorno venoso: (1) a contração ou compressão das veias que levam o sangue para o coração (bomba do músculo esquelético), (2) mudança na pressão no abdome e no tórax durante a respiração (a bomba respiratória), e (3) a inervação simpática das veias. A bomba do músculo esquelético é o nome dado às contrações do músculo esquelético que espremem as veias (particularmente nas pernas), comprimindo-as e empurrando o sangue em direção ao coração. Durante exercícios que envolvem os membros inferiores, o músculo esquelético ajuda a bombear o sangue de volta para o coração. Durante os períodos em que se está imóvel, sentado ou em pé, a bomba do músculo esquelético não auxilia no retorno venoso. A bomba respiratória é criada pelo movimento do tórax durante a inspiração. Como o tórax se expande e o diafragma se move em direção ao abdome, a cavidade torácica se amplia e desenvolve uma pressão subatmosférica. Esta baixa pressão diminui a pressão na veia cava inferior, que passa através do tórax, permitindo que mais sangue das veias abdominais en-

14

502

Dee Unglaub Silverthorn

Noradrenal i na

::::J E o(.)

-

•O

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Controle

L

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E

-g:J

A - -Volume diastólico final ventricular (mL)

>

QUESTÃO DO GRÁFICO

permaner com um determinado comprimento (p. ex., ovolume diastólico final representado pelo ponto A na Figura 14-29), e apresentar uma contratilidade aumentada. A contratilidade aumenta conforme a quantidade de cálcio disponível para a contração aumenta. A contratilidade foi considerada distinta das mudanças na força resultantes da variação no comprimento do músculo (sarcômero). Contudo, agora, parece que o aumento comprimento do sarcômero, também torna o músculo cardíaco mais sensível ao Ca2+, associando, assim, a contratilidade ao comprimento do músculo. Os mecanismos pelos quais as catecolaminas aumentam 2 a entrada e o armazenamento de Ca + e exercem seu efeito inotrópico positivo são mapeados na Figura 14-30 e. As moléculas sinalizadoras se ligam aos receptores adrenérgicos ~ 1 [ ~ p. 279] na membrana da célula contrátil do miocárdio e os ativam. Os receptores ~ 1 -adrenérgicos ativados usam o sistema de segundo mensageiro do AMP cíclico para fosforilar proteínas intracelulares específicas [~ p. 186]. A fosfori-

No VDF indicado pelo ponto A, qual coração irá gerar mais força: o coração controle ou o coração sob influência da noradrenalina?

•

FIGURA 14-29 Efeito da noradrenalina na contralidade cardíaca. A noradrenalina é um agente inotrópico positivo.

tre na veia cava. A bomba respiratória é auxiliada pelo aumento da pressão exercida no lado de fora das veias abdominais quando o conteúdo abdominal é comprimido durante a inspiração. A combinação do aumento da pressão sobre as veias abdominais e da diminuição da pressão sobre as veias torácicas aumenta o retorno venoso durante a inspiração. A constrição das veias devido à atividade simpática é o terceiro fator que afeta o retorno venoso. Quando ocorre constrição das veias, seu volume diminui, empurrando mais sangue para dentro do coração. Com um volume ventricular maior no início da próxima contração, o ventrículo contrai com mais força, enviando mais sangue para o lado arterial da circulação. Desse modo, a inervação simpática das veias permite que o corpo redistribua parte do sangue venoso para a parte arterial da circulação.

A contratilidade é controlada pelos sistemas nervoso e endócrino Qualquer substância química que afete a contratilidade do coração é chamada de agente inotrópico [ino, fibra], e seu efeito é chamado de efeito inotrópico. Se uma substância química aumenta a força de contração, ela possui um efeito inotrópico positivo. Por exemplo, as catecolaminas adrenalina e noradrenalina e fármacos, como os digitálicos, aumentam a contratilidade e, portanto, possuem efeitos inotrópicos positivos. Substâncias químicas com efeito inotrópico negativo diminuem a contratilidade. A Figura 14-29 • mostra uma curva normal de Starling (curva controle) junto com uma curva que mostra como o volume sistólico se altera com o aumento da contratilidade causado pela noradrenalina. Note que a contratilidade é distinta da relação comprimento-tensão. Um músculo pode

CONCEITOS EMERGENTES ,

CELULAS-TRONCO PARA DOENÇAS , CARDIACAS Um dos aspectos mais interessa ntes (e assustadores) de transferir a pesquisa científ ica básica para a medicina é que algumas vezes os tratamentos fu ncionam sem que ninguém saiba porquê. Um exemplo é o uso de células-tronco da medula óssea para tratar doenças cardíacas. Depois de um ataque cardíaco (i nfarto do miocá rdio), porções do miocá rdio podem ser danificadas devido à falta de oxigênio e não podem ma is contrair e contribuir para a f unção ca rdíaca. Uma terapia que pudesse substitu ir célu las mortas ou danificadas e restaurar a sua função seria um sonho tornando-se realidade. Em 2001, um grupo de pesquisadores relatou que célu las-tronco da medula óssea, injetadas em camundongos com dano cardíaco, se diferenciaram em novas células miocárdicas. Esse resultado dramático induziu a rápida transferência da pesq uisa básica para estudos clínicos em humanos. Em 2008, foram realizados mais de 251 estudos clínicos, para ver se injeções de células-tronco poderiam ajudar a melhorar a função cardíaca. Os primeiros resu ltados indica ram que algu ns pacientes apresentaram uma pequena (cerca de 5o/o) melhora funcional. Entreta nto, ao mesmo tempo, os cientistas relata ram que eles t inham sido incapazes de reproduzir os dados encontrados em 2001, nos quais as células-tronco t inham se diferenciado em células do miocárdio. Neste momento, não há uma explicação para o(s) mecanismo(s) pelo(s) qual(is) as injeções de célu las-tronco melhoram a f unção cardíaca. Teorias com evidências dão conta de que a secreção de fatores de crescimento pelas células-tronco impede a morte ou a f ibrose do tecido ou que causa o crescimento de novos vasos nas áreas danificadas. Um estudo está investiga ndo se células-tronco do músculo esquelético (mioblastos) podem se diferenciar em músculo ca rdíaco f uncional.

Fisiologia Humana

503

Adrenalina

e noradrenal ina 1

se ligam aos

f Receptores 131 1

que ativam

--~~~í~~~-O sistema de segundo mensageiro do AM Pc 1

resultando em fosforilação de 1

'

,

Canais de Ca2+ controlados por voltagem

Fosfolambam

,

t

Tempo de abertura aumenta ,

t

t

a entrada de Ca2+ a partir do LEC

-

t

Armazenamento de Ca2+ no RS

i t

LEGENDA

•

RS

--

LEC

-

FIGURA 14-30

-

. Ca2+ liberado

t Ca2+ removido mais rapidamente do citosol

i Encurta o tempo de • • - Ca-tropon1na hgaçao

t

Retículo sarcoplasmático Líquido extracelular

Ca2+-ATPase no RS

Mais força de contação

Menor duração da contração

Modulação da contração cardíaca pelas catecolaminas.

lação de canais de Ca2 + controlados por voltagem aumenta a probabilidade de que eles se abram e permaneçam abertos por mais tempo. Mais canais de Ca2 + abertos permitem que mais Ca2 + entre na célula. 2 As catecolaminas aumentam o armazenamento de Ca + por meio de uma proteína regulatória chamada de fosfolambam (Fig. 14-30). A fosforilação desta proteína aumenta a atividade da Ca2 +-ATPase no retículo sarcoplasmático. A ATPase concentra Ca2 + no retículo sarcoplasmático, deixando mais Ca2 + disponível para a liberação de cálcio induzida 2 pelo cálcio. Como mais Ca + citosólico significa mais pontes cruzadas ativas, e como a força de contração é proporcional ao número de pontes cruzadas ativas, o efeito resultante da estimulação das catecolaminas é uma contração mais forte. Além de aumentar a força da contração cardíaca, as catecolaminas também encurtam a duração da contração. O aumento da atividade da Ca2 +-ATPase acelera a remoção do Ca2 + do 2 citosol. Isso, por sua vez, encurta o tempo em que o Ca + está ligado à troponina e diminui o tempo ativo das pontes cruzadas de miosina. O abalo muscular, portanto, é mais curto. Um mecanismo diferente para aumentar a contratilidade pode ser desencadeado administrando-se glicosídeos cardía-

cos, uma classe de moléculas primeiramente descobertas na planta Digitalis purpurea (dedaleira). Os glicosídeos cardíacos incluem a digitoxina e o composto relacionado ouabaína, uma molécula usada para inibir o transporte de sódio em estudos experimentais. Os glicosídeos aumentam a contratilidade, diminuindo a remoção do Ca2 + do citosol (em contraste às catecolaminas recém discutidas, as quais aumentam a velocidade de remoção do Ca2+). Esse mecanismo é um efeito farmacológico e não ocorre na ausência do fármaco. Os glicosídeos cardíacos têm sido utilizados desde o século XVIII como tratamento da insufidência cardíaca, uma condição patológica na qual o coração é incapaz de contrair de forma eficaz. Esses fármacos extremamente tóxicos diminuem a atividade da Na+-K+-ATPase em todas as células, não apenas nas do coração. Com a diminuição da atividade da Na+ -K+ ATPase, o Na+ se acumula no citosol, e o gradiente de concentração do Na+ através da membrana celular diminui. Isso, por sua vez, diminui a energia potencial disponível para o transporte ativo indireto [ $ p. 147]. Na célula miocárdica, os glicosídeos cardíacos diminuem a capacidade da célula de remover o Ca2 + pelo trocador Na+ -Ca2 +. O aumento resultante do Ca2 + citosólico causa contrações miocárdicas mais eficazes.

14

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DÉBITO CARDÍACO 1

é uma função da(o)

Frequência cardíaca

Volume sistólico

1

1

determinada pela

determinado pela

+

i

Frequência de despolarização nas células autoexcitáveis

Força de contração no miocárdio ventricular é influenciada por

.

•

1

•

.

Diminui

Aumenta

'

aumenta a

.

Volume diastólico final

Contratilidade

Inervação simpática e adrenalina

Devido à • 1nervaçao parassimpática

-

o qual varia com

t

aumenta a . 1

Constrição venosa

1

Qual(is) passo(s) é(são) controlado(s) pela ACh? E pela noradrenalina? Em que tecidos há receptores muscarínicos? E receptores 13 1 ?

FIGURA 14-31

)o

Retorno venoso auxiliado por

QUESTÕES DA FIGURA

e

"

Bomba musculoesquelética

Bomba respiratória

O volume sistólico e a frequência cardíaca determinam o débito cardíaco.

R VISANDO CONCEITOS Usando como modelo a célula miocárdica da Figura 1411 , desenhe uma célula contrátil e mostre como as cateco laminas aumentam a contrati lidade miocárdica. Resposta: p. 51O

O volume diastólico final e a pressão sanguínea arterial determinam a pós-carga Muitos dos experimentos que descobriram a relação entre o estiramento miocárdio e a força contrátil foram realizados utilizando corações isolados. Em um animal sadio, a força ventricular deve ser usada para vencer a resistência criada pelo enchimento de sangue no sistema arterial. A carga combinada do VDF e da resistência arterial durante a contração ventricular é conhecida como pós-carga. Uma analogia pode ser feita com garçons que atravessam uma porta giratória carregando bandejas de comida. A bandeja é a carga equivalente ao sangue nos ventrículos no início da contração. A porta é uma carga adicional que o garçom deve empurrar para sair da cozinha. Normalmente, essa carga adicional é relativamente menos importante. Se alguém resolver fazer uma travessura e decidir empilhar mobílias contra o outro lado da porta (aumenta a pós-carga), o garçom precisará despender consideravelmente mais força para empurrar a porta. De forma similar, a contração ventricular deve empurrar uma carga de sangue através da valva semilunar e para dentro de artérias cheias de sangue.

O aumento da pós-carga é encontrado em diversas condições patológicas, incluindo elevação da pressão arterial e perda da distensibilidade (complacênda) da aorta. Para manter o volume sistólico constante quando a pós-carga aumenta, o ventrículo deve aumentar sua força de contração, e o músculo necessitará de mais oxigênio e produção de ATP. Se o aumento da pós-carga torna-se uma situação crônica, as células miocárdicas hipertrofiam, resultando em um aumento da espessura da parede ventricular. Clinicamente, a pressão sanguínea arterial é frequentemente usada como um indicador indireto da pós-carga. Outros aspectos da função ventricular podem ser avaliados de modo não invasivo por ecocardiografia, um procedimento de ultrassom no qual as ondas sonoras são refletidas no tecido cardíaco. Um índice funcional derivado desse procedimento é a fração de ejeção, ou porcentagem de VDF ejetado em uma contração (volume sistólico/VDF). Usando nossos valores padrão para um homem de 70 kg, a fração de ejeção em repouso é de 70 mL/135 mL, ou 52%. Se o volume sistólico aumenta para 100 mL com o exercício, a fração de ejeção aumenta para 74%. R VISANDO CONCEITOS A abertura da valva aórtica de uma pessoa está estreitada, criando uma condição conhecida como estenose aórtica. Qual ventrículo é afetado por essa alteração? O que acontece com a pós-carga nesse ventrículo? Respostas: p. 51O

Fisiologia Humana

Os fatores que determinam o débito cardíaco estão resumidos na Figura 14-31 • . O débito cardíaco varia de acordo com a frequência cardíaca e com o volume sistólico. A frequência cardíaca é modulada pela divisão autônoma do sistema nervoso e pela adrenalina. A determinação do volume sistólico é mais complexa, pois o volume sistólico consiste em uma resposta intrínseca do miocárdio ao estiramento (relação comprimento-tensão da lei de Frank-Starling), interagindo com alterações na contratilidade cardíaca mediadas

505

adrenergicamente. O retorno venoso é o principal determinante do volume diastólico final e do estiramento. O coração é um órgão complexo, com muitas partes que podem não ter um bom funcionamento. No capítulo seguinte, examinamos como o débito cardíaco desempenha um papel fundamental sobre o fluxo sanguíneo na circulação. Você aprenderá sobre pressão sanguínea alta e aterosclerose, e como essas condições podem prejudicar o coração no seu papel como bomba.

Infarto do miocárdio O angiograma de Walter mostrou duas pequenas artérias bloqueadas, as quais foram desbloqueadas por angioplastia com balão. Ele retornou para casa com instruções do seu médico para modificar seu estilo de vida, incluindo uma dieta melhor, prat icar exercícios regulares e não fu mar. Como parte do seu acompanhamento, Walter realizou um teste de perfusão miocárdica, no qual foi admin istrado tál io radioativo. A distribuição do tálio por todo o coração é um indicador do fluxo sanguíneo no músculo cardíaco. Nesse problema, você aprendeu

sobre algumas técnicas atuais para diagnóstico e tratamento de ataques cardíacos. Os sintomas de Walter são clássicos, mas muitas mulheres têm sintomas diferentes. Para mais informações sobre os sintomas do infarto do miocárdio e de outras doenças cardiovasculares, acesse www.americanheart.org, da American Heart Association. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Por que o médico deu oxigênio a Walter?

O médico suspeitou que Walter t inha tido um ataque cardíaco. O fluxo sanguíneo e o suprimento de oxigênio ao músculo cardíaco podiam ter sido bloqueados.

Se o coração não está bombeando de forma eficaz, o encéfalo pode não receber oxigênio adequadamente. A administração de oxigênio aumenta a quantidade de oxigênio que chega ao coração e ao encéfalo.

2

Que efeito teria a injeção de solução salina isotônica sobre o volume do líquido extracelular de Wa lter? E sobre seu volume do líquido intracelular? E sobre sua osmolaridade total do corpo?

Uma solução isotônica é aquela que não muda o volume celu lar [ ~ p. 161 ). A solução isotônica salina (NaCI) é isosmótica para o corpo.

O volume extracelular aumentará, pois toda a solução salina administrada permanecerá nesse compartimento. O volume intracelular e a osmolaridade total do corpo não mudará.

3

Uma forma semelhante da creatina cinase é encontrada no músculo esquelético. Como são chamadas as formas relacionadas de uma enzima?

As formas relacionadas de uma enzima são chamadas de isoenzimas.

Embora as isoenzimas sejam variantes de uma mesma enzima, sua atividade pode variar sob diferentes condições, e suas estruturas são ligeiramente diferentes. As isoenzimas do músculo cardíaco e esquelético podem ser distinguidas por suas diferentes estruturas.

4

O que é troponina e por que seus níveis elevados no sangue indicam dano cardíaco?

A troponina é uma proteína regulatória ligada à tropomiosina [ ~ p. 415). A ligação do Ca 2 + na troponina expõe o sítio de ligação da miosina na actina para permitir a contração.

A troponina é parte do aparelho contráti l das células musculares. Se a tropon ina escapa da célula e entra no sangue, é um indicativo de que a célula está sofrendo dano ou está morta.

5

Como os sinais elétricos se movem de célu la a célula no miocárdio?

Os sinais elétricos passam através das junções comunicantes nos discos intercalares [ $ p.179).

As células do coração são eletricamente acopladas pelas junções comunicantes.

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

6

O que acontece com a contração de uma célula m iocárdica contrátil se a onda de despolarização desviar dela?

A despolarização em uma célu la muscular é o sinal para a contração.

Se a célula m iocárdica não é despolarizada, e la não se contrairá. A fa lha na contração cria uma reg ião não funcional no músculo cardíaco e prejudica a função de bomba coração.

7

O que o J3-bloqueador dado a Walter fará com a sua frequência cardíaca? Por que essa resposta é útil após um ataque card íaco?

Os J3-bloqueadores são antagonistas dos receptores adrenérgicos {3 1 • A ativação de receptores J3 1 aumenta a frequência cardíaca.

Um J3-bloqueador, portanto, diminui a frequência cardíaca e a demanda de oxigênio. As células com menor necessidade de oxigênio terão menos chance de morrer se seu suprimento de sangue d iminuir.

8

Se um ventrículo do coração for danificado, em qua l onda ou ondas do ECG se esperaria ver essa alteração anormal?

A onda P representa a despolarização atrial. O complexo QRS e a onda T representam a despolarização e a repolarização ventricular, respectivamente.

O complexo QRS e a onda T são as que mais provavelmente mostram as alterações depois de um ataque cardíaco. A lterações indicativas de dano miocárdico incluem alargamento da onda Q, deslocamento do segmento ST da linha de base (elevação ou depressão) e inversão da onda T.

9

Se o ataque cardíaco do Walter tivesse danificado o músculo do seu ventrícu lo esquerdo, o que aconteceria ao seu débito cardíaco esquerdo?

O débito cardíaco é igual ao volume sistólico multiplicado pela frequência cardíaca.

Se o m iocárdio ventricu lar está enfraquecido, o volume sistólico pode d iminuir. A diminuição do volume sistólico, por sua vez, d iminui o débito cardíaco.

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483

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494

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li

RESUMO DO CAPÍTULO O sistema circulatório exemplifica muitos dos temas básicos da fisiologia. O sangue flui pelos vasos devido à alta pressão criada durante a contração ventricular (fluxo de massa). A circulação do sangue provê uma rota essencial para a comunicação célula a célula, particularmente para hormônios e outros sinais químicos. A contração miocárdica, assim como a contração dos músculos esquelético e liso, demonstra a importância das interações moleculares, do uso da energia biológica e das propriedades mecânicas das células e dos tecidos. Este capítulo também apresentou os sistemas de controle da fisiologia cardiovascular, um tema que será expandido no próximo capítulo.

Visão geral do sistema circulatório

Cardiovascular revisão de anatomia: coração 1. O sistema circulatório humano consiste em um coração que bombeia sangue por um sistema fechado de vasos sanguíneos. (p. 469; Fig. 14-1) 2. A função primária do sistema circulatório é o transporte de nutrientes, água, gases, resíduos e sinais químicos de e para todas as partes do corpo. (p. 469; Thl.14-1) 3. Os vasos sanguíneos que levam sangue a partir do coração são chamados de artérias. Os vasos sanguíneos que trazem sangue para o

coração são chamados de veias. As valvas no coração e nas veias asseguram um fluxo sanguíneo unidirecional. (p. 469; Fig. 14-1) 4. O coração é dividido em dois átrios e dois ventrículos. (p. 469; Fig. 14-1) 5. A circulação pulmonar vai do lado direito do coração para os pulmões e retorna ao coração. A circulação sistêmica vai do lado esquerdo do coração para os tecidos e retorna ao coração. (p. 471; Fig. 14-1)

Pressão, volume, fluxo e resistência 6. O sangue flui a favor de um gradiente de pressão (~P), de uma pressão mais alta na aorta e artérias para uma pressão mais baixa nas veias cavas e veias pulmonares. (p. 471; Fig. 14-2) 7. Em um sistema no qual um líquido está fluindo, a pressão diminui com a distância. (p. 472; Fig. 14-3) 8. A pressão criada quando os ventrículos contraem é chamada de pressão propulsora do fluxo sanguíneo. (p. 473) 9. A resistência de um líquido fluindo por um tubo aumenta com o comprimento do tubo, quando a viscosidade (espessura) do líquido aumenta e quando o raio do tubo diminui. Desses três fatores, o raio do tubo tem o efeito maior sobre a resistência. (p. 473-474)

Fisiologia Humana

10. Se a resistência aumenta, a taxa do fluxo diminui. Se a resistência diminui, a taxa do fluxo aumenta. (p. 474; Fig. 14-5) 11. O fluxo de um líquido por um tubo é proporcional ao gradiente de pressão (~P). Um gradiente de pressão não é a mesma coisa que a pressão absoluta no sistema. (p. 474; Fig. 14-4) 12. A taxa do fluxo é o volume de sangue que passa em um ponto do sistema por unidade de tempo. (p. 475) 13. Velocidade do fluxo é a distância que um volume de sangue percorre em um dado período de tempo. Em uma taxa de fluxo constante, a velocidade do fluxo em um tubo pequeno é mais rápida que a velocidade do fluxo em um tubo maior. (p. 475; Fig.14-6)

O músculo cardíaco e o coração Cardiovascular: potencial de ação cardíaco 14. O coração é constituído principalmente pelo músculo cardíaco, ou miocárdio. A maior parte do músculo cardíaco é constituída por músculo estriado típico. (p. 478; Fig. 14-7h) 15. O sinal para a contração se origina nas células autoexcitáveis do coração. As células autoexcitáveis são células não contráteis do miocárdio. (p. 481) 16. As células miocárdicas estão ligadas umas às outras pelos discos intercalares que contêm as junções comunicantes. As junções permitem que a despolarização se propague rapidamente de célula a célula. (p. 481; Fig.14-10) 17. No acoplamento excitação-contração das células contráteis, um potencial de ação abre canais de Ca2 +. A entrada de Ca2 + na célula dispara a liberação adicional de Ca2 + do retículo sarcoplasmático, pela liberação de Ca2 + induzida por cálcio. (p. 482; Fig. 14-11) 18. A força de contração do músculo cardíaco pode ser graduada de acordo com a quantidade de Ca2 + que entra na célula. (p. 483) 19. Quanto maior o comprimento da fibra muscular quando ela começa a contrair, maior a força de contração. (p. 483; Fig. 14-12) 20. O potencial de ação das células miocárdicas contráteis tem uma fase de despolarização rápida, criada pelo influxo de Na+, e uma fase de repolarização rápida devida ao efluxo de K+. O potencial de ação também tem uma fase de platô gerada pela entrada de Ca2 +. (p. 483-484; Fig.14-13) 21. As células autoexcitáveis do miocárdio possuem um potencial de membrana instável chamado de potencial marcapasso. O potencial marcapasso é devido aos canais Ir, que permitem o influxo resultante de carga positiva. (p. 485; Fig. 14-15) 22. A fase da despolarização rápida do potencial de ação das células autoexcitáveis é causada pelo influxo de Ca2 +. A fase de repolarização é causada pelo efluxo de K+. (p. 486; Fig. 14-15) 23. A noradrenalina e a adrenalina agem sobre os receptores 13 1 para acelerar a despolarização do marcapasso e aumentar a frequência cardíaca. A acetilcolina ativa os receptores muscarínicos e diminui a frequência cardíaca. (p. 486; Fig.14-16)

O coração como uma bomba Cardiovascular: sistema intrínseco de condução 24. O potencial de ação originado no nó sinoatrial (nó SA) se espalha rapidamente de célula a célula no coração. Os potenciais de ação são seguidos por uma onda de contração. (p. 488; Fig.14-17) 25. O sinal elétrico se move do nó SA por uma via intemodal para o nó atrioventricular (nó AV), passa pelo fascículo AV, pelos ramos do fascículo AV, pelas fibras de Purkinje terminais (ramos subendocárdicos) e células contráteis do miocárdio. (p. 488; Fig. 14-18) 26. O nó SA determina o ritmo dos batimentos cardíacos. Se o nó SA não funciona bem, outras células autoexcitáveis no nó AV ou ventrículos assumirão o controle da frequência cardíaca. (p. 489)

507

27. Um eletrocardiogrma (ECG) é um registro na superfície do corpo da atividade elétrica do coração. A onda P representa adespolarização atrial. O complexo QRS representa a despolarização ventricular. A onda T representa a repolarização ventricular. A repolarização atrial é incorporada no complexo QRS. (p. 491; Figs. 14-20, 14-21) 28. Um ECG fornece informações sobre a frequência e o ritmo cardíacos, a velocidade de condução e a condição dos tecidos cardíacos. (p. 492)

Cardiovascular: o ciclo cardíaco 29. Um ciclo cardíaco inclui um ciclo de contração e relaxamento. Sístole é a fase de contração; diástole é a fase de relaxamento. (p. 494; Fig. 14-24) 30. A maior parte do sangue entra nos ventrículos enquanto o átrio está relaxado. Somente 20o/o do enchimento ventricular em repouso é devido à contração atrial. (p. 495) 31. As valvas AV impedem que o sangue volte para o átrio. Vibrações que se seguem ao fechamento da valva AV criam o primeiro som do coração. (p. 495; Figs.14-9, 14-24) 32. Durante a contração ventricular isovolumétrica, o volume de sangue ventricular não muda, mas a pressão aumenta. Quando a pressão ventricular excede a pressão arterial, as valvas semilunares se abrem e o sangue é ejetado para dentro das artérias. (p. 495-497; Figs. 14-9, 14-24) 33. Quando os ventrículos relaxam e a pressão ventricular cai, as valvas semilunares se fecham, criando o segundo som cardíaco. (p. 496; Fig. 14-9, 14-24) 34. A quantidade de sangue bombeada por um dos ventrículos durante uma contração é conhecida como volume sistólico. (p. 498; Fig. 14-25)

Cardiovascular: débito cardíaco 35. Débito cardíaco é o volume de sangue bombeado por um ventrículo por unidade de tempo. O débito cardíaco é igual à frequência cardíaca vezes o volume sistólico. O débito cardíaco médio em repouso é 5 L/min. (p. 498) 36. Alterações homeostáticas no débito cardíaco são produzidas por variações na frequência cardíaca, no volume sistólico, ou em ambos. (p.500; Fig 14-31) 37. A atividade parassimpática diminui a frequência cardíaca; a atividade simpática a aumenta. (p. 500; Fig.14-27) 38. A lei de Frank-Starling do coração diz que um aumento no volume diastólico final resulta em volume sistólico maior. (p. 501; Fig. 14-28) 39. A adrenalina e a noradrenalina aumentam a força de contração do miocárdio quando elas se ligam aos receptores adrenérgicos 13 1 • Elas também encurtam a duração da contração cardíaca. (pp. 500-501; Fig. 14-30) 40. O volume diastólico final e a pré-carga são determinados pelo retorno venoso. O retorno venoso é afetado pelas contrações do músculo esquelético, pela bomba respiratória e pela constrição das veias decorrente da atividade simpática. (p. 501) 41. A contratilidade do coração é aumentada pelas catecolaminas e por certos fármacos. Os efeitos de substâncias químicas que alteram a contratilidade são chamados de efeitos inotrópicos. (p. 502; Fig. 14-29) 42. A pós-carga é a carga colocada sobre o ventrículo quando ele contrai. A pós-carga reflete a pré-carga e o esforço requerido para empurrar o sangue para dentro do sistema arterial. A pressão arterial média é um indicador clínico da pós-carga. (p. 504) 43. A fração de ejeção, a porcentagem do VDF ejetada em uma contração (volume sistólicoNDF), é uma medida para avaliar a função ventricular. (p. 504)

14

508

Dee Unglaub Silverthorn

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL 1 REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Quais contribuições para o entendimento do sistema circulatório cada uma das pessoas a seguir deu? (a) William Harvey (b) Otto Frank e Emest Starling (c) Marcello Malpighi 2. Liste três funções do sistema circulatório. 3. Coloque as seguintes estruturas na ordem pela qual o sangue passa através delas, começando e terminando com o ventrículo esquerdo: (a) ventrículo esquerdo (d) artérias sistêmicas (b) veias sistêmicas (e) aorta (c) circulação pulmonar (f) ventrículo direito 4. O principal fator que faz o sangue fluir pelo corpo é um gradiente _ _ _ _ _. Em humanos, o valor desse gradiente é mais alto na _ _ _ _ _ e nas . Ele é menor nas . Em um sistema, no qual o líquido está fluindo, a pressão diminui com a distância porque . 5. Se ocorre vasodilatação em um vaso sanguíneo, a pressão (aumenta/diminui) 6. As junções celulares especializadas entre as células do miocárdio são chamadas de . Essas áreas contêm _____, o que permite a rápida condução dos sinais elétricos. 7. Trace o trajeto de um potencial de ação pelo sistema de condução do coração desde o nó SA. 8. Diferencie os dois membros de cada um dos pares seguintes: (a) volume sistólico final e volume diastólico final (b) controle simpático e parassimpático da frequência cardíaca (c) diástole e sístole (d) circulação sistêmica e circulação pulmonar (e) nóAVenóSA 9. Relacione as descrições com os termos anatômicos corretos. Nem todos os termos são usados e os termos podem ser usados mais de uma vez. Dê uma definição para os termos não usados. (a) saco membranoso resistente que 1. aorta envolve o coração 2. ápice (b) valvas entre os ventrículos e as arté- 3. artéria rias principais 4. átrios (c) vaso que leva sangue a partir do 5. átrio coração 6. valva AV (d) câmara inferior do coração 7. base (e) valva entre o átrio esquerdo e o 8. valva bicúspide ventrículo esquerdo 9. endotélio (f) principal artéria da circulação sis- 10. miocárdio têmica 11. pericárdio (g) camada muscular do coração 12. valva semilunar (h) extremidade estreita do coração; 13. valva AV direita (tricúspide) aponta para baixo (i) valva com músculos papilares 14. ventrículo (j) câmaras superiores do coração 10. Que eventos causam os dois principais sons do coração?

11. Qual é o termo apropriado para cada uma das definições a seguir? (a) número de contrações cardíacas por minuto (b) volume de sangue no ventrículo antes do coração contrair (c) volume de sangue que entra na aorta em cada contração (d) volume de sangue que deixa o coração em um minuto (e) volume de sangue total do corpo

NÍVEL 2 REVISANDO CONCEITOS 12. Mapas de Conceito: (a) Crie um mapa mostrando o fluxo sanguíneo pelo coração e pelo corpo. Inclua quantas estruturas você puder. (b) Crie um mapa do controle do débito cardíaco usando os seguintes termos. Você pode adicionar outros termos. ACh Medula da suprarrenal Bomba do músculo esque- Miocárdio contrátil lético Neurônios parassimpáticos Bomba respiratória Neurônios simpáticos Ca2+ Noradrenalina Células auto-excitáveis Receptores ~1 Contratilidade Receptor muscarínico Débito cardíaco Relação comprimento-tensão Força de contração Retorno venoso Frequência cardíaca Volume sistólico Liberação de Ca2+ induzida pelo Ca2+ 13. Liste os eventos do ciclo cardíaco em sequência, começando com a diástole atrial e ventricular. Anote quando as valvas abrem e fecham. Descreva o que acontece à pressão e ao fluxo sanguíneo em cada câmara em cada etapa do ciclo. 14. Compare e contraste a estrutura de uma célula do músculo cardíaco com a de uma célula do músculo esquelético. Quais propriedades únicas do músculo cardíaco são essenciais para a sua função? 15. Explique por que as contrações do músculo cardíaco não podem se somar ou produzir tétano. 16. Correlacione as ondas de um ECG com os eventos mecânicos que ocorrem nos átrios e nos ventrículos. Por que existem somente três eventos elétricos, mas quatro eventos mecânicos? 17. Relacione os movimentos dos íons com a fase apropriada. Mais de um íon em movimento pode ser empregado em uma única fase. Algumas escolhas podem não ser usadas. (a) fase ascendente lenta das células 1. K+ do LEC para o LIC autoexcitáveis 2. K+ do LIC para o LEC (b) fase de platô das células contráteis 3. Na+ do LEC para (c) fase ascendente rápida das células o LIC contráteis 4. Na+ do LIC para o (d) fase ascendente rápida das células LEC autoexcitáveis 5. Ca2 + do LEC para (e) fase descendente rápida das céluo LIC las contráteis 6. Ca2 + do LIC para o (f) fase descendente rápida das céluLEC las autoexcitáveis (g) contração muscular cardíaca (h) relaxamento muscular cardíaco

Fisiologia Hum ana

18. Liste e explique resumidamente quatro tipos de informação que um ECG fornece sobre o coração. 19. Defina efeito inotrópico. Nomeie dois fármacos que têm efeito inotrópico positivo sobre o coração. ,

NIVEL 3

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

20. Dois medicamentos usados para reduzir o débito cardíaco são os bloqueadores de canais de cálcio e os bloqueadores de receptores '3- Que efeitos estes medicamentos têm sobre o coração que expliquem como eles diminuem o débito cardíaco? 21. Jeffers, o capitão da polícia, sofreu um infarto do miocárdio. (a) Explique à família dele (sem orientação médica) o que aconteceu ao coração deJeffers. (b) Quando você analisou o ECG dele, você se referiu a diferentes derivações, como derivação I e derivação III. O que são derivações? (c) Por que é possível registrar um ECG sobre a superfície do corpo sem ter acesso direto ao coração? 22. O que pode causar um intervalo PR mais longo que o normal emumECG? 23. O parágrafo a seguir é um resumo de um artigo de jornal:

Um novo tratamento para fibrilação atrial, que acontece devido ao aumento excessivo da frequênda no nó SA, envolve um pulso elétrico de alta voltagem administrado no nó AV para destruir suas células autoexcitáveis e depois um marcapasso ventricular é implantado no paciente.

509

Explique brevemente qual o fundamento fisiológico para esse tratamento. Por que uma alta frequência de despolarização atrial é perigosa? Por que o nó AV é destruído nesse procedimento? Por que deve ser implantado um marcapasso?

NÍVEL 4

QUESTÕES QUANTITATIVAS

24. Jeffers, o capitão da polícia da questão 21, tem uma fração de ejeção (VS dividido pelo VDF) de somente 25o/o. Seu volume sistólico é de 40 mL/batimento e sua frequência cardíaca é de 100 bpm. Qual é o seu VDF, VSF e DC? Mostre seus cálculos. 25. Se 1 cm de água = 0,74 mmHg: (a) Converta a pressão de 120 mmHg para cm de H2 0. (b) Converta a pressão de 90 cm de H20 para mmHg. 26. Calcule o débito cardíaco considerando que o volume sistólico é 65 mL/batimento e a frequência cardíaca é 80 batimentos/ min·1

27. Calcule o volume sistólico final considerando que o volume diastólico final é 150 mL e o volume sistólico é 65 mL/batimento. 28. Uma pessoa tem um volume de sangue total de 5 L. Desse total, se assume que 4 L está contido na circulação sistêmica e lL na circulação pulmonar. Se a pessoa tem um débito cardíaco de 5 L/min, quanto tempo levará (a) para uma gota de sangue deixar o ventrículo esquerdo e retornar ao ventrículo esquerdo e (b) para uma gota de sangue ir do ventrículo direito para o ventrículo esquerdo?

RESPOSTAS 1

./'Respostas das questões 'Revisando conceitos'' Página 471 1. Um sistema circulatório tem tubos (vasos), líquido (sangue) e uma bomba (coração). 2. (a) A circulação pulmonar leva sangue para e dos pulmões; a circulação sistêmica leva sangue para e do resto do corpo. (b) Uma artéria leva sangue a partir do coração; uma veia leva sangue para o coração. (c) Um átrio é uma câmara situada na parte superior do coração que recebe sangue que está entrando no coração; um ventrículo é uma câmara na parte inferior do coração que bombeia sangue para fora do coração. Página 474 3. O gradiente de pressão é mais importante. 4. O tubo de baixo tem um fluxo maior, por que tem um gradiente de pressão maior (50 mmHg versus 40 mmHg do tubo de cima). 5. O tubo C tem um fluxo mais elevado, pois seu raio é o maior dos quatro tubos (menor resistência) e tem o menor comprimento (menor resistência). (O tubo B tem o mesmo raio que o tubo C, mas um comprimento maior e, portanto, oferece maior resistência ao fluxo.) O tubo D, que tem a maior resistência devido ao maior comprimento e menor raio, tem fluxo menor. Página478 6. Se os canais são idênticos no tamanho e portanto na área de secção transversal (A), o canal com maior velocidade de fluxo v tem a maior taxa de fluxo (Q). (Da equação 7, Q = v x A.)

Página481 7. O tecido conectivo não é excitável e, portanto, é incapaz de conduzir potenciais de ação. 8. Veia cava superior ~átrio direito ~valva tricúspide (AV direita) ~ventrículo direito ~valva pulmonar (semilunar direita) ~tronco pulmonar ~veia pulmonar ~átrio esquerdo ~ valva mitral (bicúspide, AV esquerda)~ ventrículo esquerdo~ valva aórtica (semilunar esquerda)~ aorta 9. As valvas AV impedem o refluxo de sangue. Se uma valva falha, o sangue reflui para o átrio. Página483 10. No músculo esquelético os canais de Ca2+ tipo L (também chamados receptor DHP) permanecem fechados mas são acoplados mecanicamente aos canais de liberação de Cai+ RyR do retículo sarcoplasmático. Os canais de Cai+ tipo L do miocárdio abrem para permitir a entrada de Cai+ na célula. Em ambos os músculos, os canais de Cai+ do sarcolema são associados aos canais de liberação de Ca2+ RyR no retículo sarcoplasmático. 11. Desse experimento, é possível concluir que as células do miocárdio requerem cálcio extracelular para a contração, mas as células do músculo esquelético não. Págin a483 12. Se todos os canais de cálcio na membrana das células musculares fossem bloqueados, a contração não aconteceria. Se somente alguns fossem bloqueados, a força de contração seria menor do que a força criada quando todos os canais estão abertos.

14

51 O

Dee Unglaub Silverthorn

Página48S 13. O influxo de Na+ causa despolarização neuronal, e o efluxo de K+

causa repolarização neuronal. 14. O período refratário representa o tempo necessário para os canais de Na+ se recomporem (fecha o portão de ativação, abre o portão de inativação). 15. Se os canais de Na+ cardíacos forem bloqueados com lidocaína, as células não despolarizarão e, portanto, não contrairão.

Página 504 31. Seu desenho deve mostrar um receptor ~ 1 sobre a membrana ce-

lular ativando o AMPc intracelular, o qual deve ter uma seta em direção aos canais de Ca2+ no retículo sarcoplasmático. Os canais abertos devem estar mostrando o aumento do Ca2+ citoplasmático. Uma segunda seta deve ir do AMPc para a Ca2+-ATPase no RS e para a membrana celular, mostrando o aumento da captação no RS e o aumento da remoção de Ca2+ da célula.

Página486

Página 504

16. Aumentando a permeabilidade ao K+ o potencial de membrana

32. A valva aórtica é encontrada entre o ventrículo esquerdo e a aorta.

hiperpolariza.

Uma valva aórtica estenótica pode aumentar a pós-carga sobre o ventrículo.

Página487 17. Os canais de Ca2 + nas células autoexcitáveis não são os mesmos, 2

encontrados nas células contráteis. Os canais de Ca + autoexcitáveis abrem-se rapidamente quando o potencial de membrana alcança aproximadamente - 50 mV, e fecham-se quando alcança por volta de + 20 mV. Os canais de Ca2 + das células contráteis são mais lentos e não abrem até a membrana se despolarizar completamente. 18. Se a tetrodotoxina é aplicada em uma célula miocárdica autoexcitável, nada acontecerá, pois não existem canais de Na+ controlados por voltagem nessas células. 19. Cortar o nervo vago faz com que a frequência cardíaca aumente; logo, o nervo deve ter fibras parassimpáticas que diminuem a frequência cardíaca. Página 491 20. O nó AV conduz os potenciais de ação dos átrios para os ventrícu-

los. Ele também diminui a velocidade na qual esses potenciais de ação são conduzidos, permitindo que a contração atrial termine, antes que a contração ventricular inicie. 21. O nó SA está situado na região superior do átrio direito. 22. O marcapasso mais rápido determina a frequência cardíaca, assim a frequência cardíaca aumenta para 120 bpm.

Q Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página470

Figura 14-1: os dois sistemas porta estão no trato GI e no rim, com dois leitos capilares conectados em série para cada sistema porta. Página474

Figura 14-5: se o raio= 3, R = 1/81 e o fluxo= 81, que é cerca de 5 vezes o fluxo por B. Página47S

Figura 14-6: Se A= 3, v = 4 cm2 /min. Página486

Figura 14-15: a fase 2 (o platô) do potencial de ação das células contráteis não tem equivalente no potencial de ação das células autoexcitáveis. A fase 4 é aproximadamente equivalente ao potencial marcapasso. Ambos os potenciais de ação têm fases ascendentes, picos e fases descendentes. Página490

Figura 14-18: Se o nó AV não pudesse despolarizar, não haveria condução de atividade elétrica para os ventrículos.

Página49S

Página492

23. O átrio tem pressão mais baixa que as veias cavas.

Figura 14-20: A frequência cardíaca é 75 ou 80 batimentos/min, dependendo de como você calcular. Se você usar os dados de um pico R para o próximo pico R, o intervalo de tempo entre os dois picos é 0,8 s; portanto,

Página 497 24. (a) ventrículo, (b) ventrículo, (c) átrio, (d) ventrículo 25. (a) ejeção ventricular, (b) contração ventricular isovolumétrica e

1 batimento

ejeção ventricular, (c) do relaxamento ventricular isovolumétrico até a contração ventricular começar novamente. Página498 26. O VDF ocorre no passo 3, e o VSF ocorre no passo 5. 27. (a) E, (b) A, (c) D, (d) B, (e) C, (f) F 28. A pressão atrial aumenta, porque a pressão sobre a valva mitral

empurra a valva para o átrio, diminuindo o volume atrial. A pressão atrial diminui durante a parte inicial da sístole ventricular devido ao relaxamento do átrio. A pressão então aumenta quando o átrio se enche de sangue. A pressão atrial começa a diminuir no ponto D, quando a valva mitral (AV esquerda) se abre, e o sangue flui para dentro dos ventrículos. 29. A pressão ventricular sobe quando os ventrículos contraem sobre um volume fixo de sangue. Página SOO 30. Depois de 10 batimentos, a circulação pulmonar terá ganho 10 mL

de sangue e a circulação sistêmica terá perdido 1O mL.

O1 8 s

x

60 s

.

1 m1n

=

. . 75 bat1mentos/m1n

Contudo, é mais preciso estimar a frequência usando vários segundos do traçado do ECG, em vez de um intervalo RR, porque os intervalos entre os batimentos podem variar. Se você começar contando na primeira onda R no gráfico de cima e for para a direita por 3 s, há 4 batimentos naquele período de tempo, o que significa 4 batimentos

3s

60 s x . 1 m1n

=

b . . 80 at1mentos / m1n

Página49S

Figura 14-23 (a): Em (b), observe que não há uma associação regular entre as ondas p e os complexos QRS (os segmentos PR variam em extensão). Observe também que nem toda onda P tem um complexo QRS associado. Tanto as ondas P quanto os complexos QRS aparecem em intervalos regulares, mas a frequência atrial é maior do que a frequência ventricular. Os complexos QRS não têm sua forma usual, e a onda T está ausente porque a despolarização ventricular não está seguindo seu ca-

Fisiologia Humana

minho normal. Em (c), há ondas R identificáveis, mas não há ondas P. Em (d), não há ondas reconhecíveis, indicando que as despolarizações não estão na via de condução normal. (b) Começando à esquerda, as ondas são P, P, QRS, T, P, P, QRS, T, P, P, P, e assim por diante. Cada onda P que não é seguida por um complexo QRS sugere um bloqueio de condução intermitente no nó AV. Veja também a Figura 14-23b.

Página497 Figura 14-25: Relacione os segmentos aos eventos: (a) C~D, (b) B~C, (c) D~A, (d) A~B. Relacione os eventos aos pontos: (a) C, (b) A, (c) D, (d) B.

511

Página 501 Figura 14-28: O volume sistólico máximo é de aproximadamente 160 mL/batimento, primeiro atingido quando o volume diastólico final é de aproximadamente 330 mL. Página 502 Figura 14-29: No ponto A, o coração sob influência da noradrenalina tem um volume sistólico maior e, portanto, gera mais força. Página 504 Figura 14-31. A frequência cardíaca é o único parâmetro controlado pela ACh. A frequência cardíaca e a contratilidade são controladas pela noradrenalina. O nó SA tem receptores muscarínicos. O nó SA e o miocárdio contrátil têm receptores [3 1•

14

,

uxo

u1neo e o ,

,.,,

ressao

Vasos sanguíneos 514 Os vasos sanguíneos contêm músculo liso vascular 514 Artérias e arteríolas carregam o sangue a partir do coração 515 As trocas ocorrem nos capilares 515 O fluxo sanguíneo converge nas vênulas e veias 516 A ang iogênese cria novos vasos , sangu1neos

u1nea

Distribuição de sangue para os tecidos Trocas nos capilares 527 A velocidade do fluxo sanguíneo é 528 528

menor nos capilares A ma ior parte das trocas capilares ocorre por difusão e transcitose A filtração e a absorção capilares ocorrem por fluxo de massa

Pressão sanguínea

Sistema linfático

516 A pressão sanguínea é maior nas

53 1 O edema é resu ltado de alterações nas

517

518 519

520

artérias e menor nas veias A pressão sanguínea arteria l reflete a pressão de propulsão do fluxo , sangu1neo A pressão sanguínea arteria l é estimada por esfigmomanometria O débito card íaco e a resistência periférica determinam a pressão arterial média Alterações no volume sanguíneo afetam a pressão sanguínea

Resistência nas arteríolas 522 A autorregulação m iogên ica ajusta automaticamente o fluxo sangu íneo 522 Substâncias parácrinas alteram a contração do múscu lo liso vascu lar 524 A divisão simpática controla a maioria dos músculos lisos vasculares

trocas capilares

Regulação da pressão sanguínea 532 O reflexo barorreceptor controla a

, pressao sangu1nea

535 A hipotensão ortostática desencadeia o reflexo barorreceptor

Doença cardiovascular 535 Os fatores de risco para as doenças cardiovasculares incluem o tabagismo e a obesidade 537 A aterosclerose é um processo inflamatório 538 A hipertensão representa uma falha da homeostase

CONHECIMENTOS BÁSICOS Lâmina Basal: 75 Óxido nítrico: 191 Transcitose: 157 Resposta de luta ou fuga: 386 Epitélio de troca: 76 Catecolaminas e receptores: 224 Cavéolas: 154 Difusão: 136 Controle tônico: 196 Músculo liso: 432

Desde 1900, as doenças cardiovasculares têm sido a causa número 1 de mortes nos Estados Unidos, exceto o ano de 1918.

- American Heart Assodatlon, Estatísticas de 2003 Doenças Cardiovasculares e Acidente Vascular Cerebral (AVC)

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Hipertensão essencial "Doutor, eu tenho uma saúde de f erro", disse Kurt, 56 anos, durante o seu exame físico anual at rasado. " Eu não quero desperdiçar seu t empo. " Mas, para o Dr. Art hur Cortez, Kurt não parece estar bem de saúde: ele está 14 kg acima do peso. Quando Dr. Cortez pergunta sobre a sua dieta, Kurt responde, " Bem, eu gosto de comer." Faz exercícios? " Quem tem tempo? " Responde Kurt. Dr. Cortez mede a pressão sanguínea de Kurt e diz". " Sua pressão sanguínea está 164 por 100" . " Eu a medire i novamente em 15 min utos. Se permanecer alta, precisaremos discutir isso depois. " Kurt, pasmo, olha f ixamente seu médico e protesta. " Mas como pode a minha pressão estar tão alta? Eu me sinto bem! ".

519

523

524

532

540

ntônio tinha certeza de que seria um médico, até o dia em que no laboratório de fisiologia ele estudou os tipos sanguíneos. Quando a lanceta perfurou a ponta do seu dedo e ele viu uma gota de sangue vermelho

513

brilhante, a sala começou a girar e então tudo ficou escuro. Ele acordou muito constrangido, à vista de seus colegas e do professor que se curvava sobre ele. Antônio sofreu uma síncope vasovagal (sincope = desmaio), uma reação emocional benigna e comum quando a pessoa vê sangue, agulhas hipodérmicas ou outras visões perturbadoras. Normalmente, a regulação homeostática do sistema circulatório mantém o fluxo sanguíneo adequado, ou perfüsão, para o coração e para o encéfalo. Na síncope vasovagal, sinais oriundos do sistema nervoso causam uma súbita queda da pressão sanguínea, e o indivíduo desmaia por falta de oxigênio no encéfalo. Neste capítulo, você aprenderá como o coração e os vasos sanguíneos trabalham juntos, na maior parte do tempo, para impedir tais problemas. Um modelo simplificado do sistema circulatório (Fig. 15-1 e ) ilustra os principais pontos que discutimos neste capítulo. Esse modelo mostra o coração como duas bombas separadas, com o coração direito bombeando sangue primeiro para os pulmões e, depois, para o coração esquerdo, o qual, por sua vez, bombeia sangue para o resto do corpo e de volta para o coração direito. O sangue sai do coração esquerdo e entra nas artérias sistêmicas, mostradas aqui como uma região elástica expansível. A pressão produzida pela contração do ventrículo esquerdo é armazenada nas paredes elásticas das artérias e é lentamente liberada por meio da retração elástica. Esse me-

Artérias elásticas ...........

--

_

J_ _

- --

15

........._

Aorta ---......_ ~~-:::::-~~-·~~~~~~·~__.-::--Valva aórtica-.. .__

Coração esquerdo

(

r

-- - - _ _ - ...--

T

Ventrículo esquerdo

::::~ ~==:r Valva AV esq uerda (mitral)

Arteríola com raio variável

~--- Átrio esquerdo

Veias pulmonares Troca de material com as células

Pulmões

Artéria pulmonar 'A"=!t --

1

Valva pulmonar

~~-ventrículo

Coração direito

Veias cavas -

~2r-Valva

d ireito

AV d ireita (tricúspide)

QUESTÃO DA FIGURA

----i. - Átrio direito

----4.

...........

............

-- - -

- T -

-

----

As bombas deste modelo f uncionam em paralelo ou em série?

........._

Veias expansíveis

•

FIGURA 15-1 Modelo funcional do sistema circulatório. Cada lado do coração funciona como uma bomba independente. As artérias sistêmicas são um reservatório de pressão que mantém o fluxo sanguíneo durante o relaxamento ventricular. As arteríolas, mostradas com parafusos ajustáveis que alteram seus diâmetros, são o local de resistência variável. As trocas entre o sangue e as células ocorre somente nos capilares. As veias atuam como um reservatório de volume expansível.

514

Dee Unglaub Silverthorn

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Artéria

4,0 mm

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30,0 µm

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~

~

VASOS SANGUÍNEOS

1

6,0 µm

Capilar

8,0 µm

0,5 µm

Vênula

20,0 µm

1,0 µm

Veia

5,0 mm

0,5 mm 1

•

e

·~ ......

1,0 mm 1

Arteríola

·13 0

~

o

~

O fluxo total de sangue, em qualquer nível da circulação, é igual ao débito cardíaco. Por exemplo, se o débito cardíaco for 5 L/min, o fluxo sanguíneo ao longo de todos os capilares sistêmicos é de 5 L/ min. Da mesma maneira, o fluxo sanguíneo no lado pulmonar da circulação é igual ao fluxo sanguíneo na circulação sistêmica.

1

1

1

1

1

1

FIGURA 15-2 Estrutura do vaso sanguíneo. A parede dos vasos sanguíneos varia em diâmetro e composição. O endotélio e seu tecido elástico subjacente formam juntos a túnica íntima. (Adaptada da A.C. Burton, Physiol. Rev. 34:619-642, 1954.)

canismo mantém uma pressão propulsara contínua para o fluxo sanguíneo durante o período em que os ventrículos estão relaxados. Por essa razão, as artérias são conhecidas como o reservatório de pressão [reservare, reter] do sistema circulatório. Os vasos que partem das artérias, pequenos vasos denominados arteríolas, criam uma alta resistência de saída para o fluxo sanguíneo arterial. As arteríolas controlam a distribuição do fluxo sanguíneo para os tecidos individuais pela contração e dilatação seletivas, por isso são conhecidas como o local de resistênda variável. O diâmetro arteriolar é regulado por fatores locais, como a concentração de oxigênio nos tecidos, e pelo sistema nervoso autônomo e por hormônios. Quando o sangue flui para dentro dos capilares, seu epitélio permeável permite a troca de materiais entre o plasma, o líquido intersticial e as células do corpo. Na extremidade distal dos capilares, o sangue flui para o lado venoso da circulação. As veias atuam como uma reservatório de volume, do qual o sangue pode ser enviado para o lado arterial da circulação se a pressão cair muito. Das veias, o sangue flui de volta para o coração direito.

As paredes dos vasos sanguíneos são compostas por camadas de músculo liso, tecido conectivo elástico e tecido conectivo fibroso (Fig. 15-2 e ). O revestimento interno de todos os vasos sanguíneos é uma fina camada de endotélio, que é um tipo de epitélio. Por anos, imaginou-se que o endotélio era simplesmente uma barreira passiva. Contudo, agora sabemos que as células endoteliais secretam muitas substâncias parácrinas e desempenham um papel importante na regulação da pressão sanguínea, no crescimento dos vasos sanguíneos e na absorção de materiais. Alguns biólogos até propuseram que o endotélio seja considerado um sistema orgianico fisiológio separado. Na maioria dos vasos, as camadas de tecido conectivo e músculo liso circundam o endotélio. O endotélio e seu tecido conectivo elástico adjacente formam juntos a túnica íntima, geralmente chamada apenas de íntima. A espessura das camadas de músculo liso - tecido conectivo que envolvem a íntima varia em diferentes vasos. As descrições a seguir aplicam-se aos vasos da circulação sistêmica, embora os da circulação pulmonar sejam em geral similares.

Os vasos sanguíneos contêm músculo liso vascular O músculo liso dos vasos sanguíneos é conhecido como músculo liso vascular. A maioria dos vasos sanguíneos possui músculo liso, arranjado em camadas circulares ou espirais. A vasoconstrição reduz o diâmetro do lúmen do vaso, e a vasodilatação o amplia. Na maioria dos vasos sanguíneos, as células do músculo liso mantêm um estado de contração parcial durante todo o tempo, criando a condição denominada tônus muscular [ $ p. 451]. A contração no músculo liso, assim como no músculo cardíaco, depende da entrada de Ca2 + do líquido extracelular pelos canais de Ca2+ [ $ p. 435]. Várias substâncias químicas influenciam o tônus do músculo liso vascular, incluindo neurotransmissores, hormônios e substâncias parácrinas. Muitas substâncias parácrinas vasoativas são secretadas pelas células endoteliais que revestem os vasos sanguíneos ou pelos tecidos que circundam os vasos.

Artérias e arteríolas carregam o sangue a partir do coração A aorta e as artérias principais são caracterizadas por terem paredes que são rígidas e elásticas. As artérias têm uma camada espessa de músculo liso e grande quantidade de tecido conectivo fibroso e elástico (Fig. 15-2). Devido à rigidez do

Fisiologia Humana

tecido fibroso, uma quantidade significativa de energia é necessária para estirar a parede de uma artéria, mas essa energia pode ser armazenada pelas fibras elásticas estiradas e liberada durante a retração elástica. As artérias e arteríolas são caracterizadas por um padrão de fluxo sanguíneo divergente [divergere, separar-se]. Quando as artérias principais se dividem em artérias cada vez menores, a característica da parede muda, tornando-se menos elástica e mais muscular. A parede das arteríolas contém diversas camadas de músculo liso que contraem e relaxam sob a influência de vários sinais químicos. Algumas arteríolas se ramificam, formando vasos conhecidos como metarteríolas [meta-, além de] (Fig. 15-3 e ). As arteríolas verdadeiras têm uma camada de músculo liso contínua, mas somente parte da parede de uma metarteríola é circundada por músculo liso. O sangue que flui pelas metarteríolas pode seguir dois caminhos. Se os anéis musculares chamados de esfincteres pré-capilares [sphingein, apertar] estão relaxados, o fluxo de sangue é direcionado das metarteríolas para os leitos capilares adjacentes. Se os esfincteres pré-capilares estão contraídos, o sangue das metarteríolas desvia dos capilares e vai diretamente para a circulação venosa. Além disso, as metarteríolas permitem que os leucócitos deixem a circulação arterial diretamente para a circulação venosa. Os capilares quase não são grandes o suficiente para deixar passar os eritrócitos, muito menos os leucócitos, que são duas vezes maiores. As arteríolas, junto com os capilares e os pequenos vasos pós-capilares, denominados vênulas, formam a microcirculação. A regulação do fluxo sanguíneo na microcirculação é uma área ativa da pesquisa em fisiologia.

,..:..:..;,,;;,lf--

515

Artérias colaterais Vênu la ---1..:....,,...

A parede da arteríola contém músculo liso As metarteríolas podem atuar como canais de desvio

'-::::::::i~~ Capilares

~- Pequena

vênula

Esfincteres pré-capilares Desvio arteriovenoso

•

FIGURA 15-3 As metarteríolas regulam o fluxo para os leitos capilares

perda de pericitos ao redor dos capilares da retina é uma característica da retinopatia diabética, principal causa de cegueira. Os cientistas agora estão tentando determinar se a perda de pericitos é causa ou consequência da retinopatia.

O fluxo sanguíneo converge nas vênulas e veias As trocas ocorrem nos capilares Os capilares são os menores vasos do sistema circulatório. Eles e as vênulas pós-capilares são os locais onde ocorrem as trocas entre o sangue e o líquido intersticial. Para facilitar as trocas de materiais, os capilares não possuem o reforço de músculo liso e tecido elástico ou fibroso (Fig. 15-2). Ao invés disso, a parede dos capilares consiste em uma camada de endotélio achatado constituído de apenas uma camada de células, sustentada por uma matriz acelular denominada lâmina basal ou membrana basal* [ ~ p . 75]. Muitos capilares estão intimamente associados com células conhecidas como pericitos [peri-1 ao redor]. Em muitos tecidos, essas células contráteis muito ramificadas que envolvem os capilares, formam uma camada externa semelhante a uma rede entre o endotélio capilar e o líquido intersticial. Os pericitos contribuem para diminuir a permeabilidade capilar: quanto mais pericitos, menos permeável é o endotélio capilar. Por exemplo, os capilares encefálicos são envoltos por pericitos e células da glia e têm junções de oclusão que criam a barreira hematencefálica [ ~ p. 303]. Os pericitos secretam fatores que influenciam o crescimento capilar e eles podem diferenciar-se, transformando em novas células endoteliais ou células de músculo liso. A *N. de T. Embora a lâmina basal seja parte da membrana basal, muitas vezes os dois termos são usados como sinônimos.

O sangue flui dos capilares para pequenos vasos chamados de vênulas. As vênulas menores são similares aos capilares, com um epitélio de troca fino e pouco tecido conectivo (Fig. 15-2). As vênulas se distinguem dos capilares pelo seu padrão convergente de fluxo. O músculo liso começa a aparecer na parede das vênulas maiores. O sangue flui das vênulas para as veias, que aumentam de diâmetro à medida que se dirigem para o coração. Finalmente, as veias maiores - as veias cava - desemboca.m no átrio direito. As veias são mais numerosas do que as artérias e têm um diâmetro maior. Como resultado de seu grande volume, as veias contêm mais da metade do sangue do sistema circulatório, o que as torna o reservatório de volume. Elas situamse mais próximas da superfície do corpo do que as artérias, formando os vasos azulados que você vê debaixo da pele. As veias têm paredes mais finas que as artérias e com menos tecido elástico. Consequentemente, elas se expandem mais facilmente quando se enchem de sangue. Quando é coletado sangue do seu braço (venopunção), usa-se um torniquete para exercer pressão sobre os vasos sanguíneos. O fluxo de sangue nas artérias profundas de alta pressão do braço não é afetado, mas a pressão exercida pelo torniquete interrompe o fluxo nas veias de baixa pressão. Como resultado, o sangue acumula-se nas veias superficiais, tornando-as salientes sobre o tecido muscular subjacente.

15

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Dee Unglaub Silverthorn

A angiogênese cria novos vasos sanguíneos Um tópico de grande interesse para pesquisadores é a angiogênese [angeion, vaso + gignesthai, gerar], processo pelo qual novos vasos sanguíneos se desenvolvem, especialmente depois do nascimento. Em crianças, o crescimento de vasos sanguíneos é necessário para o desenvolvimento normal. Em adultos, a angiogênese ocorre durante a cicatrização de um ferimento e no crescimento do revestimento uterino após a menstruação. A angiogênese também ocorre com a prática de exercícios de resistência, aumentando o fluxo sanguíneo do músculo cardíaco e para os músculos esqueléticos. O crescimento de tumores malígnos é um estado patológico que requer angiogênese. Quando as células cancerígenas invadem os tecidos e se multiplicam, elas instruem o tecido hospedeiro a desenvolver novos vasos sanguíneos para "alimentar" o tumor em crescimento. Sem esses novos vasos, as células do interior de uma massa tumoral seriam incapazes de obter oxigênio e nutrientes adequadamente, e morreriam. A partir dos estudos de vasos sanguíneos normais e células tumorais, os cientistas descobriram que a angiogênese é controlada por um balanço entre citocinas angiogênicas e antiangiogênicas. Vários fatores de crescimento relacionados, incluindo o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) e o fator de cresdmento de fibroblastos (FGF), promovem a angiogênese. Esses fatores de crescimento são mitogênicos, ou seja, promovem a mitose, ou divisão celular. Eles são geralmente produzidos por células musculares lisas e pericitos. As citocinas que inibem a angiogênese incluem a angiostatina, sintetizada a partir da proteína sanguínea plasminogênio, e a endostatina [stasis, estado estacionário]. Cientistas estão usando essas citocinas para tratar o câncer e verificar se elas podem bloquear a angiogênese e literalmente matar os tumores de fome. Ao contrário, a doença cardíaca coronariana, também conhecida como doença arterial coronariana, é uma condição na qual o fluxo sanguíneo para o miocárdio é diminuído pelo depósito de gordura que diminui o lúmen das artérias coronárias. Em alguns indivíduos, novos vasos sanguíneos desenvolvem-se espontaneamente e formam uma circulação colateral que suplementa o fluxo da artéria parcialmente bloqueada. Pesquisadores estão testando citocinas angiogênicas para verificar se elas podem duplicar esse processo natural e induzir a angiogênese para substituir os vasos ocluídos [occludure, fechar-se].

O fluxo sanguíneo obedece às regras do fluxo de líquidos que foram comentadas no Capítulo 14 [ ~ p. 474]. O fluxo é diretamente proporcional ao gradiente de pressão entre dois pontos e inversamente proporcional à resistência dos vasos ao fluxo (Tabela 15-1 e ). A menos que seja mencionado o contrário, a discussão que segue é restrita aos eventos que ocorrem na circulação sistêmica. O fluxo sanguíneo pulmonar é discutido no Capítulo 17.

A pressão sanguínea é maior nas artérias e • menor nas veias A pressão sanguínea é maior nas artérias e diminui continuamente à medida que o sangue flui pelo sistema circulatório (Fig. 15-5 e ). A diminuição da pressão ocorre porque é perdida energia como consequência da resistência ao fluxo oferecida pelos vasos. A resistência ao fluxo sanguíneo também resulta do atrito entre as células sanguíneas. Na circulação sistêmica, a pressão maior ocorre na aorta e resulta da pressão gerada pelo ventrículo esquerdo. A pressão aórtica alcança uma média de 120 mmHg durante a sístole ventricular (pressão sistólica) e depois cai constantemente até 80 mmHg durante a diástole ventricular (pressão diastólica). Observe que, embora a pressão nos ventrículos caia para próximo de O mmHg quando o ventrículo relaxa, a pressão diastólica nas grandes artérias permanece relativamente alta. A pressão diastólica alta nas artérias é decorrente da capacidade desses vasos de capturar e armazenar energia nas suas paredes elásticas. O rápido aumento da pressão que ocorre quando o ventrículo esquerdo empurra o sangue para dentro da aorta pode ser percebido como um pulso, ou onda de pressão, transmitido ao longo das artérias preenchidas com líquido. A onda de pressão viaja cerca de 10 vezes mais rápido que o próprio sangue. Mesmo assim, o pulso que é percebido no braço ocorre um pouco depois da contração ventricular que gerou a onda. Por causa do atrito, a amplitude da onda de pressão diminui com a distância e finalmente desaparece nos capilares (Fig. 15-5). A pressão de pulso, uma medida de amplitude da onda de pressão, é definida como a pressão sistólica menos a pressão diastólica: Pressão sistólica - pressão diastólica

Lembre-se do Capítulo 14 que a pressão sanguínea gerada pela contração ventricular é a força propulsara para o fluxo de sangue pelo sistema circulatório [ ~ p. 469]. Quando o sangue é ejetado do ventrículo esquerdo, a aorta e as artérias se expandem para acomodá-lo (Fig. 15-4 e ). Quando o ventrículo relaxa e a valva semilunar se fecha, as paredes arteriais elásticas retraem-se, propelindo o sangue em direção às artérias menores e arteríolas (Fig.15-4b). As artérias mantêm o sangue fluindo continuamente pelos vasos sanguíneos, mantendo a pressão de propulsão do fluxo sanguíneo durante o relaxamento ventricular.

pressão de pulso

Por exemplo, na aorta: 120 mmHg - 80 mmHg

PRESSÃO SANGUÍNEA

=

=

40 mmHg

Quando o sangue alcança as veias, a pressão diminuiu por causa do atrito e não há mais uma onda de pressão. O sangue sob baixa pressão das veias localizadas abaixo do coração precisa fluir "morro acima", ou contra a gravidade, para retornar ao coração. Mantenha o seu braço caído junto ao corpo sem movê-lo por alguns minutos e observe como as veias do dorso da sua mão começam a se tornar salientes à medida que se enchem de sangue. (Esse efeito pode ser mais evidente em pessoas idosas devido à perda da elasticidade do tecido conectivo subcutâneo.) Depois levante sua mão para que a gravidade auxilie o fluxo venoso e observe as veias salientes desaparecerem.

Fisiologia Humana

517

O ventrículo contrai.

Arteríolas

A valva semilunar se abre.

A aorta e as artérias se expandem e armazenam pressão nas paredes elásticas.

{a} Contração ventricular Ocorre relaxamento ventricular isovolumétrico. A valva semilunar se fecha, impedindo o fluxo de volta para o ventrículo.

o

A retração elástica das artérias envia sangue para o resto do sistema circulatório.

{b} Relaxamento ventricular.

•

FIGURA 15-4 A retração elástica das artérias mantém a pressão de propulsão durante a diástole ventricular.

Para auxiliar o fluxo venoso, algumas veias têm valvas internas unidirecionais (Fig. 15-6 e ). Essas valvas, assim como as do coração, garantem que o sangue passando pela valva não possa retornar. Quando o sangue alcança a veia cava, as valvas desaparecem. O fluxo de sangue venoso é constante ao invés de ser pulsátil, impulsionado pelo movimento contínuo do sangue para fora dos capilares. O retorno venoso para o coração é auxiliado pela bomba muscular esquelética e pela bomba respiratória [e p. 501]. Quando os músculos contraem, como os da panturrilha, eles comprimem as veias, forçando o sangue para cima passando pelas valvas. Enquanto sua mão estiver pendurada para baixo, abra e feche o punho para ver o efeito da contração muscular sobre a distensão das veias. REVISANDO CONCEITOS 1. Você esperaria encontrar valvas nas veias que levam sangue do encéfalo para o coração? Justifique sua resposta. 2. Se você verificasse em uma pessoa o pulso na artéria carótida e no punho esquerdo ao mesmo tempo, as ondas de pressão ocorreriam simultaneamente? Explique. 3. Quem tem uma pressão de pulso mais alta, alguém com pressão sanguínea de 90/60 ou alguém com pressão sanRespostas: p. 544 guínea de 130/95?

A pressão sanguínea arterial reflete a pressão de propulsão do fluxo sanguíneo A pressão sanguínea arterial, ou simplesmente "pressão sanguínea", reflete a pressão de propulsão criada pela ação de bombeamento do coração. Já que a pressão ventricular é difícil de ser medida, é usual assumir que a pressão sanguínea arterial reflete

a pressão ventricular. Como a pressão arterial é pulsátil, usamos um único valor - a pressão arterial média (PAM) - para representar a pressão de propulsão. A PAM é estimada somando a pressão diastólica mais um terço da pressão de pulso:

Pressão. fluxo e resistência no sistema circulatório FI uxo

oc

ÃP/R

1. O sangue flui se um gradiente de pressão (ÃP) estiver

presente. 2. O sangue flui de áreas de maior pressão para áreas de menor pressao. 3. O fluxo sanguíneo é contraposto pela resistência (R)

do sistema. 4. Os três fatores que afetam a resistência são o raio dos vasos sanguíneos, a viscosidade do sangue e o comprimento do sistema [ $ p. 473).

5. O fluxo é geralmente expresso em litros ou mililitros por minuto (Um in ou mUm in). 6. A velocidade do fluxo é, em geral, expressa em centí-

metros por minuto (cm/min) ou milímetros por segundo (mm/s). 7. O determinante principal da velocidade do fluxo (quando a taxa de fluxo é constante) é a área de secção transversal total do(s) vaso(s).

15

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Dee Unglaub Silverthorn

Pressão sistólica

120 Õ)

100

I

E E o 1

80

li _--

40

Pressão diastólica

-m so ê

a..

Pressão de pulso

- - 1. - -- t t -

-tfl"'f'\- - - -

Pressão média

20

Ventrículo Artérias Arteríolas Capilares ~que~o

•

- V alva fechada

Valva aberta

Vênulas, vei~

,

A trio d ireito

FIGURA 15-5 Pressão ao longo de toda a circulação sistêmica. As ondas de pressão geradas pela contração ventricular percorrem os vasos sanguíneos. Sua amplitude diminui com a distância, desaparecendo nos capilares.

PAM

=

P diastólica + l/3(P sistólica - P diastólica)

Para uma pessoa cuja pressão sistólica é 120 e a pressão diastólica é 80: PAM

=

80 mmHg + 1/3 (120 - 80 mmHg)

PAM

=

93 mmHg

A pressão arterial média é mais próxima da pressão diastólica do que da pressão sistólica, porque a diástole dura o dobro do tempo da sístole. Pressão sanguínea arterial muito alta ou muito baixa pode ser um indicativo de problemas no sistema circulatório. Se a pressão sanguínea cair muito (hipotensão), a força propulsara para o fluxo do sangue é incapaz de superar a oposição gerada pela gravidade. Neste caso, o fluxo sanguíneo e a oferta de oxigênio para o encéfalo são prejudicados e podem causar tontura ou desmaio. Por outro lado, se a pressão sanguínea estiver cronicamente elevada (uma condição conhecida como hipertensão, ou pressão sanguínea alta), a alta pressão sobre a parede dos vasos sanguíneos pode fazer com que áreas enfraquecidas sofram rupturas e ocorra sangramento nos tecidos. Se a ruptura ocorre no cérebro, ela é chamada de hemorragia cerebral e pode causar a perda de função neurológica chamada de derrame (AVC). Se a ruptura ocorrer em uma artéria grande, como a aorta descendente, a perda rápida de sangue para dentro da cavidade abdominal causará queda da pressão sanguínea para abaixo do mínimo crítico. Sem tratamento imediato, a ruptura de uma artéria grande é fatal. R VISANDO CONCEITOS 4. A fórmula dada para calcular a PAM aplica-se para uma f requência cardíaca típica de repouso de 60 a 80 bpm. Se a f requência cardíaca aumentasse, a PAM aumentaria ou diminuiria, e a contribuição da pressão sistólica para a PAM aumentaria ou diminuiria? 5. A pressão sistólica de Pedro é 112 mm Hg e sua pressão diastólica é 68 mm Hg (escreve-se 112/68). Qual é a sua pressão de pulso? E sua PAM? Respostas: p. 545

As valvas nas veias impedem o refluxo do sangue

•

Quando os músculos esqueléticos comprimem as veias, eles forçam o sangue em direção ao coração (bomba muscular esquelética)

FIGURA 15-6 As valvas garantem o fluxo nas veias em um único sentido.

A pressão sanguínea arterial é estimada por esfigmomanometria Estimamos a pressão sanguínea arterial na artéria radial do braço usando um esfigmomanômetro, um instrumento que consiste em um manguito inflável e um aferidor de pressão [sphygmus, pulso + manometer, instrumento para medir a pressão de um líquido]. O manguito envolve o braço e é inflado até exercer uma pressão mais alta do que a pressão sistólica que impulsiona o sangue arterial. Quando a pressão no manguito excede a pressão arterial, o fluxo sanguíneo no antebraço é interrompido (Fig. 15-?a e ). Agora, a pressão no manguito é gradualmente diminuída. Quando a pressão no manguito cai abaixo da pressão sanguínea arterial sistólica, o sangue começa a fluir novamente. Quando o sangue passa na artéria ainda comprimida, um ruído bem definido, chamado de som de Korotkoff, pode ser escutado a cada onda de pressão (Fig. 15-?b). Assim que a pressão no manguito não comprimir mais a artéria, o som desaparece (Fig. 15-?c). A pressão na qual o primeiro som de Korotkoff é escutado representa a pressão mais alta na artéria e é registrado como pressão sistólica. O ponto no qual o som de Korotkoff desaparece é a pressão mais baixa na artéria e é registrado " como pressão diastólica. Por convenção, a pressão sangu1nea é escrita como pressão sistólica sobre a diastólica.

519

Fisiologia Humana

(a)

Pressão no manguito > 120 mmHg

Quando o manguito é inflado até interromper o f luxo sanguíneo arterial, nenhum som pode ser escutado pelo estetoscópio colocado sobre a artéria braquial, distal ao manguito.

Manguito inflável Aferidor de pressão (b) 1

Estetoscópio

(e)

•

Pressão no manguito entre 80 e 120 mmHg

Pressão no manguito < 80 mmHg

D

Os sons de Korotkoff são gerados pelo fluxo sanguíneo pulsátil na artéria comprimida.

O f luxo sanguíneo é silencioso q uando a artéria não está mais comprimida.

FIGURA 15-7 Aferição da pressão sanguínea arterial. A pressão sanguínea arterial é mensurada com um esfigmomanômetro (uma bolsa inflável mais um aferidor de pressão, o manômetro) e um estetoscópio. A pressão no manguito mostrada é de uma pessoa cuja pressão arterial é de 120/80.

Por anos, o valor "médio" da pressão sanguínea tem sido considerado como 120/80. Contudo, assim como muitos valores fisiológicos médios, esses números estão sujeitos a uma grande variabilidade de uma pessoa para outra, e mesmo em um único indivíduo, de um momento para outro. Uma pressão sistólica que está constantemente acima de 140 mmHg no indivíduo em repouso ou uma pressão diastólica que está cronicamente acima de 90 mmHg são consideradas sinal de hipertensão, em uma pessoa saudável sob outros aspectos. Além disso, as diretrizes publicadas em 2003, no 7° Relatório do JNC*, recomendam que os indivíduos mantenham a sua pressão sanguínea arterial abaixo de 120/80. Pessoas com pressão sistólica constantemente entre 120 e 139 ou diastólica entre 80 e 89 agora são consideradas como préhipertensas e devem ser aconselhadas a modificar seu estilo de vida, a fim de reduzir sua pressão sanguínea.

15

fora das artérias. Se o fluxo para dentro excede o fluxo para fora, o sangue se acumula nas artérias e a PAM aumenta. Se o fluxo para fora excede o fluxo para dentro, a PAM cai. O fluxo sanguíneo para dentro da aorta é igual ao débito cardíaco do ventrículo esquerdo. O fluxo sanguíneo para

O débito cardíaco e a resistência periférica determinam a pressão arterial média

A segunda aferição da pressão sanguínea de Kurt foi de 158/98. Dr. Cortez solicitou que ele verificasse sua pressão sanguínea diariamente, em casa, por duas semanas, e depois retornasse ao consultório. Quando Kurt retornou com seu diário, a história foi a mesma: sua pressão sanguínea arterial continuava com uma média de 160/100. Depois de pedir alguns exames, Dr. Cortez concluiu que Kurt é um dos aproximadamente 50 milhões de norte-americanos adultos que apresentam pressão arterial alta, também denominada hipertensão. Se a hipertensão não for controlada, pode levar à insuficiência cardíaca, ao acidente vascular cerebral e à insuficiência renal.

A PAM é a força propulsora do fluxo sanguíneo, mas o que a determina? A pressão arterial é um balanço entre o fluxo sanguíneo para dentro das artérias e o fluxo sanguíneo para

Questão 1: Por que as pessoas com pressão sanguínea alta têm maior risco de ter um AVC hemorrágico (sangramento)?

* (N.A.) Sétimo Relatório do Joint National Committe sobre Prevenção, Detecção, Avaliação e Tratamento da Pressão Sanguínea Arterial Elevada, National Institutes of Health. www.nhlbi.nih.gov/ gu,idelines/hypertension.

513

li

523

524

532

540

520

Dee Unglaub Silverthorn

Pressão arterial média Débito cardíaco

Resistência variável

t

Ventrículo esquerdo

Arteríolas Artérias elásticas

Pressão arterial média ex débito cardíaco x resistência

e

FIGURA 15-8 A pressão arterial média é uma função do débito cardíaco e da resistência nas arteríolas. Neste modelo, o ventrículo é representado por uma seringa. O diâmetro variável das arteríolas é representado pelos parafusos ajustáveis.

fora das artérias é influenciado principalmente pela resistência periférica, definida como a resistência ao fluxo oferecida pelas arteríolas (Fig. 15-8 e ). Então, a PAM é proporcional ao débito cardíaco (DC) vezes a resistência (R) das arteríolas:

PAM ex DC

X R arteríolas

Vamos ver como isso funciona . Se o débito cardíaco aumenta, o coração bombeia mais sangue para dentro das artérias por unidade de tempo. Se a resistência ao fluxo sanguíneo para fora das artérias não mudar, o fluxo para dentro das artérias fica maior que o fluxo para fora, o volume sanguíneo nas artérias aumenta e a pressão sanguínea arterial aumenta. Em outro exemplo, considere que o débito cardíaco permanece inalterado, mas a resistência periférica aumenta. O fluxo para dentro das artérias está inalterado, mas o fluxo para fora diminui. O sangue novamente se acumula nas artérias e a pressão arterial aumenta novamente. Na maioria dos casos de hipertensão, acredita-se que ela seja causada pelo aumento da resistência periférica sem que ocorram alterações no débito cardíaco. Dois fatores adicionais podem influenciar a pressão sanguínea arterial: o volume total de sangue e a distribuição de sangue na circulação sistêmica.

Alterações no volume sanguíneo afetam a , pressao sangu1nea

-

Embora o volume de sangue na circulação seja relativamente constante, alterações no volume sanguíneo podem afetar a pressão sanguínea arterial. Se o volume de sangue aumenta, a pressão sanguínea também aumenta; se o volume de sangue diminui, a pressão sanguínea também diminui. Para entender a relação entre volume de sangue e pressão, pense no sistema circulatório como um balão elástico cheio de água. Se o balão tem apenas uma pequena quantidade de água, pouca pressão é exercida sobre as paredes, e o balão fica mole e murcho. Quanto mais água for adicionada no balão, mais pressão é exercida sobre as paredes elásticas. Se você encher excessivamente o balão, arrisca estourá-lo. A melhor maneira de reduzir essa pressão é remover um pouco de água.

Pequenos aumentos no volume sanguíneo ocorrem durante o dia devido à ingestão de alimentos e líquidos, mas em geral esses aumentos não geram mudanças duradouras na pressão sanguínea, por causa das compensações homeostáticas. Ajustes para o volume sanguíneo aumentado são responsabilidade primária dos rins. Se o volume de sangue aumenta, os rins restauram o volume normal excretando o excesso de água na urina (Fig. 15-9 e ). A compensação para a diminuição do volume sanguíneo é mais difícil e necessita uma resposta integrada dos rins e do sistema circulatório. Se o volume de sangue diminui, os rins não podem restaurar o líquido perdido. Eles podem somente conservar o volume de sangue e, desse modo, evitar uma diminuição adicional da pressão sanguínea. A única forma de restaurar o volume de líquido perdido é pela ingestão de líquidos ou por infusão intravenosa. Esse é um exemplo de balanço de massa: o volume perdido para o meio externo deve ser reposto a partir do meio externo. A compensação cardiovascular para a diminuição do volume sanguíneo inclui vasoconstrição e aumento da estimulação simpática do coração [Fig. 14-31, $ p. 504]. Contudo, existem limites para a eficácia da compensação cardiovascular, e se a perda de líquido é muito grande, o corpo não pode manter uma pressão sanguínea adequada. Eventos típicos que podem causar mudanças significativas no volume sanguíneo, incluem desidratação, hemorragia e ingestão de grande quantidade de líquido. A compensação integrada para esses eventos é discutida no Capítulo 20. Além do volume absoluto de sangue no sistema circulatório, a distribuição relativa de sangue entre o lado arterial e o lado venoso da circulação pode ser um fator importante na manutenção da pressão arterial. As artérias são vasos que contêm pouco volume de sangue e contêm somente cerca de 11 % do volume total de sangue em qualquer dado momento. As veias, ao contrário, são vasos com grande volume de sangue, que contêm cerca de 60% do volume de sangue circulante. As veias atuam como um reservatório de volume, contendo o sangue que pode ser redistribuído para as artérias caso necessário. Quando a pressão sanguínea arterial cai, a atividade simpática aumenta contraindo as veias, diminuindo sua capacidade de conter o sangue e redistribuindo o sangue para o lado arterial da circulação. A Figura 15-10 • resume os quatros fatores chave que influenciam a PAM.

RESISTÊNCIA NAS ARTERÍOLAS Como mencionado no Capítulo 14 [$ p. 473], a resistência ao fluxo sanguíneo (R) é diretamente proporcional ao comprimento do tubo pelo qual o líquido flui (L) e à viscosidade (11) do líquido e é inversamente proporcional ao raio do tubo (r) na quarta potência:

R ex L11/r 4 Normalmente, o comprimento do sistema circulatório e a viscosidade do sangue são relativamente constantes. O que deixa apenas o raio dos vasos sanguíneos como a principal resistência ao fluxo sanguíneo. R ex l/ r

4

Fisiologia Humana

t Volume sanguíneo

521

LEGENDA

1

Estímulo

leva a

O

i tPressão sanguínea 1

Centro integrador

~

Resposta tecidual

Q

Resposta sistêmica

desencadeia

i Resposta rápida

Resposta lenta

Compensação pelo sistema circulatório

Compensação pelos rins

Excreção de líquido na 1' urina: volume sanguíneo

1' Débito cardíaco

Vasodilatação

•

FIGURA 15-9

O controle

da pressão arterial envolve respostas rápidas do sistema circulatório e respostas renais mais lentas.

1' Pressão sanguínea até o normal

A resistência arteriolar é influenciada por mecanismos de controle sistêmico e controle local:

As arteríolas são o principal local de resistência variável do sistema circulatório e contribuem com mais de 60% da resistência total ao fluxo no sistema. A resistência nas arteríolas é variável devido à grande quantidade de músculo liso nas paredes arteriolares. Quando o músculo liso contrai ou relaxa, o raio das arteríolas muda.

1. O controle local da resistência arteriolar ajusta o fluxo de sangue no tecido às necessidades metabólicas desse tecido. No coração e no músculo esquelético, esses contro-

PRESSÃO ARTERIAL MÉDIA{PAM)

é determinada por

i ' ,

Volume sangu1neo

Eficiência do coração como uma bomba {débito cardíaco)

Resistência do sistema ao fluxo sanguíneo

Distribuição relativa do sangue entre os vasos sanguíneos arteriais e venosos

determinada por

determinada por

l

l

1

determinado por

determinada por

'

Ingestão de líquidos

Perda de líquidos

'

Frequência cardíaca

Diâmetro das arteríolas

Volume sistólico

pode ser 1

Passiva

e

li

Regulada pelos rins

FIGURA 15-1 O Fatores que influenciam a pressão arterial média.

Diâmetro das veias

15

522

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLfNICO

CHOQUE Choque é um termo amplo que se refere a uma insufi-

ciência circulatória grave generalizada. Ele pode ocorrer em decorrência de múltiplas causas: falha do coração em manter o débito cardíaco normal (choque cardiogênico), diminuição do volume sanguíneo circulante (choque hipovolêmico), toxinas bacterianas (choque séptico) e outras causas, como reações imunitárias maciças que causam o choque anafilático. Independente da causa, os resultados são sim ilares: baixo débito cardíaco e queda da pressão sanguínea periférica. Quando a perfusão do tecido já não pode acompanhar a demanda de oxigên io do tecido, as células começam a sofrer danos devido ao aporte inadequado de oxigênio e ao acúmulo de metabólitos residuais. Quando esse dano ocorre, inicia-se um circuito de retroalimentação positiva. O choque piora progressivamente até tornar-se irreversível e causar a morte do paciente. O manejo do choque inclui administração de oxigênio, líquidos e noradrenalina, a qual estimula a vasoconstrição e aumenta o débito cardíaco. Se o choque ocorrer por uma causa tratável, como uma infecção bacteriana, também devem ser tomadas medidas que removam a causa.

les locais muitas vezes têm prioridade sobre o controle reflexo realizado pelo sistema nervoso central. 2. Os reflexos simpáticos mediados pelo sistema nervoso central mantêm a PAM e controlam a distribuição sanguínea de acordo com determinadas necessidades homeostáticas, como a regulação da temperatura. 3. Hormônios - particularmente aqueles que regulam a excreção de sal e água pelos rins - influenciam a pressão sanguínea atuando diretamente nas arteríolas e alterando o controle reflexo autonômico. A Tabela 15-2 • lista as principais substâncias químicas que modulam a resistência arteriolar produzindo vasoconstrição ou vasodilatação. As seções seguintes descrevem os fatores locais que influenciam o fluxo sanguíneo nos tecidos.

A autorregulação miogênica ajusta automaticamente o fluxo sanguíneo O músculo liso vascular tem a capaciade de regular seu próprio estado de contração, um processo chamado de autorregulação miogênica. Na ausência da autorregulação, um aumento na pressão sanguínea aumenta o fluxo sanguíneo por uma arteríola. Contudo, quando as fibras da musculatura lisa nas paredes das arteríolas se distendem por causa do aumento da pressão sanguínea, a arteríola contrai. Essa vasoconstrição aumenta a resistência oferecida pela arteríola, diminuindo automaticamente o fluxo sanguíneo por este vaso. Com esta resposta simples e direta à pressão, as arteríolas regulam seu próprio fluxo sanguíneo.

Como a autorregulação miogênica funciona no nível celular? Quando as células musculares lisas da arteríolas são 2 estiradas, canais de Ca + controlados mecanicamente presentes na membrana se abrem. O Ca2 + que entra na célula se combina com a calmodulina e ativa a cinase da cadeia leve da miosina, que por sua vez aumenta a atividade da miosina ATPase e a atividade das pontes cruzadas [ '$ p. 435], resultando em contração.

Substâncias parácrinas alteram a contração do músculo liso vascular O controle local da resistência arteriolar é uma estratégia importante pela qual tecidos individuais regulam seu próprio aporte de sangue. A regulação local é realizada por substâncias parácrinas (incluindo os gases 0 2, C02 e NO) secretadas pelo endotélio vascular ou por células irrigadas pelas arteríolas (Tabela 15-2). A concentração de muitas substâncias parácrinas muda quando as células se tomam mais ou menos ativas metabolicamente. Por exemplo, se o metabolismo aeróbio aumenta, o nível de 0 2 nos tecidos diminui enquanto a produção de C02 aumenta. Tanto a queda de 0 2 como o aumento de C02 dilatam as arteríolas. Essa vasodilatação aumenta o fluxo sanguíneo no tecido, levando 0 2 adicional para atender a demanda metabólica aumentada e remover o C02 residual (Fig. 15-lla e ). O processo pelo qual um aumento no fluxo sanguíneo acompanha um aumento na atividade metabólica é conhecido como hiperemia ativa [hiper-, acima do normal + (h)aimia, sangue]. Se o fluxo sanguíneo para um tecido for interrompido durante alguns segundos ou minutos, os níveis de 0 2 caem e as substâncias parácrinas produzidas no metabolismo, como o C02 e o H+, se acumulam no líquido intersticial. A hipoxia local [hipo-, baixo + oxia, oxigênio] faz as células endoteliais sintetizarem o vasodilatador óxido nítrico (NO). Quando o fluxo sanguíneo para o tecido recomeça, as concentrações aumentadas de NO, C02 e outras substâncias parácrinas ime-, diatamente desencadeiam uma vasodilatação significativa. A medida que os vasodilatadores são metabolizados ou removidos pela restauração do fluxo sanguíneo no tecido, o raio da arteríola gradualmente volta ao normal. Um aumento do fluxo sanguíneo no tecido após um período de baixa perfusão é conhecido como hiperemia reativa (Fig. 15-11 b). O NO provavelmente é mais conhecido por seu papel no reflexo da ereção masculina (veja Capítulo 26), e fármacos usados para tratar a disfunção erétil prolongam a atividade do NO. Acredita-se que o decréscimo na atividade endógena do NO desempenha um papel em diversas condições importantes, incluindo a hipertensão e a pré-eclâmpsia, o aumento da pressão sanguínea que algumas vezes ocorre durante a gestação. Outro vasodilatador parácrino é o nucleotídeo adenosina. Se o consumo de oxigênio no músculo cardíaco exceder a taxa na qual o oxigênio é suprido pelo sangue, haverá hipoxia miocárdica. Em resposta à queda de oxigênio no tecido, as células miocárdicas liberam adenosina, a qual dilata as arteríolas coronárias na tentativa de trazer mais sangue para o músculo. Nem todas as substâncias parácrinas vasoativas refletem mudanças no metabolismo. Por exemplo, as cininas e a histamina são potentes vasodilatadores que desempenham um

Fisiologia Humana

523

Substâncias químicas mediadoras da vasoconstrição e da vasodilatação SUBSTÂNCIA

PAPEL FISIOLÓGICO

ORIGEM

TIPO

Noradrenalina (receptores a)

Reflexo barorreceptor

Neurônios simpáticos

Neurotransmissor

Serotonina

Agregação plaquetária, contração da musculatura lisa

Neurônios, trato gastrintestinal, plaquetas

Neurotransmissor, , . paracr1no

Endotelina

Mediador parácrino

Endotélio vascular

Parácrino

Vasopressina

Aumenta a pressão sanguínea na hemorragia

Neuro-hipófise

Neuro-hormônio

Angiotensina li

Aumenta a pressão sanguínea

Hormônio plasmático

Hormônio

Adrenalina (receptor ~ 2)

Aumenta o f luxo sanguíneo para o múscu lo esquelético, o coração e o fígado

Medula da suprarrenal

Neuro-hormônio

Acetilcolina

Reflexo da ereção

Neurônios parassimpáticos

Neurotransmissor

Óxido nítrico (NO)

Mediador parácrino

Endotélio

Parácrino

Bradicinina (via NO)

Aumenta o f luxo sanguíneo

Múltiplos tecidos

Parácrino

Adenosina

Aumenta o f luxo sanguíneo de acordo com o metabolismo

Células hipóxicas

Parácrino

Aumenta o f luxo sanguíneo de acordo com o metabolismo

Metabolismo celular

Parácrino

Histamina

Aumenta o f luxo sanguíneo

Mastócitos

Parácrino

Peptídeos natriuréticos (exemplo - PNA)

Reduz a pressão sanguínea

Miocárdio atria l, cérebro

Hormônio, neurotransmissor

Peptídeo intestina l vasoativo

Secreção d igestória, relaxa a musculatura lisa

Neurônios

Neurotransmissor, neuro-hormônio

Vasoconstrição

Vasodilatação

papel na inflamação. A serotonina (5-HT), previamente mencionada como um neurotransmissor do SNC [ ~ p. 277], é também um vasoconstritor parácrino liberado pelas plaquetas ativadas. Quando os vasos sanguíneos lesados ativam as plaquetas, a subsequente vasoconstrição mediada pela serotonina ajuda a diminuir a perda de sangue. Os agonistas da serotonina, chamados de triptanos (por exemplo, sumatriptano), são fármacos que se ligam ao receptor 5-HT1 e causam vasoconstrição. Esses fármacos são usados para tratar enxaquecas (dores de cabeça), que são causadas por uma vasodilatação encefálica inadequada. R VISANDO CONCEITOS 6. A resistência ao fl uxo sanguíneo é determinada principalmente por: (a) viscosidade sanguínea, (b) volume sanguíneo, (c) débito cardíaco, (d) diâmetro do vaso sanguíneo, ou (e) gradiente de pressão sanguínea (âP). 7. A concentração de K+ no líquido extracelular aumenta no músculo esquelético sendo exercitado. Que efeit o esse aumento no K+ terá sobre o fluxo sanguíneo do músculo? Respostas: p. 545

15

A maior parte dos casos de hipertensão é hipertensão essencial, que significa pressão sanguínea arterial alta que não pode ser atribuída a uma causa particular. " Já que sua pressão sanguínea está apenas levemente alta " , Dr. Cortez disse a Kurt, " vamos ver se podemos controlá-la com mudanças no seu estilo de vida e um diurético. Você precisa reduzir o sal e a gordura da sua dieta, fazer algum exercício e perder peso. O diurético aj udará seus rins a eliminar o excesso de líquido. " Parece que você está me pedindo para começar uma vida completamente nova ", disse Kurt. " Eu vou tentar. "

Questão2: Qual é a justificativa para reduzir a ingestão de sal e tomar um diurético para controlar a hipertensão? (Dica: o sal causa retenção de água.)

513

519

li

524

532

540

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Dee Unglaub Silverthorn

-t Fluxo

t Metabo-

sanguíneo no tecido devido à oclusão

lismo no tecido

•

t Liberação de vaso dilatadores metabólicos noLEC

t Vasodilatadores metabólicos se acumulam no LEC

.. -

.

As arteríolas dilatam

As arteríolas dilatam, mas a oclusão impede o fluxo sanguíneo

Remoção da oclusão

t

-t Resistência Fluxo sanguíneo ,

O suprimento de 0 2 e de nutrientes para o tecido aumenta enquanto o metabolismo está aumentando

(a) Hiperemia ativa

e

FIGURA 15-11

-t Resistência

'

t Fluxo sanguíneo Quando os vasodilatadores são removidos, as arteríolas sofrem constrição e o fluxo sanguíneo volta ao normal

(b) Hiperemia reativa

Hiperemia é um aumento do fluxo sanguíneo mediado localmente.

A divisão simpática controla a maioria dos músculos lisos vasculares A contração do músculo liso nas arteríolas é regulada por sinais neurais e hormonais além da produção local de substâncias parácrinas. Entre os hormônios com propriedades vasoativas importantes estão o peptídeo natriurético atrial e a angi.otensina II (ANGII). Esses hormônios também têm efeito significante sobre a excreção de íons e água pelos rins, como você aprenderá no Capítulo 20. A maioria das arteríolas sistêmicas é inervada por neurônios simpáticos. Uma notável exceção é o caso das arteríolas envolvidas no reflexo da ereção do pênis e do clitóris. Elas são controladas indiretamente por inervação parassimpática que causa a liberação parácrina de NO, o que resulta em vasodilatação. A descarga tônica de noradrenalina dos neurônios simpáticos ajuda a manter o tônus miogênico das arteríolas (Fig. 15-12 e ). A noradrenalina liga-se aos receptores-a nos músculos lisos vasculares causando vasoconstrição. Se a liberação simpática de noradrenalina diminui, as arteríolas dilatam. Se a estimulação simpática aumenta, as arteríolas contraem. A adrenalina proveniente da medula da suprarrenal circula pelo sangue e se liga nos receptores-a, reforçando avasoconstrição. Contudo, os receptores-a têm menor afinidade pela adrenalina e não respondem com tanta intensidade quanto respondem à noradrenalina [ ~ p. 394]. A adrenalina também se liga aos receptores-~ 2, encontrados no músculo liso vascular do coração, fígado e arteríolas do músculo esquelético. Esses receptores não são inervados e, portanto, respondem principalmente à adrenalina circulante [ i: p. 397]. A ativação dos receptores- ~ 2 vasculares pela adrenalina causa vasodilatação.

Uma forma de lembrar quais arteríolas têm receptores-~ 2 é pensar na resposta de luta-ou-fuga a um evento estressante [$ p. 386]. Essa resposta inclui um aumento generalizado na atividade simpática, junto com a liberação de adrenalina. Vasos sanguíneos que possuem receptores-~ 2 dilatam em resposta à adrenalina. Assim, a vasodilatação mediada por ~2 aumenta o fluxo sanguíneo para o coração, para o músculo esquelético, o fígado e os tecidos que estão ativos durante a resposta de luta-ou-fuga. (O fígado produz glicose para uso na contração muscular.)

Depois de dois meses, Kurt retornou ao consultório do médico para uma revisão. Ele perdeu 3 kg e está caminhando pelo menos 1,7 km por dia, mas sua pressão sanguínea não mudou. "Eu juro, eu estou tentando fazer o melhor", disse Kurt, "mas é mu ito difíci l." Como a pressão de Kurt não baixou com a mudança de estilo de vida e com o diurético, Dr. Cortez adicionou um medicamento anti-h ipertensivo. "Esse medicamento, denominado inibidor da enzima conversara da angiotensina (ECA), bloqueia a produção de uma substância chamada angiotensina li, um poderoso vasoconstritor. Ele deve trazer a sua pressão arterial ao valor normal." Questão 3: Por que bloqueando a ação de um vasoconstritor a pressão sanguínea diminui?

513

519

523

Ili

532

540

Fisiologia Humana

e

FIGURA 15-12 Controle tônico do diâmetro arteriolar.

525

O diâmetro arteriolar é controlado pela liberação tônica de noradrenalina. Noradrenalina Neurônio simpático

Sinais elétricos dos neuron1os A

'

~Receptora

r--.....

Tempo A frequência moderada dos impulsos resulta em um diâmetro intermediário do vaso sanguíneo Mudança na frequência do sinal

t Liberação de noradrenalina sobre os receptores a

+ Liberação de noradrenalina sobre os receptores a

o 1111 1 111 111 1 11 1 11

Tempo _ _ ____.. Quando a frequência do sinal aumenta ocorre constrição do vaso sanguíneo.

Durante a resposta de luta-ou-fuga, a atividade simpática aumentada nos receptores-cx arteriolares causa vasoconstrição. O aumento na resistência desvia sangue de órgãos não essenciais, como os do trato gastrintestinal, para os músculos esqueléticos, o fígado e o coração. O mapa da Figura 15-13 • resume os muitos fatores que influenciam o fluxo " sangu1neo no corpo. R VISANDO CONCEITOS 8. O que acontece quando a adrenalina se combina com os receptores-~, no coração? E com os ~ 2 no coração? (Dica: " no coração" é muito impreciso. O coração tem vários tipos de tecido. Qual deles possui os diferentes tipos de receptor ~? [ ~ p. 502].) 9. As arteríolas do músculo esquelético possuem receptores ex e ~ no seu músculo liso. A adrenalina pode ligar-se a ambos. As arteríolas contrairão ou dilatarão em resposta à adrenalina? Explique. Respostas: p. 545

DISTRIBUIÇAO DE SANGUE PARA OS TECIDOS A capacidade do sistema nervoso de alterar seletivamente o fluxo sanguíneo para os órgãos é um aspecto importante da regulação circulatória. A distribuição de sangue sistêmico varia de acordo com as necessidades metabólicas de cada órgão e é controlada por uma combinação de mecanismos de controle local e reflexos homeostáticos. Por exemplo, o músculo esquelético em repouso recebe aproximadamente 20o/o do débito cardíaco. Durante o exercício, quando os

Tempo - - - - - - + Quando a frequência do sinal diminui ocorre a dilatação do vaso sanguíneo.

músculos usam mais oxigênio e nutrientes, eles recebem até 85%. O fluxo sanguíneo para os órgãos individuais é estabelecido, em algum grau, pelo número e tamanho das artérias que alimentam o órgão. A Figura 15-14 • mostra como o sangue é distribuído para vários órgãos quando o corpo está em repouso. Em geral, mais que dois terços do débito cardíaco são enviados para o trato digestório, fígado, músculos e rins. Variações no fluxo sanguíneo para tecidos individuais são possíveis porque as arteríolas no corpo são arranjadas em paralelo. Ou seja, todas as arteríolas recebem sangue da aorta ao mesmo tempo (ver Fig. 15-1). O fluxo total de sangue por todas as arteríolas do corpo é sempre igual ao débito cardíaco. Contudo, o fluxo em arteríolas individuais depende da sua resistência (R). Quanto maior a resistência em uma arteríola, menor o fluxo sanguíneo por ela. Se uma arteríola se contrai, sua resistência aumenta, e o fluxo sanguíneo por essa arteríola diminui (Fig. 15-15 e ): Fluxoarteríota ex 1/Rarteríota Em outras palavras, o sangue é desviado das arteríolas de maior resistência para as arteríolas de menor resistência. Você pode dizer que o sangue percorre as arteríolas seguindo o caminho que tem menor resistência. Em um tecido, o fluxo sanguíneo para capilares individuais pode ser regulado pelos esfincteres pré-capilares descritos anteriormente. Quando essas pequenas bandas de músculo liso localizadas nas junções metarteríola-capilar se

15

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FLUXO

F oc dP/R '

'

Gradiente de pressão

Resistência ao fluxo 1

Lei de Poiseuil/e

Pressão arterial Pressão arterial méd ia (PAM) --menos- direita (=0)

'

Raio4

'

Fluxo para dentro das artérias

Volume sanguíneo

Fluxo para fora das artérias

1

•

Distribuição -arterialvenosa

Modulada

?•

FIGURA 15-13

-

Controle local

-

-

•?•

i:'\ QUESTÃO DA FIGURA

i

•

•

1/comprimento

Volume sistólico

Frequência cardíaca

lntríseca

Controle reflexo ?•

Débito cardíaco

1

determinado por

1/viscosidade

1

'

•

determinado por

Vol ume total

!

'

Passivo (lei de Frank Starling)

Modulada

Acrescente os mecanismos de controle local e autonômico do débito cardíaco e da resistência.

?•

Mapa resumido dos fatores que influenciam o fluxo sanguíneo periférico.

contraem, elas diminuem o fluxo sanguíneo para os capilares (Fig. 15-16 e ). Quando os esfincteres relaxam, o fluxo sanguíneo para os capilares aumenta. Esse mecanismo fornece mais um ponto de controle local do fluxo sanguíneo. R VISANDO CONCEITOS Use a Figura 15-14 para responder a essas questões. (a) Qual tecido tem o maior fluxo sanguíneo por unidade de peso? (b) Qual tecido tem o menor fluxo sanguíneo, independente do peso? Respostas: p. 545

TROCAS NOS CAPILARES O transporte de materiais pelo corpo é somente parte da função do sistema circulatório. Uma vez que o sangue alcança os capilares, o plasma e as células trocam materiais através das finas paredes dos capilares. A maioria das células está localizada a uma distância de 0,1 mm do capilar mais próximo, e a difusão ocorre rapidamente através dessa pequena distância. A densidade de capilares em qualquer tecido está diretamente relacionada com a atividade metabólica das células do tecido. Tecidos com maior taxa metabólica requerem mais oxigênio e nutrientes. Esses tecidos têm mais capilares por unidade de área. O tecido subcutâneo e o cartilaginoso têm a menor densidade capilar. Músculos e glândulas têm a densidade mais elevada. Estima-se que o corpo humano adulto tem aproximadamente 85.000 km de capilares, com um total de área superfície de troca de mais de 6.300 m 2, quase a área de dois campos de futebol.

Os capilares têm a parede mais fina de todos os vasos sanguíneos, composta de uma única camada de células endoteliais achatadas sustentadas por uma lâmina basal (Figura 15-2). O diâmetro de um capilar é pouco maior do que um eritrócito, obrigando os eritrócitos a passarem em fila única. As junções celulares presentes entre as células endoteliais variam de tecido para tecido e ajudam a determinar a permeabilidade do capilar. Os capilares mais comuns são os capilares contínuos, cujas células endoteliais estão unidas umas às outras por junções permeáveis (Fig. 15-l?a e ). Esses capilares são encontrados no músculo, no tecido conectivo e no tecido neural. Os capilares contínuos do encéfalo se desenvolveram formando a barreira hematencefálica, com junções de oclusão que protegem o tecido neural de toxinas que podem estar presentes na corrente sanguínea[$ p. 303]. Os capilares fenestrados [fenestra, janela] têm poros grandes (fenestrae) que permitem a passagem rápida de grande volume de líquido entre o plasma e o líquido intersticial (Fig.15-17b). Esses capilares são encontrados principalmente no rim e no intestino, onde eles estão associados com o epitélio transportador absortivo. Três tecidos - a medula óssea, o fígado e o baço - não têm capilares típicos. Ao insvés, eles têm vasos modificados denominados sinusoides, que são até cinco vezes mais largos que um capilar. O endotélio sinusoide tem poros (fenestrações, e também pode apresentar espaços entre as células. Os sinusoides são encontrados em locais onde as células do sangue e as proteínas plasmáticas necessitam cruzar o endotélio para entrar no sangue. A Figura 16-4c, Em Foco: Medula óssea,

Fisiologia Humana

100% do débito cardíaco

Débito cardíaco = 5,0 Umin

__,Coração direito ~,.... r.--,,.~r--...............

Coração ----....... esquerdo

A

527

1 Umin 1 Umin

~

1 Umin 14%

D

0,70 Umin

1 Umin

Fluxo total: Encéfalo

4 Umin

(a) O fluxo sanguíneo em 4 vasos idênticos (A-D) é igual. O fluxo total para dentro dos vasos é igual ao fluxo total para fora.

55 mU100 g/min 0,20 Umin

4% Coração

1114 Umin

A

70 mU100 g/min 27%

• 4Umin

1,35 Umin

Fígado e trato digestório

1 1/ 4 Umin

100 mU100 g/min

Fluxo total não muda: 1,00 Umin

20% '-.r--------1

21%

(b) Quando o vaso B é contraído, a resistência deste vaso aumenta e o seu fluxo diminui. O fluxo desviado de B é dividido entre os vasos de menor resistência A, C e D.

Rins

400 mU100 g/min Músculo esquelético

• 1,05 Umin

FIGURA 15-15 O fluxo de sangue em vasos sanguíneos individuais é determinado pela resistência do vaso ao fluxo.

5 mU100 g/min 5%

4 Umin

1 0,25 Umin Arteríola _ _ __,.

Pele

, .~ ;;:::=:::

15

.. 1O mU100 g/min

9% ...___,,, L__~

Ossos e ,., ,di outros tecido~

Esfincteres ...:::::;..~'2--pré-capilares relaxados

0,45 Umin ./,__..-

q..,J 3 mU100 g/min

Capilares

(a) Quando os esfincteres pré-capilares estão relaxados, o sangue flui por todos os capilares do leito capilar.

QUESTÃO DA FIGURA Qual é a taxa de fluxo sanguíneo através dos pulmões?

•

1 Esfincteres pré-capilares h:ff=~ ~~ contraídos

FIGURA 15-14 Distribuição de sangue no corpo em repouso. O fluxo sanguíneo para os principais órgãos é representado de três maneiras: como uma porcentagem do f luxo total, como volume por 100 gramas de tecido por minuto e como uma taxa absoluta de fluxo (em Umin).

mostra as células sanguíneas deixando a medula óssea pelos espaços existentes entre as células endoteliais. No fígado, o endotélio sinusoidal não tem uma lâmina basal, o que facilita ainda mais as trocas entre o plasma e o líquido intersticial.

A velocidade do fluxo sanguíneo é menor nos capilares No Capítulo 14 você aprendeu que, a uma taxa de fluxo constante, a velocidade do fluxo é maior em um vaso menor

! i

(b) Se os esfincteres pré-capilares contraem, o fluxo sanguíneo é desviado completamente dos capilares e flui pelas metarteríolas.

•

FIGURA 15-16

Esfincteres pré-capilares.

do que em um vaso maior[ $ p. 475]. A partir disso, você poderia concluir que o sangue deve mover-se muito rápido

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...... .. .. ...., •

.....'·-

Células endoteliais abaixo da membrana brasal

•

Membrana basal (cortada)

As junções das células endoteliais permitem a passagem de ~ água e pequenos solutos dissolvidos

~Vesículas

de transcitose Fenestrações

••

i--~~~~~-- + --~---

•

Membrana basal

Vesículas de transcitose

A transcitose transporta proteínas e macromoléculas através do endotélio

(a) Capilares contínuos têm junções permeáveis

•

FIGURA 15-17

Algumas vesículas podem fundir-se formando canais temporários

Junção das células endoteliais

Membrana basal

(b) Capilares fenestrados têm poros grandes

Os dois tipos de capilares.

nos capilares, porque eles são os menores vasos sanguíneos. Entretanto, o determinante principal da velocidade do fluxo não é o diâmetro de um capilar individual, mas a área de secção transversal total de todos os capilares. O que é área de secção transversal total? Imagine círculos representando cortes transversais de todos os capilares colocados lado a lado, e você terá a área de secção transversal total. Para os capilares, esses círculos cobririam uma área muito maior do que a área de secção transversal total de todas as artérias e veias juntas. Portanto, uma vez que a área de secção transversal total dos capilares é muito grande, a velocidade do fluxo é baixa. A Figura 15-18 • compara as áreas de secção transversal de diferentes partes do sistema circulatório com a velocidade do fluxo sanguíneo em cada parte. O fluxo mais rápido está no sistema de artérias com diâmetro relativamente pequeno. O fluxo mais lento está nos capilares e nas vênulas, os quais coletivamente têm a maior área de secção transversal. A velocidade baixa do fluxo pelos capilares é uma característica útil que permite que a difusão tenha tempo suficiente para atingir o equilíbrio [ $ p. 136].

A taxa de difusão dos solutos dissolvidos é basicamente determinada pelo gradiente de concentração entre o plasma e o líquido intersticial. O oxigênio e o dióxido de carbono difundem-se livremente através do fino endotélio. Suas concentrações plasmáticas alcançam o equilíbrio com o líquido intersticial e as células quando o sangue alcança a extremidade venosa do capilar. Nos capilares com junções celulares permeáveis, a maioria dos pequenos solutos dissolvidos podem difundir-se livremente entre as células ou através das fenestras. Nos capilares contínuos, as células sanguíneas e a maioria das proteínas plasmáticas são incapazes de atravessar as junções entre as células endoteliais dos capilares. Contudo, sabemos que as proteínas se movem do plasma para o líquido intersticial e vice-versa. Na maioria dos capilares, moléculas maiores (incluindo determinadas proteínas) são transportadas através do endotélio por transcitose [$ p. 15 7]. A superfície da célula endotelial é pontilhada com numerosas cavéolas e depressões não revestidas que se tornam vesículas da transcitose. Em alguns capilares, cadeias de vesículas se fundem formando canais abertos que se estendem através da célula endotelial (Fig. 15-17).

A maior parte das trocas capilares ocorre por difusão e transcitose

A filtração e a absorção capilares ocorrem por fluxo de massa*

As trocas entre o plasma e o líquido intersticial ocorrem pelo movimento entre as células endoteliais (via paracelular) ou através das células (transporte transendotelial). Pequenos solutos dissolvidos e gases movem-se por difusão entre ou através das células, dependendo da sua solubilidade lipídica [$ p. 139]. Solutos maiores e proteínas movem-se, principalmente por transporte vesicular [ $ p. 152].

Uma terceira maneira de os capilares realizarem as trocas é pelo fluxo de massa para dentro e para fora do capilar. Fluxo de massa refere-se ao movimento de massa do líquido como *N. de T. Também chamado de fluxo sob pressão (bulk flow). Refere-se ao movimento coletivo de água e solutos devido a um gradiente de pressão. Difere da difusão, uma vez que nesta os solutos podem mover-se de modo independente.

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Fisiologia Humana

resultado de gradientes de pressão hidrostática ou osmótica. Se a direção do fluxo de massa é para dentro dos capilares, o movimento do líquido é chamado de absorção. Se a direção do fluxo é para fora dos capilares, o movimento do líquido é conhecido como filtração. A filtração capilar é causada pela pressão hidrostática que força o líquido a sair dos capilares através de junções celulares permeáveis. Como analogia, pense em uma mangueira de jardim com perfurações nas suas paredes que permitem que a água esguiche para fora. A maioria dos capilares apresenta uma transição da filtração resultante na extremidade arterial para a absorção resultante na extremidade venosa. Existem algumas exceções para essa regra. Os capilares de parte dos rins filtram líquido ao longo de todo o seu comprimento, por exemplo, e alguns capilares no intestino são somente abortivos, capturando nutrientes digeridos que tenham sido transportados do lúmen do intestino para o líquido intersticial. Duas forças regulam o fluxo de massa nos capilares. Uma é a pressão hidrostática, o componente de pressão lateral do fluxo sanguíneo que empurra o líquido para fora dos poros dos capilares ['$ p. 472], e a outra é a pressão osmótica [ ~ p. 159]. Essas forças algumas vezes são chamadas de forças de Starling, visto que o fisiologista inglês E. H. Starling foi quem primeiro as descreveu (o mesmo Starling da lei de Frank-Starling do coração). A pressão osmótica é determinada pela concentração de solutos em um compartimento. A principal diferença entre os solutos do plasma e do líquido intersticial é devida às proteínas, as quais estão presentes no plasma, mas a maioria está ausente no líquido intersticial. A pressão osmótica criada pela presença dessas proteínas é conhecida como pressão coloidosmótica ('IT), também chamada de pressão oncótica. Note que a pressão coloidosmótica não é equivalente à pressão osmótica total em um capilar. Ela é apenas uma medida da pressão osmótica criada pelas proteínas. Devido ao endotélio capilar ser livremente permeável a íons e outros solutos do plasma e do líquido intersticial, esses outros solutos não contribuem para o gradiente osmótico. A pressão coloidosmótica é mais alta no plasma ('ITcap = 25 mmHg) do que no líquido intersticial ('ITLI = O mmHg). Portanto, o gradiente osmótico favorece o movimento da água por osmose do líquido intersticial para o plasma, representado pelas setas vermelhas verticais na Figura 15-19a • . Para efeito da nossa discussão, consideramos a pressão coloidosmótica constante ao longo do comprimento do capilar, sendo 'lTcap = 25 mmHg. A pressão hidrostática capilar (Pcap), por outro lado, diminui ao longo do comprimento do capilar, à medida que a energia é perdida devido ao atrito. Os valores médios para a pressão hidrostática capilar, mostrados na Figura 15-19a, são 32 mmHg na extremidade arterial de um capilar e 15 mmHg na extremidade venosa. Como a pressão hidrostática do líquido intersticial (PLr) é muito baixa, nós a consideraremos como essencialmente zero. Isso significa que o movimento da água devido à pressão hidrostática é direcionado para fora do capilar, como indicado pelas setas verticais azuis na Figura 15-19a, com o gradiente de pressão diminuindo da extremidade arterial para a extremidade venosa.

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A velocidade do fluxo sanguíneo depende da área de secção transversal total

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QUESTÃO

DO GRÁFICO

(a) A velocidade do fluxo é direta ou inversamente proporcional à área de secção transversal? (b) Qual o efeito sobre a taxa de fluxo de mudar somente a área de secção transversal?

•

FIGURA 15-18 A velocidade do fluxo depende da área de secção transversal total dos vasos.

O fluxo resultante do líquido através do capilar é determinado pela diferença entre o gradiente de pressão hidrostática (ÃP), favorecendo a filtração e o gradiente de pressão coloidosmótica, favorecendo a absorção:

= ÂP = Pcap- PLI Absorção ('lTpara dentro) = ÂP coloidosmótica = 'lTLI - 'lTcap Pressão resultante = ÂP hidrostática + ÂP coloidosmótica = p para fora + 'lTpara dentro Filtração (P para fora)

Se assumirmos que as pressões intersticiais hidrostática e coloidosmótica são zero, como discutido, então obtemos os seguintes valores na extremidade arterial de um capilar: Pressão resultante extremidade arterial = (32 mmHg - O) + (O - 25 mmHg) = 32 - 25 mmHg = 7 mmHg Na extremidade arterial a Ppara fora é maior que a 'lT para dentro, e então a pressão resultante é 7 mmHg de pressão de filtração. Na extremidade venosa, onde a pressão hidrostática capilar é menor: Pressão resultanteextremidadevenosa = (15 mmHg - O) + (O - 25 mmHg) = 15 - 25 mmHg = - 10 mmHg Aqui a 'lTpara dentro é maior do que a Ppara fora e, portanto, a pressão resultante é 10 mmHg favorecendo a absorção. (Uma pressão resultante negativa indica absorção.)

15

530

Dee Unglaub Silverthorn

Pressão resultante= pressão hidrostática - pressão coloidosmótica

1l'cap -25 mmHg

D

t

A pressão hidrostática Pcap força o líquido para fora do capilar

-25 mmHg 15 mmHg

7.200

Pcap > 1T

Udia

r t

11'> Pcap

Pcap= 1T

Filtração resultante V

V

V

A pressão coloidosmótica das proteínas dentro do capilar puxa o líquido para dentro do capilar

[

Absorção resultante

Fluxo para fora resultante= 3 Udia

LEGENDA

t

t

{a) Filtração nos capilares sistêmicos

J -

Arteríola

_,,.-.....,

Filtração resultante

t

I

Pcap = pressão hidrostática capilar 1T

= pressão coloidosmótica

O excesso de água e solutos f iltrados para fora dos capilares é capturado pelos vasos linfáticos e retornam à circulação.

Absorção resultante

QUESTÃO DA FIGURA Suponha que a pressão hisdrostática p cap na extremidade arterial de um capilar aumente de 32 mmHg para 35 mmHg. Se a Pcap permaneceu 15 mmHg na extremidade venosa, a f iltração resultante nesse capilar diminui, aumenta ou permanece a mesma?

Vasos linfático~

{b) Relação entre capilares e vasos linfáticos

•

Troca de líquido em um capilar. Uma média resultante de 3 Udia de líquido é filtrado para fora dos capilares.

FIGURA 15-19

O movimento de líquido ao longo de um capilar é mostrado na Figura 15-19a. Na extremidade arterial, ocorre filtração resultante, e na extremidade venosa, ocorre absorção resultante. Se o ponto no qual a filtração se iguala à absorção fosse no meio do capilar, não existiria movimento resultante de líquido. Todo o volume filtrado na extremidade arterial seria absorvido na extremidade venosa. Contudo, a filtração é geralmente maior que a absorção, resultando em um fluxo de massa do líquido dos capilares para o espaço intersticial. Pela maioria das estimativas, esse fluxo de massa chega a aproximadamente 3 litros por dia, o que é equivalente ao volume total de plasma! Se esse líquido filtrado não retornasse para o plasma, o sangue se tornaria um aglomerado de células sanguíneas e proteínas. Restituir o líquido perdido dos capilares de volta para o sistema circulatório é uma das funções do sistema linfático, que será discutido a seguir. R VISANDO CONCEITOS Uma pessoa com uma doença no fígado perde a capacidade de sintetizar proteínas plasmáticas. O que acontece com a pressão coloidosmótica do seu sangue? O que acontece ao equilíbrio entre a fi ltração e a absorção nos seus capilares?

12. Por que essa discussão se refere à pressão coloidosmótica do plasma, em vez da osmolaridade do plasma 7 Respostas: p. 545

SISTEMA LINFÁTICO Os vasos do sistema linfático interagem com outros três sistemas fisiológicos: o sistema circulatório, o sistema digestório e o sistema imunitário. As funções do sistema linfático incluem: (1) restituir de volta ao sistema circulatório os líquidos e proteínas filtrados para fora dos capilares, (2) capturar a gordura absorvida no intestino delgado e transferi-la para o sistema circulatório, e (3) atuar como um filtro para ajudar a capturar e destruir patógenos. Nessa discussão, enfocamos o papel do sistema linfático no transporte de líquidos. As outras duas funções são discutidas junto com o sistema digestório (Capítulo 21) e o imunitário (Capítulo 24). O sistema linfático permite movimento unidirecional do líquido intersticial desde os tecidos até a circulação. Os vasos linfáticos com extremidades cegas (capilares linfáticos) ficam próximos de todos os capilares sanguíneos, exceto aqueles dos rins e do sistema nervoso central (Fig. 15-19b). Os menores vasos linfáticos são compostos por uma única

Fisiologia Humana

Dueto torácico (l infático esquerdo)

Linfonodos --""::::::-~~ • • cerv1ca1s Dueto linfático ----->--:~~ direito Timo

--r--:,---,-~---;:1

-i:v·~: tt------',__ Linfonodos

Dueto -t?f;t~~"l/9 torácico

axilares -

- - - Vasos linfáticos da glândula mamária

.11t-t--- - -

Baço

n--~--:--+------::==-- Linfonodos

pélvicos

Vasos - - - - + - " '--.:l linfáticos ( do membro inferior

~""/Vasos

linfáticos com extremidade cega nos tecidos removem líquido e proteínas f iltrados

A linfa é drenada para a circulação venosa

•

FIGURA 15-20

Sistema linfático.

camada de endotélio achatado que é ainda mais fino que o endotélio capilar. As paredes desses vasos linfáticos minúsculos são ancoradas ao tecido conectivo circundante por fibras que mantêm os vasos abertos. Grandes lacunas entre as células permitem que líquidos, proteínas intersticiais e partículas, como as bactérias, sejam arrastadas para dentro dos vasos linfáticos, também chamados de linfáticos, pelo fluxo de massa. Uma vez dentro do sistema linfático, esse líquido claro é chamado simplesmente de linfa. Os vasos linfáticos nos tecidos unem-se uns aos outros para formar vasos linfáticos maiores que progressivamente aumentam de tamanho (Fig. 15-20 e ). Esses vasos têm um sistema de valvas semilunares similar às valvas da circulação

531

venosa. Os duetos linfáticos maiores desembocam na circulação venosa logo abaixo das clavículas, onde as veias subclávia direita e esquerda juntam-se às veias jugulares internas. Em intervalos ao longo do percurso, os vasos penetram nos linfonodos, que são nódulos de tecido em formato de feijão, que possuem uma cápsula externa fibrosa e uma coleção interna de células ativas imunitariamente, incluindo linfócitos e macrófagos. O sistema linfático não possui uma única bomba como o coração. O fluxo linfático depende basicamente de ondas de contração do músculo liso da parede dos vasos linfáticos maiores. O fluxo é auxiliado pelas fibras contráteis das células endoteliais, pelas valvas unidirecionais e pela compressão externa gerada pelos músculos esqueléticos. A bomba muscular esquelética desempenha um papel significativo no fluxo linfático, o que você deve saber se já feriu o pulso ou o tornozelo. Um membro imobilizado frequentemente incha por causa do acúmulo de líquido no espaço intersticial, uma condição conhecida como edema [oidema, inchaço]. Pacientes com edema em um membro ferido são recomendados a elevarem o membro acima do nível do coração, pois desse modo a gravidade contribui para o fluxo da linfa de volta ao sangue. Uma razão importante para o líquido filtrado retornar à circulação é a reciclagem das proteínas plasmáticas. O corpo deve manter uma concentração baixa de proteínas no líquido intersticial porque a pressão coloidosmótica é a única força que se opõe significativamente à pressão hidrostática capilar. Se as proteínas se movem do plasma para o líquido intersticial, o gradiente de pressão osmótica que se opõe à filtração diminui. Com menos oposição à pressão hidrostática capilar, mais líquido se move para o espaço intersticial. A inflamação é um exemplo de uma situação na qual o equilíbrio entre a pressão coloidosmótica e a pressão hidrostática é rompido. A histamina liberada na resposta inflamatória deixa a parede dos capilares mais permeável, permitindo que escapem proteínas do plasma para dentro do líquido intersticial. O inchaço local que acompanha uma região inflamada é um exemplo de edema causado pela redistribuição de proteínas do plasma para o líquido intersticial.

O edema é resultado de alterações nas trocas capilares O edema é um sinal de que as trocas normais entre os sistemas circulatório e linfático estão alteradas. O edema em geral ocorre por uma destas duas causas: (1) drenagem inadequada da linfa ou (2) filtração capilar sanguínea excede muito a absorção capilar. A drenagem inadequada da linfa ocorre por obstrução do sistema linfático, particularmente nos linfonodos. Parasitas, câncer ou o crescimento de tecido fibrótico causado por radioterapia podem bloquear o movimento da linfa pelo sistema. Por exemplo, a elefantíase é uma condição crônica caracterizada pelo grande inchaço dos membros inferiores quando parasitas bloqueiam os vasos linfáticos. A drenagem da linfa pode também ser prejudicada quando os linfonodos são removidos durante uma cirurgia, um procedimento comum no diagnóstico e no tratamento do câncer.

15

532

Dee Unglaub Silverthorn

Poucas semanas passaram, e Kurt retornou novamente ao Dr. Cortez para uma nova avaliação clínica. Finalmente a pressão sanguínea de Kurt estava mais próxima do normal, com uma média de 135/87. Mas, doutor, você pode me dar algo para acabar com esta tosse seca? Eu não estou me sentindo mal, mas essa tosse está me deixando maluco. Dr. Cortez explicou que a tosse seca é um efeito colateral dos inibidores da ECA. Isso é mais um incômodo do que qualquer outra coisa, mas vamos trocar seu medicamento. Eu gostaria de tentar um bloqueador de canais de cálcio no lugar do inibidor da ECA. 11

11

11

11

Questão 4: Como os bloqueadores de canais de cálcio diminuem a pressão sanguínea?

513

519

523

524

540

•

Os fatores que afetam o equilíbrio normal entre a filtração e a absorção capilares incluem: 1. Aumento na pressão hidrostática capilar. Aumento da pressão hidrostática é geralmente um indicativo de pressão venosa elevada. Um aumento na pressão arterial geralmente não é observável nos capilares devido à autorregulação da pressão nas arteríolas. Uma causa comum de aumento da pressão venosa é a insufidência cardíaca, condição na qual um ventrículo perde a capacidade de bombear e não pode mais bombear todo o sangue enviado a ele pelo outro ventrículo (veja "Verifique o Conceito número 30" do Capítulo 14, na p. 500). Por exemplo, se o ventrículo direito começa a falhar, mas o ventrículo esquerdo mantém seu débito cardíaco, o sangue se acumula na circulação sistêmica. A pressão sanguínea aumenta primeiro no átrio direito, depois nas veias e capilares que drenam para o lado direito do coração. Quando a pressão hidrostática capilar aumenta, a filtração excede significativamente a absorção, levando ao edema. 2. Diminuição na concentração de proteínas plasmáticas. A

concentração de proteínas plasmáticas pode diminuir como resultado de desnutrição grave ou insuficiência hepática. O fígado é o principal local de síntese das proteínas plasmáticas. 3. Aumento nas proteínas intersticiais. Como discutido, ovazamento excessivo de proteínas para fora do sangue diminui o gradiente de pressão coloidosmótica e aumenta a filtração capilar resultante. Em algumas ocasiões, mudanças no balanço entre filtração e absorção ajudam o corpo a manter a homeostase. Por exemplo, se a pressão sanguínea arterial diminui, a pressão hidrostática capilar também diminui. Essa mudança aumenta a absorção de líquidos. Se a pressão sanguínea diminui muito, há absorção resultante nos capilares, em vez de fil-

FIGURA 15-21 Ascite (edema abdominal) em uma criança com desnutrição proteica. O termo africano para desnutrição proteica é kwashiorkor.

tração resultante. Esse mecanismo passivo ajuda a manter o volume sanguíneo em situações nas quais a pressão sanguínea é muito baixa, como na hemorragia ou na desidratação grave. CONCEITOS Se o ventrículo esquerdo falhar em bombear normalmente, o sangue retornará para qual grupo de vasos sanguíneos? Onde você esperaria que o edema ocorresse? 14. Crianças desnutridas com oferta inadequada de proteína na sua dieta têm, frequentemente, enormes barrigas inchadas. Essa condição, a qual pode ser descrita como edema abdominal, é chamada de ascite (Fig. 15-21 e ). Use a informação que você aprendeu sobre a filtração capilar para explicar por que a desnutrição causa ascite. Respostas: p. 545

REGULAÇÃO DA PRESSÃO SANGUÍNEA O sistema nervoso central coordena o controle reflexo da pressão sanguínea. O principal centro integrador situa-se no bulbo. Contudo, devido à dificuldade em se estudar as redes neurais no encéfalo, ainda conhecemos relativamente pouco sobre os núcleos, os neurotransmissores e os interneurônios do centro de controle cardiovascular bulhar.

O reflexo barorreceptor controla a pressão , sangu1nea A função básica do centro de controle cardiovascular é manter o fluxo sanguíneo adequado para o encéfalo e o coração. O sinal de entrada sensorial para esse centro integrador vem de vários receptores sensoriais periféricos. Mecanorrecepto-

Fisiologia Humana

533

Centro de controle cardiovascular r-t=-, bulbar

Alteração na pressão ' sangu1nea Neurônios parassimpáticos

Barorreceptores carotídeos e aórticas

Neurônios simpáticos

QUESTÃO DA FIGURA Cite os neurotransmissores e receptores de cada um dos tecidos-alvo.

•

FIGURA 15-22

LEGENDA .._.,. Estímulo

O

Centro integrador

Receptor sensorial

O

Via eferente

O

Efetor

Componentes do reflexo barorreceptor.

res sensíveis ao estiramento conhecidos como barorreceptores estão localizados nas paredes das artérias carótidas e da aorta (Fig. 15-22 e), onde eles podem monitorar a pressão do sangue que está fluindo para o encéfalo (barorreceptores carotídeos) e para o resto do corpo (barorreceptores aórticos). Os barorreceptores carotídeos e aórticos são receptores sensíveis ao estiramento tonicamente ativos que disparam potenciais de ação continuamente durante a pressão sanguínea normal. A via reflexa básica do controle homeostático da pressão sanguínea é o reflexo barorreceptor. Qu.a ndo a pressão sanguínea nas artérias aumenta, a membrana dos barorreceptores estira e a frequência de disparos do receptor aumenta. Se a pressão sanguínea cai, a frequência de disparos do receptor diminui. Os potenciais de ação dos barorreceptores vão para o centro de controle cardiovascular bulhar via neurônios sensoriais. O centro de controle cardiovascular integra o estímulo sensorial e desencadeia uma resposta apropriada. A resposta do reflexo barorreceptor é muito rápida: mudanças no débito cardíaco e na resistência periférica ocorrem dentro de dois batimentos cardíacos após o estímulo. Os sinais de saída (eferência) do centro de controle cardiovascular são conduzidos via neurônios autonômicos simpáticos e parassimpáticos. A resistência periférica está sob

controle simpático tônico, sendo que o aumento da descarga simpática causa vasoconstrição. A função cardíaca é regulada por controle antagonista. O aumento da atividade simpática aumenta a frequência cardíaca no nó sinoatrial (SA), acelera a condução através do nó atrioventricular (AV) e aumenta a força de contração miocárdica. Aumentando a atividade parassimpática, ocorre diminuição da frequência cardíaca, mas somente um pequeno efeito na contração ventricular. O reflexo barorreceptor é resumido na Figura 15-23 e. Os barorreceptores aumentam sua frequência de disparos quando a pressão sanguínea aumenta, ativando o centro de controle cardiovascular bulhar. Em resposta, o centro de controle cardiovascular aumenta a atividade parassimpática e diminui a atividade simpática para retardar o coração. Quando a frequência cardíaca cai, o débito cardíaco também cai. Na circulação, a diminuição da atividade simpática causa dilatação das arteríolas, permitindo que mais sangue flua para fora das artérias. A combinação da redução do débito cardíaco e da diminuição da resistência periférica reduz a pressão sanguínea arterial média. A função cardiovascular pode ser modulada por sinais provenientes de outros receptores periféricos, além dos barorreceptores. Por exemplo, os quimiorreceptores arteriais ativados pelos baixos níveis sanguíneos de oxigênio aumen-

15

534

Dee Unglaub Silverthorn

t Pressão sanguínea

LEGENDA Estímulo

Disparos dos barorreceptores nas artérias carótidas e na aorta

c:J

Receptor

t

C1

Via aferente

t

Neurônios . . sensoriais

Centro integrador

c:J c:J CJ

o

0 11--------------------------------------

Via eferente Efetor

Centro de controle cardiovascular no bulbo

Resposta tecidual Resposta sistêmica

t Atividade parassimpática --~

t Atividade simpática

maisACh nos receptores muscarínicos

menos NA liberada receptor 13 1

receptora

receptor 13 1

t

t

t Músculo liso arteriolar

Vasodilatação

Miocárdio ventricular

t

t

t Pressão sanguínea

FIGURA 15-23

t

Força de contração

t Resistência periférica

•

NóSA

Frequência cardíaca

Débito cardíaco

___________________________ Retroalimentação ________ _ negativa

Reflexo barorreceptor: resposta para o aumento da pressão sanguínea.

tam o débito cardíaco. O centro de controle cardiovascular também tem comunicação recíproca com os centros bulhares que controlam a respiração. A integração funcional entre os sistemas respiratório e circulatório é adaptativa. Se os tecidos necessitam de mais oxigênio, o sistema circulatório e o respiratório trabalham juntos para fornecê-lo. Consequentemente, o aumento da frequência respiratória é geralmente acompanhado pelo aumento no débito cardíaco. A pressão sanguínea também está sujeita à modulação por centros encefálicos superiores, como o hipotálamo e o córtex cerebral. O hipotálamo promove as respostas vasculares envolvidas na regulação da temperatura corporal (veja Capítulo 22) e a resposta de luta-ou-fuga. As respostas emo-

cionais e aprendidas podem originar-se no córtex cerebral e serem expressas por respostas circulatórias, como o rubor e o desmaio. Um desses reflexos é a síncope vasovagal, a qual pode ser desencadeada em algumas pessoas quando veem sangue ou uma agulha hipodérmica. (Recorde a experiência de Antônio no começo deste capítulo.) Nesse caso, aumentando a atividade parassimpática e diminuindo a atividade simpática, a frequência cardíaca diminui e ocorre vasodilatação generalizada. O débito cardíaco e a resistência periférica diminuem, provocando uma queda abrupta na pressão sanguínea. Sem sangue suficiente para o encéfalo, a pessoa desmaia. A regulação da pressão sanguínea no sistema circulatório está intimamente associada à regulação do equilíbrio hídrico

Fisiologia Humana

pelos rins. Certos hormônios secretados pelo coração atuam sobre os rins, e hormônios secretados pelos rins atuam sobre o coração e os vasos sanguíneos. Juntos, o coração e os rins desempenham o papel principal na manutenção da homeostase dos líquidos corporais, assunto que é estudado no Capítulo 20. A sobreposição desses sistemas é um excelente exemplo da integração da função do sistema de órgãos. R - VISANDO CONCEITOS Os barorreceptores têm canais iônicos sensíveis ao estiramento na sua membrana celular. O aumento da pressão estira a membrana celular do receptor, abre os canais e desencadeia potenciais de ação. Qual íon provavelmente flui através desses canais e em qual direção (para dentro ou para fora da célula)? Resposta: p. 545

A hipotensão ortostática desencadeia o reflexo barorreceptor O reflexo barorreceptor funciona a cada manhã quando você levanta da cama. Quando você está deitado, a força gravitacional está distribuída uniformemente por toda extensão do seu corpo, e o sangue está distribuído uniformemente por toda a circulação. Quando você levanta, a gravidade faz com que o sangue se acumule nas extremidades inferiores. Isto cria uma diminuição instantânea no retorno venoso. Como resultado, menos sangue está no ventrículo no começo da próxima contração. O débito cardíaco cai de 5 L/min para 3 L/min, fazendo com que a pressão arterial diminua. Essa diminuição na pressão sanguínea quando se fica em pé é conhecida como hipotensão ortostática [orthos, ereto + staikos, de pé parado]. A hipotensão ortostática normalmente desencadeia o reflexo barorreceptor. Os barorreceptores carotídeos e aórticos respondem à queda da pressão arterial diminuindo sua frequência de disparo (Fig. 15-24 e ). Ao diminuir a entrada sensorial no centro de controle cardiovascular, a atividade simpática aumenta e a atividade parassimpática diminui. Como resultado das alterações autonômicas, a frequência cardíaca e a força de contração aumentam e as arteríolas e veias se contraem. A combinação do aumento do débito cardíaco e da resistência periférica aumenta a pressão arterial média e a normaliza dentro de dois batimentos do coração. A bomba muscular esquelética também contribui para essa recuperação aumentando o retorno venoso quando os músculos abdominais e dos membros inferiores contraem para manter a posição ereta. Entretanto, o reflexo barorreceptor nem sempre é eficaz. Por exemplo: durante o repouso prolongado na cama ou em condições de gravidade zero de voos espaciais, o sangue que vem das extremidades inferiores é distribuído uniformemente por todo o corpo, em vez de ficar acumulado nessas extremidades. Essa distribuição uniforme eleva a pressão arterial, levando os rins a excretarem o que é percebido como excesso de líquido. Em três dias, a excreção de água leva a uma redução de 12% do volume de sangue. Quando a pessoa finalmente levanta da cama ou retorna à Terra, a gravidade novamente faz com que o sangue se acumule nas pernas. A hipotensão ortostática ocorre, e os barorreceptores tentam compensar. Nesse caso, contudo, o sistema circulatório

535

é incapaz de restaurar a pressão normal, devido à perda de volume de sangue. Como resultado, o indivíduo pode sentirse tonto ou mesmo desmaiar devido à redução da oferta de oxigênio ao encéfalo. R VISANDO CONCEITOS No f ilme Jurassic Park, o Dr. lan Malcolm devia f ugir do T. rex. Desenhe um mapa reflexo mostrando a resposta cardiovascular a esta situação de luta-ou-fuga. (Dica: Qual é o estímulo? O medo é integrado no sistema límbico.) Resposta: p. 545

DOENÇA CARDIOVASCULAR As doenças do coração e dos vasos sanguíneos, como infartos (ataques cardíacos) e acidentes vasculares cerebrais, têm papel relevante em mais da metade das mortes nos Estados Unidos. A American Heart Association estima que em 2008 as doenças cardiovasculares custaram ao povo norte-americano mais de 448,5 bilhões de dólares em despesas médicas e salários perdidos.* A prevalência das doenças cardiovasculares é refletida na enorme quantidade de pesquisas científicas que estão sendo realizadas em todo o mundo. As investigações científicas incluem desde estudos clínicos em grande escala que rastreiam a doença cardiovascular em milhares de pessoas, tal como o estudo de Framingham (Massachusetts), até experimentos em nível celular e molecular. Muitas pesquisas em nível celular e molecular são desenvolvidas para expandir o nosso conhecimento sobre a função normal e anormal do coração e dos vasos sanguíneos. Cientistas estão estudando uma sopa de letras virtual de abreviaturas de transportadores e reguladores. Algumas dessas moléculas, como a adenosina, a endotelina, o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), o fosfolambam e o óxido nítrico, foram estudadas no Capítulo 14. ' A medida que aumentamos o nosso conhecimento da função cardiovascular, também começamos a entender a ação de fármacos usados há séculos. Um exemplo clássico é o glicosídeo cardíaco digitalis [$ p. 503], cujo mecanismo de ação foi elucidado quando os cientistas descobriram o papel da Na+-K+-ATPase. É desconcertante perceber que sabemos o que muitos fármacos fazem sem entendermos completamente como fazem.

Os fatores de risco para a doença cardiovascular incluem o tabagismo e a obesidade Como você aprendeu no Capítulo 1, realizar e interpretar pesquisas em seres humanos é um trabalho complicado em parte devido à dificuldade de planejar experimentos bemcontrolados [ ~ p. 11]. A importância econômica e social das doenças cardiovasculares (DCV) faz delas o foco de muitos estudos a cada ano com os quais os pesquisadores tentam aperfeiçoar os tratamentos e os algoritmos preditivos. (Um algoritmo é uma série de regras ou uma sequência de passos usados para resolver um problema.) Assim, podemos dizer a probabilidade que uma pessoa tem de desenvolver uma DCV *N. de T. No Brasil, cerca de 30% das pessoas morrem por causa de doenças cardiovasculares.

15

536

Dee Unglaub Silverthorn

.f Pressão arterial sanguínea média ao se por em pé

•

-} Disparo dos barorreceptores nas artérias carótidas e na aorta

0 I~-------------------------------------

Centro de controle cardiovascular no bulbo ..

t

'

-} Atividade parassimpática

Atividade simpática

*

*

*

Arteríolas e veias

Ventrículos

*

NóSA

! t

Vasoconstrição

Força de contração

t Resistência periférica

t

Frequência cardíaca

t Débito cardíaco

'

QUESTÃO DA FIGURA

*

Em cada cite o neurotransmissor e o tipo de receptor do neurotransmissor.

•

FIGURA 15-24

t Pressão Retroalimentação sanguínea até 1 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - negativa

-- •

o normal

Reflexo barorreceptor: resposta para a hipotensão ortostática.

durante a sua vida examinando os diversos fatores de risco que esta pessoa possui. A lista de fatores de risco descritos aqui é resultado do acompanhamento de histórias clínicas de milhares de pessoas durante muitos anos em estudos como o Framingham Heart Study. A' medida que mais dados se tornam disponíveis, mais fatores de risco podem ser incluídos. Os fatores de risco são geralmente divididos nos que podem e nos que não podem ser controlados. A intervenção médica é indicada para reduzir o risco dos fatores controláveis. Os fatores de risco que não podem ser controlados incluem o sexo, a idade e a história familiar de DCV. Como comentado no início do capítulo, a doença arterial coronariana (DAC) é uma forma de DCV na qual as artérias coronárias são bloqueadas pelo depósito de colesterol e de coágulos sanguí-

neos. Até a meia-idade, os homens têm um risco 3 a 4 vezes maior de desenvolver DAC do que as mulheres. Depois dos 55 anos de idade, quando a maioria das mulheres entrou na menopausa, a taxa de morte por DAC iguala-se entre homens e mulheres. Em geral, o risco da DAC cresce com o aumento da idade das pessoas. A hereditariedade também desempenha um papel importante. Se uma pessoa tem um ou mais parentes próximos com essa doença, seu risco aumenta. Os fatores de risco que podem ser controlados incluem tabagismo, obesidade, sedentarismo e hipertensão não tratada. Nos Estados Unidos, as doenças relacionadas ao tabagismo são as principais causas de morte evitáveis, seguida pelas condições relacionadas com o sobrepeso e a obesidade. O sedentarismo e a obesidade têm aumentado continuamente nos Esta-

Fisiologia Humana

FOCO CLINICO

DIABETE E DOENÇA CARDIOVASCULAR O diabete é um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento de doença cardiovascular, e quase dois terços das pessoas com diabete morrerão de problemas cardiovasculares. No diabete, as células que não podem usar glicose usam as gorduras e proteínas para obter energia. O corpo degrada a gordura em ácidos graxos [ $ p. 115] e libera-os no sangue. Os níveis plasmáticos de colesterol estão também elevados. Quando o C-LDL permanece no sangue, o excesso é englobado por macrófagos, in iciando uma série de eventos que levam à aterosclerose. Devido ao papel importante que o C-LDL desempenha na aterosclerose, muitas formas de tratamento, desde modif icações na dieta, exercícios e fármacos, são indicadas para baixar os niveis de C-LDL. Não tratado, o bloqueio dos pequenos e médios vasos sanguíneos nas extremidades inferiores pode levar à perda da sensibilidade e à gangrena (morte de tecido) dos pés. A aterosclerose nos vasos maiores causa infarto do miocárdio e acidente vascular cerebral. Para aprender mais sobre diabete e o aumento do risco de doença cardiovascular, visite os sites da American Diabetes Association (www.diabetes.org) e o American Heart Association (www.americanheart.org). *

dos Unidos desde 1991, e, atualmente, quase 70% dos adultos norte-americanos estão com sobrepeso ou são obesos. Dois fatores de risco para doenças cardiovasculares - lipídeos sanguíneos elevados e diabete melito - têm um componente genético não controlável e um componente do estilo de vida modificável. O diabete melito é um distúrbio metabólico que aumenta o risco de desenvolver DAC, uma vez que contribui para o desenvolvimento da aterosclerose ("endurecimento das artérias"), na qual se formam depósitos de gordura dentro das artérias. Níveis séricos elevados de colesterol e de triacilgliceróis também levam à aterosclerose. O aumento da prevalência desses fatores de risco criou uma epidemia nos Estados Unidos, com uma em cada 2,8 mortes em 2004 atribuída a todas as formas de doença cardiovascular.

A aterosclerose é um processo inflamatório A DAC é responsável pela maioria das mortes por doença cardiovascular e é a única maior causa de morte dos norte-americanos, tanto homens como mulheres. Vamos examinar a causa subjacente desta doença: a aterosclerose. O papel dos níveis elevados de colesterol do sangue no desenvolvimento da aterosclerose está bem estabelecido. O colesterol, assim como outros lipídeos, não é muito solúvel em soluções aquosas, como o plasma. Portanto, quando o colesterol da dieta é absorvido pelo trato digestório, ele se com*N. de T. No Brasil, você pode consultar o site da Sociedade Brasileira de Cardiologia para maiores informações (www.cardiol.br).

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bina com lipoproteínas para se tornar mais solúvel. (Os detalhes da digestão, da absorção e do metabolismo do colesterol são discutidos nos Capítulos 21 e 22.) Várias lipoproteínas estão associadas ao colesterol, mas os médicos geralmente estão preocupados com duas: aquelas encontradas no complexo de colesterol-lipoproteínas de alta densidade (C-HDL) e aquelas encontradas no complexo de colesterol-lipoproteína de baixa densidade (C-LDL). O C-HDL é a forma mais desejável de colesterol no sangue, pois altos níveis de HDL estão associados com menor risco de doença coronariana. Algumas vezes, o C-LDL é chamado de colesterol "ruim", porque os níveis plasmáticos elevados de C-LDL estão associados com doença cardíaca coronariana. (Lembre que o "L" do C-LDL pode ser associado com "L" de "Letal".) Entretanto, níveis normais de C-LDL não são ruins, pois o LDL é necessário para o transporte de colesterol para dentro das células. O C-LDL tem um sítio de ligação - uma proteína denominada apoB - que se combina com um receptor de LDL encontrado nas depressões revestidas por clatrina presentes na membrana celular, e o complexo C-receptor-LDL é levado para dentro da célula por endocitose [Fig. 5-21, $ p. 153]. O receptor de LDL retorna para a membrana da célula, e o endossomo se funde com um lisossomo. As proteínas do C-LDL são digeridas até aminoácidos, e o colesterol liberado é utilizado na produção de membranas celulares ou hormônios esteroides. Embora a LDL seja necessária para a captação celular de colesterol, os níveis plasmáticos excessivos de C-LDL levam à aterosclerose. As células endoteliais que revestem as artérias transportam C-LDL para o espaço extracelular, de modo que ele se acumula sob a íntima. Lá, os macrófagos englobam o colesterol e outros lipídeos e tornam-se células espumosas cheias de lipídeos (Fig. 15-25b e ). As citocinas liberadas pelos macrófagos promovem a divisão das células do músculo liso. Este estágio inicial da lesão é chamado de estria gordurosa. Com a progressão dessa condição, o centro lipídico cresce, e as células do músculo liso se reproduzem, formando placas salientes que se projetam para dentro do lúmen da artéria. No estágio avançado da aterosclerose, as placas tornam-se regiões calcificadas duras e com uma capa de colágeno fibroso (Fig. 15-25c). O mecanismo pelo qual o carbonato de cálcio é depositado ainda está sendo investigado. Acreditava-se que a oclusão (bloqueio) dos vasos sanguíneos coronários por placas grandes, que desencadeiam a formação de coágulos sanguíneos, fosse a causa primária dos ataques cardíacos (infarto), mas esse modelo tem sido revisado. O novo modelo indica que a formação de coágulos sanguíneos sobre as placas é mais dependente da estrutura de uma placa do que do seu tamanho. Placas estáveis têm uma capa fibrosa grossa que separa o núcleo lipídico do sangue e não ativam as plaquetas. Placas instáveis (vulneráveis) têm uma capa fibrosa fina que são mais propensas à ruptura, expondo o colágeno e ativando plaquetas que iniciam a formação de coágulos sanguíneo (trombos) (Fig.15-25d). A aterosclerose é agora considerada um processo inflamatório no qual os macrófagos liberam enzimas que convertem placas estáveis em placas instáveis. Se um coágulo bloqueia o fluxo sanguíneo para o miocárdio ocorre um ataque do coração (infarto do miocárdio). O fluxo sanguíneo bloqueado em uma artéria coronária in-

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{a) Parede arterial normal ~--

~~ ....-=:---7::r----

-

-

O colesterol-LDL acumula-se entre o endotélio e o tecido conectivo e é oxidado Os macrófagos englobam o colesterol e tornam-se células espumosas

~~J?;;:__:::::::::::::::::~ As células do músculo liso, atraídas pelas e a captação de colesterol

{b) Estria gordurosa

- - - - - - - O núcleo lipídico acumula-se abaixo do endotélio ~;;:::------

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Uma capa de tecido cicatricial f ibroso forma a parede externa do núcleo lipídico As células do músculo liso se dividem e cont ribuem para o aumento da espessura da íntima

{c) Placa fibrosa estável

'-....,.;.---

-

----=: . . . ,_____ _ _ _ _ Os macrófagos podem liberar enzimas que dissolvem o colágeno e convertem a placa estável em uma placa instável

- -

{d) Placa instável

terrompe o aporte de oxigênio para as células do miocárdio supridas por essa artéria. As células sem oxigênio precisam contar com o metabolismo anaeróbio [~ p. 109], o qual produz ácido láctico (H+). Como a produção de ATP diminui, as células contráteis são incapazes de bombear Ca2 + para fora da célula. A combinação de concentrações de Ca2 + e H+ anormalmente altas no citosol fecha as junções comunicantes nas células danificadas. O fechamento isola eletricamente as células danificadas, de modo que elas não contraem mais, e isso força os potenciais de ação a encontrar uma rota alternativa célula-célula. Se a área de dano no miocárdio for muito gran-

•

FIGURA 15-25 Desenvolvimento da placa aterosclerótica.

de, podem ocorrer batimentos cardíacos irregulares (arritmia) e potencialmente resultar em parada cardíaca e/ou morte.

A hipertensão representa uma falha da homeostase Um dos fatores de risco controláveis para a doença cardiovascular é a hipertensão - pressão sanguínea cronicamente elevada, com pressão sistólica maior que 130-140 mmHg ou diastólica maior que 80-90 mmHg. A hipertensão é uma doença comum nos Estados Unidos e é uma das razões mais

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CONCEITOS EMERGENTES ,

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MARCADORES INFLAMATORIOS PARA A DOENÇA CARDIOVASCULAR Em estudos clínicos, algumas vezes é difícil determinar se um fator que tem uma correlação posit iva com funções alteradas tem uma relação de causa-efeito ou representa uma simples associação. Por exemplo, dois fatores associados com maior incidência de doença cardíaca são a proteína e-reativa (PCR) e a homocisteína. A PCR é uma molécula envolvida na resposta do corpo à inflamação. Em um estudo, mulheres que apresentavam níveis sanguíneos elevados de PCR tinham duas vezes mais chances de ter problemas cardiovasculares sérios do que as mulheres com ba ixos níveis de PCR. Isso sign ifica que a PCR está causando a doença cardiovascular? Ou seria simplesmente um marcador que pode ser usado clinicamente para predizer quem é mais propenso a desenvolver complicações cardiovasculares, tais como um infarto do miocárdio ou um acidente vascular cerebral? Similarmente, níveis elevados de homocisteína estão associados ao aumento da incidência de DCV. (Homocisteína é um aminoácido que faz parte de uma compl icada rota metabólica que também requer folato e vitamina 812 como cofatores.) Os méd icos deveriam rotineiramente medir homocisteína junto com o colesterol? Atualmente, existem poucas evidências clínicas mostrando que a redução da homocisteína ou da PCR dim inui o risco de a pessoa desenvolver DCV. Se esses dois marcadores não são indicadores de fatores de risco modificáveis, deveria ser pedido aos planos de saúde dos pacientes que paguem os exames usados para detectá-los?

comuns para consultas médicas e prescrição de fármacos. A pressão sanguínea alta está associada com o aumento do risco para DCV: o risco dobra para cada 20/10 mmHg de pressão sanguínea acima do valor basal de 115/75 (Fig. 15-26 e ). Mais de 90% de todos os pacientes com hipertensão são diagnosticados com hipertensão essencial (ou primária), sem outra causa definida senão a hereditariedade. O débito cardíaco está geralmente normal nessas pessoas, e sua elevada pressão sanguínea parece estar associada com o aumento da resistência periférica. Alguns pesquisadores têm sugerido que o aumento da resistência pode ser devido à falta de óxido nítrico, um vasodilatador produzido localmente pelas células endoteliais das arteríolas. Nos demais 5 a lOo/o dos casos de hipertensão, a causa é mais evidente, e a hipertensão é considerada secundária a uma doença de base, como, por exemplo, um distúrbio endócrino que causa retenção de líquidos. Uma característica importante da hipertensão independente da sua causa é a adaptação dos barorreceptores carotídeos e aórticas à pressão mais alta, com a subsequente regulação para baixo da sua atividade. Sem os sinais dos barorreceptores, o centro de controle cardiovascular interpreta

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Pressão sanguínea

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FIGURA 15-26 O risco de desenvolver doença cardiovascular duplica a cada 20/10 mmHg de aumento na , pressao sangu1nea.

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a pressão alta como uma pressão sanguínea "normal", e não ocorre redução reflexa da pressão. A hipertensão é um fator de risco para a aterosclerose porque a pressão alta nas artérias danifica o revestimento endotelial dos vasos e promove a formação de placas ateroscleróticas. Além disso, a pressão sanguínea arterial elevada adiciona pressão sobre o coração aumentando a pós-carga [~ p. 504]. Quando a resistência nas arteríolas é alta, o miocárdio deve trabalhar mais para empurrar o sangue para dentro das artérias. Surpreendentemente, o volume sistólico em pacientes hipertensos permanece constante até uma pressão arterial média de cerca de 200 mmHg, apesar do aumento da quantidade de trabalho que o ventrículo deve realizar à medida que a pressão sanguínea aumenta. O músculo cardíaco do ventrículo esquerdo responde a uma resistência sistêmica cronicamente elevada da mesma maneira que o músculo esquelético responde a um treinamento de levantamento de peso. O miocárdio hipertro"{ia, aumentando o tamanho e a força das fibras musculares. Contudo, se a resistência permanece alta ao longo do tempo, o músculo cardíaco não pode atender a carga de trabalho e começa a tornar-se insuficiente: o débito cardíaco do ventrículo esquerdo diminui. Se o débito cardíaco do lado direito do coração permanece normal enquanto o débito do lado esquerdo diminui, os pulmões começam a acumular líquido, gerando edema pulmonar. Nesse momento, inicia-se uma alça de retroalimentação positiva nociva. A difusão de oxigênio nos pulmões diminui devido ao edema pulmonar, o que leva a ter menos oxigênio no sangue. A falta de oxigênio para o metabolismo aeróbio enfraquece mais o coração, e sua eficácia de bombeamento diminui cada vez mais. Se essa condição, conhecida como insu"{iciênda cardíaca congestiva, não for tratada, ela pode ser fatal. Muitos dos tratamentos para hipertensão têm em sua base a fisiologia cardiovascular que você aprendeu. Por exemplo, a entrada de cálcio no músculo liso vascular e no músculo cardíaco pode ser diminuída por uma classe de fár-

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macos conhecidos como bloqueadores dos canais de cáldo. Es2 ses fármacos se ligam aos canais de Ca +, tornando menos provável que esses canais se abram em resposta à despolarização. Com menos Ca2 + entrando, o músculo liso vascular relaxa, ao passo que no coração a frequência de despolarização do nó SA e a força de contração diminuem. O músculo liso vascular é mais sensível que o músculo cardíaco a certas classes de bloqueadores de canais de cálcio, e é possível obter vasodilatação com doses baixas que não tenham efeito sobre a frequência cardíaca. Outros tecidos com canais de Ca2 +, como os neurônios, são minimamente afetados pelos bloqueadores dos canais de cálcio, pois seus canais de Ca2 + são de um subtipo diferente.

Outros fármacos usados para tratar a hipertensão inclui os diuréticos, os quais diminuem o volume sanguíneo, e os ~-bloqueadores, que têm como alvo os receptores ~ 1 e diminuem a estimulação do débito cardíaco pelas catecolaminas. Dois outros grupos de fármacos anti-hipertensivos, os inibidores da ECA e os bloqueadores dos receptores de angiotensina, agem diminuindo a atividade da angiotensina, um poderoso vasoconstritor. Você aprenderá mais sobre a angiotensina nos próximos capítulos, quando estudar o controle integrado da pressão sanguínea pelos sistemas circulatório e renal. No futuro, poderemos ver novos tratamentos para hipertensão que se basearão em outros aspectos da fisiologia molecular do coração e dos vasos sanguíneos.

Hipertensão essencial Kurt contin uou usando o bloqueador dos canais de cálcio e o diurético, e depois de vários meses sua tosse desapareceu e sua pressão sanguínea estabi lizou em 130/85, o que foi uma melhora sign if icativa. A nova dieta de Kurt também trouxe o seu colesterol sanguíneo total para menos de 200 mg/dl . Melhorando dois de seus fatores de risco controláveis, Kurt

diminuiu suas chances de ter um infarto do miocárdio. Para aprender mais sobre hipertensão e alguns dos tratamentos atuais para tratá-la, visite o site da American Heart Association (www.americanheart.org). Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Por que pessoas com pressão sanguínea e levada têm maior risco de ter um acidente vascu lar cerebral hemorrágico (sangramento)?

A pressão sanguínea elevada exerce força sobre a parede dos vasos.

Se uma área da parede do vaso sangu íneo está enfraquecida ou danificada, a pressão sanguínea elevada pode causar ruptura nessa área, permitindo que o sangue saia do vaso para os tecidos adjacentes.

2

Qual a justificativa para diminuir a ingestão de sal e tomar um diurético para controlar a hipertensão?

Sal causa retenção de água. Os diuréticos aumentam a excreção renal de líquido.

A pressão sanguínea aumenta se o volume de sangue circulante aumenta. Com a restrição de sal na dieta, a pessoa pode diminuir a retenção de líquido no compartimento extracelu lar, o qual inclui o plasma. Os d iuréticos também ajudam a diminuir o volume de sangue.

3

Por que o bloqueio da ação de um vasoconstritor diminui a pressão sanguínea?

A pressão sanguínea é determinada pelo débito cardíaco e pela resistência periférica.

A resistência é inversamente proporciona l ao raio do vaso sanguíneo. Portanto, se o vaso dilata como resultado de um bloqueio de um vasoconstritor, a resistência e a pressão sanguínea diminuem.

Como os bloqueadores de canais de cálcio d iminuem a pressão sanguínea?

O cálcio proveniente do líquido extracelu lar entra e desempenha um importante papel na contração do músculo liso e do músculo cardíaco.

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2

Bloqueando a entrada de Ca + através dos canais de Ca2 + , d iminui a força de contração cardíaca, assim como a contrati lidade do músculo liso vascular. Ambos os efeitos baixam a pressão sanguínea.

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RESUMO DO CAPÍTULO O fluxo sanguíneo pelo sistema circulatório é um excelente exemplo de "fluxo de massa no corpo. A contração cardíaca aumenta a pressão nos ventrículos, e essa pressão impulsiona o sangue pelos vasos da circulação sistêmica e pulmonar, acelerando a comunicação célula a célula. A resistência ao fluxo é regulada por mecanismos de controle local e re"{lexo que atuam sobre o músculo liso arteriolar e ajudam a ajustar a perfusão do tecido às suas necessidades. O reflexo barorreceptor homeostático monitora a pressão arterial para assegurar a perfusão adequada do encéfalo e do coração. As trocas capilares de materiais entre os compartimentos plasmático e liquido intersticial usam diversos mecanismos de transporte, incluindo difusão, transcitose e fluxo de massa. 1. A regulação homeostática do sistema circulatório tem o objetivo de manter o fluxo sanguíneo adequado para o encéfalo e o coração. (p. 513) 2. O fluxo total de sangue em qualquer nível da circulação é igual ao débito cardíaco. (p. 514)

Vasos sanguíneos Cardiovascular: revisão de anatomia: estrutura e função dos vasos sanguíneos 3. Os vasos sanguíneos são compostos de camadas de músculo liso, tecido conectivo fibroso e elástico e endotélio. (p. 514; Fig. 15-2) 4. O músculo liso vascular mantém um estado de tônus muscular. (p. 514) 5. As paredes da aorta e das grandes artérias são rígidas e elásticas. Essa propriedade permite que elas absorvam energia e a liberem pela retração elástica. (p. 514) 6. As metarteriolas regulam o fluxo sanguíneo pelos capilares e permitem que os leucócitos se dirijam diretamente das arteríolas para a circulação venosa. (p. 515; Fig. 15-3) 7. Os capilares e as vênulas pós-capilares são o local de troca entre o sangue e o líquido intersticial. (p. 515) 8. As veias contêm mais do que a metade do sangue do sistema circulatório. Elas têm paredes mais finas e menos tecido elástico que as artérias; assim, as veias expandem-se facilmente quando são preenchidas com sangue. (p. 515) 9. A angiogênese é o processo pelo qual novos vasos sanguíneos crescem e desenvolvem-se, especialmente depois do nascimento. (p. 516)

Pressão sanguínea Cardiovascular: mensurando a pressão sanguínea 10. Os ventrículos geram alta pressão, que é a força propulsora do fluxo sanguíneo. A aorta e as artérias atuam como um reservatório de pressão durante o relaxamento ventricular. (p. 516; Fig. 15-4) 11. A pressão sanguínea é mais alta nas artérias e diminui à medida que o sangue flui pelo sistema circulatório. Em repouso, a pressão sistólica média é 120 mmHg, e a pressão diastólica média é 80 mmHg. (p. 516; Fig. 15-5) 12. A pressão criada pelos ventrículos pode ser percebida como um pulso nas artérias. A pressão de pulso é igual à pressão sistólica menos a pressão diastólica. (p. 516) 13. O fluxo sanguíneo contra gravidade nas veias é ajudado pelas valvas undirecionais e pelas bombas muscular esquelética e respiratória. (p. 516; Fig. 15-6) 14. A pressão sanguínea arterial é um indicativo da pressão de propulsão do fluxo sanguíneo. A pressão arterial média (PAM)

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é definida como pressão diastólica + 1/3 (pressão sistólica pressão diastólica). (p. 517) A pressão sanguínea arterial é geralmente medida com um esfigmomanômetro. O sangue passando por uma artéria braquial comprimida produ.z os sons de Korotkoff. (p. 518; Fig. 15-7) A pressão arterial é um balanço entre o débito cardíaco e a resistência ao fluxo sanguíneo oferecido pelas arteríolas (resistência periférica). (p. 519; Fig. 15-8) Se o volume sanguíneo aumenta, a pressão sanguínea aumenta. Se o volume sanguíneo diminui, a pressão sanguínea diminui. (p.520; Fig.15-9) O volume sanguíneo venoso pode ser deslocado para as artérias se a pressão arterial sanguínea cair. (p. 521; Fig 15-10)

Resistência nas arteríolas Cardiovascular: fatores que afetam a pressão , sangu1nea 19. As arteríolas são o principal local de resistência variável na circulação sistêmica. Uma pequena mudança no raio de uma arteríola gera uma grande mudança na resistência: R ex l/r4 • (p. 522) 20. As arteríolas regulam seu próprio fluxo sanguíneo pela autorregulação miogênica. A vasoconstrição aumenta a resistência oferecida por uma arteríola e diminui o fluxo sanguíneo por ela. (p. 523) 21. A resistência arteriolar é influenciada por mecanismos de controle local que ajustam o fluxo sanguíneo nos tecidos a suas necessidades metabólicas. Vasodilatadores parácrinos incluem óxido nítrico, H+, K+, C02, prostaglandinas, adenosina e histamina. Baixos níveis de 0 2 causam vasodilatação. Endotelinas são poderosos vasoconstritores. (p. 523; Tbl. 15-2) 22. A hiperemia ativa é um processo no qual o aumento do fluxo sanguíneo acompanha o aumento da atividade metabólica. A hiperemia reativa é um aumento do fluxo sanguíneo no tecido após um período de baixa perfusão. (p. 523-524; Fig. 15-11) 23. A maioria das arteríolas sistêmicas está sob controle simpático tônico. A noradrenalina causa vasoconstrição. A diminuição da estimulação simpática causa vasodilatação. (p.524) 24. A adrenalina se liga aos receptores a arteriolares e causa vasoconstrição. A ação da adrenalina sobre os receptores 132 encontrados nas arteríolas do coração, fígado e músculo esquelético causa vasodilatação. (p. 524)

Distribuição de sangue para os tecidos 25. Mudanças na resistência das arteríolas afetam a pressão arterial média e alteram o fluxo sanguíneo pelas arteríolas. (p. 526; Fig. 15-15) 26. O fluxo pelas arteríolas individuais depende da sua resistência. Quanto mais alta a resistência em uma arteríola, menor seu fluxo sanguíneo: Fluxoarterroia oc 1/1\irtenoia· (p. 526) 27. O fluxo sanguíneo nos capilares individuais pode ser regulado pelos esfincteres pré-capilares. (p. 526; Fig. 15-16)

Trocas nos capilares Cardiovascular: autorregulação e dinâmica capilar 28. As trocas de materiais entre o sangue e o líquido intersticial ocorrem principalmente por difusão. (p. 528) 29. Os capilares contínuos têm junções permeáveis entre as células, mas também transportam materiais por transcitose. Capila-

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30. 31. 32.

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res contínuos com junções oclusivas formam a barreira hematencefálica. (p. 527; Fig. 15-17) Capilares fenestrados têm poros que permitem a passagem rápida de grandes volumes de líquido. (p. 527; Fig. 15-17) A velocidade do fluxo sanguíneo pelos capilares é lenta, permitindo que a difusão atinja o equilíbrio. (p. 528; Fig. 15-18) O fluxo de massa refere-se ao movimento de massa do líquido entre o sangue e o líquido intersticial. O movimento do líquido é chamado filtração se a direção do fluxo for para fora dos capilares, e absorção se a direção do fluxo for para dentro dos capilares. (p. 528; Fig. 15-19) A diferença entre a pressão osmótica do plasma e a do líquido intersticial devida à presença de proteínas plasmáticas é a pressão coloidosmótica. (p. 529)

Sistema linfático Líquidos & eletrólitos: homeostase eletrolítica, edema

34. Cerca de 3 litros de líquido são filtrados para fora dos capilares a cada dia. O sistema linfático leva esse líquido de volta para o sistema circulatório. (p. 530; Fig. 15-20) 35. Os capilares linfáticos acumulam líquido, proteínas intersticiais e matéria particulada por fluxo de massa. O fluxo linfático depende do músculo liso na parede dos vasos, das valvas de sentido único e da bomba do músculo esquelético. (p. 531) 36. A condição na qual o excesso de líquido se acumula no espaço intersticial é chamada de edema. Fatores que alteram o balanço normal entre a filtração capilar e a absorção capilar causam o edema. (p. 531; Fig. 15-21)

Regulação da pressão sanguínea Cardiovascular: regulação da pressão sanguínea

37. O controle reflexo da pressão sanguínea localiza-se no bulbo. Barorreceptores na artéria carótida e na aorta monitoram a pressão arterial e desencadeiam o reflexo barorreceptor. (pp. 532-533; Figs. 15-22, 15-23) 38. A eferência do centro de controle cardiovascular bulhar vai para o coração e as arteríolas. O aumento da atividade simpática aumenta a frequência cardíaca e a força de contração. O aumento da a atividade parassimpática diminui a frequência cardíaca. O aumento da descarga simpática nas arteríolas causa vasoconstrição. Não existe controle parassimpático significativo sobre as arteríolas. (p. 533) 39. A função cardiovascular pode ser modulada pelo estímulo vindo dos centros encefálicos superiores e do centro de controle respiratório do bulbo. (p. 533) 40. O reflexo barorreceptor funciona cada vez que uma pessoa se levanta. A queda na pressão sanguínea quando uma pessoa levanta é conhecida como hipotensão ortostática. (p. 535; Fig. 15-24)

Doença cardiovascular 41. A doença cardiovascular é a principal causa de morte nos Estados Unidos. Os fatores de risco preveem a probabilidade de uma pessoa desenvolver uma doença cardiovascular durante sua vida. (p. 535) 42. A aterosclerose é uma condição inflamatória na qual os depósitos de gordura, chamados de placas, desenvolvem-se nas artérias. Se as placas são instáveis, elas podem bloquear as artérias formando coágulos de sangue. (p. 537; Fig. 15-25) 44. Hipertensão é um fator de risco importante para o desenvolvimento da doença cardiovascular. (p. 539; Fig. 15-26)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL 1 REVISANDO FATOS E TERMOS 1. A principal prioridade da homeostase da pressão sanguínea é manter a perfusão adequada para quais órgãos? 2. Relacione os tipos de vasos sanguíneos sistêmicos com os termos que os descrevem. Cada tipo de vaso pode ter mais do que uma característica, e os itens podem ser usados mais de uma vez. (a) Arteríolas 1. armazenam a pressão gerada pelo coração (b) Artérias 2. têm paredes rígidas e elásticas (c) Capilares 3. carregam sangue com pouco oxigênio (d) Veias 4. têm paredes finas de epitélio de troca (e) Vênulas 5. atuam como reservatório de volume 6. seu diâmetro pode ser alterado por estímulo neural 7. o fluxo sanguíneo é mais lento por esses vasos 8. têm a menor pressão sanguínea 9. são o principal local de resistência variável 3. Liste os quatro componentes teciduais da parede dos vasos sanguíneos, em ordem, da camada mais interna à mais externa. Descreva brevemente a importância de cada tecido. 4. O fluxo sanguíneo para tecidos individuais é regulado por vasoconstrição e vasodilatação seletivas de quais vasos?

5. A pressão aórtica alcança um valor elevado típico de _ __ _ __ (dê os valores numéricos e as unidades) durante a _ __ _ __ ou contração do coração. Com o relaxamento do coração durante o evento chamado a pressão aórtica cai para um valor típico baixo de . A leitura dessa pressão sanguínea seria escrita como . 6. O rápido aumento da pressão que ocorre quando o ventrículo esquerdo empurra o sangue para a aorta pode ser percebida como uma onda de pressão, ou . Qual é a equação usada para calcular a amplitude dessa onda de pressão? 7. Liste os fatores que ajudam no retorno venoso para o coração. 8. O que é hipertensão e por que é uma ameaça a uma pessoa saudável? 9. Quando se está verificando a pressão sanguínea de alguém, em que ponto do procedimento se escuta os sons de Korotkoff? 10. Liste três substâncias parácrinas que causam vasodilatação. Qual é a origem de cada uma? Além das substâncias parácrinas, liste dois outros modos de controlar a contração do músculo liso das arteríolas. 11. O que é hiperemia? Como a hiperemia ativa difere da hiperemia reativa? 12. A maioria das arteríolas sistêmicas é inervada por ramos - - - -- - do sistema nervoso. Aumentando o estímulo simpático teremos que efeito sobre o diâmetro das arteríolas?

Fisiologia Humana

13. Relacione cada evento na coluna da esquerda com todos os neurotransmissor(es) e receptor(es) apropriados da lista da direita. (a) Vasoconstrição das arteríolas 1. noradrenalina 2. adrenalina intestinais (b) Vasodilatação das arteríolas co- 3. acetilcolina , . 4. receptor 13 1 ronanas (c) Aumento da frequência cardíaca 5. receptor ex (d) Diminuição da frequência car6. receptor 132 7. receptor nicotínico díaca (e) Vasoconstrição das arteríolas 8. receptor muscarínico , . coronar1as 14. Quais órgãos recebem mais que dois terços do débito cardíaco em repouso? Quais órgãos têm o maior fluxo de sangue por unidade de peso? 15. A partir da densidade dos capilares em um tecido, você pode fazer suposições sobre qual propriedade desse tecido? Qual tecido tem a menor densidade capilar? Qual tecido tem a densidade mais alta? 16. Que tipo de transporte é usado para mover cada uma das seguintes substâncias através do endotélio capilar? (a) oxigênio (b) proteínas (c) glicose (d) água 17. Quais os três sistemas fisiológicos com os quais os vasos do sistema linfático interage? 18. Defina edema. Liste algumas condições nas quais ele pode ocorrer. 19. Defina os termos a seguir e explique sua importância para a fisiologia cardiovascular. (a) perfusão (b) pressão coloidosmótica (c) vasoconstrição (d) angiogênese (e) metarteríolas (f) pericitos 20. As duas principais lipoproteínas carreadoras de colesterol são ______ e . Qual tipo é prejudicial ao corpo quando está em grande quantidade?

23. Os bloqueadores de canais de cálcio impedem o movimento de Ca2 + através de seus canais. Explique duas maneiras pelas quais esta ação baixa a pressão sanguínea. Por que neurônios e outras células não são afetados por esses fármacos? 24. Defina autorregulação miogênica. Quais mecanismos têm sido propostos para explicá-la? 25. A insuficiência ventricular esquerda pode ser acompanhada por edema, respiração curta e aumento da pressão venosa. Explique como se desenvolvem esses sinais e sintomas.

NÍVEL 3 SOLUCIONANDO PROBLEMAS 26. Roberto tem 52 anos de idade e não é fumante. Ele pesa 81 kg, tem 175 cm de altura e a sua pressão sanguínea arterial média é 145/95 em três visitas sucessivas ao consultório do seu médico. Seu pai, seu avô e seu tio tiveram ataques cardíacos por volta dos 50 anos de idade, e sua mãe morreu aos 71 anos de acidente vascular cerebral. (a) Identifique em Roberto os fatores de risco para doença cardíaca coronariana. (b) Roberto tem hipertensão? Explique. (c) O médico de Roberto prescreveu um fármaco chamado de 13-bloqueador. Explique o mecanismo pelo qual o fármaco bloqueador do receptor 13 pode ajudar a baixar a pressão , sangu1nea. 27. A figura a seguir é uma representação esquemática da circulação sistêmica. Use-a para ajudar a responder às seguintes questões. (DC= débito cardíaco, PAM =pressão arterial média.) (a) Se a resistência nos vasos 1 e 2 aumentam por causa da presença de substâncias parácrinas locais, mas o débito cardíaco é inalterado, o que acontece com a PAM? O que acontece ao fluxo nos vasos 1 e 2? E nos vasos 3 e 4? (b) A compensação homeostática ocorre em segundos. Desenhe um mapa reflexo para explicar a compensação (estímulo, receptor, e assim por diante). (c) Quando o vaso 1 contrai, o que acontece com a pressão de filtração nos capilares que se formam a partir dessa arteríola?

21. Mapa de conceito: Mapeie todos os fatores a seguir que influenciam a pressão arterial média. Você pode adicionar termos. aorta neurônio sensorial artéria carótida neurônio simpático arteríola nó SA resistência periférica barorreceptor retorno venoso bulbo veia contratilidade ventrículo débito cardíaco volume sanguíneo frequência cardíaca neurônio parassimpático volume sistólico 22. Compare e diferencie os seguintes conjuntos de termos: (a) capilares linfáticos e capilares sistêmicos (b) papel das subdivisões simpática e parassimpática no controle da pressão sanguínea (c) linfa e sangue (d) capilares contínuos e capilares fenestrados (e) pressão hidrostática e pressão coloidosmótica nos capilares sistêmicos

- - --> - - - - - - ---PAM

..........

DC

NÍVEL 2 REVISANDO CONCEITOS

543

Artérias Ventrículo esquerdo

Resistência

t t G) ®

t

t

® ©

Fluxo nos vasos originalizados nas arteríolas

28. Desenhe um mapa reflexo que explique a síncope vasovagal ao ver sangue. Inclua todos os passos do reflexo, e explique se as vias estão sendo estimuladas ou inibidas. 29. Um fisiologista coloca um pedaço de uma arteríola em uma câmara de perfusão contendo solução salina. Quando o conteúdo de oxigênio da salina da perfusão (fluindo através) da arteríola foi reduzido, a arteríola dilatou. Em um experimento seguinte, foi usado um pedaço de músculo liso arteriolar que foi isolado

15

544

Dee Unglaub Silverthorn

das outras camadas da parede arteriolar. Quando o conteúdo de oxigênio da salina foi reduzido, como no primeiro experimento, o músculo isolado não mostrou resposta. O que esses dois experimentos sugerem sobre como os baixos níveis de oxigênio exercem controle local sobre as arteríolas? 30. Os gráficos a seguir são registros de contrações de um coração isolado de rã. O coração intacto de rã é inervado pelos neurônios simpáticos, que aumentam a frequência cardíaca, e pelos neurônios parassimpáticos, que diminuem a frequência cardíaca. Com base nesses quatro gráficos, a que conclusão você pode chegar sobre o mecanismo de ação da atropina? (A atropina não cruza a membrana da célula.)

...

canal chamado de ductus arteriosus (dueto arterial). Normalmente, esse canal total de desvio fecha-se durante o primeiro dia depois do nascimento, mas a cada ano aproximadamente 4.000 bebês nos Estados Unidos mantêm um dueto arterial patente (aberto) e necessita de cirurgia para fechar esse canal. (a) Use essa informação para desenhar um diagrama anatômico mostrando o fluxo sanguíneo em um bebê com dueto arterial persistente ou patente. (b) No feto, por que a maior parte do sangue desvia dos pulmões? (e) Se o lado sistêmico do sistema circulatório é mais longo que o lado pulmonar, qual circuito tem maior resistência? (d) Se o fluxo é igual nas circulações pulmonar e sistêmica, qual lado do coração deve gerar mais pressão para vencer a resistência? (e) Use a sua resposta em (d) para imaginar de que modo o sangue fluirá através de um dueto arterial persistente .

A

(adição de adrenalina)

... B

(adição de adrenalina+ atropina)

...e (adição de ACh)

... D

(adição de ACh + atropina)

31. Na aterosclerose avançada, as placas calcificadas tornam rígidas e não complacentes a aorta e as artérias normalmente elásticas. (a) Que efeito essa mudança na aorta tem sobre a pós-carga? (b) Se o débito cardíaco permanecer inalterado, o que acontece com a resistência periférica e a pressão arterial média? 32. Durante o desenvolvimento fetal, a maior parte do sangue da artéria pulmonar desvia dos pulmões e entra na aorta por um

NÍVEL 4 PROBLEMAS QUANTITATIVOS 33. Usando a equação apropriada, explique matematicamente o que acontece ao fluxo sanguíneo se o diâmetro de um vaso sanguíneo aumenta de 2 mm para 4 mm. 34. Reproduzindo os cálculos que levaram William Harvey a acreditar que o sangue circula em um circuito fechado: (a) Verifique seu pulso em repouso. (b) Considere que o seu coração em repouso bombeia 70 mL/batimento e que 1 mL de sangue pesa um grama. Calcule quanto tempo o seu coração levaria para bombear o seu peso em sangue. 35. Calcule a pressão arterial média (PAM) e a pressão de pulso para uma pessoa com pressão sanguínea de 115/73. 36. De acordo com o princípio de Fick, a taxa de consumo de oxigênio de um órgão é igual ao fluxo sanguíneo através desse órgão multiplicado pela quantidade de oxigênio extraída do sangue enquanto ele flui pelo órgão:

Taxa de consumo de oxigênio

=

fluxo sanguíneo

x (conteúdo de oxigênio arterial - conteúdo de oxigênio venoso) (mL de 0 2 consumido/min) = (mL de sangue/min x mL de 0 2 /mL de sangue) Uma pessoa tem uma taxa de consumo total de oxigênio de 250 mL/min. O conteúdo de oxigênio do sangue na sua aorta é 200 mL de Oz/L de sangue, o conteúdo de oxigênio do sangue de sua artéria pulmonar é 160 mL de 0 2 /L de sangue. Qual é o seu débito cardíaco?

RESPOSTAS

.fRespostas para as questões ''Revisando conceitos'' Página 517 1. As veias do encéfalo não necessitam de valvas porque o fluxo sanguíneo é auxiliado pela gravidade. 2. A onda da carótida chegaria ligeiramente antes da onda do punho porque a distância entre o coração e a artéria carótida é menor.

3. Quem tem a pressão de 130/95 tem a pressão de pulso mais alta (35 mm Hg). Página 518 4. Se a frequência cardíaca aumenta, o tempo relativo despendido na diástole diminui. Nesse caso, a contribuição da pressão sistólica para a pressão arterial média aumenta, e a PAM também aumenta. 5. Pressão de pulso é 112 - 68 = 44 mm Hg. PAM é 68 + 1/3 (44) = 82,7 mmHg.

Fisiologia Humana

Páginas 523 6. (d) 7. O K+ extracelular dilata as arteríolas, o que aumenta o fluxo , sangu1neo. Página 525 8. A ligação da adrenalina a receptores 13 1 do miocárdio aumenta a frequência cardíaca e a força de contração. A ligação da adrenalina ao receptor 132 nas arteríolas cardíacas causa vasodilatação. 9. Os receptores a têm menor afinidade pela adrenalina do que os receptores 132; assim, os receptores 132 prevalecem e as arteríolas dilatam. Páginas 526 10. (a) O rim tem o fluxo sanguíneo mais alto por unidade de peso. (b) O coração tem o fluxo sanguíneo total mais baixo. Páginas 530 11. A perda de proteínas plasmáticas diminuirá a pressão coloidosmótica. Consequentemente, a pressão hidrostática terá um efeito maior no balanço entre a filtração e a absorção, e a filtração aumentará. 12. O uso da pressão osmótica, ao invés da osmolaridade, permite uma comparação direta entre a pressão de absorção e a pressão de filtração, ambas as quais são expressas em mmHg. Páginas 532 13. Se o ventrículo esquerdo falha, o sangue retorna para o átrio esquerdo e veias pulmonares e depois para os capilares pulmonares. O edema esperado é nos pulmões, conhecido como edema pulmonar.

14. Dietas com pouca proteína resultam em baixa concentração de proteínas no plasma. A absorção capilar é reduzida, ao passo que a filtração permanece constante, resultando em edema e ascite.

545

tímulo simpático para o coração e as arteríolas. Uma segunda via espinal descendente vai para a medula da suprarrenal, que libera adrenalina. A ação da adrenalina sobre os receptores-13 2 do fígado, coração e arteríolas do músculo esquelético causavasodilatação dessas arteríolas. A noradrenalina nos receptores-a em presentes em outras arteríolas causa vasoconstrição. Ambas as catecolaminas aumentam a frequência cardíaca e a força de contração.

Q Respostas às questões das figuras e dos gráficos Página 513 Figura 15-1: As bombas são arranjadas em série. Página 525 Figura 15-13: A inervação simpática e a adrenalina aumentam a frequência cardíaca e o volume sistólico; a inervação parassimpática diminui a frequência cardíaca. O estímulo simpático causa vasoconstrição, mas a adrenalina causa vasodilatação em algumas arteríolas. Para os fatores parácrinos que influenciam o diâmetro arteriolar, veja a Tabela 15-2. Página 526 Figura 15-14: O fluxo sanguíneo através dos pulmões é 51/min. Página 529 Figura 15-18: (a) A velocidade do fluxo é inversamente proporcional à área: quando a área aumenta, a velocidade diminui. (b) Mudar somente a área de secção transversal não tem efeito sobre a taxa de fluxo porque a taxa de fluxo é determinada pelo débito cardíaco. Página 530 Figura 15-19: A filtração resultante aumentará como resultado do aumento da pressão hidrostática.

Páginas 535 15. O íon mais provável é o Na+ movendo-se para dentro da célula.

Página 533 Figura 15-22: Nó SA: receptores colinégicos muscarínicos para ACh e receptores 13 1 para catecolaminas. Ventrículos: receptores 13 1 para catecolaminas. Arteríolas e veias: receptores a para noradrenalina.

Páginas 535 16. Estímulo: visão, som e cheiro do T. rex. Receptores: olhos, orelhas, e nariz. Centro integrador: córtex cerebral, com vias descendentes através do sistema límbico. Vias divergentes vão para o centro de controle cardiovascular, o qual aumenta o es-

Página 536 Figura 15-24: Arteríolas e veias: noradrenalina, receptores a. Ventrículos: noradrenalina, receptores 13 1• Nó SA: noradrenalina, receptores 13 1 e ACh, receptores muscarínicos.

15

Plasma e os elementos celulares do sangue 547 548

O plasma é composto de matriz extracelular Os elementos celulares incluem eritrócitos (hemácias), leucócitos e plaquetas

Produção de células do sangue 550 551 551 552 552

As células do sangue são produzidas na medu la óssea A hematopoese é controlada por citocinas Os fatores estimuladores de colônia regulam a leucopoese A trombopoetina regula a produção de plaquetas A eritropoetina regu la a produção de eritrócitos

Eritrócitos 553

Eritrócitos maduros não possuem núcleo 554 A síntese de hemoglobina requer ferro 555 Os eritrócitos vivem cerca de quatro meses 556 Distúrbios nos eritrócitos diminuem o transporte de oxigênio

Plaquetas e coagulação 559

As plaquetas são pequenos fragmentos de células 559 A hemostasia evita a perda de sangue dos vasos danificados 561 A ativação das p laquetas inicia o processo da coagulação 561 A coagulação transforma o tampão plaquetário em um coágulo 563 Os anticoagu lantes impedem a coagu lação

CONHECIMENTOS BÁSICOS Estrutura das proteínas: 31 Tecido conectivo: 80 Fagocitose: 152 Cascata de segundos mensageiros: 184 Viscosidade e resistência: 473 Colágeno: 80 Organelas celulares: 63 Citocinas: 180

Quem poderia pensar que o velho tivesse tanto sangue? - Macbeth, V, i, 42, de William Shakespeare

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Doping sanguíneo em atletas Os atletas gastam centenas de horas treinando, tentando desenvolver sua resistência. Para Johann Muehlegg, um esquiador de cross-country que participou dos jogos Olímpicos de Inverno de 2002 na cidade de Salt Lake, parecia que seu treinamento t inha compensado quando ele conquistou três medalhas de ouro. Entretanto, no último dia dos jogos, o Comitê Olímpico expulsou Muehlegg e retirou sua medalha de ouro obtida na clássica corrida de 50 quilômetros. A razão? Ele teve o teste posit ivo para uma substância química que melhora o desempenho aumentando a capacidade de transportar oxigênio no sangue. O Comitê alegou que a resistência de Muehlegg na estafante corrida era resultado do doping sanguíneo, não do treinamento.

553

558

561

565

sangue, o líquido que circula no sistema circulatório, tem ocupado um lugar de destaque ao longo da história como um líquido quase místico. Sem dúvida, os seres humanos fizeram a associação entre o sangue e a vida quando começaram a construir ferramentas e a caçar animais. Um animal ferido que perdia sangue ficava debilitado e morria se a perda de sangue fosse suficientemente intensa. A conclusão lógica era que o sangue é necessário para a existência. Esta observação finalmente levou ao termo força vital, que significa algo essencial para a existência. Os antigos médicos chineses associavam o sangue ao fluxo de energia no corpo. Eles escreveram sobre a circulação do sangue pelo coração e vasos sanguíneos muito antes de William Harvey descrevê-la no século XVII na Europa. Na China, mudanças no fluxo do sangue eram usadas como indícios para o diagnóstico de doenças. Os médicos chineses procuravam reconhecer alguma das cerca de 50 variações do pulso. Como o sangue era considerado um fluido vital a ser conservado e mantido, sangrar pacientes para curar doenças não era uma forma padrão de tratamento no Oriente. Em contraste, as civilizações ocidentais acreditavam que as doenças eram causadas por maus espíritos que circulavam no sangue. A forma de retirar esses espíritos era remover o sangue que os continha. Entretanto, como o sangue era reconhecido como um líquido essencial, a sangria tinha de ser feita de forma criteriosa. As veias eram abertas com facas ou instrumentos afiados (flebotomia ou,, venossecção), ou sanguessugas eram aplicadas na pele. Na India antiga, as pessoas acreditavam que as sanguessugas podiam distinguir entre o sangue saudável e o infectado. Não existem registros de que a flebotomia fosse praticada no antigo Egito, mas o trabalho realizado por Galeno de Pergamum no século II d.C influenciaram a medicina ocidental por aproximadamente 2.000 anos. Este importante médico grego usava a sangria como tratamento para muitas doenças. O local, o momento e a frequência da sangria dependiam da doença, e o médico era ensinado a remover sangue suficiente

547

para levar o paciente ao ponto de desmaiar. Durante anos, esta prática sem dúvida matou mais pessoas do que curou. O que é mais surpreendente é o fato de que, ainda em 1923, um livro médico americano defendia o uso da sangria para o tratamento de certas doenças infecciosas, como a pneumonia! Agora que entendemos melhor a importância do sangue na resposta imunitária, é de se duvidar que a medicina moderna volte a defender a remoção do sangue como um meio não específico de tratar doenças. Porém, a sangria ainda é usada para alguns distúrbios hematológicos [haima, sangue].

PLASMA E ELEMENTOS CELULARES DO SANGUE O que é esse líquido notável que flui pelo sistema circulatório? O sangue constitui um quarto do líquido extracelular, o meio interno que banha as células e atua como intermediário entre as células e o meio externo. O sangue é a porção circulante do líquido extracelular responsável por transportar material de uma parte do corpo para outra. O volume de sangue total em um homem de 70 kg é igual a cerca de 7% do peso total do seu corpo, ou 0,07 x 70 kg = 4, 9 kg. Assim, se assumimos que 1 kg de sangue ocupa o volume de 1 litro, um homem com 70 kg possui aproximadamente 5 litros de sangue. Deste volume, cerca de 2 litros são compostos de células sanguíneas, os 3 litros restantes são compostos de plasma, a porção líquida do sangue. Este capítulo apresenta uma visão geral dos componentes do sangue, e consideramos as funções do plasma, dos eritrócitos e das plaquetas, mas iremos reservar a discussão detalhada a respeito da hemoglobina para o Capítulo 18, e dos leucócitos e tipos sanguíneos para o Capítulo 24.

O plasma é composto de matriz extracelular O plasma é a porção líquida do sangue, dentro da qual os elementos celulares estão suspensos (Fig. 16-1 e ). A água é o principal componente do plasma, correspondendo a aproximadamente 92o/o do seu peso. As proteínas respondem por outros 7o/o. O 1o/o restante são moléculas orgânicas dissolvidas (aminoácidos, glicose, lipídeos e resíduos nitrogenados), íons (Na+, K+, Cl-, H+, Ca2 + e HC0 3 -, elementos-traço, vitaminas, oxigênio (02) e dióxido de carbono (C02) dissolvidos. O plasma é idêntico em composição ao líquido intersticial, exceto pela presença de proteínas plasmáticas. As albuminas são o tipo de proteína mais prevalente no plasma, constituindo cerca de 60o/o do total. As albuminas e outras nove proteínas - incluindo as globulinas, a proteína da coagulação fibrinogênio e a proteína transportadora de ferro transferrina - constituem mais de 90% de todas as proteínas plasmáticas. O fígado produz a maioria das proteínas plasmáticas e as secreta no sangue. Algumas globulinas, conhecidas como imunoglobulinas ou anticorpos, são sintetizadas e secretadas por células sanguíneas especializadas, em vez de pelo fígado. A presença de proteínas no plasma torna a pressão osmótica do sangue mais alta do que a do líquido intersticial. Este gradiente osmótico tende a puxar água do líquido intersticial para dentro dos capilares, como você aprendeu no Capítulo 15 [ $ p. 528].

16

548

Dee Unglaub Silverthorn

-

.---~

,

Agua

Am'1noáCI'dOS

Proteínas

1

Albuminas

1

Globulinas

,

-1

lons 1

Moléculas organ1cas

Plasma

A

-

'

•

1- -> 1

Glicose

1- ----.>

Lipídeos

-- Fibrinogênio

como

Resíduos nitrogenados

Elementos traço e vitaminas

C02 Gases

como

-

02

é SANGUE

~ composto

de

Linfócitos

Eritrócitos

/

Monócitos

Elementos .__._..celulares 1--+-• 1 Leucócitos

incluem -+-~

Neutrófilos Plaquetas

Eosinófilos

µm -~ o

--10 --15

e

FIGURA 16-1

O sangue consiste em plasma e elementos celulares.

As proteínas plasmáticas participam de muitas funções, incluindo a coagulação do sangue e a defesa contra invasores. Além disso elas podem atuar como carreadores para hormônios esteroides, colesterol, fármacos e certos íons, como o ferro (Fe2 +). Finalmente, algumas proteínas plasmáticas atuam como hormônios ou como enzimas extracelulares. A Tabela 16-1 • resume as funções das proteínas plasmáticas.

Os elementos celulares incluem eritrócitos (hemácias), leucócitos e plaquetas Três elementos celulares principais são encontrados no sangue (Fig. 16-1): hemáceas (células vermelhas), também chamadas de eritrócitos [erytros, vermelho]; células brancas do sangue, também denominadas leucócitos [leukos, branco]; e plaquetas, ou trombócitos [trombo, caroço, coágulo] .

Fisiologia Humana

549

Funções das proteínas plasmáticas NOME

ORIGEM

FUNÇÃO

Albuminas (múltiplos tipos)

Fígado

Contribuintes principais para a pressão coloidosmótica do plasma; carreadores para várias substâncias

Globulinas (múltiplos tipos)

Fígado e tecido linfático

Fatores de coagulação, enzimas, anticorpos e carreadores para várias substâncias

Fibrinogênio

Fígado

Forma filamentos de fibrina essenciais para a coagulação do sangue

Transferrina

Fígado e outros tecidos

Transporte de ferro

Os leucócitos são as únicas células plenamente funcionais na circulação. Os eritrócitos perdem seu núcleo ao entrarem na corrente sanguínea, e as plaquetas, as quais também não possuem núcleo, são fragmentos celulares que foram originados de uma grande célula precursora conhecida como megacariócito [mega, extremamente grande + karion, núcleo + dto, célula]. Os eritrócitos desempenham um papel-chave no transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos e de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. As plaquetas participam da coagu.lação, o processo pelo qual os coágulos sanguíneos impedem a perda de sangue de vasos lesados. Os leucócitos desempenham um papel-chave na resposta imunitária, defendendo o corpo contra invasores externos, como parasitas, bactérias e vírus. Ainda que a maioria dos leucócitos circule pelo corpo no sangue, seu trabalho normalmente é realizado nos tecidos, em vez de no sistema circulatório. O sangue contém cinco tipos de leucócitos maduros: (1) linfócitos, (2) monócitos, (3) neutrófilos, (4) eosinófilos, e (5) basófilos. Os monócitos que deixam a circulação e entram nos tecidos tornam-se macrófagos. Os basófilos teciduais são chamados de mastócitos. Os tipos de leucócitos podem ser agrupados de acordo com características morfológicas ou funcionais comuns. Os neutrófilos, os monócitos e os macrófagos são conhecidos coletivamente como fagócitos, pois podem engolfar e ingerir partículas estranhas, como as bactérias (fagocitose) [ ~ p. 152]. Os linfócitos muitas vezes são denominados imunócitos porque são responsáveis por respostas imunitárias específicas contra os invasores. Os basófilos, os eosinófilos e os neutrófilos são denominados granulócitos, porque contêm inclusões citoplasmáticas que lhes dão uma aparência granular.

PRODUÇÃO DE CÉLULAS DO SANGUE

2. Por que dizemos que os eritrócitos e as plaquetas não são células t otalment e funcionais?

De onde vêm as diferentes células do sangue? Todas elas são descendentes de um tipo de célula precursora única conhecida como célula-tronco pluripotente hematopoética (Fig. 16-2 e ). Esse tipo de célula é encontrado primariamente na medula óssea, um tecido mole que preenche o centro oco dos ossos. As células- tronco pluripotentes possuem a notável habilidade de desenvolver-se formando vários tipos diferentes de célula. Quando se especializam, elas diminuem seus possíveis destinos. Primeiro, elas se tornam células-tronco não comprometidas, depois células progenitoras que estão comprometidas a desenvolverem-se em um ou talvez dois tipos de célula. As células progenitoras diferenciam-se em eritrócitos, linfócitos, outros leucócitos e megacariócitos, as células que dão origem às plaquetas. Estima-se que somente uma de cada 100.000 células da medula óssea seja uma célula-tronco não comprometida, tornando muito difícil o isolamento e o estudo destas células. Nos anos recentes, os cientistas vêm trabalhando para isolar e cultivar as células-tronco hematopoéticas não comprometidas para usá-las para reposição em pacientes nos quais suas próprias células-tronco tenham sido mortas por quimioterapia contra o câncer. Originalmente, os cientistas obtinham essas células-tronco da medula óssea ou do sangue periférico. Recentemente, o sangue do cordão umbilical, coletado ao nascer, foi identificado como uma fonte rica de células-tronco hematopoéticas que podem ser usadas para transplantes em pacientes com doenças hematológicas como a leucemia. Bancos de sangue do cordão umbilical, privados e públicos, são ativos nos Estados Unidos e na Europa* e o programa Americano de Registro Nacional de Doadores de Medula agora inclui informações sobre marcadores genéticos do sangue de cordão disponível, para ajudar os pacientes a encontrarem células-tronco compatíveis. Atualmente, os pesquisadores estão aperfeiçoando técnicas para o cultivo de células do sangue do cordão para aumentar o número de células-tronco em cada unidade.

3. Com base no que você aprendeu sobre a origem e o papel das proteínas plasmáticas, explique por que os pacientes com degeneração avançada do fígado frequentemente apresentam edema [ ~ p. 53 1]. Respostas: p. 567

*N. de T. O Brasil também possui alguns bancos de células do cordão umbilical.

CONCEITOS 1. Cite os cinco t ipos de leucócitos.

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Célula-tronco hematopoética pluripotente

t Célula-tronco não comprometida

Células progenitoras com prometidas Células-tronco 1infocíticas

Eritroblasto

1~

~:::>

Reticulócito

i

oa: o

-

Eritrócito

•

Plaquetas

Neutrófilo

Monócito

Basófilo

Eosinófilo

Linfócito

FIGURA 16-2 Hematopoese. As células abaixo da linha horizontal são as formas predominantes encontradas na circulação sanguínea. As células acima da linha são encontradas na sua maioria na medula óssea.

As células do sangue são produzidas na medula , os sea A hematopoese [haima, sangue+ poese, formação], a síntese das células do sangue, começa no início do desenvolvimento embrionário, e continua ao longo de toda a vida da pessoa. Por volta da terceira semana de desenvolvimento fetal, células especializadas do saco vitelino do embrião formam aglomerados. Alguns desses aglomerados de células estão destinados a se tornarem o revestimento endotelial dos vasos sanguí-

neos, ao passo que outros se tornam células sanguíneas. A origem embrionária comum do endotélio e das células do sangue talvez explique porque muitas citocinas que controlam a hematopoese são liberadas pelo endotélio vascular. ' A medida que o embrião se desenvolve, a produção das células do sangue se estende do saco vitelino para o fígado, o baço e a medula óssea. Após o nascimento, o fígado e o baço param de produzir células sanguíneas. A hematopoese continua acontecendo na medula de todos os ossos do esqueleto até a idade de cinco anos. À medida que a criança vai cres-

Fisiologia Humana

551

Citocinas envolvidas na hematopoese

NOME

LOCAL DE PRODUÇÃO

INFLUÊNCIAS DO CRESCIMENTO OU DA DIFERENCIAÇÃO

Eritropoetina (EPO)

Células do rim primariamente

Eritrócitos

Trombopoetina (TPO)

Principalmente fígado

Megacariócitos

Fatores estimuladores de colônias, interleucinas, fator de célula-tronco

Endotélio e fibroblastos da medula óssea, leucócitos

Todos os t ipos de células sanguíneas; mobiliza as células-tronco hematopoéticas

cendo, as regiões ativas da medula diminuem, de forma que nos adultos, a pelve, a coluna vertebral, as costelas, o crânio e as extremidades proximais dos ossos longos são as únicas áreas produtoras de células sanguíneas. A medula óssea ativa é vermelha porque contém hemoglobina, a proteína ligadora de oxigênio dos eritrócitos. A medula inativa é amarela por causa da abundância de adipócitos (células de gordura). (Você pode ver a diferença entre as medulas vermelha e amarela na próxima vez que olhar os cortes de carne com osso no supermercado.) Embora a síntese de sangue nos adultos seja limitada, o fígado, o baço e regiões inativas (amarelas) da medula óssea podem retomar a produção de células sanguíneas se houver necessidade. Nas regiões da medula que produzem ativamente células sanguíneas, cerca de 25% das células em desenvolvimento são eritrócitos, ao passo que 75o/o são destinadas a se tornarem leucócitos. O tempo de vida dos leucócitos é bem mais curto do que o dos eritrócitos; por isso, os leucócitos devem ser substituídos mais frequentemente. Por exemplo, os neutrófilos possuem uma meia-vida de seis horas, e o corpo precisa produzir mais de 100 milhões de neutrófilos a cada dia para substituir os que morrem. Os eritrócitos, por outro lado, vivem cerca de quatro meses na circulação.

A hematopoese é controlada por citocinas O que controla a produção e o desenvolvimento das células sanguíneas? Os responsáveis são os fatores químicos conhecidos como citocinas. As citocinas são peptídeos ou proteínas liberadas por uma célula que afeta o crescimento ou a atividade de outra célula [$ p. 180]. O Capítulo 7 descreve como os hormônios recém-descobertos são identificados pela palavra fator, e o mesmo se aplica às citocinas. Quando inicialmente descobertas, elas são muitas vezes denominadas fatores e adiciona-se um modificador que descreve suas ações: fator de crescimento, fator de diferenciação, fator trófico. Algumas das citocinas mais conhecidas na hematopoese são os fatores estimuladores de colônia, moléculas produzidas por células endoteliais e leucócitos. Outras são as interleucinas [inter-, entre + leuco, branco], como a IL-3. O nome interleucina foi usado inicialmente para as citocinas liberadas por um leucócito para agir em outro leucócito. Os nomes numerados das interleucinas, como interleucina-3 são dados às citocinas quando sua sequência de aminoácidos tenha sido identificada. As interleucinas também desempenham

importante papel no sistema imunitário, como discutimos no Capítulo 24. Outra citocina hematopoética é a eritropoetina, a qual controla a síntese dos eritrócitos. A eritropoetina é geralmente chamada de hormônio, mas tecnicamente se ajusta à definição de citocina, pois é sintetizada de acordo com a demanda, ao invés de ser armazenada em vesículas. A Tabela 16-2 • lista algumas das várias citocinas relacionadas à hematopoese. O papel que as citocinas desempenham na produção de células do sangue é tão complicado que uma revisão deste tópico foi intitulada "Regulação da hematopoese em um mar de membros da família das quimiocinas com uma superabundância de atividades redundantes"!* Por causa da complexidade do assunto, apresentaremos apenas uma visão geral das citocinas hematopoéticas chave.

16 Os fatores estimuladores de colônia regulam a leucopoese Os fatores estimuladores de colônia (CSFs) foram identificados e nomeados por sua capacidade de estimular o crescimento de colônias de leucócitos em cultura. Estas citocinas, produzidas por células endoteliais, fibroblastos da medula óssea e leucócitos, regulam a produção e o desenvolvimento (leucopoese) dos leucócitos. Os CSFs induzem a divisão celular (mitose) e a maturação celular das células-tronco. Quando um leucócito fica maduro, ele perde sua capacidade mitótica. Um aspecto interessante da leucopoese é que a produção de novos leucócitos é regulada em parte por leucócitos existentes. Esta forma de controle permite que o desenvolvimento dos leucócitos seja muito específico e conforme as necessidades do corpo. Quando o sistema de defesa do corpo é chamado para combater invasores, o número absoluto de leucócitos e as proporções relativas de diferentes tipos de leucócitos na circulação mudam. Os médicos muitas vezes usam a contagem diferencial de leucócitos para ajudá-los a chegar a um diagnóstico (Fig. 16-3 e ). Por exemplo, uma pessoa com uma infecção bacteriana em geral tem um número alto de leucócitos totais no sangue, com um aumento na porcentagem relativa de neutrófilos. As citocinas liberadas pelos leucócitos ativos que estão combatendo a infecção bacteriana estimulam a produção adicional de *Broxmeyer, H. E. e C.H.Kim, Experimental Hematology 27 (7): 1113-1123, 1999, Julh o.

552

Dee Unglaub Silverthorn

Hematócrito Hemoglobina (g Hb/dL* sangue) Contagem de eritrócitos (células/µL)

MULHER

40-54%

37-47%

14-17

12-16

4,5-6,5 x 1

as

3,9-5,6 X 1QS

4-11 X 103

4-11 X 103

Neutrófilos

50-70%

50-70%

Eosinófilos

1-4%

1-4%

Basófilos

<1%

<1%

Linfócitos

20-40%

20-40%

Monócitos

2-8%

2-8%

Plaquetas (por µL)

150-450 X 103

150-450 X 10 3

Contagem total de leucócitos (células/µL)

-58% volume do plasma

HOMEM

Contagem diferencial de leucócitos

100%

<1% leucócites

*1 decilitro (dL) = 100 mL

42% volume de eritrócitos amontoados

•

FIGURA 16-3 Contagem do sangue. Esta tabela lista as faixas normais de valores. O hematócrito é a porcentagem do volume total de sangue que é ocupado por eritrócitos amontoados (centrifugado). O valor da hemoglobina reflete a capacidade de transporte de oxigênio dos eritrócitos. Na contagem dos eritrócitos, uma máquina conta os eritrócitos quando eles passam por um fe ixe de luz. A contagem total de leucócitos inclui todos os tipos de leucócitos, mas não distingue entre eles. A contagem diferencial de leucócitos estima as proporções relativas de cinco tipos de leucócitos em um f ino esfregaço de sangue corado com corantes biológicos. A contagem das plaquetas indica a capacidade do sangue para coagular.

neutrófilos e monócitos. Uma pessoa com infecção viral pode ter uma contagem total de leucócitos alta, normal ou baixa, mas apresenta muitas vezes um aumento na porcentagem de linfócitos. O processo complexo pelo qual a produção de leucócitos é ajustada à necessidade ainda não está entendido completamente e é uma área ativa da pesquisa. Os cientistas estão trabalhando para criar um modelo do controle da leucopoese, para que eles possam desenvolver tratamentos eficazes para doenças caracterizadas por falta ou excesso de leucócitos. As leucemias são um grupo de doenças caracterizadas pelo crescimento e desenvolvimento anormal de leucócitos. Em neutropenias fpenia, pobreza], os pacientes possuem pouquíssimos leucócitos e são incapazes de combater as infecções virais e bacterianas. Os pesquisadores esperam encontrar melhores tratamentos para as leucemias e as neutropenias, desvendando os segredos de como o corpo regula a divisão e o crescimento celulares.

A trombopoetina regula a produção de plaquetas A trombopoetina (TPO) é uma glicoproteína que regula o crescimento e a maturação dos megacariócitos, as células progenitoras das plaquetas. (Lembre-se que trombócito é um nome alternativo para plaqueta.) A TPO é produzida principalmente no fígado, mas também está presente nos rins. Esta citocina foi descrita pela primeira vez em 1958, mas seu gene não foi clonado até 1994. Dentro de um ano, a TPO foi

amplamente disponibilizada para pesquisadores por meio do uso de técnicas de DNA recombinante, e houve uma explosão de artigos descrevendo seus efeitos nos megacariócitos e na produção de plaquetas. Embora ainda não entendamos tudo sobre a biologia básica da trombopoese, a síntese da TPO é um grande passo.

A eritropoetina regula a produção de eritrócitos A produção de eritrócitos (eritropoese) é controlada pela glicoproteína eritropoetina (EPO), auxiliada por várias citocinas. A EPO é sintetizada principalmete nos rins dos adultos. O estímulo para a síntese e liberação de EPO é a hipoxia, ou seja, baixos níveis de oxigênio nos tecidos. A hipoxia estimula a produção de um fator de transcrição chamado de fator induzível por hipoxia 1 (HIF-1), que ativa o gene EPO para aumentar a síntese de EPO. Esta via, assim como outras vias endócrinas, ajuda a manter a homeostase. Pela estimulação da síntese dos eritrócitos, a EPO coloca mais hemoglobina na circulação para transportar oxigênio. A existência de um hormônio controlando a produção de eritrócitos foi sugerida pela primeira vez na década de 1950, mas duas décadas se passaram antes de os cientistas obterem sucesso na purificação da substância. Uma das razões para esse atraso é que a EPO é produzida conforme a necessidade e não é armazenada, como ocorre em uma célula endócrina. Custou aos cientistas mais nove anos para iden-

Fisiologia Humana

tificar a sequência dos aminoácidos da EPO e para isolar e clonar o seu gene. Contudo, houve um incrível salto depois que o gene da EPO foi isolado: somente dois anos mais tarde, o hormônio foi produzido pela tecnologia de DNA recombinante e disponibilizado para uso clínico. Atualmente, os médicos podem prescrever não somente a EPO produzida geneticamente, como a epoetina, mas também vários fatores estimuladores de colônia (sargramostima e filgrastima) que estimulam a síntese de leucócitos. Os pacientes com câncer, nos quais a quimioterapia suprimiu a hematopoese, são beneficiados com injeções desses hormônios hematopoéticos, mas em 2007 a FDA publicou novas instruções sobre doses e avisos sobre o risco aumentado de formar coágulos sanguíneos pelos pacientes que tomam agentes estimuladores da eritropoese. Os cientistas estão monitorando a segurança do uso de CSFs para garantir que eles não aumentem a probabilidade de desenvolver doenças hematológicas. R VISANDO CONCEITOS

4. Nomeie a(s) citocina(s) que regula(m) o crescimento e a maturação dos (a) eritrócitos, (b) leucócitos, (c) megacariócitos. Resposta: p. 567

ERITRÓCITOS Os eritrócitos são as células sanguíneas mais abundantes. Um microlitro de sangue contém cerca de 5 milhões de eritrócitos, comparado com somente 4.000-11.000 leucócitos e 150.000-450.000 plaquetas. A função principal dos eritrócitos é facilitar o transporte de oxigênio dos pulmões às células e o transporte do dióxido de carbono das células aos pulmões. A proporção entre os eritrócitos e o plasma é indicada clinicamente pelo hematócrito e expressa como uma porcentagem do volume total de sangue (Fig. 16-3). O hematócrito é determinado colocando uma amostra de sangue dentro de um tubo capilar estreito e centrifugando, de modo que os eritrócitos que são mais pesados vão para o fundo do tubo, deixando a fina "camada amarela" dos leucócitos e plaquetas que são mais leves no meio e o plasma no topo. A coluna de eritrócitos amontoados é medida, e o valor do hematócrito é expresso como uma porcentagem do volume total da amostra. A faixa normal de hematócrito é de 40 a 54%, para homens, e de 37 a 47%, para mulheres. Este exame fornece um modo rápido e econômico de estimar a contagem de eritrócitos, pois o sangue usado para um hematócrito pode ser coletado simplesmente picando um dedo.

Eritrócitos maduros não possuem núcleo Na medula óssea, as células progenitoras comprometidas se diferenciam, após vários estágios, em grandes eritroblastos nucleados. Quando o eritroblasto amadurece, o núcleo se condensa e a célula encolhe de um diâmetro de 20 µm para cerca de 7 µm. No último estágio antes da maturação, o núcleo é expulso e fagocitado pelos macrófagos da medula óssea. Ao mesmo tempo, outras organelas com membrana (como as mitocôndrias) são degradadas e desaparecem. A forma celular imatura final, chamada de reticulódto, deixa

553

a medula e entra na circulação, onde amadurece formando um eritrócito dentro de 24 horas (Fig. 16-4c e ). Os eritrócitos maduros dos mamíferos são discos bicôncavos, com a forma muito parecida a um biscoito do qual foi retirada a geleia do centro, deixando uma depressão (Fig. 16-5a e 16-6b e ). Eles são "sacos" membranosos simples preenchidos com enzimas e hemoglobina. Pelo fato de os eritrócitos não conterem mitocôndrias, eles não podem realizar metabolismo aeróbio. Assim, a glicólise é sua fonte principal de ATP. Sem núcleo e retículo endoplasmático para realizar a síntese de proteínas, os eritrócitos são incapazes de sintetizar novas enzimas ou renovar componentes da membrana. Esta incapacidade leva a uma perda da flexibilidade da membrana, tornando as células velhas mais frágeis e passíveis de ruptura. A forma bicôncava dos eritrócitos é uma das suas características que mais os distingue. A membrana é mantida no lugar por um citoesqueleto complexo composto de filamentos unidos a proteínas transmembrana de ancoramento (Fig. 16-5c). Apesar do citoesqueleto, os eritrócitos são muito flexíveis, como um balão cheio parcialmente de água que pode ser comprimido criando várias formas. Esta flexibilidade permite aos eritrócitos mudar sua forma quando eles se espremem pelos capilares estreitos da circulação. A estrutura em forma de disco dos eritrócitos também possibilita que eles modifiquem sua forma em resposta a mudanças osmóticas no sangue. Um eritrócito colocado em um meio ligeiramente hipotônico [i: p. 161] incha e forma uma esfera sem romper a integridade da sua membrana (Fig. 16-6a e ). Em um meio hipertônico, os eritrócitos encolhem e desenvolvem uma superfície pontiaguda quando a membrana é tracionada em direção ao citoesqueleto (Fig. 16-6c).

O doping sanguíneo que visa a aumentar a capacidade de transportar oxigên io do sangue tem sido um problema em esportes de resistência por mais de 30 anos. O primeiro indício de que Muehlegg poderia estar trapaceando por este método foi o resultado de um simples exame de sangue para a hemoglobina e um hematócrito, realizado várias horas antes da corrida de 50 quilômetros. O nível de hemoglobina registrado no sangue de Muehlegg estava acima de 17,5 g/dl. Contudo, a repetição do exame mostrou que tais níveis estavam dentro dos limites aceitáveis, e foi permitido que ele corresse. Questão 1: Qual é a faixa normal da hemoglobina de Muehlegg (Fig. 16-3)? Questão2: O Comitê Olímpico também determinou o hematócrito de Muehlegg. Com o doping sanguíneo, você esperaria que o valor do hematócrito fosse maior ou menor do que o normal?

547

Ili

558

561

565

16

554

Dee Unglaub Silverthorn

EM FOCO:

MEDULA ÓSSEA

Seio central

Córtex

Estrema da medula

Medula óssea Seios venosos

~

, ·i..ót::>~. . .

·~~ov

• l-J\a\uta.Q~ ~

..- •

Plaquetas

~

Neutrófilo maduro

- - Célula-tronco

~

- VII

@

~

~ ~

Artéria nutrícia

(b) A medula óssea é um tecido muito vascularizado, preenchido com seios sanguíneos, regiões alargadas revestidas com epitélio.

(a) A medula óssea, escondida dentro dos ossos do esqueleto, é facilmente desconsiderada como um tecido, embora coletivamente tenha quase o tamanho e o peso do fígado.

As células sanguíneas ~-~ ·, maduras se comprimem ao at ravessar o endotélio para alcançar a circulação

Artéria radial

-

Reticulócito expulsando o núcleo

Fragmentos de megacariócitos - -----Tse soltam tornando-se plaquetas ~-...

Célula reticular- --

( Célula-tronco---.

'

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reticular

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I

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•

Macrófago

~-+--+fi--T""' I """-- Monócito ••

O estrema é composto ---... • • por células reticulares Linfócito semelhantes a f ibroblastos, fibras colágenas e matriz extracelular (e) A medula óssea consiste em células sanguíneas em diferentes estágios de desenvolvimento e tecido de sustentação conhecido como estroma (colchão).

e

-

@ ,.íl. ____

FIGURA 16-4

A morfologia [morfo, forma] dos eritrócitos pode fornecer pistas para a presença de doenças. Algumas vezes, as células perdem sua forma achatada de disco e se tornam esféricas (esferocitose). Na anemia falciforme, as células possuem formato de foice ou de lua crescente. Em algumas doenças, o tamanho dos eritrócitos - o volume corpuscular médio (VCM) - pode ser anormalmente grande ou pequeno. Por

exemplo, os eritrócitos podem ser anormalmente pequenos na anemia por deficiência de ferro.

A síntese de hemoglobina requer ferro A hemoglobina (Hb) é um tetrâmero que consiste em quatro cadeias de proteínas globulares (globinas), cada uma disposta

Fisiologia Humana

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1o1--+-+---- Filamento do

citoesqueleto »:,~~r!f"""- Proteína de

ancoramento

(a) A MEV (microcopia eletrônica de varredura) mostra a forma de d isco bicôncavo dos eritrócitos.

•

FIGURA 16-5

(b) Secção transversal de um eritrócito.

(e) O citoesqueleto cria a forma única dos eritrócitos.

Os eritrócitos são moldados pelo seu citoesqueleto.

•

(a)

(b)

(e)

ao redor de um grupo heme contendo ferro. Os detalhes de como a hemoglobina transporta o oxigênio são discutidos no Capítulo 18, mas nesta seção vemos o processo de síntese e metabolismo da hemoglobina (Fig. 16-7 e ). A síntese de hemoglobina necessita de um suprimento adequado de ferro na dieta proveniente de fontes como carne vermelha, feijões, espinafre e pão suplementado com ferro ©. O ferro é absorvido no intestino delgado por transporte ativo ® (para detalhes, ver o Capítulo 21) e é transportado no sangue por uma proteína carreadora chamada de transferrina @ . Os eritrócitos em desenvolvimento na medula óssea usam o ferro para sintetizar o grupo heme da hemoglobina ®. O excesso de ferro no corpo é armazenado, sobretudo no fígado, na proteína ferritina e seus derivados @. O excesso de ferro no corpo é tóxico, e o envenenamento em crianças ocorre algumas vezes quando elas ingerem muitos comprimidos de vitamina contendo ferro. Os sintomas iniciais da intoxicação por são dor gastrintestinal, cãibras e sangramento interno, o qual ocorre quando o ferro destrói o epitélio digestório. Problemas subsequentes incluem insuficiência hepática, a qual pode ser fatal.

Os eritrócitos vivem cerca de quatro meses Os eritrócitos vivem na circulação por volta de 120 ± 20 dias. Os eritrócitos velhos ficam cada vez mais frágeis, podendo romper-se à medida que tentam comprimir-se através de ca-

FIGURA 16-6 Mudanças na forma do eritrócito devido a alterações osmóticas. (a) Os eritrócitos colocados em um meio hipotônico incham e perdem sua forma característica de disco bicôncavo, mostrada em (b). (e) Os eritrócitos colocados em um meio hipertônico encolhem, mas o citoesqueleto rígido permanece intacto, criando uma superfície pontiaguda. Estas células são ditas células crenadas (crenatus, entalhado).

pilares estreitos, ou podem ser engolfados por macrófagos "lixeiros" assim que eles passam pelo baço (Fig. 16-7 @). Diversos componentes da hemoglobina são reciclados. Os aminoácidos das cadeias de globina são incorporados a novas proteínas, e parte do ferro dos grupos heme é reutili-

FOCO CLINICO

...

w HEMOGLOBINA E HIPERGLICEMIA w m Um dos objetivos do tratamento do diabete é manter a ~ concentração de glicose no sangue tão perto do normal e quanto possível, mas como um médico pode confirmar se está ocorrendo isso com um paciente? Um modo é determinar a hemoglobina do paciente. A glicose no plasma se liga covalentemente à hemoglobina, produzindo uma gl ico-hemog lobina conhecida como hemoglobina A 1c ("A-um-e "). A quantidade de hemoglobina A 1c no plasma está diretamente relacionada à exposição da hemoglobina à glicose nas últimas 8 a 12 semanas. Pelo uso deste ensaio, o médico pode monitorar as flutuações a longo prazo dos níveis de glicose no sangue e ajustar apropriadamente o tratamento do paciente diabético.

16

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Dee Unglaub Silverthorn Ferro (Fe) na d ieta

O ferro (Fe) vem da dieta. Plasma

Intestino Fe

e

Medula óssea

----~ Fe•tra!ferrina--i~ Fe

O Fe é absorvido por transporte ativo.

> Heme-> Hb -

-> Síntese de eritrócitos A proteína transferrina transporta o Fe no plasma.

eritrócito

Hb O fígado armazena o excesso de Fe como ferritina.

Baço Eritrócitos ..._____,_ ___.! velhos destruídos

t Hb

t

A medula óssea usa o Fe para sintetizar hemoglobina (Hb).

G

Bilirrubina

O

•

Rim

Fígado Ferritina

'

. . . . _ Bile • o Metabolismo• > Bilirrubina + __,._ O ..----. da bilirrubina~-]------~ metabólitos

FIGURA 16-7

___.

o·

O fígado metaboliza a bilirrubina e a excreta na bile.

Os metabólitos de bilirrubina são excretados na urina e nas fezes. Metabólitos da bilirrubina • na urina

Metabólitos da bilirrubina nas fezes

e

O baço converte a Hb em bilirrubina.

Metabolismo e homeostase do ferro.

zado em novos grupos heme. O restante dos grupos heme é convertido pelas células do baço e do fígado em um pigmento colorido chamado de bilirrubina. Esta é transportada pela albumina plasmática para o fígado, onde é metabolizada e incorporada a uma secreção chamada de bile (Fig. 16-7 ®).A bile é secretada no trato digestório, e os metabólitos da bilirrubina deixam o corpo nas fezes. Pequenas quantidades de outros metabólitos da bilirrubina são filtrados do sangue para os rins, onde contribuem para a cor amarela da urina @. Em algumas circunstâncias, os níveis de bilirrubina no sangue se tomam elevados (hiperbilirrubinemia). Esta condição, conhecida como icterícia, produz um tom amarelado na pele e na conjutiva (parte branca dos olhos). O acúmulo de bilirrubina pode ocorrer por diversas causas. Recémnascidos cuja hemoglobina fetal está sendo degradada e substituída por hemoglobina adulta são particularmente suscetíveis à toxicidade da bilirrubina; por isso, os médicos monitoram os bebês com icterícia nas primeiras semanas de vida. Outra causa comum de icterícia é a disfunção do fígado, na qual o fígado é incapaz de processar ou excretar a bilirrubina. REVISANDO CONCEITOS 5. Diferencie (a) heme e hemoglobina, e (b) ferritina e transferrina. 6. A bile é uma secreção endócrina ou exócrina? Respostas: p. 567

Distúrbios nos eritrócitos diminuem o transporte de oxigênio Pelo fato de a hemoglobina desempenhar um papel crítico no transporte de oxigênio, a contagem dos eritrócitos e o conteúdo de hemoglobina do corpo são importantes. Se o conteúdo de hemoglobina é muito baixo - uma condição conhecida como anemia -, o sangue não pode transportar oxigênio suficiente para os tecidos. Pessoas com anemia geralmente sentem-se cansadas e fracas, especialmente durante o exercício. As causas principais da anemia estão resumidas na Tabela 16-3 • . Nas anemias hemolíticas [lise, ruptura], a taxa de destruição dos eritrócitos excede a taxa da sua produção. As anemias hemolíticas geralmente são defeitos hereditários em que o corpo produz células frágeis. Por exemplo, na esferocitose hereditária, o citoesqueleto do eritrócito não se fixa corretamente devido a proteínas citoesqueléticas deficientes ou defeituosas. Consequentemente, a forma das células são mais como esferas do que como discos bicôncavos. Esta alteração no citoesqueleto resulta em eritrócitos que se rompem facilmente e são incapazes de resistir a mudanças osmóticas tão bem quanto as células normais. Várias anemias hemolíticas são doenças adquiridas, como indicado na Tabela 16-3. Algumas anemias são resultado de moléculas de hemoglobina anormais. A anemia falciforme é um defeito genético no qual o glutamato, o sexto aminoácido da cadeia beta de 146-aminoácidos da hemoglobina, é substituído por valina.

Fisiologia Humana

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Causas de anemia PERDA AUMENTADA DE ERITRÓCITOS Perda de sangue: as células são normais em tamanho e conteúdo de hemoglobina, mas em pequeno número Anemias hemolíticas: as célu las são destruídas numa taxa anormalmente alta

Hereditária Defeitos da membrana (exemplo: esferocitose hereditária) Defeitos enzimáticos Hemoglobina anormal (exemplo: anemia falciforme)

Adquirida Infecções parasitárias (exemplo: malária) Fármacos Reações autoimunitárias DIM INUIÇÃO NA PRODUÇÃO DE ERITRÓCITOS Alteração na síntese de hemoglobina ou de eritrócitos na medula óssea

Anemia aplástica: pode ser causada por certos fármacos ou radiação Ingestão inadequada de nutrientes essenciais Deficiência de ferro (o ferro é necessário para a produção do heme) Deficiência de ácido fá lico (o ácido fálico é necessário para a síntese de DNA) Deficiência de vitamina B, 2 (8 12 é necessária para a síntese de DNA): pode ser devida à falta do fator intrínseco para absorção de 8 12 Produção inadequada de eritropoetina

O resultado é a produção de uma hemoglobina anormal (uma forma referida como HbS) que se cristaliza quando perde seu oxigênio. Esta cristalização deixa os eritrócitos com uma forma de foice, semelhante a uma lua crescente (Fig. 16-8 e ). As células falciformes se enredam com outras células falciformes à medida que passam pelos vasos sanguíneos menores, fazendo com que as células se aglomerem e bloqueiem o fluxo sanguíneo para os tecidos. Esse bloqueio cria danos no tecido e dor por hipoxia. Um tratamento para a doença falciforme é a administração de hidroxiureia, um composto que inibe a síntese do DNA e altera a função da medula óssea para que os eritrócitos imaturos produzam a forma fetal de hemoglobina (HbF) no lugar da hemoglobina adulta. A HbF interfere com a cristalização da hemoglobina, assim a HbS não se forma mais e

•

FIGURA 16-8

Eritrócitos falciformes.

os eritrócitos não adquirem a forma falciforme. Além disso, alguns estudos mostraram melhoria nos sintomas da anemia falciforme antes dos níveis de HbF aumentarem. Uma teoria de porque isso acontece se baseia na informação de que a hidroxiureia é metabolizada a óxido nítrico (NO), o qual causa vasodilatação. O óxido nítrico inalado está sendo testado agora como tratamento para os sintomas da anemia falciforme. Outras anemias resultam da falha da medula óssea em produzir quantidades adequadas de hemoglobina. Um dos exemplos mais comuns de uma anemia que resulta da síntese insuficiente de hemoglobina é a anemia por deficiência de ferro. Se a perda de ferro pelo corpo é maior do que a ingestão de ferro, a medula óssea não possui quantidades de ferro adequadas para a produção de grupos heme, e a síntese da hemoglobina torna-se mais lenta. Pessoas com anemia por deficiência de ferro têm baixa contagem de eritrócitos (refletida em um hematócrito baixo) ou baixo conteúdo de hemoglobina. Seus eritrócitos são muitas vezes menores que os normais (eritrócitos microcíticos), e o menor conteúdo de hemoglobina pode deixar as células mais claras que o normal, e neste caso elas são descritas como sendo hipocrômicas [hipo-, abaixo do normal; cromo-, cor]. Mulheres que menstruam estão mais propensas a sofrer de anemia por deficiência de ferro por causa da perda de ferro no sangue menstrual. Embora as anemias sejam comuns, também é possível ter eritrócitos em excesso. A policitemia vera [vera, verdadeiro] é uma disfunção das células-tronco que produz excesso de células sanguíneas, tanto eritrócitos quanto leucócitos. Estes pacientes podem apresentar hematócritos tão altos quanto 60 a 70o/o (o normal é 37 a 54%). O aumento do número de células deixa o sangue mais viscoso e, deste modo, mais resistente ao fluxo pelo sistema circulatório [ $ p. 473]. Na policitemia relativa, o número de eritrócitos da pessoa é normal, mas o hematócrito é elevado devido ao baixo volume de plasma. Isto pode ocorrer na desidratação, por exemplo. O oposto também pode ocorrer. Se um atleta se super-hidrata, o hematócrito pode diminuir temporariamente por causa do aumento do volume do plasma. Nestas duas situações, não há patologia real envolvendo os eritrócitos.

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REVISANDO CONCEITOS 7. Uma pessoa que vai do nível do mar para uma cidade que está 1.500 metros acima do nível do mar apresenta um aumento do hematócrito dentro de dois ou t rês dias. Desenhe a via reflexa que associa a hipoxia devida a uma grande altitude ao aumento da produção de eritrócitos. Resposta: p. 567

PLAQUETAS E COAGULAÇAO Por causa da sua natureza fluida, o sangue flui livremente por todo o sistema circulatório. Contudo, se há uma ruptura na "tubulação" do sistema, o sangue se perderá, a não ser que alguns passos sejam dados. Um dos desafios para o corpo é fechar orifícios nos vasos sanguíneos danificados ao mesmo tempo que mantém o fluxo de sangue pelo vaso. Seria simples bloquear completamente um vaso sanguíneo danificado, do mesmo modo que se coloca uma barreira em rua cheia de buracos. Contudo, da mesma maneira que os lojistas daquela rua perdem negócios se o tráfego for bloqueado, as células irrigadas por esse vaso situadas após o ponto do dano morreriam por falta de oxigênio e nutrientes se o vaso fosse completamente bloqueado. A tarefa do corpo é permitir o fluxo de sangue pelo vaso enquanto repara simultaneamente a parede danificada.

~--

•

Questão3: Explique como a diarreia poderia aumentar o hematócrito temporariamente. Questão 4: Como Muehlegg poderia reduzir rapidamente seu hematócrito sem remover eritrócitos?

547

553

561

•

As bordas do megacariócito se soltam formando fragmentos celulares chamados de plaquetas

•

Retículo endoplasmático

{a)

Eritrócito

{b) As plaquetas inativas são pequenos fragmentos celulares em forma de disco.

•

565

Esse desafio é complicado pelo fato de que o sangue no sistema está sob pressão. Se o "remendo" do reparo for muito fraco, ele é rompido pela pressão sanguínea. Por estarazão, interromper a perda de sangue envolve diversos passos.

Os megacariócitos são células gigantes com múltiplas cópias de DNA no núcleo

•

•

In icialmente, o doping sanguíneo era realizado por meio de transfusões sanguíneas que aumentavam a capacidade de transportar oxigênio do atleta. Um indicativo de transfusão sanguínea recente é o nível elevado da hemoglobina e do hematócrito. Muehlegg argumentou que sua concentração elevada de hemoglobina era resultado da sua dieta especial e da desidratação causada por uma diarreia que ele havia tido na noite anterior.

{e) As plaquetas ativadas (ampliadas) desenvolvem uma superfície externa pontiaguda e aderem uma à outra.

FIGURA 16-9 As plaquetas são formadas a partir dos megacariócitos.

Fisiologia Humana

559

Parede do vaso sanguíneo danificada

Fator tecidual exposto

Colágeno exposto

i Plaquetas aderem e liberam fatores plaquetários

Vasoconstrição

Cascata da coagulação ....

~

Plaquetas agregam-se formando um tampão plaquetário frouxo

Formação de trombina

~-------------(. Coágulo: tampão plaquetário reforçado

Hemostasia temporária

Conversão ' do fibrinogênio em fibrina

f Fibrina lenta- ' mente dissolvida pela plasmina

Crescimento celular e reparo do tecido

t ~------.,------t

Coágulo dissolvido

16 vaso sanguíneo íntegra

•

FIGURA 16-1 O Visão geral da hemostasia e do reparo do tecido.

Primeiro, a pressão no vaso deve ser diminuída por tempo suficiente para criar um tampão mecânico seguro na forma de um coágulo de sangue. Uma vez que o coágulo está no lugar e a perda de sangue foi interrompida, os mecanismos de reparo do corpo podem assumir o controle. Depois, à medida que o ferimento cicatriza, as enzimas gradualmente dissolvem o coágulo enquanto os leucócitos "lixeiros" do sangue ingerem e destroem os resíduos (debris).

As plaquetas são pequenos fragmentos de células Como visto, as plaquetas são fragmentos de células produzidos na medula óssea a partir de células enormes chamadas de megacariócitos. Os megacariócitos adquirem seu tamanho formidável sofrendo mitoses até sete vezes sem sofrer divisão nuclear ou citoplasmática. O resultado é uma célula poliploide com um núcleo lobulado (Fig. 16-9a e ). As bordas externas dos megacariócitos na medula se estendem através do endotélio para dentro do lúmen dos seios sanguíneos da medula, onde as extensões citoplasmáticas se fragmentam formando plaquetas semelhantes a discos (Fig. 16-4c). As plaquetas são menores do que os eritrócitos, sem

cor, e não possuem núcleo. Seu citoplasma contém mitocôndrias, retículo endoplasmático liso e vários grânulos cheios com proteínas da coagulação e citocinas. A duração típica de uma plaqueta é aproximadamente 10 dias. Elas estão sempre presentes no sangue, mas não são ativas a menos que algum dano ocorra nas paredes do sistema circulatório.

A hemostasia evita a perda de sangue dos vasos danificados A hemostasia [haima, sangue + stasis, retenção] é o processo de manutenção do sangue dentro de um vaso sanguíneo danificado. (O oposto da hemostasia é a hemorragia [-ragia, fluxo anormal].) A hemostasia possui três passos principais: CD) vasoconstrição, @) bloqueio temporário de uma ruptura por meio de um tampão plaquetário e @ coagulação do sangue, ou formação de um coágulo que sela o orifício até o tecido ser reparado. A Figura 16-10 • apresenta uma visão geral da hemostasia. O primeiro passo é a constrição imediata dos vasos danificados causada por substâncias parácrinas vasoconstritoras que

560

Dee Unglaub Silverthorn

•

•

•

•

•

X

r-

r

Lúmen do vaso , sangu1neo

l

]

O colágeno exposto liga-se às plaquetas e as ativa.

l

Os fatores plaquetários são liberados.

/ '

I

Endotélio íntegro

Impede a adesão plaquetária

o

Os fatores atraem mais plaquetas.

Libera prostaciclina e NO

!----l~-~

,

As plaquetas agregam-se formando o tampão plaquetário.

<>

=

r::

•

Células musculares lisas

•

FIGURA 16-11

•

• Camada subendotelial de colágeno

Colágeno exposto na parede do vaso sanguíneo danificado

LEC

Formação do tampão plaquetário.

são liberadas pelo endotélio. A vasoconstrição diminui temporariamente o fluxo sanguíneo e a pressão dentro do vaso. Se

Após os Jogos Olímpicos de 1984, no qual os cicl istas dos Estados Unidos, segundo notícias, sofreram efeitos colaterais indesejáveis após transfusões sanguíneas, o Comitê Olímpico Internacional e outras organizações ban iram o doping sanguíneo. Então, a EPO recombinante humana (rhEPO) se tornou disponível no f inal da década de 1980, e os atletas começaram a injetar o fármaco para aumentar a sua produção de eritrócitos. Subsequentemente, a empresa de biotecnologia Amgen criou um derivado da EPO de ação ma is prolongada chamado darbepoetina. Os atletas que usavam rhEPO e darbepoetina esperavam escapar da detecção usando estes hormônios naturais, mas as organizações esportivas trabalharam com os cientistas para desenvolver métodos para a sua detecção. Questão 5: A EPO endógena, a rhEPO e a darbepoetina, todas induzem a síntese de eritrócitos, mas elas podem ser distinguidas umas das outras quando uma amostra de urina é testada por eletroforese [ $ p. 101]. Explique como três hormônios produzidos a partir do mesmo gene podem ser todos ativos, embora diferentes o bastante um do outro para serem detectáveis no laboratório. Questão 6: Um indício característico do uso ilegal de EPO é o aumento de reticulócitos no sangue. Por que isto sugere uma atividade da EPO maior do que a normal?

547

553

558

Ili

565

você aplicar pressão sobre um ferimento que está sangrando, você também diminuirá o fluxo dentro do vaso danificado. A vasoconstrição é rapidamente seguida pelo segundo passo, o bloqueio mecânico do orifício por um tampão plaquetário. O tampão se forma à medida que as plaquetas se aderem ao colágeno exposto (adesão plaquetária) e se tornam ativadas, liberando dtocinas na área ao redor da lesão. Os fatores plaquetários reforçam a vasoconstrição local e ativam mais plaquetas, as quais aderem umas às outras (agregação plaquetária) para formar um tampão plaquetário frouxo. Simultaneamente, o colágeno exposto e o fator tecidual (uma mistura proteína-fosfolipídeo) iniciam o terceiro passo, uma série de reações conhecidas como cascata da coagulação. A cascata é uma série de reações enzimáticas que termina na formação de uma rede de fibras da proteína fibrina, que estabiliza o tampão plaquetário. O tampão plaquetário reforçado é chamado de coágulo. Alguns fatores químicos envolvidos na cascata da coagulação também promovem a adesão e a agregação plaquetárias na região danificada. Finalmente, quando o vaso danificado é reparado, o coágulo se retrai e é lentamente dissolvido pela enzima plasmina. O corpo deve manter o equilíbrio adequado durante a hemostasia. Hemostasia de menos permite um sangramento excessivo; hemostasia demais produz um trombo, um coágulo sanguíneo que adere a uma parede não danificada de um vaso sanguíneo [trombo, um coágulo ou caroço]. Um trombo grande pode bloquear o lúmen do vaso e interromper o fluxo sanguíneo. Embora a hemostasia pareça fácil de entender, algumas questões permanecem sem resposta nos níveis molecular e celular. Pelo fato de a coagulação inapropriada do sangue desempenhar um papel importante em derrames (AVCs) e ataques cardíacos, esta área da pesquisa é muito ativa e tem levado ao desenvolvimento e uso de "destruidores de coágulos", que são enzimas que podem dissolver os coágulos nas

Fisiologia Humana

561

Fatores envolvidos na função plaquetária

FATOR QUÍMICO

ORIGEM

ATIVADO POR OU LIBERADO EM RESPOSTA A

PAPEL NA FORMAÇÃO DO TAMPÃO PLAQUETÁRIO

OUTRAS FUNÇÕES E OBSERVAÇÕES

Colágeno

Matriz extracelular subendotelial

A lesão expõe as plaquetas ao colágeno

Liga-se às plaquetas para iniciar a formação dotampão plaquetário

N/A

Fator von Wi l lebra nd (vWF)

Endotélio, megacariócito

Exposição ao colágeno

Liga as plaquetas ao colágeno

Deficiência ou defeito causam sangramento prolongado

Serotonina

Vesículas secretoras das plaquetas

Ativação das p laquetas

Agregação p laquetária

Vasoconstritor

Difosfato de adenosina (ADP)

M itocôndrias das plaquetas

Ativação das p laquetas, trombina

Agregação p laquetária

N/A

Fator de ativação plaquetária (PAF)

Plaquetas, neutrófi los, monócitos

Ativação das p laquetas

Agregação p laquetária

Desempenha um papel na inflamação; aumenta a permeabilidade capilar

Tromboxana A 2

Fosfolipídeos das membranas das plaquetas

Fator de ativação plaquetária

Agregação p laquetária

Vasoconstritor; eicosanode

Fator de crescimento derivado das plaquetas (PDGF)

Plaquetas

Ativação plaquetária

N/A

Promove a cicatrização da ferida atraindo f ibroblastos e células musculares lisas

16 artérias após os ataques cardíacos (infartos do miocárdio) e os derrames (AVCs). Um estudo detalhado da hemostasia envolve diversos fatores químicos, alguns dos quais desempenham muitos papéis e possuem múltiplos nomes. Por esta razão, aprender sobre a hemostasia pode ser especialmente desafiador. Por exemplo, alguns fatores participam da coagulação e da formação dos tampões plaquetários, e um fator da cascata ativa enzimas tanto para a formação como para a dissolução do coágulo. Devido à complexidade da cascata da coagulação, somente discutimos alguns aspectos da hemostasia em detalhes.

A ativação das plaquetas inicia o processo da coagulação Quando a parede de um vaso sanguíneo é danificada, o colágeno exposto e as substâncias químicas provenientes das células endoteliais ativam as plaquetas (Fig. 16-10 e ). Normalmente, o endotélio dos vasos sanguíneos separa as fibras da matriz colágena do sangue circulante (Fig. 16-11 e ). Porém, quando o vaso está danificado o colágeno é exposto e as plaquetas rapidamente começam a aderir nele. As plaquetas aderem ao colágeno com a ajuda das integrinas, proteínas receptoras de membrana que estão ligadas ao citoesqueleto [ ~ p. 188]. A adesão ativa as plaquetas que liberam o conteúdo dos seus grânulos intracelulares, como a serotonina (5-hidroxitriptamina), ADP, e o fator de ativação plaquetária (PAF). O PAF inicia uma alça de retroalimenta-

ção positiva ativando mais plaquetas. Ele também inicia rotas que convertem fosfolipídeos da membrana das plaquetas em tromboxana A2 [ ~ p. 193]. A serotonina e a tromboxana A2 são vasoconstritoras. Elas também contribuem para a agregação plaquetária, junto com o ADP e o PAF (Tabela 16-4 e ). O resultado final é o crescimento de um tampão plaquetário que sela a parede do vaso danificado. Se a agregação plaquetária é um evento de retroalimentação positiva, o que impede que o tampão plaquetário continue se formando e se espalhe além do local da lesão para outras áreas da parede do vaso? A resposta está no fato de que as plaquetas não aderem ao endotélio normal. As células endoteliais vasculares intactas convertem seus lipídeos de membrana em prostaciclina, um eicosanoide [ ~ p. 31] que bloqueia a adesão e a agregação das plaquetas (Fig. 16-11 e ). O óxido nítrico, liberado pelo endotélio normal e íntegro, também inibe a adesão das plaquetas. A combinação da atração das plaquetas para o local da lesão e a repulsão da parede normal do vaso cria uma resposta localizada que limita o tampão plaquetário à área danificada.

A coagulação transforma o tampão plaquetário em um coágulo O terceiro passo principal na hemostasia, a coagulação, é um processo complexo no qual o sangue líquido forma um coágulo gelatinoso (Ver Fig. 16-10). A coagulação é dividida em duas vias que se unem em uma via comum (Fig. 16-12 e ).

562

Dee Unglaub Silverthorn

VIA EXTRÍNSECA

VIA INTRÍNSECA

O dano expõe o fator tecidual (Ili)

Colágeno ou outros ativadores

XII i - - - - - -

XII Ativo

VII

XI r - - - - Fator tecidual (Ili) e VII ativo

XI Ativo IX i----...!__

Ca2+

Retroalimentação positiva

IX Ativo VIII

Ca2+ Fosfolipídeos (PL) X Ativo

VIA COMUM [ Protrombina 1

Ca2 +, Retroalimentação positiva

___ Trombina

V, PL

Fibrinogênio XIII

r----:_

Fibrina 1

XIII Ativo

1

>

e

Ca2+

Rede de fibrina

A via intrínseca (amarelo) inicia com a exposição do colágeno e envolve proteínas que já estão presentes no plasma. O colágeno ativa a primeira enzima, o fator XII, iniciando a cascata. A via extrínseca (azul) começa quando o tecido danificado expõe o fator tecidual, também chamado de tromboplastina tecidual ou fator Ili. O fator tecidual ativa o fator VII iniciando a via extrínseca. As duas vias se unem na via comum (verde), produzindo trombina, que é a enzima que converte o fibrinogênio em polímeros insolúveis de fibrina. Estas fibras de fibrina se tomam parte do coágulo. A coagulação foi inicialmente considerada como uma cascata similar às cascatas de segundos mensageiros esquematizadas no Capítulo 6 [ $ p. 185]. Em cada passo, uma enzima converte um precursor inativo em uma enzima ativa, muitas vezes com ajuda do Ca2 +, fosfolipídeos de membrana, ou outros fatores. Contudo, agora sabemos que o processo é mais do que uma simples cascata. Os fatores das vias intrínseca e extrínseca interagem entre si, fazendo da coagulação uma rede, em vez de uma simples cascata. Além disso, várias alças de retroalimentação positiva sustentam a cascata até que uma ou mais das proteínas plasmáticas participantes seja completamente consumida. O resultado final da coagulação é a conversão do fibrinogênio em fibrina, uma reação catalisada pela enzima trombi-

FIGURA 16-12 Cascata da coagulação. As proteínas plasmáticas inativas são convertidas em enzimas ativas em cada passo da via.

na (Fig. 16-13 e ). As fibras de fibrina se entrelaçam notampão plaquetário e prendem os eritrócitos dentro da sua rede (Fig. 16-14 e ). O fator XIII ativo converte a fibrina em um polímero com ligações cruzadas que estabiliza o coágulo. Quando o coágulo se forma, ele incorpora moléculas de plasmina, a semente de sua própria destruição. A plasmina é uma enzima gerada a partir do plasminogênio pela trombina e pelo ativador tecidual do plasminogênio (t-PA). A plasmina degrada os polímeros de fibrina formando fragmentos de fibrina (Fig. 16-13). A dissolução da fibrina pela plasmina

Coagulação

Coágulo

Trombina r-----

1

Plasminogênio ---- t-PA

Fibrinogênio 1

Polímero de fibrina

•

Fibrinólise

FIGURA 16-13

Plasmina

Coagulação e fibrinólise.

Fragmentos de fibrina

Fisiologia Humana

563

' é conhecida como fibrinólise. A medida que a parede do vaso danificado lentamente se repara, a fibrinólise ajuda a remover o coágulo. O grande número de fatores envolvidos na coagulação e o fato de que um único fator pode ter vários nomes diferentes pode ser confuso (Tabela 16-5 e ). Os cientistas atribuíram números para os fatores de coagulação, mas os fatores estão numerados na ordem em que foram descobertos, e não na ordem em que participam na cascata da coagulação.

R VISANDO CONCEITOS 8. Na figura 16-1 O, qual dos eventos corresponde ao início da via intrínseca da coagulação? Qual corresponde ao início da via extrínseca? E qual corresponde ao início da via Resposta: p. 567 comum?

•

FIGURA 16-14 Os eritrócitos são aprisionados na rede de fibrina do coágulo.

Os anticoagulantes impedem a coagulação Uma vez que a coagulação se inicia, o que a impede de continuar até toda a circulação ter sido coagulada? Dois mecanismos limitam a extensão da coagulação do sangue dentro de um vaso: (1) a inibição da adesão plaquetária e (2) a inibição da cascata da coagulação e da produção de fibrina (Tabela

Fatores envolvidos na coagulação

FATOR QUÍMICO

ORIGEM

ATIVADO POR OU LIBERADO EM RESPOSTA A

PAPEL NA COAGULAÇÃO

OUTRAS FUNÇÕES E OBSERVAÇÕES

Colágeno

Matriz extracelular subendotelial

Danos que expõem o colágeno aos fatores de coagulação plasmáticos

Inicia a via intrínseca

N/A

Fatorvon W illebrand (vWF)

Endotélio, megacariócitos

Exposição ao colágeno

Regula o nível do fator VIII

Defeito ou deficiên• eia causa sangramento prolongado

Cininogênio e calicreína

Fígado e plasma

Cofatores normalmente presentes no p lasma

Cofatores para a ativação por cantata da via intrínseca

Medeiam a resposta inflamatória; aumenta a fibrinólise

Fator tecidua l (tromboplastina tecidual ou Fator Ili)

Maioria das células, exceto as plaquetas

Dano ao tecido

Inicia a via extrínseca

N/A

Protrombina e trombina (fator li)

Fígado e plasma

Lipídeos p laquetários, Ca 2 + e fator V

Produção de fibrina

N/A

Fibrinogênio e f ibrina (fator 1)

Fígado e plasma

Trombina

Formam fibras insolúveis que estabilizam o tampão plaquetário

N/A

Fator estabilizador de f ibrina (XII I)

Fígado, megacariócitos

Plaquetas

Polímeros de fibrina com ligações cruzadas para formar uma rede estável

N/A

Ians plasmáticos

N/A

Necessário para várias etapas da cascata da coagulação

Nunca um fator limitante

Dieta

N/A

Necessário para a síntese dos fatores 11,Vll,IX,X

N/A

Ca

2

,

+

(fator IV)

Vitamina K

16

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Dee Unglaub Silverthorn

Fatores endógenos envolvidos na fibrinólise e na anticoagulação

FATOR QUIMICO

ORIGEM

ATIVADO POR OU LIBERADO EM RESPOSTA A

Plasminogênio e plasmina

Fígado e plasma

t-PA e trombina

Ativador tecidual do plasminogênio (t-PA)

Vários tecidos

Normalmente presente; aumenta os níveis com o estresse, proteína e

Ativa o plasminogênio

t-PA recombinante é usado clinicamente para dissolver coágulos

Antitrem bina 111

Fígado e plasma

N/A

Anticoagulante; bloqueia os fatores IX, X, XI, XII, trombina, calicreína

Atividade aumentada pela heparina; sem efeito na trombina, apesar do nome

Prostaciclina (prostaglandina 1 ou PGl 2)

Células endoteliais

N/A

Bloqueia a agregação plaquetária

Vasodi latador

,

PAPEL NA ANTICOAGULAÇAO OU NA FIBRINÓLISE Dissolve fibrina e fibrinogen10

N/A

-

A

16-6 e ). Como mencionado, fatores como a prostaciclina no endotélio do vaso sanguíneo e no plasma asseguram que o tampão plaquetário fique restrito à área lesada (ver o lado esquerdo da Fig. 16-11). Além disso, as células endoteliais liberam substâncias químicas conhecidas como anticoagulantes, que impedem a coagulação. A maioria age bloqueando uma ou mais das reações da cascata da coagulação. O corpo produz dois anticoagulantes, heparina e antitrombina III, as quais trabalham juntas para bloquear os fatores ativos IX, X, XI, e XII. A proteína C, outro anticoagulante do corpo, inibe os fatores de coagulação V e VIII. Os medicamentos anticoagulantes podem ser prescritos para pessoas que correm risco de formarem pequenos coágulos sanguíneos que poderiam bloquear vasos críticos no encéfalo, coração, ou pulmões. A família dos anticoagulantes cumarínicos, como a warfarina (Cumadina®), bloqueia a ação da vitamina K, um cofator [ ~ p. 41] na síntese dos fatores de coagulação II, VII, IX, e X. Esses anticoagulantes foram descobertos quando se notou que o gado, que apresentava problemas graves de sangramento, tinha comido trevo-decheiro deteriorado (atacado por fungos).* Quando amostras de sangue são colocadas em tubos de vidro, a coagulação acontece muito rapidamente, a não ser que o tubo contenha um anticoagulante. Vários dos anticoagulantes usados com esta finalidade removem Ca2 + livre do plasma. O Ca2 + é um fator de coagulação essencial, de modo que sem ele não pode ocorrer a coagulação. Nos corpos vivos, contudo, os níveis plasmáticos de Ca2 + nunca diminuem até os níveis que interferem com a coagulação. O ácido acetilsalicílico (aspirina) é um agente que impede a formação do tampão plaquetário. Ele atua inibindo as enzimas COX [ ~ p. 193] que promovem a síntese do ativador de plaquetas tromboxana A2• Pessoas que estão em *N. de T. O dicumarol é formado por ação de fungos sobre a cumarina, originada a partir do trevo (Melilotus officinalis) usado como forragem para o gado.

-

OUTRAS FUNÇOES E OBSERVAÇOES

-

•

risco de desenvolver pequenos coágulos de sangue são algumas vezes aconselhadas a tomar uma aspirina por dia para "afinar o sangue". A aspirina realmente não torna o sangue menos viscoso, mas impede a formação de coágulos bloqueando a agregação plaquetária. A aspirina agora é usada rotineiramente como um tratamento emergencial para uma suspeita de ataque do coração (ver quadro Conceitos Emergentes, Destruidores de Coágulos). Várias doenças hereditárias afetam o processo de coagulação. Pacientes com distúrbios na coagulação formam equimoses facilmente. Nas formas graves, o sangramento espontâneo pode ocorrer por todo o corpo. O sangramento nas articulações e nos músculos pode ser doloroso e incapacitante. Se o sangramento ocorre no encéfalo, pode ser fatal.

CONCEITOS EMERGENTES ,

DESTRUIDORES DE COAGULOS E , AGENTES ANTIPLAQUETARIOS A descoberta de fatores de controle da coagulação e da fibrinólise foi um passo importante no desenvolvimento de tratamentos para os ataques do coração, mais adequadamente chamados de infartos agudos do miocárdio (IAM), os quais ocorrem quando um vaso coronariano é bloqueado por um coágulo (ver o Solucionando o Problema do Capítulo 15). A menos que o bloqueio seja removido o quanto antes, o tecido morrerá ou será danificado gravemente. Uma opção é o uso de fármacos f ibrinolíticos - como a estreptocinase (de bactérias) e o ativador tecidual do plasminogênio (t-PA) - para dissolver os coágulos. Estes fármacos estão sendo combinados agora com outros agentes que evitam a formação adicional de tampões plaquetários e coágulos, como os agentes antiplaquetários, incluindo alguns que são antagonistas dos receptores de integrina das plaquetas.

565

Fisiologia Humana

O distúrbio da coagulação mais conhecido é a hemofilia, um nome dado a várias doenças nas quais um dos fatores da cascata de coagulação é defeituoso ou ausente. A hemofilia A, uma deficiência do fator VIII, é a forma mais comum, ocorrendo em cerca de 80o/o de todos os casos. Esta é uma doença recessiva ligada ao sexo que afeta normalmente só os homens. Um desenvolvimento emocionante no tratamento da hemofilia foi um relatório sobre os primeiros pacientes que

receberam terapia gênica para a hemofilia B, uma deficiência no fator de coagulação IX. Pacientes inoculados com um vírus criado para carregar o gene do fator IX começaram a produzir um pouco deste fator, reduzindo a necessidade de injeções caras do fator artificial IX. Para mais informações sobre esses ensaios clínicos e sobre os últimos tratamentos para a hemofilia, visite o site da National Hemophilia Foundation na página www.hemophilia.org.

O doping sanguíneo em atletas O exame ant erior à corrida de 50 km que mostrou hematócrit o e hemoglobina elevados de Johann Muehlegg levou ao exame automático para f ármacos na urina após a corrida. Na época das Ol impíadas de 2002, os atletas sabiam que havia um exame de urina para EPO, mas eles não sabiam que o mesmo exame poderia detectar a darbepoet ina. As duas amostras de uri na de Muehlegg testadas fo ram posi t ivas para darbepoietina, e assim a sua medalha de ouro dos 50 km

foi retirada. O Comit ê Olímpico Internacional test ou outros atletas para a rhEPO nos Jogos Olímpicos de Inverno de Salt Lake Cit y em 2002 e obteve mais de 100 resultados positivos. Apesar das pro ibições oficiais, o doping sanguíneo em esportes de resistência permanece um grande problema. Para t estar seu con hecimento, compare suas res postas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Qual é a faixa normal para a hemoglobina de Muehlegg?

A faixa normal da hemoglobina para os homens é de 14 a 17 g/dl de sangue total.

N/A

2

Com o doping sanguíneo, você esperaria um valor do hematócrito maior ou menor do que o normal?

O hematócrito é a percentagem do volume de uma amostra de sangue ocupada pelos eritrócitos amontoados. A função principal dos eritrócitos é carregar o oxigênio.

O doping sanguíneo é feito para aumentar a capacidade de transporte de oxigênio; para isso, o atleta precisaria mais células no sangue (eritrócitos), o que significa um hematócrito mais alto.

3

Explique como a diarreia causaria um aumento temporário do hematócrito.

A diarreia causa desidratação, que é a perda de volume de líquido. O plasma é o componente líquido do sangue.

Se o volume total de eritrócitos não é alterado, mas o volume do plasma diminui com a desidratação, o hematócrito aumenta.

4

Como Muehlegg poderia reduzir rapidamente seu hematócrito sem remover os eritrócitos?

volume de eritrócitos Se o volume do plasma aumenta, o Hematócrito = "t , "t hematócrito irá diminuir mesmo que o 1 d vo ume e er1 roei os d . , · d p 1 vo 1ume os er1troc1tos nao mu e. e a + volume do plasma ingestão de líquidos, Muehlegg poderia aumentar rapidamente seu volume de plasma.

5

A EPO endógena, a rhEPO e a darbepoietina induzem a síntese de eritrócitos, mas elas podem ser distinguidas uma da outra por eletroforese. Explique como três hormônios produzidos a partir do mesmo gene podem ser todos ativos, embora diferentes o bastante um do outro para serem detectáveis no laboratório.

A atividade depende da ligação da proteína no sítio de ligação do receptor. A modificação pós-tradução permite que proteínas codificadas pelo mesmo gene sejam alteradas de modo que elas sejam diferentes umas das outras.

Os três hormônios possuem sítios que se ligam e ativam o receptor da EPO, mas possuem diferentes tamanhos ou cargas que causam sua separaçao durante a eletroforese. Por exemplo, o padrão de glicosilação [ ~ p. 124) da rhEPO é diferente do padrão da EPO endógena.

Um indício do uso ilegal de EPO é a elevação dos reticulócitos no sangue. Por que isso poderia sugerir uma atividade de EPO maior do que a normal?

Os reticulócitos são o estágio imaturo final do desenvolvimento dos eritrócitos. A maturação geralmente ocorre na medula óssea.

Se o desenvolvimento dos eritrócitos se torna mais rápido, mais reticulócitos podem ser liberados para o sangue antes de terem tempo de amadurecer.

6

-

547

553

558

561

16

566

Dee Unglaub Silverthorn

RESUMO DO CAPÍTULO O sangue é um tecido interessante, com células sanguíneas e fragmentos de células suspensos em uma matriz líquida - o plasma-, o qual forma um dos dois compartimentos extracelulares. As trocas entre o plasma e o líquido intersticial ocorre somente nos capilares. O fl,uxo de massa do sangue pelo corpo depende do gradiente de pressão criado pelo coração. Ao mesmo tempo, a alta pressão nos vasos sanguíneos geraria o perigo de ruptura dos vasos. Coletivamente, os componentes de proteínas e células do sangue atuam como uma unidade funcional que fornece proteção contra a hemorragia. As células sanguíneas também são essenciais para o transporte de oxigênio e defesa, como você irá aprender nos próximos capítulos.

Plasma e os elementos celulares do sangue 1. O sangue é a porção circulante do líquido extracelular. (p. 547) 2. O plasma é composto principalmente de água, com proteínas dissolvidas, moléculas orgânicas, íons e gases dissolvidos. (p. 547; Fig. 16-1) 3. As proteínas plasmáticas incluem albuminas, globulinas e a proteína da coagulação fibrinogênio. Elas atuam na coagulação do sangue, na defesa e como hormônios, enzimas ou carreadores para diferentes substâncias. (p. 547) 4. Os elementos celulares do sangue são os eritrócitos (hemácias), os leucócitos e as plaquetas. As plaquetas são fragmentos de células chamadas de megacariócitos. (p. 549; Fig. 16-1) 5. O sangue contém cinco tipos de leucócitos: (1) linfócitos, (2) monócitos, (3) neutrófilos, (4) eosinófilos e (5) basófilos. (p. 549; Fig. 16-1)

Produção de células do sangue 6. Todas as células do sangue se desenvolvem a partir de uma célula-tronco hematopoética pluripotente. (p. 549; Fig. 16-2) 7. A hematopoese inicia cedo no desenvolvimento embrionário e continua ao longo de toda vida da pessoa. A maior parte da hematopoese acontece na medula óssea. (p. 550; Fig. 16-4) 8. Os fatores estimuladores de colônia e outras citocinas controlam a produção de leucócitos. A trombopoetina regula o

crescimento e a maturação dos megacariócitos. A produção de eritrócitos é regulada principalmente pela eritropoetina. (pp. 551-552)

Eritrócitos 9. Os eritrócitos maduros dos mamíferos são discos bicôncavos sem núcleo. Eles contêm hemoglobina, um pigmento vermelho transportador de oxigênio. (p. 553; Fig. 16-5) 10. A síntese da hemoglobina exige ferro da dieta, o qual é transportado no sangue pela transferrina e armazenado principalmente no fígado, na ferritina. (p. 555; Fig. 16-7) 11. Quando a hemoglobina é degradada, alguns grupos heme são convertidos em bilirrubina, a qual é incorporada na bile e excretada. Concentrações elevadas de bilirrubina no sangue causam icterícia. (p. 556; Fig. 16-7)

Plaquetas e coagulação 12. As plaquetas são fragmentos de células preenchidas com grânulos contendo proteínas da coagulação e citocinas. As plaquetas são ativadas pelo dano ao endotélio vascular. (p. 559; Fig. 16-9) 13. A hemostasia inicia com a vasoconstrição e com a formação de um tampão plaquetário. (p. 559; Fig. 16-10) 14. O colágeno exposto desencadeia a adesão e a agregação plaquetárias. O tampão plaquetário é convertido em coágulo quando é reforçado pela fibrina. (p. 560; Fig. 16-10). 15. Na última etapa da cascata da coagulação, a fibrina é sintetizada a partir do fibrinogênio por ação da trombina. (p. 560; Fig. 16-12) 16. Quando o dano no vaso é reparado, a plasmina aprisionada no tampão plaquetário dissolve a fibrina (fibrinólise) e degrada o coágulo. (p. 562; Fig. 16-13) 17. Os tampões plaquetários são restritos ao local da lesão pela ação da prostaciclina presente na membrana do endotélio vascular íntegro. Os anticoagulantes limitam a extensão do coágulo sanguíneo dentro do vaso. (p.563; Fig 16-11).

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. A porção líquida do sangue, denominada é com. posta principalmente de 2. Liste os três tipos de proteínas plasmáticas. Cite ao menos uma função de cada tipo. Qual tipo é mais prevalente no corpo? 3. Liste os elementos celulares encontrados no sangue e cite ao menos uma função de cada um. 4. A produção de células do sangue é denominada . Quando e onde ela ocorre? 5. Qual o papel dos fatores estimuladores de colônia, das citocinas e das interleucinas na produção de células sanguíneas? Como estas moléculas sinalizadoras químicas diferem? Dê dois exemplos de cada. 6. Cite os termos técnicos para produção de eritrócitos, para produção de plaquetas e produção de leucócitos.

7. O hormônio que controla a síntese de eritrócitos é chamado de . Onde é produzido e qual é o estímulo para sua produção? 8. Como os termos hematócrito e eritrócitos amontoados estão relacionados? Quais são os valores normais de hematócrito para homens e mulheres? 9. Diferencie eritroblastos e eritrócito. Dê três características dos eritrócitos. 10. Qual elemento químico da dieta é importante para a síntese de hemoglobina? 11. Defina os termos que seguem e explique seu significado na hematologia. (a) icterícia (b) anemia (c) transferrina (d) hemofilia 12. As substâncias químicas que evitam a coagulação do sangue são chamadas de .

Fisiologia Humana

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 13. Mapas de conceito: Combine cada lista de termos em um mapa. Você pode adicionar outros termos. Lista 1 Lista 2 Lista 3 adesão plaquetária coagulação bile ADP coágulo bilirrubina agregação plaquetária fibrina eritropoetina ativação plaquetária fibrinogênio ferritina colágeno fibrinólise ferro fator de ativação plaquetária infarto fígado fosfolipídeos plasmina globina integrinas plasminogênio hematócrito membrana polímero heme retroalimentação positiva trombina hemoglobina serotonina intestino tampão plaquetário medula óssea tromboxana A2 reticulócito vasoconstrição transferrina 14. Diferencie as vias intrínseca, extrínseca e comum da cascata da coagulação. 15. Uma vez que as plaquetas são ativadas e se agregam, que fatores interrompem sua atividade?

16. Raquel está fazendo quimioterapia para câncer de mama. Ela faz a contagem de células sanguíneas a intervalos regulares e tem estes resultados:

Contagem normal Leucócitos Eritrócitos Plaquetas

4-11 X 103 2,6 3,9-5,6 X 106 3,85 150-450 X 103 133

No momento do exame após dez dias, Jen (a enfermeira) observou que Raquel, ainda que pálida e alegando cansaço, não tinha equimoses na pele. Jen orientou Raquel a comer alimentos ricos em proteínas, ingerir um comprimido multivitamínico contendo ferro e ficar em casa e longe de multidões o máximo possível. De que maneira as observações e recomendações de Jen se relacionam aos resultados dos exames de sangue de 10 e 20 dias? 17. A hemocromatose é uma condição herdada na qual o corpo absorve ferro em excesso, resultando em uma elevação do conteúdo total de ferro do corpo. (a) Qual proteína plasmática se espera que esteja elevada nesta doença? (b) Qual órgão você espera que mostre dano nesta doença? (c) Você pode pensar em um tratamento simples que possa diminuir a sobrecarga de ferro na hemocromatose? 18. A eritropoetina (EPO) foi primeiramente isolada da urina de pacientes anêmicos que tinham altos níveis circulantes desse hormônio. Embora esses pacientes tenham altas concentrações de EPO, eles são incapazes de produzir quantidades adequadas de hemoglobina ou de eritrócitos. Apresente algumas possíveis razões para o fato da EPO dos pacientes serem incapazes de corrigir sua anemia.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS

NIVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS

Contagem da paciente 10 dias após a quimioterapia

567

Contagem da paciente 20 dias após quimioterapia

19. Se o volume total de sangue estimado é de 7o/o do peso corporal, calcule o volume total de sangue em um homem de 91 kg e em uma mulher de 59 kg. Qual é o volume de plasma se o hematócrito do homem é 52%, e o hematócrito da mulher é 41 %? 20. O volume total de sangue de uma pessoa média é de 7o/o do peso total do corpo. Usando esse dado e o fato de que 1 kg de sangue ocupa um volume de cerca de 1 litro, calcule o volume total de eritródtos de uma mulher de 50 kg com um hematócrito de 40%.

4,9 4,2 151

RESPOSTAS 11

./'Respostas para as questões de Revisando conceitos·' Página 549 1. Os cinco tipos de leucócitos são linfócitos, monócitos/macrófagos, basófilos/mastócitos, neutrófilos, e eosinófilos. 2. Eritrócitos e plaquetas não apresentam núcleo e consequentemente são incapazes de realizar síntese proteica. 3. A degeneração do fígado reduz a concentração total de proteínas plasmáticas, o que reduz a pressão osmótica nos capilares. Esta queda na pressão osmótica aumenta a filtração capilar resultante e ocorre o edema. Página 553 4. (a) eritropoetina (EPO), (b) fatores estimuladores de colônia (CSFs), (c) trombopoetina (TPO).

Página 556 5. (a) O heme é uma subunidade contendo ferro de uma molécula de hemoglobina. (b) A ferritina é uma proteína do fígado que armazena ferro. A transferrina é a proteína do plasma que transporta ferro no sangue. 6. A bile é uma secreção exócrina porque é secretada no intestino. Página 558 7. Baixo oxigênio atmosférico na grande altitude ~ baixo oxigênio arterial~ percebido pelas células dos rins~ secretam eritropoetina ~ atua na medula óssea ~ aumenta a produção de eritrócitos. Página 563 8. A via intrínseca inicia no quadro amarelo "Colágeno exposto", a via extrínseca inicia no quadro amarelo "Fator tecidual exposto" e a via comum inicia no losango vermelho "Cascata da coagulação".

16

A

•

ecan1ca

Sistema respiratório 570

Os ossos e os músculos do tórax circundam os pulmões 570 Os sacos pleurais envolvem os pulmões 571 As vias aéreas conectam os pulmões ao ambiente externo 571 As vias aéreas aquecem, umedecem e filtram o ar inspirado 574 Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas 575 A circulação pulmonar é um sistema de baixa pressão e alta taxa de fluxo

Leis dos gases 576 577

O ar é uma mistura de gases Os gases se movem a favor de gradientes de pressão 577 A lei de Boyle descreve as relações pressão-volume

Ventilação 578 579

Os volumes pulmonares mudam durante a ventilação Durante a ventilação, o ar flui devido aos gradientes de pressão

580 A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui 582 A expiração ocorre quando a pressão alveolar aumenta 582 A pressão intrapleural muda durante a ventilação 584 A complacência e a elasticidade pulmonares podem mudar em estados patológicos 585 O surfactante diminui o trabalho respiratório 586 O diâmetro das vias aéreas determina a resistência das vias , aereas 587 A frequência e a amplitude respiratórias determinam a eficiência da respiração 588 A composição de gases nos alvéolos varia pouco durante a respiração normal 589 A ventilação e o fluxo sanguíneo alveolares são ajustados 590 A auscultação e a espirometria avaliam a função pulmonar

CONHECIMENTOS BÁSICOS Epitélios de troca e ciliado: 74 Pressão, volume, fluxo e resistência: 473 Circulação pulmonar: 471 Ligações de hidrogênio e tensão superficial: 26 Neurônios motores somáticos e autonômicos: 388 Velocidade de fluxo: 475

A minha existência, o que quer que ela realmente seja, consiste em um pouco de carne, um pouco de respiração e a parte que a governa. -Marcus Aurelius Antoninus (121-180 D.C.).

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Enfisema Você pode ouvir sua respiração difícil e sibilante na recepção. "Diagnóstico: DPOC," leu a paciente Edna Wilson em seu exame. A DPOC - doença pulmonar obstrutiva crónica - é o nome dado a um conjunto de doenças nas quais as trocas gasosas estão prejudicadas em virtude de estreitamento nas vias aéreas inferiores. A ma ioria das pessoas com DPOC tem enfisema ou bronquite crónica ou uma combinação dos dois. Indivíduos nos quais predomina a bronquite crónica algumas vezes chamados de blue bloaters apresentam a pele azulada (devido aos baixos níveis de oxigênio no sangue) e possuem uma tendência a ter sobrepeso. Em contraste, pacientes com enfisema têm sido chamados de pink puffers. Eles tendem a ser magros, têm uma coloração normal da pele (rosada) e frequentemente expiram por entre os lábios franzidos, o que aj uda a abrir suas vias aéreas. Mais de 12 milhões de pessoas nos Estados Un idos têm DPOC. Sua causa mais comum é o fumo, e a maioria das pessoas pode evitá-la simplesmente não fumando. Infelizmente, Edna foi uma fumante "pesada" durante 35 dos seus 47 anos de vida.

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magine cobrir uma quadra de raquetebol (de cerca de 75 2 m ) com uma cobertura fina de plástico e depois amassar esta cobertura e colocá-la dentro de uma garrafa de refrigerante de 3 litros. Impossível? Talvez, se você usar uma cobertura de plástico e uma garrafa de refrigerante. Mas os pulmões de um homem de 70 kg possuem uma superfície de trocas gasosas do tamanho dessa cobertura de plástico, comprimida em um volume que é menor do que o da garrafa. Esta enorme área de superfície de troca gasosa é necessária para suprir os trilhões de células do corpo com quantidade adequada de oxigênio. O metabolismo aeróbio das células depende de um suprimento contínuo de oxigênio e nutrientes do meio externo, associado com a remoção do dióxido de carbono. Em animais aquáticos muito pequenos, a difusão simples através da superfície do corpo satisfaz estas necessidades. Entretanto, a distância limita a taxa de difusão; assim, a maioria dos animais multicelulares necessita de órgãos respiratórios especializados associados a um sistema circulatório. Os órgãos respiratórios têm diversas formas, mas todos possuem uma grande área de superfície comprimida em um pequeno espaço. Além de necessitar de uma grande superfície de troca, seres humanos e outros animais terrestres enfrentam um desafio fisiológico adicional: a desidratação. A superfície de troca deve ser fina e úmida para permitir que os gases passem do ar para a solução, e ainda ao mesmo tempo deve ser protegida de secar como resultado da exposição ao ar. Alguns animais terrestres, como a lesma (um caracol sem concha), enfrentam o desafio da desidratação com adaptações com-

569

portamentais que os limitam a viver em ambientes úmidos e a ter atividades noturnas. Uma solução mais comum é anatômica: um epitélio respiratório internalizado. Os pulmões humanos são encerrados na cavidade do tórax para limitar seu contato com o ar exterior. A internalização cria um ambiente úmido para as trocas de gases com o sangue e protege a delicada superfície de troca contra danos. Porém, a internalização dos pulmões cria outro desafio: como mover o ar entre a atmosfera e a superfície de troca localizada profundamente dentro do corpo. O fluxo de ar requer uma bomba muscular para criar gradientes de pressão. Por isso, sistemas respiratórios mais complexos consistem em dois componentes separados: uma bomba muscular e uma superfície de troca úmida e fina. Em humanos, a bomba é a estrutura musculoesquelética do tórax [~ p. 54]. Os pulmões consistem em um epitélio de troca e vasos sanguíneos associados. As quatro funções primárias do sistema respiratório são: 1. Troca de gases entre a atmosfera e o sangue. O corpo traz o 0 2 para distribuição para os tecidos e elimina o C0 2, produto residual produzido pelo metabolismo. 2. Regulação homeostática do pH do corpo. Os pulmões podem alterar o pH do corpo seletivamente retendo ou excretando C02 • 3. Proteção contra patógenos e substândas irritantes inalados. Assim como todos os outros epitélios que têm contato com o meio externo, o epitélio respiratório é bem suprido com mecanismos de defesa que aprisionam e destroem substâncias potencialmente nocivas antes que elas possam entrar no corpo. 4. Vocalização. O ar move-se através das pregas vocais criando vibrações usadas para falar, cantar e outras formas de comunicação. Além de desempenhar estas funções, o sistema respiratório também é uma fonte significativa de perda de água e calor do corpo. Essas perdas devem ser balanceadas usando compensações homeostáticas. Neste capítulo, você aprenderá como o sistema respiratório realiza estas funções, trocando ar entre o meio externo e os espaços aéreos do interior dos pulmões. Esta troca é o fluxo global* de ar e segue muitos dos mesmos prinápios que governam o fluxo global (de massa) de sangue no sistema circulatório: 1. O fluxo ocorre a partir de regiões de pressão mais alta para regiões de pressão mais baixa. 2. Uma bomba muscular cria gradientes de pressão. 3. A resistência ao fluxo de ar é influenciada principalmente pelo diâmetro dos tubos pelos quais o ar está fluindo. A diferença primária entre o fluxo de ar no sistema respiratório e fluxo de sangue no sistema circulatório é que o ar é uma mistura de gases menos viscosa compressível, ao passo que o sangue é um líquido não compressível.

*N. de T. O fluxo global é o fluxo de massa (ou fluxo por pressão) determinado por u.m gradiente de pressão.

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Vias aéreas Alvéolos dos pulmões

-

-------1

___,

Troca 1: entre a atmosfera e o pulmão (ventilação) Troca li: entre o pulmão e o sangue

Circulação pulmonar

Transporte de gases no sangue Circulação sistêmica

1. O sistema condutor, ou vias aéreas, que conduz do meio externo para a superfície de troca dos pulmões. 2. Os alvéolos (alveus, um vaso côncavo), uma série desacos interconectados e seus capilares pulmonares associados. Estas estruturas formam a superfície de troca, onde o oxigênio se move do ar inalado para o sangue, e o dióxido de carbono move-se do sangue para o ar que será exalado. 3. Os ossos e os músculos do tórax (cavidade torácica) e do abdome que auxiliam a ventilação. O sistema respiratório pode ser dividido em duas partes. O trato respiratório superior, que consiste em boca, cavidade nasal, faringe e laringe. O trato respiratório inferior, que consiste em traqueia, brônquios e suas ramificações e nos pulmões. O trato respiratório inferior é também conhecido como porção torádca do sistema respiratório porque está localizado no tórax.

Os ossos e os músculos do tórax circundam os pulmões

Respiração celular~

Células

Troca Ili: entre o sangue e as células

ATP

•

FIGURA 17-1 Visão geral da respiração celular e respiração externa.

SISTEMA RESPIRATÓRIO A palavra respiração tem vários significados em fisiologia (Fig. 17-1 e ). A respiração celular refere-se à reação intracelular do oxigênio com moléculas orgânicas para produzir dióxido de carbono, água e energia na forma de ATP [ ~ p. 107]. A respiração externa, o tema deste capítulo e do próximo, é o movimento de gases entre o meio externo e as células do corpo. A respiração externa pode ser subdividida em quatro processos integrados, ilustrados na Figura 17-1. 1. A troca de ar entre a atmosfera e os pulmões. Este processo é conhecido como ventilação, ou respiração. Inspiração (inalação) é o movimento do ar para dentro dos pulmões. Expiração (exalação) é o movimento de ar para fora dos pulmões. Os mecanismos pelos quais a ventilação acontece são chamados coletivamente de mecânica

da respiração. 2. A troca de 0 2 e C02 entre os pulmões e o sangue. 3. O transporte de 0 2 e C02 pelo sangue. 4. A troca de gases entre o sangue e as células. A respiração externa requer o funcionamento coordenado dos sistemas respiratório e circulatório. O sistema respiratório consiste em estruturas envolvidas na ventilação e na troca de gases (Fig. 17-2 e ):

O tórax é delimitado pelos ossos da coluna vertebral e das costelas e seus músculos associados. Juntos, os ossos e os músculos são chamados de caixa torácica. As costelas e a coluna vertebral (a parede do tórax) formam os lados e o topo da caixa. A camada de músculo esquelético em forma de cúpula, o diafragma, forma a base (Fig. 17-2a). Dois conjuntos de músculos intercostais, o interno e o externo, unem os 12 pares de costelas (Fig. 17-2b). Músculos adicionais, o esternocleidomastoideo e o escaleno, se estendem da cabeça e do pescoço até o esterno e as duas primeiras costelas. Funcionalmente, o tórax é um recipiente fechado preenchido com três sacos membranosos, ou bolsas. Um, o saco pericárdico, contém o coração. Os dois outros sacos, os sacos pleurais; cada um circunda um pulmão (pleura, costela ou lado). O esôfago e os nervos e vasos sanguíneos torácicos passam entre os sacos pleurais (Fig. 17-2d).

Os sacos pleurais envolvem os pulmões Os pulmões consistem (Fig. 17-2a,c) em um tecido leve e esponjoso cujo volume é ocupado na maior parte por espaços cheios de ar. Esses órgãos irregulares em forma de cone quase preenchem a cavidade torácica, e suas bases repousam no diafragma. Vias aéreas semirrígidas - os brônquios - conectam os pulmões à via aérea principal, a traqueia. Cada pulmão é circundado por um saco pleural de parede dupla cujas membranas revestem o interior do tórax e cobrem a superfície externa dos pulmões (Fig. 17-3 e ). Cada membrana pleural, ou pleura, contém várias camadas de tecido conectivo elástico e numerosos capilares. As camadas opostas da membrana pleural são mantidas unidas por uma fina camada de líquido pleural cujo volume total é somente cerca de 25 a 30 mL em um homem de 70 kg. O resultado é parecido a um balão cheio de ar (o pulmão) circundado por um balão cheio de água (o saco pleural). A maioria das

Fisiologia Humana

Edna não conseguiu parar de fumar e a sua DPOC é uma combinação de enfisema e bronquite. Pacientes com bronquite crônica possuem produção excessiva de muco e inflamação geral de todo o trato respiratório. O muco estreita as vias aéreas e torna a respiração difícil.

Questão 1: Qual o resultado do estreitamento das vias aéreas sobre a resistência ao fluxo de ar? (Dica: a relação entre o raio e a resistência é a mesma tanto para o fluxo de ar no sistema respiratório quanto para o fluxo sanguíneo no sistema circulatório [ ~ p. 473}.)

571

sáveis, com paredes de músculo liso. Os bronquíolos continuam se ramificando (divisões 12 a 23) até que os bronquíolos respiratórios formem uma transição entre as vias aéreas e o epitélio de troca do pulmão. O diâmetro das vias aéreas se torna progressivamente menor da traqueia aos bronquíolos, mas conforme as vias aéreas individuais ficam mais estreitas, seu número aumenta (Fig. 17-4 e ). Assim, a área de secção transversal total aumenta a cada divisão das vias aéreas. A área de secção transversal total é menor no trato respiratório superior e maior nos bronquíolos, semelhante ao aumento da área de secção transversal que ocorre da aorta para os capilares no sistema circulatório [ ~ p. 475]. R - VISANDO CONCEITOS

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Ili

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Qual a diferença entre respiração celular e respiração externa? 2. Cite os componentes do trato respiratório superior e os do trato respiratório inferior.

ilustrações exagera o volume do líquido pleural, mas você pode dimensionar a sua espessura se imaginar 25 mL de água espalhados uniformemente sobre a superfície de uma garrafa de 3 litros de refrigerante. O líquido pleural tem vários propósitos. Primeiro, ele cria uma superfície úmida e escorregadia para que as membranas opostas possam deslizar uma sobre a outra enquanto os pulmões se movem dentro do tórax. Segundo, ele mantém os pulmões aderidos à parede torácica. Para visualizar este arranjo, pense em duas lâminas de vidro que são mantidas unidas por uma fina camada de água. Você pode deslizar as lâminas uma na outra para frente e para trás, mas não pode puxá-las e separá-las devido à coesão da água [ ~ p. 26]. Uma ligação líquida similar entre as duas membranas pleurais faz os pulmões "aderirem" à caixa torácica e os mantêm estirados em um estado parcialmente inflado, mesmo em repouso.

As vias aéreas conectam os pulmões ao meio externo O ar entra no trato respiratório superior através da boca e do nariz e passa pela faringe, uma passagem comum para os alimentos, os líquidos e o ar (pharynx, garganta). Da faringe, o ar flui através da laringe para a traqueia (Fig. 17-2a). A laringe contém as pregas vocais, faixas de tecido conectivo que são tensionadas e vibram para criar o som quando o ar passa por elas. A traqueia é um tubo semiflexível mantido aberto por 15 a 20 anéis de cartilagem em forma de C (Fig. 17-2e). Ela se estende para baixo no tórax, onde se ramifica (divisão 1) em um par de brônquios primários, um brônquio para cada pulmão. Dentro dos pulmões, os brônquios se ramificam repetidamente (divisões 2al1) em brônquios progressivamente menores (Fig. 17-2a, e). Como a traqueia, os brônquios são tubos semirrígidos sustentados por cartilagem. Nos pulmões, os menores brônquios se ramificam, tornando-se bronquíolos, que são pequenas vias aéreas colap-

3. Com base na área de secção transversal total das diferentes vias aéreas, onde a velocidade do fluxo de ar é maior e onde é menor? 4. Cite duas funções do líquido pleural. 5. Cite os componentes (incluindo os músculos) da caixa torácica. Liste os conteúdos do tórax. 6. Quais passagens de ar do sistema respiratório são colapsáveis? 7. O tabagismo paralisa os cílios das vias aéreas e aumenta a produção de muco. Por quê esses efeitos causam a tosse nos fumantes? Respostas: p. 596

As vias aéreas aquecem, umedecem e filtram o ar inspirado Durante a respiração, as vias aéreas superiores e os brônquios fazem mais do que simplesmente servirem de passagem para o ar. Eles desempenham um papel importante no condicionamento do ar antes que ele alcance os alvéolos. O condicionamento possui três componentes: 1. Aquece o ar até a temperatura do corpo (37ºC), de modo que a temperatura central do corpo não mudará e os alvéolos não são danificados pelo ar frio. 2. Adiciona vapor de água até o ar atingir a umidade de 100%, de modo que o epitélio de troca úmido não seque. 3. Filtra material estranho, de modo que vírus, bactérias e partículas inorgânicas não alcançam os alvéolos. O ar inalado é aquecido pelo calor do corpo e umedecido pela água evaporada do revestimento mucoso das vias aéreas. Sob condições normais, quando o ar alcança a traqueia, ele foi condicionado a 100% de umidade e 3 7ºC. A respiração pela boca não é tão eficaz em aquecer e umedecer o ar como a respiração pelo nariz. Se você se exercita ao ar livre em um clima muito frio, você pode sentir uma dor em seu peito que resulta de respirar ar frio pela boca. A filtração do ar acontece na traqueia e nos brônquios. Estas vias aéreas são revestidas com epitélio ciliado que secre-

17

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OS PULMÕES E A CAVIDADE TORÁCICA

Faringe - --..... Cavidade nasal Pregas vocais - ---..

1

Esternoclei- ---... domastoideo

Sistema respiratório superior

Escalenos --"""

t

Esôfago - - - Traqueia

Sistema respiratório inferior

---'::... lntercostais internos

lntercostais externos Diafragma - -

direito Brônquio direito

Diafragma

--,,,.. Músculos abdominais

Pulmão esquerdo

1 M.uscu1os

Brônquio esquerdo

da inspiração

li M.uscu1os I da expiração

(b) Músculos usados na ventilação

(a) Sistema respiratório ~- Ápice ~

Esôfago Lobo superior

Aorta

Membranas pleurais

Lobo superior , /

/ /

/

•••

-

••

/

/ /

/ /

Lobo médio

/ / / /

• p u 1mao ' •• direito

Pulmão

-·

es~uerdo

/

e:;:=::::;::::===============!===~;:::=~;::::=====::;:::::==::::;:==:::::==~

..,,_____ Base-_,, lncisura cardíaca O pulmão direito é dividido em três lobos.

(c) Anatomia externa dos pulmões

O pulmão esquerdo é d ividido em dois lobos.

Cavidade pleural direita

Cavidade pericárdica

Cavidade pleural esquerda

Vista superior

(d) Vista da secção transversal do tórax Cada pulmão é envolto por duas membranas pleurais. O esôfago e a aorta passam através do tórax entre os dois sacos pleurais.

e

FIGURA 17-2

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Fisiologia Humana

OS BRÔNQUIOS E OS ALVÉOLOS Cada grupo de alvéolos é circundado por fibras elásticas e por uma rede de capilares. Laringe Bronquíolo -_____,

A traqueia se ramifica em dois brônquios k-=..'f principais.

Ramo da artéria pulmonar

Nervo, artéria e .......::::=:::; veia branquiais

--+----~

Músculo liso

Traqueia

~--

Anel cartilaginoso Os brônquios principais se dividem mais 22 vezes, terminando em um agrupamento de alvéolos.

Brônquio principal esquerdo

'~-Brônquio

lombar

.~---

Fibras ~------f" elásticas

Ramo - da veia pulmonar Leitos

capilares ....,,,_~~

Bronquíolo

Alvéolos ----1~

{e) Ramificações das vias aéreas

Capilar

{f) Estrutura do lóbulo pulmonar

17

Fibras elásticas Epitélio alveolar Eritrócito

Células alveolares ---= tipo 1: trocas gasosas

Capi lar

Célula endotelial -F~~!iJ~ do capilar

Endotélio

O, 11,5

Célula alveolar tipo li (célula surfactante): sintetiza o surfactante

Núcleo da célula endotelial

µm

Plasma

1--r----== ~ ====~1 Espaço aéreo alveolar Alvéolo

Surfactante Macrófago ~ alveolar: fagocita material estranho

{g) Estrutura alveolar

•

FIGURA 17-2

(continuação).

Membranas basais fundidas

A seta azul representa as trocas gasosas entre o espaço aéreo alveolar e o plasma.

(h) Superfície de troca dos alvéolos

574

Dee Unglaub Silverthorn

O saco pleural forma uma dupla membrana c ircundando o pulmão, similar a um balão cheio de líquido circundando um balão preenchido com ar.

Balão preenchido com ar

Balão preenchido com líquido

Espaço aéreo do pulmão

...--Líquido pleural

O líquido p leural possui um volume muito menor do que o sugerido por esta ilustração.

ta muco e uma solução salina diluída. Os cílios são banhados em uma camada salina aquosa (Fig. 17-5 e ). No topo deles há uma camada de muco pegajoso que aprisiona a maioria das partículas inaladas maiores que 2 µm. A camada de muco é secretada por células caliciformes do epitélio (Fig. 17-5). Os cílios batem com um movimento ascendente que move o muco continuamente em direção à faringe, criando o que é chamado de movimento mucociliar ("escada rolante" mucociliar). O muco contém imunoglobulinas que podem inativar muitos patógenos, e uma vez que o muco alcança a faringe ele pode ser expelido (expectorado) ou deglutido. No muco deglutido o ácido do estômago e as enzimas destroem os microorganismos restantes. A secreção da camada salina aquosa sob o muco é essencial para o movimento mucociliar funcional. Na doença fibrose cística, por exemplo, a secreção inadequada de íons diminui o tansporte de líquido nas vias aéreas. Sem a camada salina, os cílios ficam presos no muco espesso e pegajoso. O muco não pode ser eliminado, e as bactérias colonizam as vias aéreas, resultando em infecções pulmonares recorrentes.

•

FIGURA 17-3 Relação entre o saco pleural e o pulmão.

Os alvéolos são os locais onde ocorrem as trocas gasosas Os alvéolos, agrupados nas extremidades dos bronquíolos terminais, constituem a maior parte do tecido pulmonar (Fig. 17-Zf, g). Sua função primária é a troca gasosa entre eles e o sangue. Cada diminuto alvéolo é composto de uma única camada de epitélio (Fig. 17-Zg). Dois tipos de células epiteliais são encontrados nos alvéolos. A célula alveolar tipo II, menor e mais espessa, sintetiza e secreta uma substância química conhecida como surfactante. O surfactante se mistura com o líquido fino que reveste o alvéolo para ajudar os pulmões quando eles se expandem durante a respiração, como você verá posteriormente neste capítulo. As células tipo II também ajudam a minimizar a quantidade de líquido presente nos alvéolos transportando solutos e água para fora do espaço aéreo alveolar. As células alveolares tipo 1 maiores ocupam cerca de 95% da área de superfície alveolar e são muito finas, de modo que os gases possam difundir-se rapidamente através delas (Fig. 17-Zh). Na maior parte da área de troca, uma camada ,

Nome Traqueia Brônquios principais Brônquios menores

Diâmetro (mm)

Quantidade

o

15-22

1

1

10-15

2

Divisão

Area de secção transversal (cm2 ) 2,5

4

2 3

Sistema condutor

4

1-10

5 1X104

6-11

Bronquíolos

Superfície de troca

•

FIGURA 17-4

Alvéolos

Ramificação das vias aéreas.

12-23

24

0,5-1

0,3

2 X 104

100

i

i

8 X 107

5 X 103

3-6 X 108

>1 X 106

Fisiologia Humana

575

Os cílios movem o muco para a faringe ~----

Partícula de pó

Acamada de .. muco aprisiona as partículas inaladas ~

A camada salina aquosa permite que os cílios empurrem o muco para a faringe

/

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Células cal icifonTies secretam muco

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.

- - - Núcleo das---+células epiteliais colunares

•

~

-

-

/-

-

/

+ - - - - Membrana - --r ~ basal

Epitélio ciliado da traqueia

• FIGURA 17-5 Epitélio respiratório ciliado. Os cílios movem a camada de muco em direção à faringe, removendo patógenos e matéria particulada aprisionados.

de membrana basal funde o epitélio alveolar ao endotélio do capilar. Na área restante, somente uma pequena quantidade de líquido intersticial está presente. As paredes finas do alvéolo não contêm músculo porque as fibras musculares poderiam bloquear a rápida troca gasosa. Consequentemente, o próprio tecido pulmonar não pode se contrair. Contudo, o tecido conectivo localizado entre as células epiteliais alveolares contém muitas fibras de elastina e de colágeno que geram retração elástica quando o tecido pulmonar é estirada. A associação íntima dos alvéolos com uma extensa rede de capilares demonstra a estreita ligação entre os sistemas circulatório e respiratório. Os vasos sanguíneos preenchem 80 a 90% do espaço entre os alvéolos, formando uma "camada" quase contínua de sangue que está em contato íntimo com os alvéolos cheios de ar. A proximidade do sangue capilar com o ar alveolar é essencial para a rápida troca de gases.

A circulação pulmonar é um sistema de baixa pressão e alta taxa de fluxo A circulação pulmonar inicia com o tronco pulmonar, o qual recebe sangue com pouco oxigênio do ventrículo direito. O tronco pulmonar divide-se em duas artérias pulmonares, uma para cada pulmão [Fig. 14-1, $ p. 470]. O sangue oxigenado dos pulmões retorna ao átrio esquerdo pelas veias pulmonares.

Em qualquer momento dado, a circulação pulmonar contém cerca de 0,5 litro de sangue, ou 10% do volume total de sangue. Cerca de 75 mL desta quantidade são encontrados nos capilares, onde ocorrem as trocas gasosas, e o restante nas artérias e veias pulmonares. A taxa do fluxo sanguíneo através dos pulmões é bem mais alta do que em outros tecidos [$ p. 471] porque os pulmões recebem o débito cardíaco total do ventrículo direito: 5 L/min. Isso significa que flui tanto sangue através dos pulmões em um minuto quanto flui através de todo o resto do corpo no mesmo período de tempo! Apesar da alta taxa de fluxo, a pressão sanguínea pulmonar é baixa. A pressão arterial pulmonar média é de 25/8 mm Hg, muito mais baixa do que a pressão sistêmica média de 120/80 mm Hg. O ventrículo direito não tem de bombear tão vigorosamente para gerar o fluxo sanguíneo através dos pulmões porque a resistência da circulação pulmonar é baixa. Esta resistência baixa pode ser atribuída ao menor comprimento total dos vasos sanguíneos pulmonares e à distensibilidade e grande área de secção transversal total das arteríolas pulmonares. Normalmente, a pressão hidrostática resultante que filtra o líquido de um capilar pulmonar para o espaço intersticial é baixa porque a pressão sanguínea média é baixa [$ p. 528]. O sistema linfático remove eficientemente os líquidos filtrados, e o volume do líquido intersticial pulmonar é geralmente mínimo. Consequentemente, a distância entre o espaço aéreo alveolar e o endotélio capilar é pequena, e os gases se difundem rapidamente entre eles.

17

576

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLfNICO "

,

INSUFICIENCIA CARDIACA CONGESTIVA Quando um problema pulmonar não é um problema pulmonar? A resposta: quando ele na verdade é um problema cardíaco. A insuficiência cardíaca congest iva (ICC) é um exemplo excelente da inter-relação ent re os sistemas do corpo e demonstra como disfunções em um sistema podem ter um efeito dominó nos outros. Os sintomas primários da insuf iciência cardíaca são " encurtamento " da respiração (dispneia), ofegar durante a respiração, e algumas vezes tosse produtiva cuja secreção (muco) pode ser rósea devido à presença de sangue. A ICC surge quando o lado direito do coração bombeia o sangue de modo mais eficiente do que o lado esquerdo (ver Capítulo 14, Revisando conceitos, questão 30, p. 500). Quando o sangue se acumula na circulação pulmonar, o volume aumentado aumenta a pressão sanguínea pulmonar e a pressão hidrostática capilar. A f iltração capilar excede a capacidade do sistema linfático de drenar o líquido interst icial, resultando em edema pulmonar. O tratamento da ICC inclui aumentar o débito urinário, o que envolve também outros órgãos e sistemas corporais. Atualmente, estima-se que 5 milhões de norte-americanos sofrem de ICC. Para aprender mais sobre esta condição clínica, visite o website da American Heart Association (www.americanheart.org) ou veja a Medline Plus, publicado pelo National lnstitutes of Health (www.nlin.nih.gov/medlineplus/heartfailure.html).

Leis dos gases 1. A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões dos gases individuais (lei de Dalton). 2. Os gases, isolados ou em uma mistura, se movem de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão. 3. Se o volume de um recipiente de gás muda, a pressão do gás irá muda de maneira inversa: P,V, = P2V2 {lei de Boyle). 4. A pressão e o volume de um recipiente de gás são diretamente relacionados com a temperatura do gás e com o número de molécu las no recipiente: PV = nRT, onde n é os moles do gás, T é a temperatura absoluta, e Ré a constante universal dos gases, 8.3145 J/mol K (lei geral dos gases ideais).

Ao nível do mar, a pressão atmosférica normal é de 760 mmHg. Contudo, neste livro, seguiremos a convenção de designar a pressão atmosférica, como O mmHg. Pelo fato de a pressão atmosférica variar com a altitude e como poucas pessoas vivem exatamente ao nível do mar, esta convenção nos permite comparar pressões diferentes que ocorrem durante a ventilação sem corrigir para a altitude. A Tabela 17-1 • resume as regras que governam o comportamento dos gases no ar. Essas regras fornecem a base para a troca de ar entre o meio externo e os alvéolos. As leis dos gases que governam a solubilidade dos gases em solução são discutidas no Capítulo 18.

O ar é uma mistura de gases R VISANDO CONCEITOS 8. O fl uxo de sangue no tronco pulmonar é maior, menor ou igual ao f luxo de sangue na aorta? 9. Uma pessoa tem insuficiência ventricular esquerda, mas apresenta a f unção ventricular direita normal. Consequentemente, o sangue se acumula na circulação pulmonar e duplica a pressão hidrostática dos capilares pulmonares. O que ocorre com o fluxo resultante de líquido através das paredes dos capilares pulmonares? 1O. Calcule a pressão arterial média de uma pessoa cuja pressão arterial pulmonar é de 25/8 mmHg. [ $ p. 517]. Respostas: p. 596

LEIS DOS GASES O fluxo respiratório de ar é muito semelhante em vários aspectos ao fluxo do sangue no sistema circulatório, embora o sangue seja um líquido não compressível e o ar seja uma mistura de gases compressível. Neste livro, a pressão do sangue e a pressão do ar ambiente (pressão atmosférica) são expressas em milímetros de mercúrio (mmHg). Os fisiologistas respiratórios algumas vezes expressam as pressões gasosas em unidades de centímetros de água: 1 mmHg = 1,36 cm H20 ou em quilo Pascais (kPa), onde 760mmHg = 101,325 kPa.

A atmosfera que circunda a terra é uma mistura de gases e vapor de água. A lei de Dalton estabelece que a pressão total exercida por uma mistura de gases é a soma das pressões exercidas pelos gases individuais. Por exemplo, no ar seco a uma pressão atmosférica de 760 mmHg, 78% da pressão total são devidos ao N2, 21 % ao 0 2, e assim por diante (Tabela 17-2 • ). Na fisiologia respiratória, não estamos interessados somente na pressão atmosférica total, mas também na pressão individual do oxigênio e do dióxido de carbono. A pressão de um único gás em uma mistura é conhecida como sua pressão parcial (Pgás). Para encontrar a pressão parcial de qualquer gás em uma amostra de ar, multiplique a pressão atmosférica (Patm) pela contribuição relativa do gás (%) para a patm: Pressão parcial de um gás atmosférico Patm X % do gás na atmosfera Pressão parcial do oxigênio Po2 = 760

X

=

=

760 mmHg x 21 %

0,21 = 160 mmHg

Deste modo, a pressão parcial do oxigênio (Po2) no ar seco ao nível do mar é de 160 mmHg. A pressão exercida por um gás individual é determinada somente por sua abundância

577

Fisiologia Humana

Pressões parciais (Pgás> dos gases atmosféricos a 760 mmHg GÁS E SUA PORCENTAGEM NOAR

Pgás AR SECO A 25ºC

P9 ás AR A 25ºC, 100% UMIDADE DO AR

P9ás AR A 37ºC, 100% UMIDADE DO AR

Nitrogênio (N 2) 78%

593 mmHg

574 mmHg

556 mmHg

Oxigênio (02 ) 21 %

160 mmHg

155 mmHg

150mmHg

Dióxido de carbono (C02 ) 0,033%

0,25 mmHg

0,24 mmHg

0,235 mmHg

Vapor de água

OmmHg

24 mmHg

47 mmHg

relativa na mistura e é independente do tamanho ou massa molecular do gás. A pressão parcial dos gases no ar varia ligeiramente, dependendo de quanto vapor de água está no ar, pois a pressão do vapor de água "dilui" a contribuição de outros gases para a pressão total. Para calcular a pressão parcial de um gás no ar úmido, você primeiro deve subtrair a pressão do vapor de água da pressão total. A Tabela 17-2 compara as pressões parciais de alguns gases no ar seco e em uma umidade de lOOo/o. R VISANDO CONCEITOS Se o nitrogênio constitui 78o/o do ar atmosférico, qual é a pressão parcial de nitrogênio (PN ) em uma amostra de ar 2 seco que tem uma pressão atmosférica de 720 mmHg? 12. A pressão parcial do vapor de água é 47 mmHg quando o ar inalado é completamente umidificado. Se a pressão atmosférica é 700 mmHg e o oxigênio constitui 21 º/o da atmosfera a 0% de um idade, qual é a P0 do ar completa2 mente umidificado? Respostas: p. 596

Os gases se movem a favor de gradientes de pressão O fluxo de ar ocorre sempre que houver um gradiente de pressão. O fluxo global de ar, como o fluxo sanguíneo, ocorre de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão. Os meteorologistas prevem o clima pelo conhecimento de que áreas de alta pressão atmosférica se movem para áreas de baixa pressão. Na ventilação, o fluxo global de ar a favor de gradientes de pressão explica por que ocorrem trocas gasosas entre o meio externo e os pulmões. O movimento do tórax durante a respiração cria, nos pulmões, condições de pressão alta e baixa alternadas. A difusão de gases a favor dos gradientes de concentração (pressão parcial) também se aplica aos gases individualmente. Por exemplo, o oxigênio se move de áreas de pressão parcial de oxigênio (P02) mais alta para áreas de pressão parcial de oxigênio mais baixa. A difusão de gases individuais é importante nas trocas de gases alvéolos-sangue e sangue-células, discutidas no Capítulo 18.

A lei de Boyle descreve as relações pressão-volume A pressão exercida por um gás ou uma mistura de gases em um recipiente fechado é criada pelas colisões das moléculas

do gás em movimento com as paredes do recipiente e umas com as outras. Se o tamanho do recipiente é reduzido, as colisões entre as moléculas de gás e as paredes se tornam mais frequentes, e a pressão aumenta. Esta relação pode ser expressa pela equação P1V1

=

P2Vz

onde P representa pressão e V representa volume. Por exemplo, comece com um recipiente de 1 L (V1) de um gás cuja pressão é de 100 mmHg (P 1), como mostrado na Figura 17-6 e. O que acontece com a pressão do gás quando a tampa do recipiente se move para dentro diminuindo o volume até 0,5 L? De acordo com a nossa equação, P1V1

100 mmHg P2

=

X

=

17

PzVz

1 L = p2

X

0,5 L

200 mmHg

Este cálculo mostra que, se o volume é reduzido pela metade, a pressão duplica. Se o volume duplicar, a pressão será reduzida pela metade. Esta relação entre pressão e volume foi descrita pela primeira vez por Robert Boyle em 1600, sendo chamada de Lei de Boyle dos gases.

Lei de Boyle: P1V1

=P2V2

A redução do volume aumenta as colisões e aumenta a pressão.

----· ·~

•

•

V 1 =1,0L P1 =100 mmHg

e

FIGURA 17-6

• • V2 = 0,5L P2 = 200 mmHg

Lei de Boyle. A lei de Boyle (P 1 V 1

= P2

V 2) assume que a temperatura e o número de moléculas de gás permanecem constantes.

578

Dee Unglaub Silverthorn

• Campânula

o

• •

Quando a pessoa inspira, o ar move-se para dentro dos pulmões. O volume da campânula diminui, e a pena sobe no traçado.

FIGURA 17-7 Um espirômetro. A pessoa coloca um bocal que é ligado a uma campânula invertida preenchida com ar ou oxigênio. O volume da campânula e o volume do trato respiratório da pessoa criam um sistema fechado porque a campânula é suspensa na água.

No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade torácica durante a ventilação causam gradientes de pressão que geram fluxo de ar. Quando o volume do tórax aumenta, a pressão alveolar diminui, e o ar flui para dentro do sistema respiratório. Quando o volume do tórax diminui, a pressão alveolar aumenta e o ar flui para a atmosfera. Este movimento do ar é um fluxo global (fluxo de massa) porque toda a mistura de gases está se movendo, ao invés de meramente uma ou duas espécies de gases contidas no ar.

VENTILAÇAO A primeira troca na fisiologia respiratória é a ventilação, ou respiração, o fluxo de ar entre a atmosfera e os alvéolos (Fig. 17-1). Um único ciclo respiratório consiste em uma inspiração seguida por uma expiração.

Os volumes pulmonares mudam durante a ventilação Os fisiologistas e clínicos avaliam a função pulmonar de uma pessoa medindo quanto ar a pessoa move durante a respiração em repouso, e depois em esforço máximo. Estes testes de função pulmonar usam um espirômetro, um instrumento que mede o volume de ar que se move a cada respiração (Fig. 17-7 e ). (Hoje em dia, a maioria dos espirômetros em uso clínico são pequenas máquinas computadorizadas, em lugar do espirômetro tradicional ilustrado aqui.) Quando uma pessoa é conectada ao espirômetro tradicional por um bocal, e seu nariz é fechado com um grampo, o trato respiratório da pessoa e o espirômetro formam um sistema fechado. Quando a pessoa inspira, o ar move-se do espirômetro para dentro dos pulmões, e a pena de registro, a qual traça um gráfico em um cilindro que gira, move-se para cima. Quando a pessoa expira, o ar move-se dos pulmões de volta para o espirômetro, e a pena de registro move-se para baixo.

Volumes pulmonares O ar movido durante a respiração pode ser dividido em quatro volumes pulmonares: (1) volume corrente, (2) volume de reserva inspiratório, (3) volume de reserva expiratório e (4) volume residual. Os valores numéricos usados no gráfico da Figura 17-8 • representam volumes médios para um homem de 70 kg. Os volumes para mulheres são tipicamente mais baixos. Os volumes pulmonares variam consideravelmente com a idade, o sexo, a altura e o peso, e assim os médicos usam algoritmos com base nesses parâmetros para calcular os volumes pulmonares. (Um algoritmo é uma equação ou série de passos usados para resolver um problema.) Cada um dos parágrafos seguintes inicia com instruções que seriam dadas se você estivesse sendo testado para estes volumes. "Respire normalmente." O volume de ar que se move durante uma única inspiração ou expiração é conhecido como volume corrente (VC). O volume corrente médio durante uma respiração espontânea (ventilação basal) é de cerca de , 500 mL. (E difícil respirar normalmente quando a pessoa está pensando sobre a sua respiração, por isso o médico pode não dar esta instrução.)

"Agora, ao final de uma inspiração espontânea, inspire o máximo de ar que você conseguir." O volume adicional que você inspirou além do volume corrente representa seu volume de reserva inspiratório (VRI). Em um homem de 70 kg, este volume é de cerca de 3.000 mL, aproximadamente seis vezes maior do que o volume corrente normal.

"Agora pare ao final de uma expiração normal e então expire o máximo de ar que você puder." Esta quantidade de ar expirado vigorosamente após o final de uma expiração espontânea é o volume de reserva expiratório (VRE), que é em média cerca de 1.100 mL. O quarto volume não pode ser medido diretamente. Mesmo se você soprar o máximo de ar que puder, ainda restará ar nos pulmões e nas vias aéreas. O volume de ar

Fisiologia Humana

579

O traçado de um espirômetro mostra os volumes pulmonares e as capacidades 5.800

-r------------------:~~---------------,

Os quatro volumes pulmonares

VR

Volume de reserva inspiratório 3.000 ml

VRE

vc

Final da inspiração normal

VRI LEGENDA VA = Volume residual VAE = Volume de reserva expiratório VC =Vol ume corrente VAI =Volume de reserva inspiratório

Capacidad inspiratória

2.800

Capacidade vital 4.600 ml

Volume corrente 500 ml Capacidade pulmonar total

2.300

Volume (ml)

Final da expiração normal

Volume de reserva expiratório 1.100 ml

Capacidade residual funcional

Volumes pulmonares Homens Mulheres VAI 3.000 1.900 } Capacidade Capaci500 inspiratória vc 500 dade vital 700 } Capacidade VAE 1.100 residual Volume residual 1.200 1.100 funcional 5.800 ml 4.200 ml

1.200

t

Volume residual 1.200 ml

i Tempo Capacidade é a soma de dois ou mais volumes.

•

FIGURA 17-8 Volumes e capacidades pulmonares. Os volumes pulmonares apresentados são de um homem de 70 kg ou de uma mulher de 50 kg, normais, com 28 anos.

presente no sistema respiratório após a expiração máxima - cerca de 1.200 mL- é chamado de volume residual (VR). A maior parte deste volume residual existe porque os pulmões são mantidos estirados aderidos pelo líquido pleural às costelas.

17 15. Se a capacidade vita l diminui com a idade, mas a capaci dade pulmonar total não muda, qual volume pulmonar deve estar sendo modificado? Em qual direção? 16.

A medida que o ar inalado é umidificado passando pelas vias aéreas, o que acontece com a Po2 do ar? Respostas: p. 596

Capacidades pulmonares A soma de dois ou mais volumes pulmonares é chamada de capacidade. A capacidade vital (CV) é a soma do volume de reserva inspiratório, volume de reserva expiratório e volume corrente. A capacidade vital representa a quantidade máxima de ar que pode ser voluntariamente movida para dentro ou para fora do sistema respiratório a cada respiração (ciclo ventilatório). Para medir a capacidade vital, você instruiria a pessoa a inspirar o máximo de ar possível e depois soprar todo o ar para fora. A capacidade vital diminui com a idade, quando os músculos enfraquecem e os pulmões se tornam menos elásticos. A capacidade vital somada ao volume residual é a capacidade pulmonar total (CPT). Outras capacidades importantes na medicina pulmonar (pneumologia) são a capacidade inspiratória (volume corrente + volume de reserva inspiratório) e a capacidade residual funcional (volume de reserva expiratório + volume residual). REVISANDO CONCEITOS 13. Como os volumes pulmonares estão relaci onados com as capacidades pulmonares? 14. Qua l volume pu lmonar não pode ser medido diretamente?

Durante a ventilação, o ar flui devido aos gradientes de pressão A respiração é um processo ativo que requer contração muscular. O ar flui para dentro dos pulmões devido ao gradiente de pressão criado por u.m a bomba, da mesma forma que o sangue flui pela ação de bombeamento do coração. No sistema respiratório, os músculos da caixa torácica e o diafragma funcionam como uma bomba porque a maior parte do tecido pulmonar é um fino epitélio de troca. Quando estes músculos se contraem os pulmões se expandem, uma vez que estão presos à parede interna do tórax pelo líquido pleural. Os músculos primários envolvidos na respiração espontânea (respiração em repouso) são o diafragma, os intercostais externos e os escalenos. Durante a respiração forçada, outros músculos do tórax e do abdome podem ser requisitados a auxiliar. Exemplos de situações fisiológicas nas quais a respiração é forçada inclui exerácios, tocar um instrumento de sopro e soprar um balão. Como mencionado, o fluxo de ar no trato respiratório obedece às mesmas regras do fluxo de sangue:

580

Dee Unglaub Silverthorn

--- Espaço pleural

I

1

1

1

1

Diafragma (a) Em repouso, o diafragma está relaxado.

• FIGURA 17-9

1

\ (b) Quando o diafragma contrai, o volume torácico aumenta.

(e) Quando o diafragma relaxa, o volume torácico diminui.

Movimento do diafragma durante a inspiração e a expiração.

Fluxo ex ÂP/R Esta equação significa que (1) o fluxo de ar ocorre em resposta a um gradiente de pressão (ÃP) e (2) o fluxo diminui à medida que a resistência (R) do sistema ao fluxo aumenta. Antes de discutirmos a resistência, consideraremos como o sistema respiratório gera um gradiente de pressão. As relações pressão-volume da lei de Boyle são a base da ventilação pulmonar. R VISANDO CONCEITOS

Qu.a ndo o diafragma contrai, ele desce em direção ao abdome. Na respiração, o diafragma move-se cerca de 1,5 cm, aumentando o volume torácico (Fig. 17-9 e ). A contração do diafragma causa de 60 a 75% da modificação do volume inspiratório durante uma respiração espontânea normal. O movimento da caixa torácica cria os 25 a 40% restantes da modificação do volume. Durante a inspiração, os músculos intercostais externos e os escalenos (ver Fig. 17-2b) contraem e puxam as costelas para cima e para fora. O movimento das costelas durante a inspiração tem sido comparado

Compare a direção do movimento do ar durante um ciclo respiratório com a direção do fluxo sanguíneo durante um ciclo cardíaco. 18. Explique a relação entre os pulmões, as membranas pleurais, o líquido pleural e a caixa torácica. Respostas: p. 596

Vértebra

Esterno Costela

\ '\ '\ '\ '\

-1

,,,,

.......... .......... ......

, ..... \

,,...

A inspiração ocorre quando a pressão alveolar diminui Para o ar mover-se para dentro dos alvéolos, a pressão dentro dos pulmões deve ser mais baixa do que a pressão atmosférica. De acordo com a lei de Boyle, um aumento no volume gera uma redução na pressão. Durante a inspiração, o volume torácico aumenta quando certos músculos esqueléticos da caixa torácica e o diafragma se contraem.

(a) O movimento similar ao da alavanca de uma bomba manual de água aumenta a dimensão ântero-posterior da caixa torácica.

Vértebra Costela

A DPOC de Edna iniciou com uma bronqu ite crônica e uma tosse matinal que expelia grande quantidade de muco. A fumaça do cigarro paralisa os cílios que varrem impurezas e muco para fora das vias aéreas, e a irritação gerada pela fumaça aumenta a produção de muco nas vias aéreas. Sem cílios funcionais, muco e impurezas se acumulam nas vias aéreas levando à tosse crônica. Finalmente, os fumantes podem desenvolver enfisema além da sua bronquite.

Questão2: Por que as pessoas com bronquite crônica têm uma taxa de infecções respiratórias maior que o normal?

569

571

•

583

591

592

Esterno (b) Um movimento similar ao da alça de um balde aumenta a dimensão lateral da caixa torácica.

• FIGURA 17-10 As dimensões da cavidade torácica aumentam durante a inspiração. O movimento da alavanca de uma bomba manual é aná logo à elevação das costelas e do esterno. O movimento da alça de um balde para cima e para fora é um bom modelo para o movimento lateral das costelas durante a inspiração.

Fisiologia Humana

Inspiração

Expiração

Inspiração

581

Expiração

+2 Pressão alveolar (mmHg)

Traqueia

A4

+1

o

A1 Brônquios

-1

A2

-2

Pulmão

Pressão intrapleural (mmHg)

81

83

-3

Diafragma Cavidade pleural direita

Cavidade pleural esquerda

Volume de ar movido

QUESTÕES DO GRÁFICO •

Em que ponto do ciclo a pressão alveolar é maior? E menor? E igual à pressão atmosférica? • Quando o volume dos pulmões é mínimo, a pressão alveolar é e a contração dos músculos intercostais externos é . a) máxima b) mínima c) está movendo-se do máximo para o mínimo d) está movendo-se do mínimo para o máximo

•

(ml)

C3

C1 ~-..._---'---'--.=.... ~---'-----'-----'------"

o

1 2 3 4 5 - - - - - T e m p o (segundos)

6

7

8

----~

FIGURA 17-11 Modificações de pressão, durante a respiração basal. Normal mente, a expiração dura 2 a 3 vezes mais do que a inspiração (não mostrado na escala deste gráfico idealizado).

à alavanca de uma bomba de água manual se movendo para cima e para longe da bomba (as costelas movem-se para cima e para longe da coluna vertebral; Fig. 17-lOa e ) e ao movimento de uma alça de balde quando ela se ergue se afastando da lateral do balde (as costelas movem-se para fora em uma direção lateral; Fig. 17-lOb). A combinação destes dois movimentos amplia a caixa torácica em todas as direções. ' A medida que o volume torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões. Por muitos anos, a respiração espontânea ou basal foi atribuída somente à ação do diafragma e dos músculos intercostais externos. Pensava-se que os músculos escalenos e esterno-cleidomastoideo eram ativos apenas durante arespiração profunda. Entretanto, dados recentes têm mudado nosso entendimento de como esses músculos acessórios contribuem para a respiração basal. Se os escalenos de um indivíduo estão paralisados, a inspiração ocorre primariamente pela contração do diafragma. A observação de pacientes com disfunções neuromusculares revelou que embora a contração do diafragma aumente o volume torácico por movê-lo em direção à cavidade abdominal, ela também tende a puxar as costelas inferiores para dentro, trabalhando contra a

inspiração. Em indivíduos normais, sabemos que as costelas inferiores movem-se para cima e para fora durante a inspiração, ao invés de para dentro. O fato de não haver movimento para cima e para fora das costelas em pacientes com os escalenos paralisados nos diz que normalmente os escalenos devem contribuir para a inspiração levantando o esterno e as costelas superiores. Novas evidências também parecem subestimar o papel dos músculos intercostais externos durante a respiração em repouso ou basal. Contudo, os intercostais externos desempenham um papel importante quando a atividade respiratória aumenta. Como a contribuição exata dos intercostais externos e dos escalenos varia dependendo do tipo derespiração, vamos agrupar estes músculos e chamá-los simplesmente de músculos inspiratórios. Agora vejamos como a pressão alveolar (PA) muda durante uma única inspiração. Acompanhe nos gráficos da Figura 17-11 • enquanto você lê sobre este processo. Lembre-se de que a pressão atmosférica recebe o valor de O mmHg. Números negativos designam pressões subatmosféricas e números positivos denotam pressões maiores que a atmosférica.

17

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Tempo O. Na breve pausa entre as respirações, a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica (O mm Hg no ponto A1). Quando as pressões são iguais, não há fluxo de ar. Tempo O a 2 segundos: Inspiração. Quando a inspiração inicia, os músculos inspiratórios contraem, e o volume torácico aumenta. Com o aumento no volume, a pressão alveolar diminui para cerca de 1 mmHg abaixo do valor da pressão atmosférica (- 1 mmHg, ponto A~, e o ar flui para dentro dos alvéolos (ponto C 1 ao ponto C2). Como o volume torácico muda mais rápido do que o ar pode fluir, a pressão alveolar alcança seu valor mais baixo na metade da inspiração (ponto A~. Como o ar continua a fluir para dentro dos alvéolos, a pressão aumenta até a caixa torácica parar de expandir-se, imediatamente antes do fim da inspiração. O movimento do ar continua por uma fração de segundo a mais, até a pressão interna dos pulmões igualar-se com a pressão atmosférica (ponto A3). Ao término da inspiração, o volume pulmonar está no seu valor máximo no ciclo respiratório (ponto C 2), e a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica. Você pode demonstrar este fenômeno realizando uma inspiração profunda e parando o movimento do seu tórax ao final da inspiração. (Não prenda sua respiração, pois assim a abertura da faringe fecha e impede o fluxo de ar.) Se você fizer isso corretamente, vai notar que o fluxo de ar para após você interromper o movimento inspiratório. Este exercício mostra que ao final da inspiração a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica.

A expiração ocorre quando a pressão alveolar aumenta Ao final da inspiração, os impulsos dos neurônios motores somáticos para os músculos inspiratórios cessam, e os músculos relaxam. A retração elástica dos pulmões e da caixa torácica leva o diafragma e as costelas para as suas posições originais relaxadas, da mesma maneira que um elástico esticado retorna ao seu tamanho original quando é solto. Devido ao fato de a expiração durante a respiração em repouso envolver a retração elástica passiva, ao invés da contração muscular ativa, ela é chamada de expiração passiva. ' Tempo 2 a 4 segundos: expiração. A medida que ovolume dos pulmões e da caixa torácica diminuem durante a expiração, a pressão do ar nos pulmões aumenta, alcançando um máximo de cerca de 1 mmHg acima da pressão atmosférica (Fig. 17-11, ponto A4). A pressão alveolar é agora maior que a pressão atmosférica, de modo que o fluxo de ar se inverte e o ar se move para fora dos pulmões.

Tempo 4 segundos. Ao final da expiração, o movimento do ar cessa quando a pressão alveolar é novamente igual à pressão atmosférica (ponto A5). O volume pulmonar alcança seu valor mínimo no ciclo respiratório (ponto C3 ). Neste ponto, o ciclo respiratório está encerrado terminou e está pronto para ser iniciado novamente com a ,,, . . prox1ma resp1raçao. As diferenças de pressão mostradas na Figura 17-11 aplicam-se à respiração em repouso (basal). Durante o exercício ou

a respiração forçada, este volume se toma proporcionalmente maior. A expiração ativa ocorre durante a exalação voluntária e quando a ventilação excede 30 a 40 ciclos ventilatórios por minuto. (A taxa de ventilação normal em repouso é de 12 a 20 ciclos ventilatórios por minuto para um adulto.) A expiração ativa usa os músculos intercostais internos e os músculos abdominais (ver Fig. 17-2b), os quais não são usados durante a inspiração. Estes músculos são coletivamente chamados de músculos expiratórios. Os músculos intercostais internos revestem a superfície interna da caixa torácica. Quando se contraem, eles puxam as costelas para dentro, reduzindo o volume da cavidade torácica. Para sentir esta ação, coloque as mãos em sua caixa torácica. Sopre vigorosamente o ar para fora dos seus pulmões o máximo que puder e observe o movimento das suas mãos à medida que você faz isso. Os intercostais internos e os intercostais externos funcionam como grupos de músculos antagonistas [ ~ p. 408] para alterar a posição e o volume da caixa torácica durante a ventilação. O diafragma, entretanto, não possui músculos antagonistas. Ao invés disso, os músculos abdominais contraem durante a expiração ativa para suplementar a atividade dos intercostais internos. A contração abdominal puxa as costelas inferiores para dentro e diminui o volume abdominal, ações que deslocam o intestino e o fígado para cima. As vísceras deslocadas empurram o diafragma para cima, para dentro da cavidade torácica e o volume do tórax diminui passivamente ainda mais. A ação dos músculos abdominais durante a expiração forçada é o motivo pelo qual os instrutores de aeróbica dizem a você para soprar o ar para fora quando levanta a cabeça e os ombros durante os exercícios abdominais. O processo ativo de soprar o ar para fora ajuda a contrair os abdominais, os mesmos músculos que você está tentando fortalecer. Qualquer doença neuromuscular que enfraqueça os músculos esqueléticos ou lesione seus neurônios motores pode afetar a ventilação. Com a diminuição da ventilação, menos ar "novo" entra nos pulmões. Além disso, a perda da habilidade de tossir aumenta o risco de pneumonia e outras infecções. Exemplos de doenças que afetam o controle motor da ventilação incluem a miasteniagrave [~ p. 278], uma doença na qual os receptores de acetilcolina das placas motoras terminais dos músculos esqueléticos são destruídos, e a pólio (poliomielite), uma doença viral que paralisa os músculos esqueléticos. R VISANDO CONCEITOS Scarlett O'Hara está tentando fechar um espartilho que t em 46 cm de cintura. Ela terá mais sucesso se resp irar f undo e segurar a respiração ou se soprar para fora todo o ar dos seus pulmões? Por quê? 20. Por que a perda da capacidade de t ossir aumenta o risco de infecções respirat órias? (Dica : o que a tosse faz com o Respostas: p. 596 muco das vias aéreas?)

A pressão intrapleural muda durante a ventilação A ventilação requer que os pulmões, os quais não podem se contrair ou se expandir por conta própria, se movam em associação com a contração e o relaxamento do tórax. Como você observou anteriormente neste capítulo, os pulmões são "aderidos" à caixa torácica devido às forças coesivas exerci-

Fisiologia Humana

•t-~~~-

P = - 3 mmHg

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P = Patm

A pressão intrapleural é subatmosférica

-----.,------,.:=--- - O pulmão colapsa para o tamanho não estirado Espaço intrapleural

~--~Membranas

pleurais

n==========-- Membranas pleurais A caixa torácica --+---" se expande levemente As propriedades elásticas da caixa torácica tentam puxar a parede torácica para fora.

A retração elástica do pulmão cria uma força que puxa o pulmão para dentro.

Se a cavidade pleural normalmente fechada é aberta para a atmosfera, o ar flui para dentro.

(a) Pulmão normal em repouso

•

~

(b) Pneumotórax

FIGURA 17-12 A pressão subatmosférica na cavidade pleural ajuda a manter os pulmões inflados.

das pelo líquido que há entre as duas membranas pleurais. Por esta razão, quando a caixa torácica move-se, os pulmões movem-se com ela. A pressão intrapleural no líquido que há entre as membranas pleurais normalmente é subatmosférica. Esta pressão subatmosférica surge durante o desenvolvimento fetal, quando a caixa torácica associada com sua membrana pleural cresce mais rapidamente que o pulmão com sua membrana pleural associada. As duas membranas pleurais são mantidas unidas pelo líquido pleural, de modo que os pulmões elásticos são forçados a se estirar para se adaptar ao maior volume da

O enfisema é caracterizado pela perda de elastina, a fibra elástica que ajuda os alvéolos a retrairem durante a expiração. A elastina é destruída pela elastase, uma enzima liberada pelos macrófagos alveolares, os quais têm de trabalhar o tempo todo em fumantes para livrar os pulmões de irritantes. Pessoas com enfisema possuem mais dificuldade de expirar do que de inspirar. Seus alvéolos apresentam perda de retração elástica, o que faz com que a expiração - normalmente um processo passivo - necessite de um esforço consciente. Questão3: Nomeie os músculos que os pacientes com enfisema usam para expirar ativamente.

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cavidade torácica. Ao mesmo tempo, porém, a retração elástica dos pulmões cria uma força direcionada para dentro que tenta puxar os pulmões para longe da parede do tórax (Fig. 1712a e ). A combinação da caixa torácica puxando para fora e a retração elástica dos pulmões puxando para dentro cria uma pressão intrapleural subatmosférica de cerca de - 3 mmHg. Você pode criar uma situação similar usando uma seringa preenchida até a metade com água e conectada a uma agulha coberta por uma tampa. Neste ponto, a pressão dentro do cilindro da seringa é igual à pressão atmosférica. Agora segure a seringa (a parede do tórax) em uma das mãos enquanto tenta tirar o êmbolo (o pulmão elástico se afasta ' da parede do tórax). A medida que você puxa o êmbolo, o volume dentro da seringa aumenta ligeiramente, mas as forças coesivas entre as moléculas de água fazem com que a água resista à expansão. A pressão na seringa, a qual é inicialmente igual à pressão atmosférica, diminui ligeiramente à medida que você puxa o êmbolo. Se você solta o êmbolo, ele volta para sua posição de repouso, restabelecendo a pressão atmosférica dentro da seringa. O que acontece à pressão intrapleural subatmosférica se é feita uma abertura entre a cavidade pleural fechada e a atmosfera? Uma faca que penetra entre as costelas, uma costela quebrada que perfura a membrana pleural, ou qualquer outro evento que abra a cavidade pleural para a atmosfera permite que o ar flua a favor do seu gradiente de pressão para dentro da cavidade, da mesma maneira que o ar entra quando você retira o selo de uma lata embalada a vácuo. O ar na cavidade pleural desfaz as interações do líquido que mantêm o pulmão aderido à caixa torácica. A parede do tórax se expande enquanto os pulmões elásticos colap-

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sam para um estado não estirado, como um balão esvaziado (Fig. 17-12b). Esta condição, chamada de pneumotórax (pneumo, ar + thorax, peito), resulta em um pulmão colabado que é incapaz de funcionar normalmente. O pneumotórax também pode ocorrer espontaneamente se uma bolha congênita (ou uma parte debilitada do tecido pulmonar) romper, permitindo que o ar de dentro do pulmão entre na cavidade pleural. A correção de um pneumotórax tem dois componentes: remover o máximo de ar possível da cavidade pleural com uma bomba de sucção e fechar o orifício para impedir que mais ar entre. Qualquer ar remanescente na cavidade é gradualmente absorvido para o sangue, refazendo as interações do líquido pleural e reinflando o pulmão. A pressão no líquido pleural varia durante um ciclo respiratório. No início da inspiração, a pressão intrapleural é .. de cerca de - 3 mmHg (Fig. 17-11, ponto B1) . A medida que a inspiração prossegue, a membrana pleural e os pulmões acompanham a expansão da caixa torácica devido a interações o líquido pleural, mas o tecido pulmonar elástico resiste a ser estirado. Os pulmões tentam afastar-se da parede torácica fazendo com que a pressão intrapleural se torne ainda mais negativa (Fig. 17-11, ponto Bz). Como este processo é difícil de ser visualizado, retorne à analogia da seringa tampada e preenchida com água. Você pode puxar o êmbolo um pouco para fora sem muito esforço, mas a coesividade da água torna difícil puxar mais o êmbolo. A quantidade aumentada de trabalho que você aplica tentando puxar o êmbolo para fora é comparada com o trabalho que os seus músculos inspiratórios devem fazer quando eles contraem durante a inspiração. Quanto mais profunda a respiração, mais trabalho é necessário para estirar o tecido elástico pulmorar. Ao final de uma inspiração basal, quando os pulmões estão totalmente expandidos, a pressão intrapleural diminui para cerca de -6 mmHg (Fig. 17-11, ponto B2). Durante o exercício, ou outras inspirações vigorosas, a pressão intrapleural pode alcançar -8 mmHg ou menos. Durante a expiração, a caixa torácica retorna a sua posição de repouso. Os pulmões são liberados da sua posição de estiramento, e a pressão intrapleural retorna ao seu valor normal de cerca de -3 mmHg (ponto B3). Observe que a pressão intrapleural nunca se equilibra com a pressão atmosférica porque a cavidade pleural é um compartimento fechado. Os gradientes de pressão necessários para o fluxo de ar são criados pelo trabalho da contração do músculo esquelético. Normalmente, cerca de 3 a 5% da energia do corpo são usados para a respiração basal. Durante o exercício, a energia requerida para a respiração aumenta substancialmente. Os dois fatores que têm maior influência na quantidade de trabalho necessária para a respiração são a distensibilidade dos pulmões e a resistência das vias aéreas ao fluxo de ar. REVISANDO CONCEITOS 21. Uma pessoa tem contrações espasmódicas periódicas do diafragma, conhecidas como soluço. O que acontece às pressões intrapleural e alveolar quando uma pessoa soluça 7 22. Uma vítima apunhalada é levada à sala de emergência com uma faca entre as costelas no lado esquerdo do tórax. O que provavelmente aconteceu com o seu pulmão esquer-

do? E ao pulmão direito? Por que parece que o lado esquerdo da sua caixa torácica está maior que o lado direito 7 Respostas: p. 596

A complacência e a elasticidade pulmonares podem mudar em estados patológicos A ventilação adequada depende da habilidade dos pulmões de se expandir normalmente. A maior parte do trabalho respiratório é superar a resistência elástica dos pulmões e da caixa torácica ao estiramento. Clinicamente, a habilidade do pulmão de se estirar é chamada de complacência. Um pulmão com alta complacência estira-se facilmente, da mesma maneira que uma pessoa complacente é facilmente persuadida. Um pulmão com baixa complacência requer mais força dos músculos inspiratórios para ser estirado . Complacência é diferente de elasticidade (elastância), a habilidade de retornar à sua posição de repouso após ser estirado. O fato de um pulmão ser estirado facilmente (alta complacência) não necessariamente significa que ele irá retornar ao seu volume de repouso quando a força de estiramento for retirada (elasticidade). Você pode ter experimentado algo assim com um short de ginástica velho. Após muitas lavadas, o elástico do cós é facilmente estirado (alta complacência), mas perde elasticidade, tornando impossível que o short permaneça ao redor da sua cintura. Problemas análogos ocorrem no sistema respiratório. Por exemplo, como mencionado em Solucionando o Problema, o enfisema é uma doença na qual as fibras de elastina normalmente encontradas no tecido pulmonar são destruídas. A destruição da elastina resulta em pulmões que exibem alta complacência e estiram facilmente durante a inspiração. Porém, estes pulmões também apresentam uma elasticidade diminuída, de modo que não retornam para a sua posição de repouso durante a expiração. Para entender a importância da retração elástica para a expiração, pense em um balão e em um saco plástico inflados. O balão é similar ao pulmão normal. Suas paredes elásticas apertam o ar dentro do balão, aumentando assim a pressão interna do ar. Quando a boca do balão é aberta para a atmosfera, a retração elástica causa o fluxo de ar para fora do balão. O saco plástico inflado, por outro lado, é como o pulmão de uma pessoa com enfisema. Ele possui alta complacência e é facilmente inflado, mas possui pouca retração elástica. Se o saco plástico é inflado e aberto para a atmosfera, a maior parte do ar permanece no interior do saco. Uma diminuição na complacência do pulmão afeta a ventilação porque mais trabalho precisa ser realizado para estirar um pulmão rígido. Condições patológicas nas quais a complacência está reduzida são chamadas de doenças pulmonares restritivas. Nestas condições, a energia necessária para estirar os pulmões menos complacentes pode exceder muito o trabalho respiratório normal. Duas causas comuns de diminuição da complacência são o tecido cicatricial não elástico formado em doenças pulmonares "(i.bróticas e a produção alveolar inadequada de surfactante, uma substância química que facilita a expansão do pulmão. A fibrose pulmonar é caracterizada pelo desenvolvimento de tecido fibroso cicatricial rígido que restringe a insuflação pulmonar. Na fibrose pulmonar idiopática [idios, próprio]

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.. /

"' + /

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t

--/ t '--

'

Bolha maior r=2 T=3 p = (2 X 3)/2 P=3

Bolha menor r=1 T=3 p = (2 X 3)/1 P=6

P =pressão T = tensão superficial . r =raio De acordo com a Lei de LaPlace, se duas bolhas têm a mesma tensão superfic ial, a bolha menor terá maior pressão.

(a) A pressão é maior na bolha menor.

•

• • •

Lei de LaPlace: P = 2T/r

•

•

• • • r=2 T=2 p = (2 X 2)/2 P=2

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••• • • •• •• ••••••• r=1 T=1 p = (2 X 1)/1 P=2

{b) O surfactante reduz a tensão superficial (T). A pressão é igualada em bolhas grandes e pequenas.

A lei de LaPlace. (a) Como ré o denominador na equação de LaPlace, a pressão interna de uma bolha aumenta à medida que o raio da bolha diminui. (b) A presença do surfactante diminui a tensão superficial em uma

FIGURA 17-13

película. Deste modo, o surfactante ajuda a igualar a pressão interna em bolhas de tamanhos diferentes. a causa é desconhecida. Outras formas de doença pulmonar fibrótica resultam na inalação crônica de matéria particulada fina, como o asbesto e a sílica, que escapam do revestimento de muco das vias aéreas e alcançam os alvéolos. Os macrófagos alveolares (ver Fig. 17-2g) então ingerem a matéria inalada. Se as partículas são orgânicas, os macrófagos podem digeri-las com as enzimas lisossomais. Entretanto, se as partículas não podem ser digeridas ou se elas se acumulam em grande número, ocorre um processo inflamatório. Os macrófagos então secretam fatores de crescimento que estimulam fibroblastos no tecido conectivo pulmonar a produzir colágeno inelástico. A fibrose pulmonar não pode ser revertida.

O surfactante diminui o trabalho respiratório Durante anos, os fisiologistas assumiram que a elastina e outras fibras elásticas eram a fonte primária da resistência ao estiramento no pulmão. Contudo, estudos comparando o trabalho necessário para expandir pulmões cheios de ar e pulmões cheios de solução salina mostraram que os cheios de ar são mais difíceis de inflar. A partir desse resultado, os pesquisadores concluíram que o tecido pulmonar contribui menos para a resistência do que se pensava. Alguma outra propriedade do pulmão normal cheio de ar, uma propriedade não presente no pulmão cheio com solução salina, deve criar a maior parte da resistência ao estiramento. Esta propriedade é a tensão superficial [$ p. 27] criada por uma fina camada de líquido localizada entre as células alveolares e o ar. Em qualquer interface ar-líquido, a superfície do líquido está sob tensão, como uma fina membrana sendo esticada. Quando o líquido é a água, a tensão superficial ocorre devido às ligações de hidrogênio entre as moléculas de água. As moléculas de água da superfície do líquido são atraídas por outras moléculas de água localizadas abaixo e ao lado delas, mas não são atraídas para os gases do ar na interface ar-líquido. A tensão superficial alveolar é similar à tensão que existe em uma bolha esférica. A tensão superficial criada pelo fino filme de líquido é direcionada para o centro da bolha e cria pressão no interior da bolha. A lei de LaPlace é uma expres-

são desta pressão. Ela estabelece que a pressão (P) dentro de uma bolha formada por uma fina película de líquido é uma função de dois fatores: a tensão superficial do líquido (T) e o raio da bolha (r). Esta relação é expressa pela equação P = 2T/r

Observe na Figura 17-13 a que se duas bolhas têm diferentes diâmetros, mas são formadas por líquidos que têm a mesma tensão superficial, a pressão dentro da bolha menor é maior que a pressão dentro da bolha maior. Como isso pode ser aplicado ao pulmão? Em fisiologia, podemos comparar a bolha ao alvéolo revestido por líquido (embora o alvéolo não seja uma esfera perfeita). O líquido que reveste todos os alvéolos gera tensão superficial. Se a tensão superficial (T) do líquido fosse a mesma nos alvéolos pequenos e nos grandes, os alvéolos pequenos teriam uma pressão maior dirigida para o interior do alvéolo que os alvéolos maiores, e maior resistência ao estiramento. Como resultado, mais trabalho seria necessário para expandir os alvéolos menores. Normalmente, contudo, nossos pulmões secretam um surfactante que reduz a tensão superficial. Surfactantes (do inglês, "surface active agents", agentes ativos de superfície) são moléculas que rompem a força coesiva entre as moléculas de água por substituírem a água na superfície. Por exemplo, o produto que você adiciona à sua lavadora de louça para ajudar no ciclo de enxaguar é um surfactante que impede que a água do enxágue forme gotas sobre os pratos (e deixe "manchas" quando as gotas de água secam). Nos pulmões, o surfactante diminui a tensão superficial do líquido alveolar e assim diminui a resistência do pulmão ao estiramento. O surfactante é mais concentrado nos alvéolos menores, tomando sua tensão superficial menor que nos alvéolos maiores (Fig. 17-13b). A menor tensão superficial ajuda a igualar a pressão entre alvéolos de diferentes tamanhos e torna mais fácil inflar os alvéolos menores. Com uma tensão superficial menores, o trabalho necessário para expandir os alvéolos em cada ciclo ventilatório é bastante reduzido. O surfactante humano é uma mistura contendo proteínas e fosfolipídeos, como a dipalmitoilfosfatidilcolina, que são secretados dentro do espaço aéreo alveolar por células alveolares tipo II (ver Fig. 17-2g).

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Normalmente, a síntese de surfactante inicia na vigésima quinta semana de desenvolvimento fetal sob a influência de vários hormônios. A produção normalmente alcança os níveis adequados na trigésima quarta semana (cerca de seis semanas antes do parto normal). Bebês que nascem prematuramente, sem a concentração adequada de surfactante em seus alvéolos, desenvolvem a síndrome da angústia respiratória do recém-nascido (SARRN). Além do "endurecimento" (baixa complacência) dos pulmões, estes bebês também possuem alvéolos que colapsam cada vez que eles expiram. Esses bebês precisam usar uma grande quantidade de energia para expandir seus pulmões colapsados a cada respiração. A menos que o tratamento seja iniciado rapidamente, cerca de SOo/o destas crianças morrem. No passado, tudo o que os médicos podiam fazer nesta situação era administrar oxigênio aos bebês. Hoje, porém, o prognóstico para bebês com SARRN é muito melhor. O líquido aminiótico pode ser coletado para verificar se os pulmões do feto estão ou não produzindo quantidades adequadas de surfactante. Se eles não estão, e o parto não pode ser adiado, os bebês com SARRN podem ser tratados com a administração em aerossol de um surfactante artificial até os pulmões amadurecerem o suficiente para produzirem o seu próprio surfactante. O tratamento atual também inclui ventilação artificial que força o ar para dentro dos pulmões (ventilação com pressão positiva) e mantém os alvéolos abertos.

O diâmetro das vias aéreas determina a resistência das vias aéreas O outro fator além da complacência que influencia o trabalho respiratório é a resistência do sistema respiratório ao fluxo de ar. A resistência no sistema respiratório é similar de muitas maneiras à resistência no sistema circulatório [ $ p . 473]. Três parâmetros contribuem para a resistência (R): o comprimento do sistema (L), a viscosidade da substância que flui pelo sistema ('TI) e o raio dos tubos no sistema (r). Do mesmo modo que no fluxo no sistema circulatório, a lei de Poiseuille correlaciona estes fatores: 4

R ex LT1/r

Devido ao fato do comprimento do sistema respiratório ser constante, podemos ignorar L na equação. A viscosidade do ar é quase constante, embora seja mais difícil respirar em uma sauna cheia de vapor do que em uma sala com umidade normal. As gotas de água no vapor aumentam a viscosidade do ar, aumentando assim sua resistência ao fluxo. A viscosidade também muda ligeiramente com a pressão atmosférica, diminuindo à medida que a pressão diminui. Uma pessoa a uma grande altitude pode sentir menos resistência ao fluxo de ar do que uma pessoa ao nível do mar. Apesar destas exceções, a viscosidade desempenha um papel muito pequeno na resistência ao fluxo de ar. Como o comprimento e a viscosidade são essencialmente constantes no sistema respiratório, o raio (ou diâmetro) das vias aéreas se toma o determinante primário da resistência das vias aéreas. Normalmente, entretanto, o trabalho necessário para superar a resistência das vias aéreas ao fluxo de ar é muito menor que o trabalho necessário para superar a resistência dos pulmões e da caixa torácica ao estiramento.

Cerca de 90% da resistência das vias aéreas normalmente podem ser atribuídos à traqueia e aos brônquios, estruturas rígidas com a menor área de secção transversal total. Devido ao fato de estas estruturas serem sustentadas por cartilagens, seu diâmetro normalmente não muda, e a sua resistência ao fluxo de ar é constante. Contudo, o acúmulo de muco devido a alergias ou infecções pode aumentar bastante a resistência. Se você tentar respirar pelo nariz quando está resfriado, pode observar como o estreitamento de uma via aérea superior limita o fluxo de ar! Os bronquíolos normalmente não contribuem de forma significativa para a resistência das vias aéreas, pois sua área de secção transversal total é cerca de 2.000 vezes a da traqueia. Entretanto, devido ao fato de os bronquíolos serem tubos colapsáveis, um decréscimo no seu diâmetro pode torná-los uma fonte significativa de resistência das vias aéreas. A broncoconstrição aumenta a resistência ao fluxo de ar e diminui a quantidade de ar "novo" que alcança os alvéolos. Os bronquíolos, assim como as arteríolas, estão sujeitos ao controle reflexo pelo sistema nervoso e por hormônios. Contudo, a maioria das mudanças do diâmetro bronquiolar que ocorrem no controle minuto-a-minuto ocorrem em resposta a substâncias parácrinas. O dióxido de carbono nas vias aéreas é a principal substância parácrina que afeta o diâmetro bronquiolar. O aumento de C02 no ar expirado relaxa o músculo liso bronquiolar e causa broncodilatação. A histamina é uma sustância parácrina que atua como um poderoso broncoconstritor. Esta substância é liberada pelos mastódtos [ ~ p . 549] em resposta ao dano do tecido ou à reação alérgica. Em reações alérgicas graves, grande quantidade de histamina pode levar à broncoconstrição generalizada e dificultar a respiração. O tratamento médico imediato destes pacientes é imperativo. O controle neural primário dos bronquíolos é feito por neurônios parassimpáticos que causam broncoconstrição, um reflexo que protege o trato respiratório inferior de irritantes inalados. Não existe inervação simpática significativa dos bronquíolos humanos. Contudo, o músculo liso dos bronquíolos é bem suprido com receptores ~ 2 que respondem à adrenalina. A estimulação dos receptores ~ 2 relaxa o músculo liso da via aérea e resulta em broncodilatação. Este reflexo é usado terapeuticamente no tratamento da asma e de várias reações alérgicas caracterizadas por liberação de histamina e broncoconstrição. A Tabela 17-3 • resume os fatores que alteram a resistência das vias aéreas. REVISANDO CONCEITOS 23. Em uma pessoa normal, o que contribui mais para o trabalho respiratório: a resistência das vias aéreas ou a elastância dos pulmões e da parede do tórax? 24. Trabalhadores de minas de carvão que passam anos inalando pó f ino de carvão têm grande parte da superfície alveolar coberta com tecido similar ao cicatricial. O que acontece com a complacência dos seus pulmões? 25. De que maneira o trabalho necessário para a respiração muda quando o surfactante não está presente nos pulmões? 26. Um tumor pulmonar cresceu para dentro das paredes de um grupo de bronquíolos, estreitando o seu lúmen . O que ocorreu com a resistência ao fluxo de ar nestes bronquíolos?

Fisiologia Humana

Fatores que afetam a resistência das vias aéreas FATOR

AFETADO POR

Comprimento do sistema

Constante; não é um fator

Viscosidade doar

Normalmente constante; umidade e altitude podem alterar levemente

MEDIADO POR

Diâmetro das . , vias aereas Vias aéreas • superiores

Obstrução física

Muco e outros fatores

Bronquíolos

Broncoconstrição

Neurônios parassimpáticos (receptor muscarínico), histamina, leucotrienos

Broncod i 1atação

Dióxido de carbono, adrenalina (receptores í3 2 )

27. Cite o neurotransm issor e o receptor responsáveis pela broncoconstrição parassimpática. Respostas: p. 596

A frequência e a amplitude respiratórias determinam a eficiência da respiração Você deve lembrar que a eficiência do coração é medida pelo débito cardíaco, o qual é calculado multiplicando a frequência cardíaca pelo volume sistólico. Do mesmo modo, podemos estimar a eficiência da ventilação calculando a ventilação pulmonar total, o volume de ar movido para dentro e para fora dos pulmões a cada minuto. A ventilação pulmonar total, também conhecida como volume-minuto (ventilaçãominuto), é calculada da seguinte maneira: Ventilação pulmonar total = frequência ventilatória x volume corrente A frequência ventilatória normal para um adulto é de 12 a 20 respirações (ciclos ventilatórios) por minuto. Usando o volume corrente médio (500 mL) e a frequência ventilatória menor, temos: Ventilação pulmonar total= 12 ciclos ventilatórios/min x 500 mL/ ciclo ventilatório = 6.000 mL/min = 6 L/ min A ventilação pulmonar total representa o movimento físico do ar para dentro e para fora do trato respiratório, mas é um bom indicador de quanto ar "novo" alcança a superfície de troca alveolar? Não necessariamente.

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Uma parte do ar que entra no sistema respiratório não alcança os alvéolos porque parte do ar de cada ciclo ventilatório permanece nas vias aéreas condutoras, como a traqueia e os brônquios. Como as vias aéreas condutoras não trocam gases com o sangue, elas são conhecidas como espaço morto anatômico. O espaço morto anatômico médio é de cerca de 150 mL. Para ilustrar a diferença entre o volume total de ar que entra nas vias aéreas e o volume de ar "novo" que alcança os alvéolos, considere uma respiração típica que move 500 mL de ar durante um ciclo ventilatório (Fig. 17-14 e ). 1. Ao final de uma inspiração, o volume do pulmão é máximo, e o ar "novo" preenche o espaço morto. 2. O volume corrente de 500 mL é expirado. Contudo, a primeira porção destes 500 mL que deixa as vias aéreas corresponde aos 150 mL de ar "novo" que estavam no espaço morto, seguidos por 350 mL de ar "velho" proveniente dos alvéolos. Deste modo, mesmo que 500 mL de ar deixem os alvéolos, apenas 350 mL deste volume deixam o corpo. Os 150 mL restantes de ar alveolar "velho" permanecem no espaço morto. 3. Ao final da expiração, o volume do pulmão está no seu mínimo, e o ar "velho" da expiração mais recente preenche o espaço morto anatômico. 4. Com a próxima inspiração, 500 mL de ar "novo" entram nas vias aéreas. O ar que entra devolve os 150 mL de ar "velho" que estão no espaço morto anatômico para os alvéolos, seguido por 350 mL de ar "novo". Os últimos 150 mL de ar "novo" inspirado permanecem novamente no espaço morto anatômico e nunca alcançam os alvéolos. Assim, embora 500 mL de ar entrem nos alvéolos, apenas 350 mL deste volume é ar "novo". O ar "novo" que entra nos alvéolos é igual ao volume corrente menos o volume do espaço morto. Devido ao fato de uma porção significativa de ar inspirado nunca alcançar a superfície de troca, um indicador mais acurado da eficiência da ventilação é a ventilação alveolar, a quantidade de ar novo que alcança os alvéolos a cada minuto. A ventilação alveolar é calculada multiplicando a frequência ventilatória pelo volume de ar novo que alcança os alvéolos: ventilação alveolar = frequência ventilatória x (volume corrente - espaço morto) Usando a mesma frequência ventilatória e volume corrente de antes, e um espaço morto de 150 mL, então ventilação alveolar = 12 ciclos ventilatórios/min x (500 - 150 mL/ciclo) = 4.200 mL/min Assim, a 12 ciclos por minuto, a ventilação alveolar é de 4,2 L/min. Embora 6 L/min de ar novo entrem no sistema respiratório, apenas 4,2 L alcançam os alvéolos. A ventilação alveolar pode ser bastante afetada por mudanças na frequência ou na amplitude da ventilação. A Tabela 17-4 • mostra que três pessoas podem ter a mesma

17

588

Dee Unglaub Silverthorn

Espaço morto preenchido c om ar " novo" 150

ml

2.700 ml

O primeiro ar expirado provém do espaço morto. Apenas 350 ml deixam os alvéolos.

o

Expiração de 500 ml (volume corrente).

Ar atmosférico

O espaço morto -----.. é preenchido com ar "novo".

Fim da inspiração.

Ao final da expiração, o espaço morto é preenchido com ar "velho" proveniente dos alvéolos.

150

Apenas 350 ml - - - -•350 de ar "novo" alcançam 150 1 1- - J os alvéolos. 2.200 ml Os primeiros __/ 150 ml de ar dentro dos alvéolos são ar "velho" proveniente do espaço morto.

o

CICLO VENTILATÓRIO EM UM ADULTO

2.200 ml

Espaço morto preenchido com ar "velho"

LEGENDA

D Po2 = 150 mmHg (ar "novo") D Po2 ::: 100 mmHg (ar "velho")

150

ml

2.200 ml

Inspiração de 500 ml de ar "novo" (volume corrente).

O

• FIGURA 17-14 A ventilação pulmonar total é maior do que a ventilação alveolar devido ao espaço morto. Neste exemplo, a ventilação pulmonar total é 500 mi/ciclo ventilatório x frequência ventilatória, mas a ventilação alveolar é apenas 350 mi/ciclo ventilatório x frequência ventilatória.

ventilação pulmonar total, porém uma ventilação alveolar bastante diferente. A ventilação voluntária máxima, a qual envolve respirar mais profundo e mais rapidamente possível, pode aumentar a ventilação pulmonar total para até 170 L/ min. A Tabela 17-5 • descreve vários padrões de ventilação, e a Tabela 17-6 • fornece os valores da ventilação normal.

A composição de gases nos alvéolos varia pouco durante a respiração normal Quanto a mudança na ventilação alveolar pode afetar a quantidade de ar novo e oxigênio que chega aos alvéolos?

A Figura 17-15 • mostra como as pressões parciais Po 2 e Pco2 nos alvéolos variam com a hiper e a hipoventilação . .... A medida que a ventilação alveolar aumenta acima dos níveis normais durante a hiperventilação, a Po2 alveolar aumenta para cerca de 120 mm Hg, e a Pco2 alveolar diminui para cerca de 20 mm Hg. Durante a hipoventilação, quando menos ar novo entra nos alvéolos, a Po2 alveolar diminui e a Pco2 alveolar aumenta. Embora uma grande mudança no padrão de ventilação alveolar possa afetar as pressões parciais dos gases nos alvéolos, a Po2 e a Pco2 nos alvéolos mudam surpreendentemente pouco durante a respiração normal em repouso. A Po2 al-

Efeitos do padrão ventilatório sobre a ventilação alveolar 11

VOLUME CORRENTE {mL)

FREQUÊNCIA VENTILATÓRIA {CICLOS/min)

VENTILAÇÃO PULMONAR TOTAL {mUmin)

AR NOVO" PARA OS ALVÉOLOS {mL) {VOLUME CORRENTE VOLUME DO ESPAÇO MORTO*)

VENTILAÇÃO ALVEOLAR {mL/min)

500 (normal)

12 (normal)

6.000

350

4.200

300 (superficial)

20 (rápida)

6.000

150

3.000

750 (profunda)

8 (lenta)

6.000

600

4.800

*O volume do espaço morto é assumido como sendo 150 ml.

Fisiologia Humana

589

Tipos e padrões de ventilação NOME

DESCRIÇÃO

EXEMPLOS

Eupneia

Respiração normal em repouso (basal ou espontânea)

Hiperpneia

Aumento da frequência venti latória e/ou volume em resposta ao aumento do metabolismo

Exercício

Hiperventi lação

Aumento da frequência venti latória e/ou volume sem aumento do metabolismo

Hiperventilação emocional; soprando um balão

Hipoventilação

Dim inu ição da ventilação alveolar

Respiração superficial; asma; doença pulmonar restritiva

Taqu ipneia

Respiração rápida; normalmente com frequência ventilatória aumentada com d iminuição da amplitude

Respiração ofegante

Dispneia

Dificuldade de respirar (uma sensação subjetiva muitas vezes descrita como "fome de ar")

Várias doenças ou exercício vigoroso

Apneia

Cessação da resp iração

Suspensão voluntária da resp iração; depressão dos centros de controle do SNC

veolar é relativamente constante em 100 mmHg, e a Pco2 alveolar permanece próxima de 40 mmHg. Intuitivamente, você pode pensar que a Po2 aumenta quando o primeiro ar novo entra nos alvéolos, e então diminui continuamente à medida que o oxigênio sai dos alvéolos para entrar no sangue. Ao invés disso, encontramos apenas oscilações muito pequenas na Po 2 • Por quê? As razões são que (1) a quantidade de oxigênio que entra nos alvéolos em cada ciclo ventilatório é aproximadamente igual à quantidade de oxigênio que entra no sangue, e (2) a quantidade de ar novo que entra nos pulmões em cada ciclo ventilatório é apenas um pouco mais que 10% do volume total do pulmão no final da inspiração.

A ventilação e o fluxo sanguíneo alveolares são ajustados Mover o oxigênio da atmosfera para a superfície de troca alveolar é apenas o primeiro passo da respiração externa. Em seguida, a troca dos gases deve ocorrer através da interface alvéolo-capilar. Finalmente, o fluxo de sangue (perfusão) que

Ventilação normal 4,2 L/min

Hipoventilação

Hiperventilação - - - - - - - - - - - - .

120

R VISANDO CONCEITOS O)

Se uma pessoa aumenta seu volume corrente, o que acontece com a sua Po2 alveolar?

I

E E E Q)

29. Se sua freq uência ventilat ória aumenta, o que acontece com a sua Po2 alveolar? Respostas: p. 596

(i) •CU

--

100

80

O)

CL

....

cu

g ->cu -cu

60

40

Valores ventilatórios normais usados na medicina pulmonar Ventilação pu lmonar total

20

6 Umin

Ventilação alveolar total

4,2 Umin

Ventilação voluntária máxima

125-170 Umin

Frequência ventilatória

12-20 ciclos/min

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ventilação alveolar (Umin)

•

FIGURA 17-15 Quando a ventilação alveolar aumenta, a Po2 alveolar aumenta e a Pco2 alveolar diminui. O oposto ocorre quando a ventilação alveolar diminui.

17

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Dee Unglaub Silverthorn

passa pelos alvéolos deve ser alto o suficiente para captar o oxigênio disponível. Ajustar a ventilação nos grupos de alvéolos pelos quais o sangue flui é um processo de duas etapas que envolve a regulação local do fluxo de ar e do fluxo de sangue. Alterações no fluxo de sangue pulmonar dependem quase exclusivamente das propriedades dos capilares e dos de fatores locais, como a concentração de oxigênio e dióxido de carbono no tecido pulmonar. Os capilares nos pulmões são incomuns, pois são colapsáveis. Se a pressão do sangue que flui pelos capilares cai abaixo de certo ponto, os capilares se fecham, desviando o sangue para os capilares pulmonares onde a pressão do sangue é maior. Em uma pessoa em repouso, alguns leitos capilares do ápice (topo) do pulmão estão fechados devido à baixa pressão hidrostática. Leitos capilares na base dos pulmões possuem pressão hidrostática mais alta devido à gravidade e assim permanecem abertos. Consequentemente, o fluxo de sangue é desviado em direção à base do pulmão. Durante o exercício, quando a pressão do sangue sobe, os leitos capilares apicais se abrem, assegurando que o débito cardíaco aumentado possa ser totalmente oxigenado à medida que passa pelos pulmões. A habilidade dos pulmões de recrutar leitos capilares adicionais durante o exercício é um exemplo da capacidade de reserva do corpo. Em nível local, o corpo tenta ajustar o fluxo de ar e o fluxo sanguíneo em cada porção dos pulmões regulando o diâmetro das arteríolas e dos bronquíolos. O diâmetro dos bronquíolos é controlado primariamente pelos níveis de C02 no ar que passa por eles ao ser expirado (Tabela 17-7 e ). Um aumento na Pco2 no ar expirado causa dilatação dos bronquíolos. Um decréscimo na Pco2 do ar expirado causa a constrição dos bronquíolos. Apesar de existir alguma inervação autonômica nas arteríolas pulmonares, aparentemente existe pouco controle neural do fluxo de sangue pulmonar. A resistência das arteríolas ao fluxo de sangue é regulada primariamente pelo conteúdo de oxigênio no líquido intersticial situado ao redor da arteríola. Se a ventilação dos alvéolos em uma área do pulmão é diminuída, como mostrado na Fig. 17-16b, a Po2 nesta área diminui, e as arteríolas respondem fazendo vasoconstrição, como mostrado na Fig. 17-16c. Esta vasocons-

Controle local de arteríolas e bronquíolos pelo oxigênio e pelo dióxido de carbono COMPOSIÇÃO DO GÁS

ARTERÍOLAS ARTERÍOLAS BRONQUÍOLOS PULMONARES SISTÊMICAS

Pco2 aumentada

Dilatação

(Constrição)*

Dilatação

Pco2 diminuída

Constrição

(Dilatação)

Constrição

Po2 aumentada

(Constrição)

(Dilatação)

Constrição

Po2 diminuída

(Dilatação)

Constrição

Dilatação

*Os parênteses indicam respostas fracas.

trição local é adaptativa porque desvia o sangue da região subventilada para partes do pulmão melhor ventiladas. Observe que a constrição das arteríolas pulmonares em resposta à baixa Po2 é o oposto do que ocorre na circulação sistêmica [$ p . 522]. Na circulação sistêmica, um decréscimo na Po2 de um tecido faz as arteríolas locais se dilatarem, liberando mais sangue oxigenado para estes tecidos que estão consumindo oxigênio. Nos pulmões, o sangue está captando oxigênio, portanto não faz sentido enviar mais sangue para uma área com baixa Po 2 tecidual devido à ventilação diminuída. Outro ponto importante precisa ser observado. Os mecanismos de controle local não são reguladores eficazes do fluxo de ar e de sangue em todas as circunstâncias. Se o fluxo de sangue é bloqueado em uma artéria pulmonar, ou se o fluxo de ar é bloqueado ao nível de vias aéreas maiores, as respostas locais que desviam ar ou sangue para outras partes do pulmão são ineficazes porque nestes casos nenhuma parte do pulmão tem ventilação ou perfusão normais. R VISANDO CONCEITOS 30. Se um tumor no pulmão diminui a um mín imo o fluxo de sangue em uma pequena região do pulmão, o que acontece com a Po2 dos alvéolos desta região e do líquido intersticial ao seu redor? O que acontece à Pco 2 nesta região? Qual é resposta compensatória dos bronquíolos na região afetada? A compensação trará a ventilação ao normal na região afetada? Explique. Resposta: p. 596

A auscultação e a espirometria avaliam a função pulmonar A maioria dos testes de função pulmonar é relativamente fácil de realizar. A auscultação dos sons respiratórios é uma técnica diagnóstica importante na medicina pulmonar, da mesma maneira que a auscultação do coração é uma técnica importante no diagnóstico cardiovascular [$ p. 497]. Contudo, os sons respiratórios são mais complicados de interpretar que os sons cardíacos por terem uma faixa mais ampla de variação normal. Normalmente, os sons respiratórios são distribuídos uniformemente nos pulmões e parecem um "murmúrio" provocado pelo fluxo de ar. Quando o fluxo de ar é reduzido, como no pneumotórax, os sons respiratórios podem estar diminuídos ou ausentes. Sons anormais incluem vários chiados, estalos, sibilos e sons bolhosas causados por líquidos e secreções nas vias aéreas ou nos alvéolos. A inflamação na membrana pleural resulta em crepitação ou um som áspero conhecido como atrito pleural. Ele é causado pelo atrito das membranas pleurais inflamadas edemaciadas uma contra a outra, e desaparece quando o líquido as separa novamente. Doenças nas quais o fluxo de ar está diminuído como resultado do aumento da resistência nas vias aéreas são conhecidas como doenças pulmonares obstrutivas. Quando os pacientes com doença obstrutiva das vias aéreas inferiores são solicitados a exalar vigorosamente, o ar assobia pelas vias aéreas estreitadas, criando um som sibilante que pode ser ouvido até mesmo sem o estetoscópio. Dependendo da gravidade da doença, os bronquíolos podem colapsar e se

Fisiologia Humana

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(a) Normalmente, a perfusão de sangue nos alvéolos é equilibrada com a ventilação alveolar para maximizar a troca de gases. Arteríola -+---Bronquíolo

Sangue com pouco ox1gen10 o

A

o

Alvéolo

Alvéolo~...

(b) Ventilação-perfusão desequilibrada.

Se a ventilação diminui em um grupo de alvéolos (azul), a Pco2 aumenta e a Po2 diminui. O sangue que flui por estes alvéolos não é oxigenado.

Edna sentiu a respiração curta enquanto se exercitava, então o médico pediu alguns exames, incluindo a medida dos volumes pulmonares por espirometria. Parte do teste é o volume expiratório forçado. Com seus pulmões cheios de ar até o máximo, foi solicitado que Edna soprasse o mais rápido possível e com toda a força que ela pudesse. O volume de ar que Edna expirou no primeiro segundo do teste (o volume expiratório forçado em um segundo, FEV1) é menor do que o normal, porque na DPOC a resistência das vias aéreas está aumentada. Outro exame que o médico pediu é uma contagem sanguínea completa. Os resultados deste exame mostram que Edna tem a contagem de erit rócitos e hematrócito maiores do que o normal [ ~ p. 553].

Questão 4: Quando Edna enche seus pulmões ao máximo, o volume de ar nos seus pulmões é conhecido como a capacidade . Quando ela expira todo o ar que pode, o volume de ar que fica nos seus pulmões é

º------· Questão 5: Por que Edna tem a contagem de eritrócitos e o hematócrito aumentados? (Dica: Devido à DPOC de Edna, sua Po2 arterial é baixa.)

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17

(c) Os mecanismos de controle local tentam manter a ventilação e a perfusão equilibradas. A diminuição da Po2 tecidual ao redor do alvéolo subventi lado constringe suas arteríolas, desviando o sangue para os alvéolos melhor venti lados.

O f luxo de sangue é desviado para o alvéolo melhor venti lado.

•

FIGURA 17-16 Os mecanismos de controle local tentam equilibrar a ventilação e a perfusão.

fechar antes que uma expiração forçada seja completada, reduzindo a quantidade e a taxa do fluxo de ar medido por um espirômetro.

As doenças pulmonares obstrutivas incluem asma, apneia obstrutiva do sono, enfisema e bronquite crônica. As duas últimas algumas vezes são chamadas de doenças pulmonares obstrutivas crônicas (DPOC) por causa da sua natureza crônica, ou contínua. A apneia obstrutiva do sono [apnoia, sem respiração] resulta da obstrução das vias aéreas superiores, frequentemente devido a um relaxamento anormal dos músculos da faringe e da língua, que aumenta a resistência das vias aéreas durante a inspiração. A asma é uma condição inflamatória, frequentemente associada a alergias, que é caracterizada por broncoconstrição e edema das vias aéreas. A crise de asma pode ser desencadeada por exercícios (asma induzida por exercício) ou por mudanças rápidas da temperatura ou da umidade do ar inspirado. Pacientes asmáticos reclamam de "fome de ar" e dificuldade respiratória (dispneia). A gravidade das crises de asma varia desde moderada até ameaçadora à vida. Estudos da asma em nível celular mostram que vários sinais químicos podem ser responsáveis pela indução da broncoconstrição asmática, incluindo acetilcolina, histamina, substância P (um neuropeptídeo) e leucotrienos secretados por mastócitos, macrófagos e eosinófilos. Leucotrienos são broncoconstritores semelhantes a lipídeos, que são liberados durante a resposta inflamatória. A asma é tratada com medicação inalada e oral, incluindo agonistas adrenérgicos í3 2, anti-inflamatórios e antagonistas dos leucotrienos.

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REVISANDO CONCEITOS Doenças pulmonares restritivas [ $ p. 584] diminuem a complacência dos pulmões. De que forma o volume de reserva inspiratório muda nos pacientes com uma doença pulmonar restritiva?

Isso completa nossa discussão sobre a mecânica da ventilação. No próximo capítulo, passamos do enfoque no fluxo de ar para a difusão e transporte de oxigênio e dióxido de carbono à medida que eles trafegam entre os espaços aéreos dos alvéolos e as células do corpo.

32. A doença obstrutiva crônica dos pulmões faz com que os pacientes percam a capacidade de expirar completamente. De que maneira o volume residual muda nestes pacientes? Respostas: p. 596

Enfisema Edna deixou o consultório com a prescrição de um mucolítico, um broncodilatador e anti-inflamatórios para manter suas vias aéreas o mais abertas possível. Ela concordou em tentar parar de fumar mais uma vez e também recebeu prescrição e folh etos para isso. (Ver a conclusão do Solucionando o Problema do Capítulo 11, na p. 401.) Infelizmente, as mudanças nos pulmões que acontecem com a DPOC não são reversíveis, e ela vai precisar de tratamento para o resto da sua vida . De

acordo com a American Lung Association (www.lungusa.org), a DPOC é a quarta causa de morte nos Estados Unidos e custa mais de U$ 30 bi lhões por ano em custos médicos diretos e custos indiretos, como salários perdidos. Neste problema, você aprendeu sobre doença pulmonar obstrutiva crôn ica. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Qual o efeito do estreitamento das vias aéreas na resistência que as vias aéreas oferecem ao fluxo de ar?

A relação entre o raio do tubo e a resistência é a mesma para o fluxo de ar e para o fluxo de sangue: à medida que o raio diminui, a resistência aumenta [ $ p. 473).

Quando a resistência aumenta, o • • • corpo precisa usar mais energia para gerar o fluxo de ar.

2

Por que as pessoas com bronquite crônica têm uma taxa de infecções respiratórias maior que o normal?

A fumaça do cigarro paralisa os cílios que varrem resíduos e muco para fora das vias aéreas. Sem a ação dos cílios, o muco e as partículas aprisionadas nele se acumulam nas vias aéreas.

As bactérias presas no muco podem se multiplicar e causar infecções respiratórias.

3

Cite os músculos que os pacientes com enfisema usam para expirar ativamente.

A expiração passiva normal depende da retração elástica dos músculos e do tecido elástico dos pulmões.

A expiração forçada envolve os músculos intercostais internos e os músculos abdominais.

4

Quando Edna enche seus pulmões ao máximo, o volume de ar nos seus pulmões é conhecido como capacidade . Quando ela expira todo o ar que pode, o volume de ar que fica nos pulmões , eo_ _ _ _.

O volume máximo de ar nos pulmões é a capacidade pulmonar total. O ar que fica nos pulmões após uma expiração máxima é o volume residual.

N/A

5

Por que Edna tem a contagem de eritrócitos e o hematócrito aumentados?

Devido à DPOC de Edna, sua Po2 arterial é baixa. O principal estímulo para a síntese de eritrócitos é a hipoxia.

Baixos níveis de oxigênio arterial desencadeiam a liberação de EPO (eritropoetina) a qual aumenta a síntese adicional de eritrócitos. Mais eritrócitos fornecem mais sítios de ligação para o transporte de oxigênio.

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RESUMO DO CAPÍTULO O fluxo de ar para dentro e para fora dos pulmões é outro exemplo do princípio do fluxo de massa. Assim como o fluxo de sangue, o fluxo de ar é um fluxo de massa que requer uma bomba para criar um gradiente de pressão e encontra resistência principalmente pela mudança no diâmetro dos tubos pelos quais ele flui. As propriedades mecânicas dos sacos pleurais e a retração elástica da parede torácica e do tecido pulmonar são essenciais para a ventilação normal. 1. O metabolismo aeróbio nas células vivas consome oxigênio e produz dióxido de carbono. (p. 569) 2. A troca dos gases requer uma superfície de troca grande, fina e úmida; uma bomba para mover o ar, e um sistema circulatório para transportar os gases para as células. (p. 569) 3. As funções do sistema respiratório incluem as trocas gasosas, a regulação do pH, a vocalização e a proteção contra substâncias estranhas. (p. 569)

O sistema respiratório Sistema respiratório: revisão de anatomia 4. Respiração celular refere-se ao metabolismo celular que consome oxigênio. Respiração externa é a troca de gases entre a atmosfera e as células do corpo. Inclui ventilação, troca de gases no pulmão e nas células e transporte de gases no sangue. Ventilação é o movimento do ar para dentro e para fora dos pulmões. (p. 570; Fig. 17-1) 5. O sistema respiratório consiste em estruturas anatômicas envolvidas na ventilação e na troca de gases. (p. 570) 6. O trato respiratório superior inclui a boca, a cavidade nasal, a faringe e a laringe. O trato respiratório inferior inclui a traqueia, os brônquios, os bronquíolos e as superfícies de troca dos alvéolos. (p. 5 70; Fig. 17-2a) 7. A caixa torácica é delimitada pelas costelas, coluna vertebral e diafragma. Dois conjuntos de músculos intercostais conectam as costelas. (p. 570; Fig. 17-2b) 8. Cada pulmão está contido dentro de uma estrutura com parede dupla denominada saco pleural que contém uma pequena quantidade de líquido pleural. (p. 570; Figs. 17-2d, 17-3) 9. O dois brônquios principais entram nos pulmões. Cada brônquio principal divide-se em brônquios progressivamente menores e finalmente em bronquíolos colapsáveis. (p. 571; Figs. 17-2e, 17-4) 10. O sistema respiratório superior filtra, aquece e umidifica o ar inalado. (p. 571) 11. Os alvéolos consistem principalmente células alveolares tipo I com uma fina parede para a troca de gases. As células alveolares tipo II produzem o surfactante. Uma rede de capilares circunda cada alvéolo. (p. 574-575; Fig. 17-2f, g) 12. O fluxo sanguíneo através dos pulmões é igual ao débito cardíaco. A resistência ao fluxo sanguíneo na circulação pulmonar é baixa. A pressão arterial pulmonar média é de 25/8 mmHg. (p. 575)

Leis dos gases Sistema respiratório: ventilação pulmonar 13. A pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões dos gases individuais presentes na mistura (Lei de Dalton). A pressão parcial é a pressão de um único gás da mistura. (p. 5 76; Tabelas 17-1, 17-2)

14. O fluxo global de ar ocorre a favor de gradientes de pressão, assim como ocorre com o movimento de qualquer gás individual que faz parte do ar. (p. 577) 15. A lei de Boyle estabelece que, quando o volume disponível para um gás aumenta, a pressão do gás diminui. O corpo gera gradientes de pressão mudando o volume torácico. (p. 5 77; Fig. 17-6)

Ventilação Sistema respiratório: ventilação pulmonar 16. Um único ciclo respiratório consiste em uma inspiração e uma expiração. (p. 5 78) 17. O volume corrente é a quantidade de ar inalada durante uma única inspiração normal. A capacidade vital é o volume corrente somado aos volumes de reserva expiratório e inspiratório. O volume de ar nos pulmões ao final de uma expiração máxima é o volume residual. (p. 578-579; Fig. 17-8) 18. O fluxo de ar no sistema respiratório é diretamente proporcional ao gradiente de pressão, e inversamente relacionado à resistência ao fluxo de ar oferecida pelas vias aéreas. (p. 5 79) 19. Durante a inspiração, a pressão alveolar diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões. A inspiração requer a contração dos músculos inspiratórios e do diafragma. (p. 580; Fig. 17-9) 20. A expiração normalmente é passiva, resultando da retração elástica dos pulmões. (p. 582) 21. A expiração ativa requer a contração dos músculos intercostais internos e dos abdominais. (p. 582) 22. As pressões intrapleurais são sempre subatmosféricas porque a cavidade pleural é um compartimento fechado. (p. 583; Fig. 17-11) 23. A complacência é uma medida da facilidade com a qual a parede do tórax e os pulmões se expandem. A perda da complacência aumenta o trabalho respiratório. Elasticidade (elestância) é a habilidade de um pulmão estirado de retomar ao seu volume normal. (p. 584) 24. O surfactante diminui a tensão superficial no líquido que reveste os alvéolos. A redução da tensão superficial impede os alvéolos menores de colapsarem e também toma mais fácil inflar os pulmões. (p. 585; Fig. 17-13) 25. O diâmetro dos bronquíolos determina quanta resistência eles oferecem ao fluxo de ar. (p. 576) 26. O aumento de C02 no ar expirado dilata os bronquíolos. Os neurônios parassimpáticos causam broncoconstrição em resposta a estímulos irritantes. Não há inervação simpática significativa nos bronquíolos, mas a adrenalina causa broncodilatação. (p. 586; Tabela 17-3) 27. Ventilação pulmonar total= volume corrente x frequência ventilatória. Ventilação alveolar = frequência ventilatória x (volume corrente -volume do espaço morto). (p. 587-588; Fig. 17-14) 28. A composição do gás alveolar muda muito pouco durante um ciclo respiratório normal. A hiperventilação aumenta a Po2 alveolar e diminui a Pco2 alveolar. A hipoventilação tem o efeito oposto. (p. 589; Fig. 17-15) 29. Os mecanismos locais ajustam o fluxo de ar ao fluxo de sangue ao redor dos alvéolos. Os níveis aumentados de C02 dilatam os bronquíolos, e a diminuição de 0 2 contrai as arteríolas pulmonares. (p. 590; Fig. 17-16, Tabela 17-7)

17

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QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Liste quatro funções do sistema respiratório. 2. Dê duas definições para a palavra respiração. 3. Quais grupos de músculos são usados para a inspiração normal em repouso? E para a expiração normal em repouso? E para a expiração ativa? Que tipo(s) de músculo são os diferentes músculos respiratórios (esquelético, cardíaco ou liso)? 4. Qual é a função do líquido pleural? 5. Cite as estruturas anatômicas que uma molécula de oxigênio atravessa desde a atmosfera até o sangue. 6. Desenhe a estrutura de um alvéolo e diga a função de cada parte. Como os capilares são associados com um alvéolo? 7. Trace o trajeto da circulação pulmonar. Quanto sangue é encontrado nessa circulação em um dado momento? Qual é a pressão sanguínea arterial típica da circulação pulmonar, e como essa pressão pode ser comparada com a da circulação sistêmica? 8. O que acontece ao ar inspirado quando ele é condicionado durante a sua passagem pelas vias aéreas? 9. Durante a inspiração, a maior parte da mudança do volume to. rácico é resultado do movimento do 10. Descreva as mudanças nas pressões alveolar e intrapleural durante um ciclo ventilatório. 11. Qual é a função dos surfactantes em geral? E no sistema respiratório? 12. Dos três fatores que contribuem para a resistência ao fluxo de ar por um tubo, qual desempenha o papel principal na mudança da resistência ao fluxo de ar no sistema respiratório humano? 13. Relacione os itens com seu efeito nos bronquíolos: 1. broncoconstrição (a) histamina (b) adrenalina 2. broncodilatação (c) acetilcolina 3. nenhum efeito (d) Pco2 aumentada 14. No espirograma da figura a seguir:

3

Volume (litros)

2

1

15 segundos

----Tempo-----• (a) Identifique o volume corrente (VC), os volumes de reserva inspiratório e expiratório (VRI e VRE), o volume residual (VR), a capacidade vital (CV), a capacidade pulmonar total (CPT).

(b) Qual é o valor de cada um dos volumes e das capacidades que você identificou? (c) Qual é a frequência ventilatória dessa pessoa?

15. Compare e diferencie os seguintes termos: (a) complacência e elasticidade (elastância) (b) inspiração, expiração e ventilação (c) pressão intrapleural e pressão alveolar (d) ventilação pulmonar total e ventilação alveolar (e) células alveolares tipo I e tipo II (f) circulação pulmonar e circulação sistêmica 16. Liste as principais substâncias parácrinas e os neurotransmissores que causam broncoconstrição e broncodilatação. Por quais receptores eles atuam? (muscarínico, nicotínico, o., 13 1, (32) 17. Organize os seguintes termos em um mapa da ventilação. Use setas para cima, setas para baixo, símbolos de maior que(>) e menor que(<) como modificadores. Você pode adicionar termos. contrai músculos intercostais internos diafragma PA para dentro, para fora, de, para escalenos fluxo de ar P atm músculos abdominais Pintrapleural músculos expiratórios relaxa músculos inspiratórios respiração em repouso músculos intercostais externos respiração forçada 18. Decida se cada parâmetro irá aumentar, diminuir, ou não muda nas situações dadas. (a) resistência das vias aéreas na broncodilatação (b) pressão intrapleural durante a inspiração (c) fluxo de ar na broncoconstrição (d) diâmetro bronquiolar no aumento de Pco2 (e) volume corrente na complacência diminuída (f) pressão alveolar durante a expiração 19. Defina os seguintes termos: pneumotórax, espirômetro, auscultação, hipoventilação, broncoconstrição, volume-minuto, pressão pardal de um gás. 20. O coiote do desenho animado está enchendo um balão em outra tentativa de pegar o papa-léguas. Primeiro ele inspira todo o ar que ele consegue, depois sopra o máximo possível para dentro do balão. (a) O volume de ar no balão é igual ao dos pulmões do coiote. Este volume pode ser medido diretamente pela medida do volume do balão ou pela soma de quais volumes respiratórios? (b) Em 10 anos, quando o coiote ainda estiver caçando o papaléguas, ele será capaz de colocar a mesma quantidade de ar no balão em uma única inspiração? Explique. 21. Relacione as descrições na direita com a(s) fase(s) apropriada(s) da ventilação: (a) inspiração normalmente depende(m) da re(b) expiração tração elástica (c) inspiração e é/são facilitada(s) quando a comexpiração placência dos pulmões diminui (d) nenhuma é/são determinada(s) principalmente pela pressão intrapleural positiva gerada pela contração muscular ___ é normalmente um processo ativo requerendo a contração do músculo liso

Fisiologia Hum ana

22. Desenhe um gráfico mostrando a Po2 do ar no brônquio principal durante um ciclo ventilatório. (Dica: que parâmetro vai em cada eixo?) 23. A complacência dos pulmões aumenta mas a complacência da parede torácica diminui com a idade. Na ausência de outras alterações, cada um dos seguintes parâmetros aumenta, diminui ou não muda quando a complacência diminui? (a) trabalho necessário para respirar (b) facilidade com a qual os pulmões inflam (c) elasticidade dos pulmões (d) resistência das vias aéreas durante a inspiração 24. O surfactante pulmonar irá aumentar, diminuir ou não muda os seguintes itens? (a) trabalho necessário para respirar (b) complacência dos pulmões (c) tensão superficial nos alvéolos

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

2S. Considere que uma mulher normal tem um volume corrente em repouso de 400 mL, uma frequência respiratória de 13 respirações/mine um espaço morto anatômico de 12S mL. Quando ela se exercita, qual das seguintes situações será a mais eficiente para aumentar a liberação de oxigênio nos pulmões? (a) aumento da frequência respiratória para 20 ciclos ventilatórios/min sem nenhuma mudança no volume corrente (b) aumento do volume corrente para SSO mL não tendo mudança na frequência respiratória (c) aumento do volume corrente para SOO mL e da frequência respiratória para lS ciclos ventilatórios /min Qual destas situações é mais provável de ocorrer durante o exercício na vida real? 26. Uma programadora de computador de 30 anos teve asma durante lS anos. Quando se deita à noite, ela tem acessos de chiado e tosse. Durante anos, ela achou que poderia respirar melhor se dormisse sentada na posição quase vertical. Realizando um exame, seu médico descobriu que ela tem o tórax aumentado. Seus pulmões apareceram hiperinflados no raio X. Aqui está o resultado dos seus testes de função pulmonar. Use os valores normais e as abreviações apresentadas da Figura 17-8 para ajudá-lo a responder às questões. Frequência ventilatória: 16 respirações/min Volume corrente: 600mL VRE: 1.000 mL VR: 3.SOO mL Capacidade inspiratória 1.800 mL Capacidade vital: 2.800 mL Capacidade residual funcional: 4.SOO mL CPT: 6.300 mL Após receber um broncodilatador, sua capacidade vital aumentou para 3.6SO mL. (a) Qual é seu volume-minuto? (b) Explique a mudança na capacidade vital com o uso do broncodilatador. (c) Que outros valores são anormais? Você poderia explicar por que eles estão assim, considerando a história e os dados clínicos?

NÍVEL QUATRO

595

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

27. Um recipiente de gás com um pistão móvel possui um volume de SOO mL e uma pressão de 60 mmHg. O pistão é movido, e a nova pressão é de lSO mmHg. Qual é o novo volume do recipiente? 28. Você tem uma mistura de gases no ar seco, com uma pressão atmosférica de 760 mmHg. Calcule a pressão parcial de cada gás se a composição do ar for: (a) 21 % de oxigênio, 78% de nitrogênio, 0,3% de dióxido de carbono (b) 40% de oxigênio, 13ºA> de nitrogênio, 4S% de dióxido de carbono, 2°/o de hldrogênio (c) lOo/o de oxigênio, 1S% de nitrogênio, 1% de argônio, 2S% de dióxido de carbono 29. Li é uma mulher pequena, com um volume corrente de 400 mL e uma frequência respiratória de 12 ciclos ventilatórios por minuto em repouso. Qual é a sua ventilação pulmonar total? Um pouco antes de uma prova de fisiologia, sua ventilação aumentou para 18 ciclos ventilatórios por minuto devido ao nervosismo. Agora, qual é a sua ventilação pulmonar total? Considerando seu espaço morto anatômico como sendo 120 mL, qual é sua ventilação alveolar em cada caso? 30. Você coletou os seguintes dados do seu colega Neelesh. S.004 mL/min Volume-minuto = Frequência respiratória = 3 ciclos ventilatórios/lSs Capacidade vital = 4.800 mL Volume de reserva expiratório = 1.000 mL Qual é o volume corrente e o volume de reserva inspiratório de Neelesh? 31. Utilize a figura abaixo para resolver este problema. Um espirômetro com um volume de 1 litro (V 1) é preenchido com uma mistura de oxigênio e hélio, com a concentração de hélio sendo de 4 g/L (C 1). O hélio não se move dos pulmões para o sangue ou do sangue para os pulmões. Um indivíduo está soprando ar para fora o máximo que ele pode. Uma vez terminada a expiração, seu volume pulmonar é V2• Ele põe então o tubo do espirômetro na boca e respira calmamente por vários ciclos. Ao final desse período, o hélio está uniformemente disperso no espirômetro e no pulmão do indivíduo. Uma nova medida mostra que a nova concentração de hélio é do indivíduo 1,9 g/L. Qual é o volume do pulmão do indivíduo ao iniciar o experimento? (Dica: C 1V 1 = C2V z) Mistura de hélio/02

V1

17

596

Dee Unglaub Silverthorn

RESPOSTAS ./"Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 571 1. A respiração celular é intracelular e usa 0 2 e substratos orgânicos para produzir ATP. A respiração externa é a troca e o transporte de gases entre a atmosfera e as células. 2. O trato respiratório superior inclui a boca, a cavidade nasal, a faringe e a laringe. O trato respiratório inferior inclui a traqueia, os brônquios, os bronquíolos e a superfície de troca dos pulmões. 3. A velocidade é maior na traqueia e menor nos bronquíolos. 4. O líquido pleural reduz o atrito e mantém os pulmões aderidos à parede do tórax. 5. A caixa torácica consiste na caixa torácica com músculos intercostais, coluna vertebral e diafragma. O tórax contém dois pulmões nos sacos pleurais, o coração e o saco pericárdico, esôfago e os grandes vasos sanguíneos. 6. Os bronquíolos são colapsáveis. 7. Se os cílios não podem mover o muco, o muco que se acumula nas vias aéreas desencadeia o reflexo da tosse para eliminar o muco. Página 576 8. O fluxo de sangue é aproximadamente igual no tronco pulmonar e na aorta. (Normalmente, parte do sangue venoso que sai dos brônquios, da pleura e de parte do coração desvia da circulação pulmonar e drena diretamente para o lado esquerdo do coração. Isso é chamado de shunt ou desvio anatômico.) 9. O aumento da pressão hidrostática causa maior filtração resultante para fora dos capilares e pode resultar em edema pulmonar. 10. Pressão arterial média = 8 mmHg + 1/3 (25 - 8) mmHg = 8 + 17/3 mmHg = 13,7 mmHg Página 577 11. 720 mmHg x 0,78 = 562 mmHg 12. 700 mmHg - 47 mmHg = 653 mmHg x 21o/o = 137,1 mmHg de Po2 • Página 579 13. As capacidades pulmonares são a soma de dois ou mais volumes pulmonares. 14. O volume residual não pode ser medido diretamente. 15. Se os indivíduos idosos têm capacidade vital reduzida, enquanto a capacidade pulmonar total não muda, então o volume residual deve aumentar. 16. Quando o ar se torna umidificado, a Po2 diminui. Página 580 17. O fluxo de ar reverte sua direção durante o ciclo respiratório, mas o sangue flui em um circuito e nunca na direção inversa. 18. Ver Figuras 17-2d e 17-3. Os pulmões estão envolvidos em um saco pleural. Uma membrana pleural adere ao pulmão e a outra reveste a caixa torácica. O líquido pleural preenche o saco pleural.

Página 582 19. Scarlett terá mais sucesso se expirar profundamente, com isso diminuirá seu volume torácico e puxará suas costelas inferiores para dentro. 20. A incapacidade de tossir diminui a capacidade de expelir o material potencialmente prejudicial aprisionado no muco nas vias , aereas. Página 584 21. Um soluço causa uma rápida diminuição nas pressões intrapleural e alveolar. 22. O ferimento causado pela faca irá colapsar o pulmão esquerdo se a faca perfurar a membrana pleural. A perda de adesão entre o pulmão e a parede do tórax irá remover a pressão para dentro exercida sobre a parede do tórax, e a caixa torácica se expandirá. O lado direito não será afetado, pois o pulmão direito está contido no seu próprio saco pleural. Página 587 23. Normalmente, a elastância do pulmão e da parede do tórax contribuem mais para o trabalho respiratório. 24. Tecido cicatricial reduz a complacência do pulmão. 25. Sem surfactante, o trabalho respiratório aumenta. 26. Quando o diâmetro bronquiolar diminui, a resistência aumenta. 27. O neurotransmissor é a acetilcolina, e o receptor é muscarínico. Página 589 28. O aumento do volume corrente aumenta a Po2 alveolar. 29. O aumento na frequência ventilatória aumenta a Po2 alveolar. Aumentando a frequência ventilatória ou o volume corrente, aumenta a ventilação alveolar. Página 591 30. A Po2 nos alvéolos da região afetada irá aumentar, pois o 0 2 não deixará os alvéolos. A Pco2 irá diminuir porque não está entrando novo C0 2 nos alvéolos a partir do sangue. Há broncoconstrição quando a Pco2 diminui (ver Tabela 17-7), desviando o ar para áreas do pulmão com melhor fluxo de sangue. Esta compensação não pode restabelecer a ventilação normal nesta região do pulmão, e o controle local é insuficiente para manter a homeostase. Página 591 31. O volume de reserva inspiratório diminui. 32. O volume residual aumenta em pacientes que não podem expirar o ar completamente.

Respostas para as questões do gráfico Página 581 Fig. 17-11 A pressão alveolar é maior no meio da expiração e menor no meio da inspiração. Ela é igual à pressão atmosférica no início e no final da inspiração e da expiração. Quando o volume dos pulmões está no mínimo, a pressão alveolar é (c) movendo-se do máximo para o mínimo, e a contração dos músculos intercostais externos é (b) mínima.

rocas e rans ases

Difusão e solubilidade dos gases

605 A Po2 determina a ligação

599

oxigênio-hemoglobina 606 A ligação do oxigênio é expressa em percentagem 607 Vários fatores afetam a ligação oxigênio-hemoglobina 609 O dióxido de carbono é transportado de três maneiras

O gás dissolvido depende da pressão, da solubilidade e da temperatura

Troca de gases nos pulmões e nos tecidos 601 602

Uma Po2 alveolar menor diminui a captação de oxigênio Mudanças na membrana alveolar alteram as trocas gasosas

Transporte de gases no sangue 603

A hemoglobina transporta a maior parte do oxigênio para os tecidos 604 A hemoglobina liga-se ao oxigênio 605 A ligação oxigênio-hemoglobina obedece à lei de ação das massas

Regulação da ventilação 613

Neurônios do bulbo controlam a . resp1raçao 614 O dióxido de carbono, o oxigênio e o pH influenciam a ventilação 616 Reflexos protetores dos pulmões 617 Os centros superiores do encéfalo afetam os padrões de ventilação

CONHECIMENTOS BASICOS Epitélio de troca: 74 pH e tampões: 38 Lei de ação das massas: 102 Líquido cerebrospinal: 301 Difusão simples: 136 Neurônios motores autonômico e somático: 388 Estrutura do tronco encefálico: 310 Eritrócitos e hemoglobina: 553 Barreira hematencefálica: 303

A escalada bem-sucedida do Monte Everest sem suprimento de oxigênio é uma das maiores sagas do século XX. -John B. West, Climbing with O"s - NOVA Online (www.pbs.org)

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Grande altitude

Vias aéreas - - - - - +1

Em 1981, um grupo de 20 f isiologist as, médicos e alpinistas, apoiado por 42 assistentes sherpa, f ormou a Expedição de Pesquisa Médica Americana ao Monte Everest. O propósito da expedição era estudar a fisiolog ia humana em altitudes extremas, iniciando com um acampamento a 5.400 m e cont inuando para o cume a 8.850 m. A parti r do t rabalho destes cientist as e de out ros, temos agora uma boa ideia da fisiologia da aclimatação à grande altitude.

Alvéolos pulmonares

- - - - . f -/

• Troca de C02 na l interface capi laralveolar

Troca de oxigênio na interface capilar-alveolar

"'A=:;

Circulação pulmonar

Transporte de ox1gen10 '

600

603

606

610

617

'

617

Transporte deC02

o livro No Ar Rarefeito (Into Thin Air), Jon Krakauer relata uma viagem malfadada ao topo do Monte Everest. Para alcançar o pico do monte Everest, os alpinistas têm de atravessar a "zona da morte" localizada a 8.000 metros. Das milhares de pessoas que tentaram chegar ao cume, apenas cerca de 2.000 obtiveram sucesso, e mais de 185 morreram. Quais são os desafios fisiológicos da escalada do Monte Everest (8.850 m) e por que levou tantos anos para os homens chegarem com sucesso ao seu topo? A falta de oxigênio nas grandes altitudes é parte da resposta. No capítulo anterior, vimos a mecânica da respiração, os eventos que criam o fluxo de ar para dentro e para fora dos pulmões. Neste capítulo, enfocamos os dois gases que são mais significativos para a fisiologia humana, o oxigênio e o dióxido de carbono, e vemos como eles se movem entre o espaço aéreo alveolar e as células do corpo. O processo pode ser dividido em dois componentes: a troca de gases entre compartimentos, a qual requer difusão através das membranas celulares, e o transporte de gases no sangue (Fig. 18-1 e ).

DIFUSÃO E SOLUBILIDADE DOS GASES A difusão simples do oxigênio e do dióxido de carbono através das camadas de células (entre alvéolos e capilares pulmonares, ou entre capilares sistêmicos e células) obedece às regras da difusão simples através de uma membrana, resumidas na lei da difüsão de Fick [$ p. 140]: Taxa de difusão ex Área de superfície x gradiente de concentração permeabilidade da membrana

A

X

espessura da membrana Se considerarmos que a permeabilidade da membrana é constante, então três fatores influenciam a difusão nos pulmões:

Circulação sistêmica

C02

Troca de oxigênio nas células

Troca de C02 nas células

C02 ~-------,

Células

Respiração celular

h~===-1---~ Nutrientes ATP

e

FIGURA 18-1 O oxigênio e o dióxido de carbono se movem para dentro e para fora do sangue nos capilares pulmonares e nos capilares sistêmicos.

1. Área de superfície. A taxa de difusão é diretamente pro-

porcional à área de superfície disponível. 2. Gradiente de concentração. A taxa de difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração da substância em difusão. 3. Espessura da membrana. A taxa de difusão é inversamente proporcional à espessura da membrana. Às regras gerais da difusão, podemos adicionar uma quarta influência: distância de difüsão - a difusão é mais rápida em curtas distâncias. Sob muitas circunstâncias, a distância de difusão, a área de superfície e a espessura da membrana são constantes no corpo e são maximizadas para facilitar a difusão*. Deste modo, o fator mais importante para a troca de gases na fisiologia normal é o gradiente de concentração. Quando pensamos sobre concentração em fisiologia, unidades como moles por litro e milimoles por litro vêm à mente. Contudo, os fisiologistas respiratórios normalmente usam a pressão parcial para expressar a concentração de um gás em solução. Esta medida permite a comparação direta com a pressão parcial dos gases no ar, o que é importante para estabelecer se há um gradiente de concentração entre os alvéolos e o sangue. *N. de T. Exceto a espessura da membrana, que é constante porém inversamente proporcional à taxa de difusão.

Fisiologia Humana

-

• • •• •• • •• • • • • . Po =100 mmHg 2 • • • • • •• • • •

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Po =o mmHg 2

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(a) Estado inicial: nenhum 0 2 em solução.

•

(b) O oxigênio dissolve-se.

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~

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•

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Po2 = 100 mmHg [02] = 5,20 mmol/L Po2= 100 mmHg [02] = 0,15 mmol/L

(e) No equilíbrio, a Po2 no ar e na água são iguais. A baixa solubil idade de 0 2 faz com que as concentrações não sejam iguais.

.. . ..~ ·~ . .. /. ~... •

599

~

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Pco2 = 100 mmHg [COiJ = 5,20 mmol/L Pco2 = 100 mmHg [COiJ = 3,00 mmol/L

(d) Quando o C02 está em equilíbrio na mesma pressão parcial, mais C02 se dissolve.

FIGURA 18-2 Gases em solução. Quando a temperatura permanece constante, a quantidade de um gás que se dissolve em um líquido depende da solubilidade do gás no líquido e da pressão parcial do gás.

O gás dissolvido depende da pressão, da solubilidade e da temperatura Quando um gás é colocado em contato com a água e existe um gradiente de pressão, as moléculas do gás se movem de uma fase para a outra. Se a pressão do gás é maior na água do que na fase gasosa, então as moléculas do gás deixam a água. Se a pressão do gás é maior na fase gasosa do que na água, então o gás se dissolve na água. O movimento das moléculas do gás do ar para um líquido é diretamente proporcional a três fatores: (1) o gradiente de pressão do gás, (2) a solubilidade do gás no líquido e (3) a temperatura. Devido ao fato de a temperatura ser relativamente constante nos mamíferos, iremos ignorar a sua contribuição nesta discussão. A facilidade com a qual um gás se dissolve em um líquido é a solubilidade do gás neste líquido. Se um gás é muito solúvel, um grande número de moléculas do gás entra na solução a uma baixa pressão parcial do gás. Com gases menos solúveis, mesmo uma pressão parcial alta pode fazer com que somente poucas moléculas do gás se dissolvam no líquido. Por exemplo, considere um recipiente de água exposto ao ar com uma Po2 de 100 mmHg (Fig. 18-2a e ). Inicialmente, a água não tem oxigênio dissolvido nela (Po2 =O mmHg). Como o ar permanece em contato com a água, algumas moléculas de oxigênio movendo-se no ar difundem-se para dentro da água e dissolvem-se (Fig. 18-2b). Este processo continua até que o equilíbrio seja alcançado. No equilíbrio (Fig. 18-2c), o movimento do oxigênio do ar para a água é igual ao movimento do oxigênio da água de volta para o ar. Referimo-nos à concentração de oxigênio que se dissolve na água a uma dada Po 2 como a pressão parcial do gás em solução. Em nosso exemplo, portanto, se o ar tem uma Po2 de 100 mmHg, no equilíbrio a água também tem uma Po2 de 100 mmHg. Observe que isso não significa que a concentração de oxigênio é a mesma no ar e na água! A concentração de oxigeno dissolvido também depende da solubilidade do oxigênio na água. Por exemplo, quando a Po2 é 100 mmHg no ar e na água, o ar contém 5,2 mmol 0 2/L de ar, mas a água contém apenas 0,15 mmol 0 2/L de água (Fig. 18-2c). Como você pode ver, o oxigênio não é muito solúvel em água e, por ex-

tensão, em qualquer solução aquosa. Sua baixa solubilidade foi determinante para a evolução das moléculas carreadoras de oxigênio na solução aquosa que chamamos de sangue. Agora compare a solubilidade do oxigênio com a solubilidade do C02 (Fig. 18-2d). O dióxido de carbono é 20vezes mais solúvel na água que o oxigênio. A uma Pco2 de 100 mmHg, a concentração de C02 no ar é 5,2 mmol C02/L de ar, e sua concentração na água é 3,0 mmol/L de água. Assim, embora a Po2 e a Pco2 sejam ambas 100 mmHg na água, a quantidade de cada gás que se dissolve na água é muito diferente. R VISANDO CONCEITOS Uma solução salina é exposta a uma mistura de gás nitrogênio e gás hidrogênio na qual PH2 = PN2 • Que informação você precisa para dizer se quantidades iguais de H2 e N2 irão se dissolver na solução? 2. Se o nitrogênio é 78o/o do ar atmosf érico, qual é a pressão parcial deste gás quando a pressão atmosférica no ar seco é de 720 mm Hg? 3. Verdadeiro ou falso? O plasma com uma Po 2 de 40 mmHg e uma Pco 2 de 40 mmHg tem as mesmas concentrações de oxigênio e de dióxido de carbono. Respostas: p. 621

TROCA DE GASES NOS PULMOES E NOS TECIDOS A lei dos gases estabelece que os gases individuais fluem de regiões de pressão parcial mais alta para regiões de pressão parcial mais baixa, e estas regras determinam a difusão de oxigênio e dióxido de carbono nos pulmões e nos tecidos. A Po 2 alveolar normal é de cerca de 100 mmHg (Fig. 18-3a e ). A Po2 do sangue venoso sistêmico que chega aos pulmões é de 40 mmHg. O oxigênio, portanto, se move a favor do seu gradiente de pressão parcial (concentração), dos alvéolos para os capilares. A difusão atinge o equilíbrio, e a Po2 do sangue arterial que deixa os pulmões é a mesma que nos alvéolos: 100 mmHg. Quando o sangue arterial alcança os capilares teciduais, o gradiente é invertido. As células estão continuamente usando oxigênio para a fosforilação oxidativa. Nas células de uma pessoa em repouso, a Po2 intracelular é em média 40 mmHg. O sangue arterial chega nas células com uma Po2

18

600

Dee Unglaub Silverthorn

Alvéolo

Alvéolo

Po2=100 mmHg

Pco2= 40 mmHg

Sistema circulatório

Sistema circulatório

Po2 <40 mmHg

Pco2 ;::: 46 mmHg

Tecido periférico

Tecido periférico {b) Difusão do C02

(a) Difusão do oxigênio

•

FIGURA 18-3 Os gases se difundem a favor do seu gradiente de pressão parcial {concentração) nos alvéolos e nas células.

de 100 mmHg. Como a Po2 é menor nas células, o oxigênio se difunde a favor do seu gradiente de pressão parcial do plasma para as células. Mais uma vez, a difusão atinge o equilíbrio e, como resultado, o sangue venoso tem a mesma Po2 que as células. Inversamente, a Pco2 é maior nos tecidos que no sangue capilar sistêmico devido à produção de C0 2 durante o meta-

A hipoxia é o problema primário que a pessoa experimenta quando ascende a grandes altit udes. A grande altitude é considerada qualquer nível acima dos 1.500 m, mas a maioria das respostas patológicas à altit ude ocorre acima dos 2.500 m. Estima-se que 25o/o das pessoas que chegam a 2.590 m irão experimentar alguma forma de doença da altitude.

bolismo (Fig. 18-3b). A Pco2 celular em uma pessoa em repouso é de cerca de 46 mmHg, comparada com a Pco2 arterial no plasma de 40 mmHg. O gradiente faz o C0 2 difundir-se das células para os capilares. A difusão atinge o equilíbrio, e o sangue venoso sistêmico tem uma Pco2 média de 46 mmHg. Nos capilares pulmonares, o processo é inverso. O sangue venoso que traz o C02 residual das células tem uma Pco2 de 46 mmHg. A Pco2 alveolar é de 40 mmHg. Como a Pco2 é maior no plasma, o C0 2 move-se dos capilares para os alvéolos. Quando o sangue deixa os alvéolos, ele tem uma Pco2 de 40 mmHg, idêntica à Pco2 nos alvéolos (Fig. 18-3b). A Tabela 18-le resume as pressões parciais arterial e venosa recém-discutidas. Se a difusão de gases entre os alvéolos e o sangue é significativamente reduzida, ocorre a hipoxia (um estado de muito pouco oxigênio). A hipoxia frequentemente (mas não sempre) é acompanhada de hipercapnia, que significa concen-

Questão 1: Se o vapor de água contribui com 47 mmHg para a pressão do ar completamente umidificado, qual é a Po2 do ar inspirado que chega aos alvéolos a 2.500 m, onde a pressão atmosférica do ar seco é de 542 mmHg? Como este valor de Po2 pode ser comparado com o valor da Po2 do ar totalmente umidificado ao nível do mar?

598

li

603

606

610

617

Valores sanguíneos normais na medicina pulmonar ARTERIAL

VENOSO

95 mmHg (85-100)

40 mmHg

40 mmHg (35-45)

46 mmHg

7,4 (7,38-7,42)

7,37

617

pH

Fisiologia Humana

601

Classificação das hipoxias TIPO

DEFINIÇÃO

CAUSA TÍPICA

Hipoxia hipóxica

Baixa Po2 arterial

Grande altitude; hipoventilação alveolar; diminuição da capacidade de difusão pulmonar; relação perfusão-ventilação anormal

Hipoxia anêmica

Diminuição da quantidade total de 0 2 ligado à hemoglobina

Perda de sangue; anemia (baixa [Hb] ou ligação Hb-02 alterada); envenenamento por monóxido de carbono

Hipoxia isquêmica

Redução do fluxo de sangue

Insuficiência cardíaca (hipoxia de todo corpo); choque (hipoxia periférica); trombose (hipoxia de um único órgão)

Hipoxia histotóxica

Falha das células em usar 0 2 por terem sido envenenadas

Cianeto ou outros venenos metabólicas

tração elevada de dióxido de carbono. Estas duas condições são sinais clínicos, não doenças, e os médicos precisam colher informações adicionais para definir a sua causa. A Tabela 18-2 e lista alguns tipos de hipoxia e algumas causas típicas. Três categorias de problemas resultam em baixo conteúdo arterial de oxigênio: (1) quantidade inadequada de oxigênio que chega aos alvéolos, (2) problemas com a troca de oxigênio entre os alvéolos e os capilares pulmonares, e (3) transporte inadequado de oxigênio no sangue. Vamos considerar estes assuntos nas seções seguintes.

a composição do ar inspirado é normal, então o problema é na ventilação alveolar. A baixa ventilação alveolar é conhecida também como hipoventilação e é caracterizada por volumes abaixo do normal de ar "novo" que entra nos alvéolos. Fatores patológicos que causam hipoventilação alveolar (Fig. 18-4 e ) incluem diminuição da complacência pulmonar (fibrose; Fig. 18-4c), aumento da resistência das vias aéreas (asma; Fig. 18-4e) e overdose de drogas (incluindo álcool) que deprimem o sistema nervoso central e diminuem a frequência e a amplitude ventilatórias.

R VISANDO CONCEITOS 4. Revisão do metabolismo celular: qual destas três rotas metabólicas - glicólise, ciclo do ácido cítrico e sistema t ransportador de elétrons - está diretamente associada com (a) consumo de 0 2 e (b) produção de C02 ? 5. Por que o movimento do oxigênio dos alvéolos para o plasma não diminui a Po2 dos alvéolos? Respostas: p. 62 1

Uma Po 2 alveolar menor diminui a captação de oxigênio O primeiro requisito para a entrega adequada de oxigênio nos tecidos é a sua entrada adequada a partir da atmosfera, que é refletida pela Po2 dos alvéolos. Uma diminuição na Po2 alveolar resulta em menos oxigênio entrando no sangue. Existem duas causas possíveis para a baixa Po2 alveolar: ou (1) o ar inspirado possui um conteúdo de oxigênio anormalmente baixo ou (2) a ventilação alveolar é inadequada. O principal fator que afeta o conteúdo de oxigênio do ar inspirado é a altitude. A pressão parcial de oxigênio no ar diminui junto com a pressão atmosférica total quando você se move do nível do mar (onde a pressão atmosférica normal é de 760 mmHg) para altitudes maiores. Por exemplo, Denver está a 1.609 m acima do nível do mar e possui uma pressão atmosférica de cerca de 628 mmHg. A Po2 do ar seco em Denver é de 132 mmHg, abaixo dos 160 mmHg ao nível do mar. Entretanto, a menos que a pessoa esteja viajando, a altitude permanece constante. Se a Po2 alveolar é baixa, mas

BIOTECNOLOGIA ,

OXIMETRO DE PULSO Um importante indicador cl ínico da eficácia das trocas gasosas nos pulmões é a concentração de oxigênio no sangue arterial. Obter uma amostra de sangue arterial é difícil para o médico e doloroso para o paciente porque é preciso encontrar uma artéria acessível. (A maior parte do sangue é retirada de veias superficiais, em vez de das artérias, as quais se situam mais profundamente no corpo.) Ao longo dos anos, porém, os cientistas desenvolveram instrumentos que medem rapidamente e de forma indolor os níveis de oxigênio sanguíneo através da superfície da pele em um lóbulo da orelha ou em um dedo. Um destes instrumentos, o oxímetro de pulso, é preso sobre a pele e em segundos gera uma leitura digital da saturação da hemoglobina arterial. O oxímetro funciona med indo a absorbância da luz do tecido em dois comprimentos de onda. Outro instrumento, o sensor de oxigênio transcutâneo, mede o oxigênio dissolvido usando uma variante dos tradicionais eletrodos medidores do gás. Ambos os métodos possuem limitações, mas são populares porque fornecem um meio rápido e não invasivo de estimar o conteúdo arterial de ox1gen10. '

A

'

18

602

Dee Unglaub Silverthorn

(a) Pulmão normal

(b) Enfisema

(d) Edema pulmonar

(e) Doença fibrótica do pulmão

(e) Asma -

Destruição dos alvéolos reduz a área de superfície para troca de gases.

/

-

/

e-

'

O líquido no espaço intersticial aumenta a d istância de d ifusão. A Pco2. arterial pode ser normal devido a solubilidade mais alta do C02 na água.

O aumento da resistência das vias aéreas diminui a ventilação alveolar.

,

Po2 normal

Constrição dos bronquíolos

/

'

""J

'

/

Po2 normal ou baixa

Po2 normal

"-

O espessamento da membrana alveolar reduz a velocidade da difusão dos gases. A perda da complacência pulmonar pode diminuir a ventilação alveolar.

-

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Po baixa 2

Por norma ou baixa

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Po2 , normal

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Po baixa 2

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Superfície de troca normal

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Aumento da d istância de d ifusão

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Po2 baixa ,

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Po baixa 2

Po baixa 2

•

FIGURA 18-4 Condições patológicas que reduzem a ventilação alveolar e as trocas gasosas.

R VISANDO CONCEITOS 6. No cume do Monte Everest, a uma altitude de 8.850 m, a pressão atmosférica é de apenas 250 mm Hg. Qual é a Po2 do ar atmosférico seco no cume do Monte Everest? Se o vapor de água adicionado ao ar inalado no cume t em uma pressão parcial de 47 mmHg, qual é Po 2 do ar inalado quando ele chega aos alvéolos? Resposta: p. 621

Mudanças na membrana alveolar alteram as trocas gasosas Em situações nas quais a composição do ar que chega aos alvéolos é normal, mas a Po2 do sangue arterial que deixa os pulmões é baixa, algum aspecto do processo de troca entre os alvéolos e o sangue tem defeito. A transferência de oxigênio dos alvéolos para o sangue requer a difusão através da barreira criada pelas células alveolares tipo 1 e pelo endotélio capilar (Fig. 18-5 e ). Normalmente, a distância de difusão é pequena porque as células são finas e existe pouco ou nenhum líquido intersticial entre as duas camadas celulares. Além disso, o oxigênio e o dióxido de carbono são solúveis em água e nos lipídeos. A troca de gases nos pulmões é rápida, o fluxo de sangue pelos capilares pulmonares é lento e a difusão alcança o equilíbrio em menos de um segundo. Mudanças patológicas que afetam a troca gasosa incluem (1) uma redução na área de superfície alveolar disponível para a troca gasosa, (2) um aumento na espessura da membrana alveolar e (3) um aumento na distância de difusão entre o espaço aéreo dos alvéolos e o sangue. A perda física da área de superfície alveolar é dramática no enfisema, uma doença degenerativa do pulmão mais frequentemente causada pela fumaça do cigarro (Fig. 18-4b). O efeito irritante da fumaça nos alvéolos ativa os macrófagos alveolares que liberam elastase e outras enzimas proteolíticas. Essas enzimas destroem as fibras elásticas dos pulmões [ ~ p. 80] e induzem a apoptose das células, degradando as paredes dos alvéolos. O resultado é alta complacência/baixa retração elástica pulmonar com alvéolos maiores, menos alveolos e menos área de superfície para as trocas gasosas. Mudanças patológicas na membrana alveolar que alteram suas propriedades diminuem a velocidade das trocas

gasosas. Por exemplo, na doença fibrótica pulmonar, a deposição de tecido cicatricial aumenta a espessura da membrana alveolar (Fig. 18-4c). A difusão de gases através deste tecido cicatricial é muito mais lenta que o normal. Porém, devido ao fato de os pulmões possuírem uma capacidade de reserva intrínseca, um terço do epitélio de troca deve estar incapacitado antes que a Po2 arterial diminua significativamente. Uma terceira condição patológica que diminui a difusão do oxigênio é o excesso de líquido entre o espaço aéreo alveolar e o capilar. O acúmulo de líquido pode ocorrer dentro dos alvéolos ou no compartimento intersticial entre o epitélio alveolar e o capilar (edema). No edema pulmonar, o volume excessivo de líquido intersticial aumenta a distância de difusão entre os alvéolos e os capilares (Fig. 18-4d). Normalmente, apenas uma pequena quantidade de líquido intersticial está presente nos pulmões, como resultado da baixa pressão do sangue pulmonar e da drenagem linfática eficaz. Contudo, se a pressão do sangue pulmonar aumenta por alguma razão, como na insuficiência ventricular esquerda ou na disfunção da valva mitral (valva atrioventricular esquerda), o balanço normal entre filtração e reabsorção no capilar é rompido [ ~ Fig. 15-19, p. 530]. Quando a pressão hidrostática capilar aumenta, mais líquidos é filtrado para fora do capilar. Se a filtração aumenta muito, os vasos linfáticos são incapazes de remover todo o líquido, e o excesso acumula-se no espaço intersticial pulmonar, gerando edema pulmonar. Em casos graves, o líquido passa através da membrana alveolar, acumulando-se dentro dos alvéolos. O oxigênio tem baixa solubilidade nos líquidos corporais e leva mais tempo para atravessar a distância de difusão aumentada presente no edema pulmonar, resultando na redução da Po2 • O dióxido de carbono, em contraste, é relativamente solúvel nos líquidos corporais, de modo que a distância de difusão aumentada pode não afetar significativamente a troca de dióxido de carbono. Em alguns casos de edema pulmonar, a Po2 arterial é baixa, mas a Pco2 arterial é normal devido às diferentes solubilidades dos dois gases. Se o epitélio alveolar é danificado, como por uma inflamação ou pela inalação de gases tóxicos, ou se o edema excede a capacidade do tecido de retê-lo, o líquido vaza do espaço intersticial para o espaço aéreo alveolar, inundando os alvéolos.

Fisiologia Humana

/ / / / / / / /

/

Surfactante

Espaço aéreo alveolar

Epitélio alveolar Membranas basais fundidas Núcleo da célula endotelial

--e::3:::::===~ ---jl.

Plasma -

-

========::::::::!

A doença aguda da montanha é a doença mais leve causada pela hipoxia da altitude. O sintoma primário é uma dor de cabeça que pode ser acompanhada por vertigem, náusea, fad iga ou confusão. Doenças mais graves são o edema pulmonar de alta altitude (EPAA) e o edema cerebral de alta altitude. O EPAA é a principal causa de morte por doenças da altitude. t caracterizado por alta pressão arterial pulmonar, respiração extremamente curta e, algumas vezes, uma tosse que produz um líquido espumoso róseo. O tratamento é o deslocamento imediato para altitude mais baixa e a admin istração de oxigênio.

0,1-1,Sµm

Questão2: Por que alguém com EPAA teria respiração curta?

Lúmen do capilar

Questão 3: Com base no que você aprendeu sobre os mecanismos de ajuste da ventilação e da perfusão no pulmão[$ p. 589], você pode explicar por que pacientes com EPAA apresentam pressão arterial pulmonar elevada?

~---­

----------.....-.......

603

Eritrócito

598

•

600

606

610

617

617

FIGURA 18-5 O oxigênio se difunde através das células epiteliais alveolares e das células endoteliais dos capilares para entrar no plasma.

Normalmente, o interior dos alvéolos é uma superfície úmida revestida por uma camada muito fina (cerca de 2 µm) de líquido com surfactante (ver a Fig. 18-5), mas com a invasão de líquido no alvéolo, essa camada líquida torna-se muito mais espessa e prejudica seriamente a troca de gases Se a hipoxia devido ao acúmulo de líquido no alvéolo é grave e não pode ser corrigida pela oxigenioterapia, a condição pode ser chamada de síndrome da angústia respiratória do adulto ou SARA. EVISANDO CONCEITOS Por que a insuficiência ventricular esquerda ou a disfunção da valva mitral causam elevação da pressão sanguínea pulmonar? 8. Se a ventilação alveolar aumenta, o que acontece à Po 2 arterial? E à Pco 2 arterial? E à Po2 e à Pco 2 venosas? Explique as suas respostas. Respostas p. 62 1

TRANSPORTE DE GASES NO SANGUE Agora que descrevemos a troca gasosa, vamos voltar nossa atenção para como o oxigênio e o dióxido de carbono são transportados no sangue. A lei de ação das massas [ $ p. 102] desempenha um importante papel nesse processo. Mudanças na concentração de 0 2 ou de C0 2 alteram o equilíbrio das reações, alterando o balanço entre substratos e produtos.

A hemoglobina transporta a maior parte do oxigênio para os tecidos O oxigênio é transportado de duas maneiras no sangue: dissolvido no plasma e ligado à hemoglobina (Hb). Em outras palavras:

Conteúdo total de oxigênio no sangue = quantidade dissolvida no plasma + quantidade ligada à hemoglobina A hemoglobina, a proteína ligadora de oxigênio nas hemácias (eritrócitos), liga-se reversivelmente ao oxigênio, como resumido na equação

Nos capilares pulmonares, onde a Po2 plasmática aumenta à medida que o oxigênio se difunde a partir dos alvéolos, a hemoglobina liga-se ao oxigênio. Nas células, onde o oxigênio está sendo usado e a Po2 do plasma cai, a hemoglobina libera seu oxigênio. Devido ao fato de o oxigênio ser pouco solúvel em soluções aquosas, nós precisamos ter quantidades adequadas de hemoglobina no nosso sangue para sobreviver. A importância da hemoglobina no transporte do oxigênio é resumida na Figura 18-6 e. Mais de 98% do oxigênio em um dado volume de sangue estão ligados à hemoglobina e são transportados dentro dos eritrócitos. O restante fica dissolvido no plasma. Para entender o quanto a solubilidade do oxigênio é baixa, considere o exemplo que segue. Em uma situação na qual o sangue não possui hemoglobina, apenas 3 mL de 0 2 dissolvem-se na fração plasmática de 1 litro de sangue arterial (Fig. 18-7a e ). Assim, com um débito cardíaco típico de 5 L sangue/min, cerca de 15 mL de oxigênio dissolvido alcançam os tecidos sistêmicos a cada minuto. Porém, esta pequena quantidade dissolvida no plasma não pode satisfazer as necessidades dos tecidos, porque o consumo de oxigênio no repouso é de cerca de 250 mL de 0 2 por minuto, e esta cifra aumenta radicalmente com o exercício. Consequentemente, o corpo é dependente do oxigênio levado pela hemoglobina.

18

604

.....,....__

Dee Unglaub Silverthorn

SANGUE ARTERIAL

Endotélio capilar -----~

CONCEITOS EMERGENTES

0 2 dissolvido no plasma (- Po2) < 2%

SUBSTITUTOS DO SANGUE

02 + Hb - - > Hb•02 > 98% Eritrócito

_,,__,,__Membrana alveolar Transporte para as células

Hb•02 - - > Hb + 02

Células

---+-....,.;-tt-+--~

02

t

0 2 dissolvido no plasma _ ____,

Usado na respiração celular

QUESTÃO DA FIGURA Quantas membranas celulares o oxigênio atravessa na sua passagem entre o espaço aéreo do alvéolo e a ligação à hemoglobina?

•

FIGURA 18-6 Resumo do transporte de oxigênio no sangue. Mais de 98% do oxigênio no sangue estão ligados à hemoglobina no eritrócito e menos de 2% são dissolvidos no plasma.

Com os níveis de hemoglobina normais, os eritrócitos transportam cerca de 197 mL de 0 2/L sangue (Fig. 18-7b). Deste modo: capacidade total de transporte de 0 2 arterial= 3 mL 0 2 dissolvido/L sangue + 19 7 mL Hb0 2/L sangue = 200 mL 0 2 /L sangue Se o débito cardíaco permanece 5 L/min, a entrega de oxigênio para as células mediada pela hemoglobina é de quase 1.000 mL/min, quatro vezes o consumo de oxigênio pelos tecidos em repouso. A quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina depende de dois fatores: (1) da Po2 no plasma ao redor do eritrócito e (2) do número de potenciais sítios de ligação disponíveis nos eritrócitos. A Po2 no plasma é o fator primário que determina quantos dos sítios de ligação da hemoglobina disponíveis serão ocupados pelo oxigênio. A Figura 18-7c mostra o que acontece ao transporte de oxigênio quando a Po2 alveolar e a Po2 arterial diminuem. Como você aprendeu nas seções anteriores, a Po2 arterial é estabelecida (1) pela composição do ar inspirado, (2) pela taxa de ventilação alveolar e (3) pela eficiência da troca do gás dos alvéolos para o sangue. O número total de sítios de ligação ao oxigênio depende do número de moléculas de hemoglobina nos eritrócitos.

Os f isiologistas têm tentado encontrar um substituto para o sangue desde 1878, quando um intrépido médico chamado T. Gaillard Thomas transfundiu um paciente com leite em lugar de sangue. (Isso ajudou, mas o paciente morreu de qualquer maneira.) Embora o leite pareça uma substituto improvável para o sangue, ele tem duas propriedades importantes: proteínas para fornecer pressão coloidosmótica e moléculas (lipídeos emulsif icados) capazes de se ligarem ao oxigênio. No desenvolvimento de substitutos para a hemoglobina, o transporte de oxigên io é a propriedade mais difícil de imitar. Uma solução de hemoglobina pareceria ser a resposta óbvia, mas a hemoglobina que não está compartimental izada nos eritrócitos se comporta de forma diferente da que está compartimentalizada. Os pesquisadores têm realizado progressos pela polimerização da hemoglobina em moléculas maiores mais estáveis e carregando esses polímeros de hemoglobina dentro de lipossomos fosfol ipídicos [ $ p. 58]. Emulsões de perfluorocarbono também estão sendo testadas como transportadores de oxigên io. Para aprender mais sobre estas pesquisas, leia " Physio/ogical properties of blood substitutes" , em News in Physiological Sciences 16(1 ):38-41, 2001 Feb. (http://nips.physiology.org) .

Clinicamente, este número pode ser estimado pela contagem de eritrócitos e pela determinação da quantidade de hemoglobina por eritrócito (hemoglobina corpuscular média) ou pela determinação do conteúdo de hemoglobina no sangue (g Hb/dL de sangue total). Qualquer condição patológica que diminua a quantidade de hemoglobina nas células ou o número de eritrócitos afeta adversamente a capacidade de transporte de oxigênio no sangue. Pessoas que perdem grandes quantidades de sangue necessitam repor hemoglobina para o transporte de oxigênio. Uma transfusão de sangue é a reposição ideal para a perda de sangue, mas em emergências isso nem sempre é possível. Infusões salinas podem repor o volume de sangue perdido, mas a salina (como o plasma) não pode transportar quantidades suficientes de oxigênio para manter a respiração celular. Em face deste problema, os pesquisadores atualmente estão testando transportadores artificiais de oxigênio para substituir a hemoglobina. Em situações de desastres em grande escala, estes substitutos da hemoglobina poderiam eliminar a necessidade de identificar o tipo sanguíneo do paciente antes de fazer uma transfusão.

A hemoglobina liga-se ao oxigênio Por que a hemoglobina é um eficiente transportador de oxigênio? A resposta está na sua estrutura molecular. A hemoglobina é uma proteína grande e complexa cuja estrutura quaternária possui quatro cadeias de proteínas globulares,

Fisiologia Humana

{a} Oxigênio transportado no sangue sem hemoglobina. Po2 alveolar = Po2 arterial Po2 = 1oo mmHg

• • • • • • • • • • • • • • • • •

• • • •

Molécula de02

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

•

•

•

•

•

Oxigênio dissolvido no plasma.

Conteúdo de 0 2 no plasma = 3 ml 0 2/L sangue Conteúdo de 0 2 nos eritrócitos =

o

Capacidade total de transporte de 0 2 =

FIGURA 18-7

3 ml 0 2/L sangue

•

• •

•

• ~· •

• Po2 =28mmHg

2

~

•

•

Po = 1oo mmHg

Po2 =100 mmHg

•

{e} Transporte de oxigênio a uma Po2 reduzida no sangue com hemoglobina Po2 =28 mmHg

2

Plasma arterial

•

no sangue com hemoglobina Po =100 mmHg

•

Alvéolo

{b} Transporte de oxigênio a uma Po2 normal

605

~ · ~· •

~•

•

•

Eritrócitos com hemoglobina estão transportando 98% de sua carga máxima de oxigênio.

Eritrócitos transportando 50% de sua carga máxima de oxigênio.

Conteúdo de 0 2 no plasma = 3 ml 0 2/L sangue Conteúdo de 0 2 nos 197 ml 0 2/L sangue eritrócitos =

Conteúdo de 0 2 no plasma= 0,8 ml 0 2/L sangue Conteúdo de 0 2 nos 99,5 ml 0 2/L sangue eritrócitos =

Capacidade total de transporte de 0 2 =

200 ml 0 2/L sangue

Capacidade total de transporte de 0 2 =

100,3 ml 0 2/L sangue

A hemoglobina aumenta o transporte de oxigênio no sangue.

cada uma enrolada ao redor de um grupo heme que contém ferro (Fig. 18-8a e ). Os quatro grupos heme em uma molécula de hemoglobina são idênticos. Cada um consiste em um anel porfirínico carbono-hidrogênio-nitrogênio, com um átomo de ferro no centro (Fe). Cerca de 70% do ferro no corpo são encontrados nos grupos heme da hemoglobina. O átomo de ferro central de cada grupo heme pode ligarse reversivelmente com uma molécula de oxigênio. Como há quatro átomos de ferro por hemoglobina, cada molécula de hemoglobina tem o potencial de ligar-se a quatro moléculas de oxigênio. A interação ferro-oxigênio é uma ligação fraca que pode ser facilmente rompida sem alterar a hemoglobina ." . ou o oxigen10. Há várias formas de cadeia da proteína globina na hemoglobina. As formas mais comuns são designadas alfa (a.), beta (~),gama (-y) e delta (õ), dependendo da estrutura da cadeia. A maior parte da hemoglobina de adultos (designada HbA) tem duas cadeias a. e duas cadeias ~· Contudo, uma pequena porção da hemoglobina adulta (cerca de 2,5%) tem duas cadeias a. e duas cadeias õ (HbA 2 ). O feto humano possui uma isoforma diferente de hemoglobina que é adaptada para atrair o oxigênio do sangue materno na placenta. A hemoglobina fetal (HbF) tem duas cadeias 'Y no lugar das duas cadeias ~ encontradas na hemoglobina de adultos. Logo após o nascimento, a hemoglobina fetal é substituída pela forma adulta à medida que novos eritrócitos são produzidos. As diferentes propriedades de ligação da hemoglobina adulta e fetal são discutidas na seção seguinte.

A ligação oxigênio-hemoglobina obedece à lei de ação das massas A hemoglobina ligada ao oxigênio é conhecida como oxiemoglobina, abreviada como Hb02 • (Seria mais preciso mostrar o número de moléculas de oxigênio transportadas em cada molécula de hemoglobina - Hb(02) 1-4 - mas usamos a abreviatura mais simples porque o número de moléculas de oxigênio ligadas variam de uma molécula de hemoglobina para outra.) A ligação oxigênio-hemoglobina obedece à lei de ação das massas:

Se a concentração de oxigênio aumenta, esta reação da ligação oxigénio-hemoglobina se desloca para a direita e mais oxigênio se liga à hemoglobina. Se a concentração de oxigênio diminui, a reação se desloca para a esquerda e a hemoglobina libera alguns dos seus oxigênios ligados.

A Po2 determina a ligação oxigênio-hemoglobina Devido à lei de ação das massas, a quantidade de oxigênio ligada à hemoglobina depende primariamente da Po2 do plasma que circunda o eritrócito (Fig. 18-6). Nos capilares pulmonares, o 0 2 dissolvido no plasma difunde-se para dentro dos eritrócitos, onde se liga à hemoglobina. Esse processo remove o 0 2 dissolvido do plasma, fazendo com que mais oxigênio se difunda dos alvéolos para o plasma. A transferência do oxigênio do ar alveolar para o plasma, para os eritrócitos e para a hemoglobina ocorre tão rapidamente que o sangue nos capi-

18

606

Cadeia

Dee Unglaub Silverthorn

a -~..::::...-+-

Cadeia~

A ligação do oxigênio é expressa em percentagem A quantidade de oxigênio ligada à hemoglobina em uma dada Po2 é expressa como uma porcentagem:

Grupo ----1~-?1----t----:heme

(quantidade de 0 2 ligado/máximo que pode ser ligado) x 100 = porcentagem de saturação da hemoglobina

(a) A molécula de hemoglobina é composta de quatro cadeias da proteína globina, cada uma c ircundando um grupo heme central.

Na maior parte da hemoglobina de adultos, existem duas cadeias a e duas cadeias ~-

R

R

R

R

R =grupos adicionais C, H, O (b) Cada grupo heme consiste em um anel porfirínico com um átomo de ferro no centro.

•

FIGURA 18-8 A hemoglobina é uma proteína globular que contém ferro.

lares pulmonares normalmente capta tanto oxigênio quanto a Po2 do plasma e o número de eritrócitos permitem. Uma vez que o sangue arterial alcance os tecidos, o processo de troca que acontece nos pulmões se inverte. O oxigênio dissolvido se difunde para fora dos capilares sistêmicos e para as células, e o decréscimo resultante na Po2 do plasma altera o equilíbrio da reação de ligação oxigênio-hemoglobina removendo oxigênio do lado esquerdo da equação. O equilíbrio se desloca para a esquerda de acordo com a lei de ação das massas, e as moléculas de hemoglobina liberam seu estoque de oxigênio, como representado na parte inferior da Figura 18-6. Da mesma forma que o carregamento de oxigênio nos pulmões, este processo de transferência de oxigênio para as células do corpo acontece muito rapidamente e tende ao equilíbrio. A Po2 nas células determina quanto oxigênio será descarregado da hemoglobina. Conforme as células au.m entam a sua atividade metabólica, sua Po 2 diminui e a hemoglobina libera mais oxigênio para elas.

A porcentagem de saturação da hemoglobina referese à porcentagem dos sítios de ligação disponíveis que estão ligados ao oxigênio. Se todos os sítios de ligação de todas as moléculas de hemoglobina estão ocupados por moléculas de oxigênio, o sangue está 100% oxigenado, ou saturado com oxigênio. Se metade dos sítios de ligação disponíveis está transportando oxigênio, a hemoglobina está 50% saturada, e assim por diante. A relação entre a Po2 do plasma e o percentual de saturação da hemoglobina pode ser explicada com a seguinte analogia. As moléculas de hemoglobina transportando de oxigênio são como estudantes carregando livros de uma velha biblioteca para uma nova. Cada estudante (uma molécula de hemoglobina) pode carregar no máximo 4 livros (100% de saturação). O bibliotecário encarregado controla quantos livros (moléculas de 0 2) cada estudante irá transportar, da mesma maneira que a Po2 do plasma determina a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina. Ao mesmo tempo, o número total de livros que serão levados depende do número de estudantes disponíveis, assim como a quantidade de oxigênio entregue nos tecidos depende do número de moléculas de hemoglobina disponíveis. Por exemplo, se há 100 estudantes e o bibliotecário der a cada um quatro livros (1000/o de saturação), então 400 livros são transportados para a nova biblioteca. Se o bibliotecário entrega apenas três livros a cada estudante (Po2 do plasma diminuída), então apenas 300 livros vão para a nova biblioteca, embora cada estudante pudesse carregar quatro. (Estudantes carregan-

Para a ma ioria das pessoas que chegam à grande alt itude, respostas f isiológicas normais contribuem para auxiliar a aclimatação do corpo à hipoxia crônica . Dentro de duas horas após a chegada, a hipoxia estimula a liberação de eritropoetina dos rins e do fígado. Este hormônio estimula a produção de eritrócitos e, como resultado, novos eritrócitos aparecem no sangue dentro de quatro dias. Questão 4: De que maneira a adição de eritrócitos ao sangue ajuda uma pessoa a se aclimatar à grande altitude? Questão 5: O que a adição de eritrócitos no sangue causa à viscosidade do sangue? Que efeito esta mudança na viscosidade terá no fluxo de sangue?

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Fisiologia Humana

do apenas três de quatro livros possíveis corresponde a uma saturação de 750/o da hemoglobina.) Se o bibliotecário entrega quatro livros por estudante, mas apenas 50 estudantes aparecem (menos moléculas de hemoglobina), então somente 200 livros chegarão à nova biblioteca, embora os estudantes transportem o número máximo de livros que podem carregar. A relação física entre a Po2 e quanto oxigênio se liga à hemoglobina pode ser estudada in vitro. Pesquisadores expuseram amostras de hemoglobina a vários níveis de Po 2 e determinaram quantitativamente a quantidade de oxigênio que se liga. As curvas de dissociação da oxiemoglobina, como mostrado na Figura 18-9 e, são o resultado destesestudos de ligação in vitro. A forma da curva de dissociação da Hb0 2 reflete as propriedades da molécula de hemoglobina e sua afinidade pelo oxigênio. Se você olhar a curva, você verá que a uma Po2 alveolar e arterial normais (100 mmHg), 98% da hemoglobina estão ligados ao oxigênio. Em outras palavras, à medida que o sangue passa pelos pulmões sob condições normais, a hemoglobina capta quase a quantidade máxima de oxigênio que ela pode transportar. Observe que a curva é quase plana em níveis de Po2 maiores que 100 mmHg (isto é, a inclinação se aproxima de zero). A uma Po2 acima de 100 mmHg, mesmo grandes mudanças na Po2 causam apenas mudanças pequenas no percentual de saturação. De fato, a hemoglobina não é lOOºA> saturada até a Po2 alcançar aproximadamente 650 mmHg, uma pressão parcial muito mais alta do que encontramos na vida cotidiana. O achatamento da curva de dissociação nas Po2 mais altas também significa que a Po2 alveolar pode diminuir abaixo de 100 mmHg sem diminuição significativa da saturação da hemoglobina. Enquanto a Po2 nos alvéolos (e assim nos capilares pulmonares) permanecer acima de 60 mmHg, a hemoglobina estará mais de 90% saturada e manterá próximo do normal o transporte do oxigênio. Contudo, uma vez que a Po2 diminua para menos de 60 mmHg, a curva torna-se mais íngreme. A inclinação íngreme significa que um pequeno decréscimo na Po2 causa uma liberação relativamente grande de oxigênio. Por exemplo, se a Po2 diminui de 100 mmHg para 60 mmHg, a porcentagem de saturação da hemoglobina vai de 98 para cerca de 90%, uma redução de 8%. Isto é equivalente a uma alteração de saturação de 20/o para cada 10 mmHg de modificação. Se a Po2 diminui mais, de 60 para 40 mmHg, a porcentagem de saturação vai de 90 para 750/o, um decréscimo de 7,5% para cada 10 mmHg. Na faixa de 40 a 20 mmHg, a curva é ainda mais íngreme. A saturação da hemoglobina diminui de 75 para 35%, uma mudança de 20% para cada 10 mmHg alterados. Qual é o significado fisiológico da forma da curva de dissociação? No sangue que deixa os capilares sistêmicos com uma Po2 de 40 mmHg (o valor médio para o sangue venoso de uma pessoa em repouso), a hemoglobina ainda está 75% saturada, o que significa que ela liberou nas células só um quarto do oxigênio que é capaz de carregar. O oxigênio que permanece ligado serve como um reservatório que as células podem utilizar se o metabolismo aumentar. Quando os tecidos metabolicamente ativos usam o oxigênio adicional, sua Po2 celular diminui, e é liberado oxigênio adicional pela hemoglobina nas células. A uma Po2 de

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Célula em repouso

80

100 Alvéolo

Po2 (mmHg) QUESTÕES DO GRÁFICO (a) Quando a Po2 é 20 mmHg, qual é a percentagem

de saturação da hemoglobina com 0 2 ? (b) Em qual Po2 a hemoglobina está 50% saturada com 0 2 ?

•

FIGURA 18-9 globina.

Curva de dissociação oxigênio-hemo-

20 mmHg (um valor médio para o músculo em exercício), a saturação da hemoglobina diminui para cerca de 350/o. Com este decréscimo de 20 mmHg na Po 2 (de 40 mmHg para 20 mmHg), a hemoglobina libera um adicional de 400/o do oxigênio que é capaz de transportar. Este é outro exemplo da capacidade de reserva do corpo.

Vários fatores afetam a ligação oxigênio-hemoglobina Qualquer fator que mude a conformação da proteína hemoglobina pode afetar sua capacidade de ligação ao oxigênio. Nos seres humanos, mudanças fisiológicas no pH do plasma, na Pco2 e na temperatura alteram a afinidade da ligação ao oxigênio da hemoglobina. Mudanças na afinidade da ligação são refletidas por mudanças na forma da curva de dissociação da Hb02 • O aumento da temperatura, o aumento da Pco2 ou a diminuição do pH diminuem a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e deslocam a curva de dissociação oxigênio-hemoglobina para a direita (Fig. 18-10 e ). Quando estes fatores mudam na direção oposta, a afinidade da ligação aumenta e a curva se desloca para a esquerda. Observe que, quando a curva se desloca em qualquer direção, a mudança é muito mais pronunciada na parte íngreme da curva. Fisiologicamente, isto significa que a ligação do oxigênio que ocorre nos pulmões (em uma faixa de Po2 de 90 a 100 mmHg) não é muito afetada, mas a liberação de oxigênio nos tecidos (em uma faixa de 20 a 40 mmHg) é significativamente alterada. Examinemos uma situação, a modificação da afinidade que ocorre quando o pH diminui de 7,4 (normal) para 7,2 (mais ácido). (A faixa normal de pH no sangue é de 7,38 a

18

608

Dee Unglaub Silverthorn

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(a) Efeito do pH

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20

40 60 Po (mmHg)

80

100

2

(b) Efeito da temperatura

(c) Efeito da Pco2

QUESTÕES DO GRÁFICO (a) A uma Po2 de 20 mmHg, quanto de oxigênio é liberado a mais em uma célula muscular em exercício cujo pH é de 7,2 em relação a uma célula com pH de 7,4? (b) O que acontece à liberação de oxigênio quando as células musculares em exercício se aquecem?

•

FIGURA 18-1 O Fatores físicos alteram a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.

7,42, mas um pH de 7,2 é compatível com a vida.) Olhe o gráfico na Figura 18-lOa. Em uma Po2 de 40 mmHg (equivalente a uma célula em repouso) e um pH de 7,4, a hemoglobina está 75% saturada. Na mesma Po2, se o pH diminui para 7,2, a porcentagem de saturação diminui para cerca de 62%. Isto significa que as moléculas de hemoglobina liberam 13% mais oxigênio em um pH de 7,2 do que em um pH de 7,4. Quando o corpo sofre alterações no pH do sangue? Uma situação é com um esforço máximo que direciona a célula para o metabolismo anaeróbio. No metabolismo anaeróbio, a fibra muscular em exercício produz ácido láctico, o qual por sua vez libera H+ no citoplasma e no líquido extracelular. À medida que a concentração de H+ aumenta, o pH diminui, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio diminui e a curva de dissociação da Hb02 desloca-se para a direita. Mais oxigênio é liberado para o tecido à medida que o sangue se torna mais ácido (decréscimo de pH). Um deslocamento na curva de saturação da hemoglobina que resulta de uma mudança no pH é chamado de efeito Bohr. Um fator adicional que afeta a ligação oxigênio-hemoglobina é o 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG; também chamado de 2,3-bifosfoglicerato ou 2,3-BPG), um composto sintetizado a partir de um intermediário da via da glicólise. A hipoxia crônica (períodos prolongados de oxigênio baixo) desencadeia um aumento na produção de 2,3-DPG nos eritrócitos. Níveis aumentados de 2,3-DPG diminuem a afinidade da ligação da hemoglobina e deslocam a curva de dissociação da Hb0 2 para a direita (Fig. 18-11 e ). Subir a uma grande altitude e a anemia são duas situações que aumentam a produção de 2,3-DPG. Mudanças na estrutura da hemoglobina também mudam sua afinidade de ligação com o oxigênio. Por exemplo, a hemoglobina fetal possui as isoformas 'Y para duas de suas subunidades. A presença das cadeias 'Y aumenta a capacidade da hemoglobina fetal de ligar o oxigênio no ambiente de baixo

oxigênio da placenta. A alteração da afinidade de ligação é refletida na forma da curva de dissociação da Hb02 fetal, a qual difere da forma da curva do adulto (Fig. 18-12 e ). Em qualquer Po2 placentária, o oxigênio liberado pela hemoglobina materna é captado pela hemoglobina fetal, que tem maior afinidade, para liberar ao feto em desenvolvimento. A Figura 18-13 • resume os fatores que influenciam o conteúdo total de oxigênio no sangue arterial. R VISANDO CONCEITOS Uma pessoa respirando 1OOo/o de oxigênio ao nível do mar pode alcançar 100°/o de saturação da sua hemoglobina?

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QUESTÃO DO GRÁFICO O sangue armazenado em bancos de sangue perde seu conteúdo normal de 2,3-DPG. Isto é bom ou ruim? Explique.

•

FIGURA 18-11 O 2,3-DPG diminui a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio.

609

Fisiologia Humana

1O. Que efeito a hiperventilação provoca no percentual desaturação da hemoglobina arterial? (Dica: ver Fig . 17-15.) 11 . Um músculo que está contraindo ativamente pode ter uma Po2 celular de 25 mmHg. O que acontece à ligação do oxigênio à hemoglobina nesta baixa Po2 ? Qual é a Po 2 do sangue venoso que deixa o músculo ativo? Respostas: p. 621

100 90 cu ·..o -oC) o E Q) e:

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O dióxido de carbono é transportado de três • maneiras

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C02 e íons bicarbonato Como vimos, 70o/o do C02 que entra no sangue são transportados aos pulmões como íons bicarbonato (HC03 -) dissolvidos

fetal

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O transporte de gases no sangue inclui a remoção de dióxido de carbono das células, bem como a entrega de oxigênio para as células. A molécula de hemoglobina também desempenha um importante papel no transporte de C02• O dióxido de carbono é um subproduto da respiração celular [ ~ p. 110]. Ele é mais solúvel nos líquidos corporais do que o oxigênio, mas as células produzem muito mais C02 do que pode dissolverse no plasma. Apenas cerca de 7% do C02 transportado pelo sangue venoso são dissolvidos no sangue. Os 93% restantes difundem-se para os eritrócitos, onde 70% são convertidos no íon bicarbonato, como explicado a seguir, e 23% ligam-se à hemoglobina (Hb-C02). A Figura 18-14 • resume estes três mecanismos de transporte do dióxido de carbono no sangue. Por que a remoção de C02 do corpo é tão importante? A razão é que uma Pco2 elevada (hipercapnia) causa uma alteração de pH conhecida como addose. Extremos de pH interferem com as ligações de hidrogênio das moléculas e podem desnaturar proteínas [ ~ p. 31]. Níveis de Pco2 anormalmente altos também deprimem as funções do sistema nervoso central, causando confusão, coma ou até a morte. Por essas razões, o C02 é um produto residual potencialmente tóxico que precisa ser removido pelos pulmões.

Hemoglobina J~~t;;-::::r:=~c.==:~~

cu

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Hemoglobina materna

30 20 10

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20

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100

120

QUESTÕES DO GRÁFICO (a) Devido à passagem incompleta do gás através das membranas espessas da placenta, a hemoglobina no sangue fetal que deixa a placenta está 80% saturada com oxigênio. Qual é a P02 desse sangue da placenta? (b) O sangue na veia cava do feto tem uma Po2 de cerca de 1O mmHg. Qual é o percentual de saturação de 0 2 da hemoglobina materna nesta mesma Po2?

•

FIGURA 18-12 As hemoglobinas materna e fetal têm diferentes propriedades de ligação ao oxigênio.

no plasma. A conversão de C02 em HC03 - serve a dois propósitos: (1) fornece um meio adicional pelo qual o C02 pode ser transportado das células para os pulmões e (2) o HC03 - fica disponível para atuar como tampão para ácidos metabólicas [ ~ p. 39], ajudando assim a estabilizar o pH do organismo. De que maneira o C02 se transforma em HC03 -? A conversão rápida depende da presença da anidrase carbônica (AC), uma enzima encontrada concentrada nos eritrócitos. Vejamos como isso acontece. O C02 dissolvido no plasma difunde-se para dentro dos eritrócitos, onde pode reagir com água na pre,

CONTEUDO TOTAL DE 02 ARTERIAL 1

"

Oxigênio dissolvido no plasma (Po do plasma) 2

Oxigênio ligado à Hb

ajuda a determinar

é influenciado por 1 •

Composição do ar inspirado

+ Frequência

Ventilação alveolar

•

1

Difusão do oxigênio entre os alvéolos e o sangue

Perfusão adequada dos alvéolos

.

% de saturação da Hb

X

Número total de sítios de ligação

1

afetada por

i

•

Resistência Complacên- Area de Distância e amplitude das vias eia dos superfície da difusão • da p ulmões aereas respiração Espessura da membrana

•

•

'

t

t

t

t

Pco2

pH

Temperatura

2,3-DPG

Quantidade de líquido intersticial

FIGURA 18-13 O conteúdo total de oxigênio no sangue arterial depende da quantidade de oxigênio dissolvido no plasma e do ligado à hemoglobina.

•

Conteúdo de Hb Número de por eritrócito X eritrócitos

18

61 O

Dee Unglaub Silverthorn

•

SANGUE VENOSO

C02 dissolvido (7%)

C02 --H-+-------,-----------------~

~

Respiração celular nos tecidos periféricos

C02 + Hb C02 + H20

AC ...

H2C03

.- -. .

AC, anidrase carbônica.

Eritrócito

,.. Hb•C02 (23%)

i

FIGURA 18-14 Transporte de dióxido de carbono no sangue.

HC03-

----<

~H+

+ Hb

HC03- no plasma (70%)

~

,.. Hb•H

- Endotélio capi lar -k-+--

Membrana celular

Transporte para os pulmões

C02 dissolvido-------------------.,~ C02 dissolvido -++~C02

HC03no plasma

-T

HC03 Hb•H

AC

H2C03 _ _ ,.. H20 + C02

,.. H+ + Hb

sença de anidrase carbônica formando ácido carbônico (H2 Co3, parte de cima da Fig. 18-14). O ácido carbônico então se dissocia em um íon hidrogênio e um íon bicarbonato: anidrase carbónica ácido carbônico

Devido ao fato de o ácido carbônico dissociar-se rapidamente, algumas vezes ignoramos a etapa intermediária e resumimos a reação como:

Esta reação é reversível. A velocidade em ambas as direções depende das concentrações relativas dos substratos e obedece à lei de ação das massas. A conversão de dióxido de carbono em H+ e HC03 - continua até o equilíbrio ser atingido. (A água está sempre em excesso no corpo, por isso a concentração da água não desempenha um papel no equilíbrio dinâmico desta reação.) Para manter a reação funcionando, os produtos (H+ e C03 -) precisam ser removidos do citoplasma dos eritrócitos. Se a concentração dos produtos é mantida baixa, a reação não pode alcançar o equilíbrio. O dióxido de carbono continua a mover-se do plasma para dentro dos eritrócitos, o que, por sua vez, permite que mais C02 se difunda dos tecidos para o sangue. Dois mecanismos separados removem o H+ e o HC03 livres. No primeiro, o bicarbonato deixa o eritrócito por uma proteína de antiporte[ ~ p. 144]. Este processo de transporte, conhecido como desvio de cloreto, troca um HC03 - por um Cl-. A troca de ânions mantém a neutralidade elétrica da célula. A transferência de HC0 3 - para o plasma torna este

tampão disponível para modelar as mudanças de pH causadas pela produção de ácidos metabólicas. O bicarbonato é o tampão extracelular mais importante.

Hemoglobina e H+ O segundo mecanismo remove o H+ livre do citoplasma dos eritrócitos. A hemoglobina dentro do eritrócito atua como um tampão e liga o íon hidrogênio na reação H+ + Hb~Hb·H

A resposta homeostática normal para a hipoxia de grandes altitudes é a hiperventilação, a qual inicia na chegada. A hiperventilação aumenta a ventilação alveolar, mas isso pode não ajudar a elevar significativamente os níveis da Po2 arterial quando a Po2 atmosférica é baixa. Contudo, a hiperventilação faz a Pco2 do plasma diminuir. Questão 6: O que acontece ao pH do plasma durante a hiperventilação? (Dica: aplique a lei de ação das massas para entender o que acontece ao equilíbrio entre C02 e H+ + HC03 - .) Questão 7: Como esta mudança no pH afeta a ligação do oxigênio nos pulmões quando a Po2 está diminuída? Como isso afeta a liberação de oxigênio nas células?

598

600

603

606

617

617

611

Fisiologia Humana

O tamponamento do H+ pela hemoglobina é um importante passo que impede grandes mudanças no pH do corpo. Se a Pco2 do sangue está muito acima do normal, a hemoglobina não pode tamponar todo o H+ produzido a partir da reação de C02 e água. Nestes casos, o excesso de H+ se acumula no plasma, causando a condição conhecida como acidose respiratória. Mais informações sobre o papel do sistema respiratório na manutenção da homeostase do pH é encontrada no Capítulo 20.

Ar seco = 760 mmHg Po 2 = 160 mmHg Pco 2 = 0,25 mmHg

Alvéolos

Po 2 = 100 mmHg Pco 2 = 40 mmHg

co2

Hemoglobina e C02 Embora a maioria do dióxido de carbono que entra nos eritrócitos seja convertida em íons bicarbonato, cerca de 23% do C0 2 no sangue venoso ligam-se diretamente à hemoglobina. Nas células, quando o oxigênio deixa seu sítio de ligação na molécula de hemoglobina, o C02 liga-se com a hemoglobina livre nos grupos amino expostos (-NH2), formando carbaminoemoglobina: C0 2 + Hb Hb·C02 (carbaminoemoglobina) A formação da carbaminoemoglobina é facilitada pela presença de C0 2 e H+ porque estes fatores diminuem a afinidade da ligação da hemoglobina com o oxigênio (ver Fig. 18-10).

Transporte de C02 HC03- = 70% Hb•C02 = 23% C02 dissolvido = 7%

02 Sangue arterial Po2 = 100 mmHg

Circulação pulmonar

Pco2 = 40 mmHg

Transporte de 0 2 Hb•02 > 98% 0 2 dissolvido< 2% (- Po) 2

Sangue venoso Po 2 = 40 mmHg Pco2 = 46 mmHg

Circulação sistêmica

Remoção de C02 nos pulmões Quando o sangue venoso chega nos pulmões, o processo que ocorre nos capilares sistêmicos se inverte (parte inferior da Fig. 18-14). A Pco2 Po2 < 40 mmHg dos alvéolos é menor que a do sangue venoPco2 > 46 mmHg so nos capilares pulmonares. Por isso, o C0 2 difunde-se a favor do seu gradiente de pressão - em outras palavras, sai do plasma e vai para • FIGURA 18-15 Resumo do transporte e trocas de 0 2 e de C02 • dentro dos alvéolos - e a Pco2 no plasma começa a cair. Nas células, o processo se inverte. Como a Po2 é mais A diminuição na Pco 2 do plasma permite que o C0 2 dissolvido se difunda para fora dos eritrócitos. Quando os baixa nas células que no sangue arterial, o 0 2 se difunde do níveis de C0 2 nos eritrócitos diminuem, o equilíbrio da plasma para as células. A diminuição da Po2 do plasma leva reação C0 2 -HC0 3 - é alterado, deslocando-se para a proa hemoglobina a liberar 0 2, fazendo com que mais oxigênio esteja disponível para entrar nas células. dução de mais C0 2 • A remoção de C0 2 faz com que o H+ deixe a molécula de hemoglobina, e o cloreto se desloca O dióxido de carbono produzido no metabolismo aeno sentido inverso: o c1- retorna para o plasma na troca róbio simultaneamente deixa as células e entra no sangue, dissolvendo-se no plasma. De lá, o C02 entra nos eritrócitos, por HC03 -, que se move de volta para dentro dos eritrócionde a maior parte é convertida em HC03 - e H+. O HC0 3 tos. O HC03 - e o H+ recém-liberado formam novamente é devolvido ao plasma na troca por um Cl - ao passo que o ácido carbônico, o qual é então convertido em água e C0 2 • Este C0 2 está então livre para difundir-se dos eritrócitos e H+ se liga à hemoglobina. Uma fração do C02 que entra nos eritrócitos também se liga diretamente à hemoglobina. Nos para os alvéolos. pulmões, o processo se inverte, à medida que o C0 2 se difunA Figura 18-15 • mostra o transporte combinado de C02 e 0 2 no sangue. Nos alvéolos, o 0 2 difunde-se a favor do seu de dos capilares pulmonares para os alvéolos. Para entender plenamente como o sistema respiratório gradiente de pressão, movendo-se do alvéolo para o plasma e então do plasma para os eritrócitos. A hemoglobina liga-se coordena a envio de oxigênio para os pulmões com o transporte de oxigênio na circulação, vamos considerar agora o ao 0 2, aumentando a quantidade de oxigênio que pode ser controle da ventilação pelo sistema nervoso central. transportado para as células.

18

612

Dee Unglaub Silverthorn

Emoções e controle voluntário

@

li

i

@

0 2 e pH

C02

Centros superiores do encéfalo

il

Qu im iorreceptores bulbares

Quimiorreceptores na carótida e na aorta

13

Neurônios sensoriais aferentes

límbico

Bulbo e ponte

Neurônios motores somáticos (inspiração) )

Ili(

Inspiração •

i•

Expiração

)li 1

Músculos escaleno e esternocleidomastóideo

QUESTÃO DA FIGURA Relacione os números na f igura com os componentes do mapa.

•

1ntercostai s externos

Neurônios motores somáticos (expiração)

Diafragma

lntercostais internos

Músculos abdominais

LEGENDA Estímulo

c::::J

Centros integradores

Receptores sensoriais

c::::J

Neurônios aferentes

Neurônios aferentes

[=:J

Efetores

FIGURA 18-16 Controle reflexo da ventilação. Os quimiorreceptores monitoram os gases e o pH do sangue. As redes de controle no tronco encefálico regulam a atividade dos neurônios motores somáticos que inervam os músculos respiratórios.

R VISANDO CONCEITOS Como uma obstrução nas vias aéreas iria afetar a ventilação alveolar, a Pco2 arterial e o pH do corpo? Resposta: p. 621

REGULAÇAO DA VENTILAÇAO A respiração é um processo rítmico que normalmente ocorre sem o pensamento consciente ou consciência. Neste aspecto, assemelha-se ao batimento rítmico do coração. Contudo, os músculos esqueléticos, ao contrário do músculo cardíaco autoexcitável, não são capazes de se contrair espontaneamente. Ao invés disso, a contração do músculo esquelético precisa ser iniciada pelos neurônios motores somáticos, os quais, por sua vez, são controlados pelo sistema nervoso central. No sistema respiratório, a contração do diafragma e de outros músculos é iniciada por uma rede de neurô-

nios do tronco encefálico que disparam espontaneamente (Fig. 18-16 e ). A respiração ocorre automaticamente por toda a vida de uma pessoa, mas também pode ser controlada voluntariamente até certo ponto. Interações sinápticas complicadas entre neurônios da rede criam os ciclos rítmicos de inspiração e expiração, influenciados continuamente por sinais sensoriais, especialmente os provenientes de quimiorreceptores sensíveis a C0 2, 0 2 e pH. O padrão ventilatório depende em grande parte dos níveis destas três substâncias no sangue arterial e no líquido extracelular. O controle neural da respiração é uma das poucas "caixas pretas" que permanece na fisiologia dos sistemas. Embora conheçamos as principais regiões do tronco encefálico que estão envolvidas, os detalhes permanecem imprecisos e controversos. A rede de neurônios do tronco encefálico que controla a respiração se comporta como um gerador central de padrão [$ p.458], com atividade rítmica intrínseca que

613

Fisiologia Humana provavelmente é originada em neurônios marca-passo que possuem potenciais de membrana instáveis. Parte do nosso conhecimento de como a ventilação é controlada veio da observação de pacientes com lesão encefálica. Outras informações vieram de experimentos realizados com animais, nos quais as conexões neurais entre as partes principais do tronco encefálico são seccionadas, ou partes do encéfalo são estudadas isoladamente. A pesquisa sobre o controle da respiração pelo SNC é difícil devido à complexidade das redes neurais e por sua localização anatômica, porém os cientistas desenvolveram nos últimos anos técnicas melhores para o estudo desse sistema. Os detalhes que se seguem representam o modelo contemporâneo do controle da ventilação. Embora algumas partes do modelo sejam bem fundamentadas com evidências experimentais, outros aspectos estão ainda sob investigação. Este modelo estabelece que: 1. Os neurônios respiratórios do bulbo controlam músculos inspiratórios e expiratórios. 2. Os neurônios da ponte integram informações sensoriais e interagem com neurônios bulhares para influenciar a ventilação. 3. O padrão rítmico da respiração é gerado a partir de uma rede de neurônios que disparam espontaneamente. 4. A ventilação está sujeita à modulação contínua por vários reflexos associados a quimiorreceptores e mecanorreceptores e por centros encefálicos superiores.

Centros superiores do encéfalo

Ponte

GRP r---+--

Quimiorreceptores bulbares

1

('Entrada sensorial 1a-p~rtir dos nervos cranianos IX e X (mecano e quimiorreceptores)

Bulbo

complexo _ _,, pré-Bõtzinger GRV --.../ Sinais enviados para músculos expiratórios, alguns inspiratórios, músculos da faringe, da laringe e da língua

Neurônios do bulbo controlam a respiração As descrições clássicas de como o encéfalo controla a ventilação dividiam o tronco encefálico em vários centros de controle. Entretanto, as descrições mais recentes são menos específicas ao atribuir funções a "centros" particulares e, ao invés disso, olham as interações complexas entre os neurônios em uma rede. Sabemos que os neurônios respiratórios estão concentrados bilateralmente em duas áreas do bulbo. A Figura 18-17 • mostra essas áreas do lado esquerdo do tronco encefálico. Uma área chamada de núcleo do trato solitário (NTS) contém o grupo respiratório dorsal (GRD) de neurônios que controlam principalmente os músculos da inspiração. Sinais provenientes do GRD vão via nervos frênicos para o diafragma e via nervos intercostais para os músculos intercostais. Além disso, o NTS recebe informação sensorial de mecano- e quimiorreceptores periféricos via nervos vago e glossofaringeo (nervos cranianos X e IX; $ p. 310). Os neurônios respiratórios da ponte recebem informação sensorial do GRD e, por sua vez, influenciam o início e o término da inspiração. Os grupos respiratórios pontinos (antes chamados de centro pneumotáxico) e outros neurônios pontinos enviam sinais tônicos para as redes bulhares para ajudar a coordenar um ritmo respiratório uniforme. O grupo respiratório ventral (GRV) do bulbo tem múltiplas regiões com diferentes funções. Uma área conhecida como complexo pré-Bõtzinger contém neurônios que disparam espontaneamente que podem atuar como o marca-

NTS

LEGENDA GRP = grupo respiratório pontino

GRD = grupo respiratório dorsal

•

Sinais enviados primariamente para músculos inspiratórios

GRV = grupo respiratório ventral NTS = núcleo do trato solitário

FIGURA 18-17 Redes neurais no controle da respiração pelo tronco encefálico.

-passo básico do ritmo respiratório. Outras áreas controlam músculos usados na expiração ativa ou na inspiração maior do que o normal, como a que ocorre durante o exercício vigoroso. Além disso, fibras nervosas originadas no GRV inervam músculos da laringe, da faringe e da língua para manter as vias aéreas superiores abertas durante a respiração. O relaxamento inapropriado desses músculos durante o sono contribui para a apneia obstrutiva do sono, uma disfunção do sono associada com o ronco e com sonolência diurna excessiva. A ação integrada das redes de controle respiratório pode ser vista monitorando a atividade elétrica do nervo frênico e de outros nervos motores (Fig. 18-18 e ). Durante a respiração espontânea em repouso, um marcapasso inicia cada ciclo, e os neurônios inspiratórios aumentam gradualmente a estimulação dos músculos inspiratórios. Este aumento muitas vezes é chamado de rampa devido à forma do gráfico da atividade do neurônio inspiratório. Alguns neurônios inspiratórios disparam para iniciar a rampa. O disparo destes

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FIGURA 18-18 Ciclos de atividade neural durante a respiração em repouso.

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Inspiração -----i~- Expiração passiva 2 segundos 3 segundos

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Inspiração - - - - 4 . i + - 2 segundos

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Durante a inspiração, a atividade dos neurônios inspiratórios aumenta continuamente, aparentemente por um mecanismo de retroal imentação positiva. Ao f inal da inspiração, a atividade é interrompida abruptamente, e a expiração ocorre pela retração elástica do tecido pulmonar.

QUESTÃO DA FIGURA Qual é a frequência da ventilação da pessoa deste exemplo?

neurônios recruta outros neurônios inspiratórios em uma nítida alça de retroalimentação positiva. À medida que mais neurônios disparam, mais fibras musculares esqueléticas são recrutadas. A caixa torácica expande-se suavemente quando o diafragma contrai. Ao final da inspiração, os neurônios inspiratórios param de disparar abruptamente, e os músculos inspiratórios relaxam. Durante os próximos poucos segundos, ocorre a expiração passiva devido à retração elástica dos músculos inspiratórios e do tecido elástico dos pulmões. Contudo, alguma atividade dos neurônios motores pode ser observada durante a expiração passiva, sugerindo que talvez os músculos das vias aéreas superiores contraiam para reduzir a velocidade do fluxo de ar no sistema respiratório. Muitos neurônios expiratórios do grupo respiratório ventral permanecem inativos durante a respiração em repouso (espontânea). Eles funcionam principalmente durante a respiração forçada, quando os movimentos inspiratórios são ampliados, e durante a expiração ativa. Na respiração forçada, a atividade aumentada dos neurônios inspiratórios estimula os músculos acessórios, como os esternocleidomastoideos. A contração desses músculos acessórios aumenta a expansão do tórax elevando o esterno e as costelas superiores. Na expiração ativa, os neurônios expiratórios do grupo respiratório ventral ativam os músculos intercostais internos e os abdominais. Parece haver alguma comunicação entre os neurônios inspiratórios e os expiratórios, uma vez que os neurônios inspiratórios são inibidos durante a expiração ativa.

O dióxido de carbono, o oxigênio e o pH influenciam a ventilação A entrada sensorial proveniente dos quimiorreceptores centrais e periféricos modifica a ritmicidade da rede de controle para ajudar a manter a homeostase dos gases sanguíneos. O dióxido de carbono é o principal estímulo para as mudanças na ventilação. O oxigênio e o pH do plasma desempenham um papel menos importante. Os quimiorreceptores sensíveis ao oxigênio e ao dióxido de carbono estão estrategicamente associados com a circulação arterial. Se muito pouco oxigênio estiver presente no sangue arterial destinado para o encéfalo e para outros tecidos, a frequência e a amplitude da respiração aumentam. Se a taxa de produção de C0 2 pelas células excede a taxa de remoção do C0 2 pelos pulmões, a Pco2 arterial aumenta, e a ventilação é aumentada para equiparar a remoção de C0 2 à sua produção. Esses reflexos homeostáticos operam constantemente, mantendo a Po2 e a Pco2 arteriais dentro de uma faixa estreita. Os quimiorreceptores periféricos localizados nas arteriais carótida e aorta detectam as mudanças na Po2, no pH e na Pco2 do plasma (Fig. 18-16). Estes corpos ou glomos caróticos e para-aórticos estão localizados próximo dos barorreceptores envolvidos no controle reflexo da pressão sanguínea [ $ p. 533]. Os quimiorreceptores centrais no encéfalo respondem às mudanças na concentração de C02 no líquido cerebrospinal. Estes receptores centrais estão localizados na superfície ventral do bulbo, próximo aos neurônios envolvidos no controle respiratório.

Fisiologia Humana

Quimiorreceptores periféricos Quando as células glomais (glomus, uma massa em forma de bola) especializadas localizadas nos glomos caróticos e paraaórticos são ativadas por uma diminuição na Po2 ou no pH ou por um aumento na Pco2, elas desencadeiam um reflexo que aumenta a ventilação. Nas circunstâncias normais, o oxigênio não é um fator importante na modulação da ventilação porque a Po2 arterial precisa diminuir para menos de 60 mmHg antes da ventilação ser estimulada. Este grande decréscimo na Po2 é equivalente a ascender a uma altitude de 3.000 m. (Para referência,* Denver está localizada a uma altitude de 1.609 m.) Entretanto, qualquer condição que reduz o pH plasmático ou aumenta a Pco2 ativará as células glomais na aorta e na carótida e aumentará a ventilação. Os detalhes da função das células glomais ainda não são compreendidos, mas o mecanismo básico pelo qual estes quimiorreceptores respondem à baixa quantidade de oxigênio é similar ao mecanismo de liberação da insulina pelas células ~pancreáticas [ $ p. 171] ou da transdução do gosto nos botões gustatórios [ $ p. 353]. Em todos os três exemplos, um estímulo inativa canais de K+, causando a despolarização da célula receptora 2 (Fig. 18-19 e ). A despolarização abre canais de Ca + contro2 lados por voltagem, e a entrada do Ca + causa a exocitose do neurotransmissor sobre o neurônio sensorial. Nos corpos ou glomos caróticos e para-aórticas, os neurotransmissores iniciam potenciais de ação nos neurônios sensoriais que vão às redes respiratórias do tronco encefálico, sinalizando para aumentar a ventilação. Como os quimiorreceptores periféricos respondem apenas a grandes mudanças na Po2 arterial, as concentrações de oxigênio arterial não desempenham um papel importante na regulação diária da ventilação. Contudo, condições fisiológicas incomuns, como a subida a grandes altitudes, e condições patológicas, como a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), podem reduzir a Po2 arterial a níveis que são baixos o bastante para ativar os quimiorreceptores periféricos. Quimiorreceptores centrais O controlador químico da ventilação mais importante é o dióxido de carbono os quimiorreceptores periféricos recém-discutidos e via quimiorreceptores centrais localizados no bulbo (Fig. 18-20 e ). Esses receptores ajustam o ritmo respiratório, fornecendo um sinal de entrada contínuo para a rede de controle. Quando a Pco2 arterial aumenta, o C0 2 cruza a barreira hematencefálica rapidamente e ativa os quimiorreceptores centrais. Estes receptores sinalizam para a rede de controle aumentar a frequência e a amplitude da ventilação, aumentando a ventilação alveolar e removendo o C02 do sangue (Fig. 18-21 e ). Embora digamos que os quimiorreceptores centrais monitoram o C02, eles na verdade respondem a mudanças no pH do líquido cerebrospinal (LCE). O dióxido de carbono * N. de T. No Brasil, poderíamos citar como referência o pico da Neblina, com 3.014 m, e a cidade de Campos do Jordão-SP, com 1.628 m.

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Po baixa 2

Canais de K+ se fecham

A célula despolariza Célula glomal do glomo carótico

Entrada de Ca2+

Canal de Ca2+ controlado por voltagem se abre

Exocitose de neurotransmissores

•

......---- Receptor no neurônio sensorial

Potencial de ação

Sinal para os centros bulbares aumentarem a ventilação

• FIGURA 18-19 O sensor de oxigênio do glomo carótico libera o neurotransmissor quando a Po2 diminui.

que se difunde através da barreira hematencefálica para dentro do LCE é convertido em bicarbonato e H+:

Experimentos indicam que o H+ produzido por esta reação é o que inicia de fato o reflexo quimiorreceptor, mais do que o nível aumentado de C02 • Observe, contudo, que mudanças no pH do plasma em geral não influenciam diretamente os quimiorreceptores centrais. Embora o C02 do plasma entre rapidamente no LCE, o H+ do plasma cruza a barreira hematencefálica muito lentamente e por esse motivo tem pouco efeito direto sobre os quimiorreceptores centrais. Quando a Pco2 do plasma aumenta, os quimiorreceptores inicialmente respondem intensamente aumentando a ventilação. Contudo, se a Pco2 permanecer elevada por vários dias, a ventilação diminui novamente para a frequência normal à medida que a resposta dos quimiorreceptores se adapta por mecanismos não esclarecidos. Felizmente para pessoas com doenças pulmonares crônicas, a resposta dos quimiorreceptores periféricos à baixa Po2 arterial permanece intacta com o passar do tempo, embora os quimiorreceptores centrais se adapte à Pco2 alta.

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pode subir para 50 a 55 mmHg (o normal é 35 a 45), ao passo que sua Po2 diminui para 45 a 50 mmHg (o normal é 75 a 100). Devido a esses níveis serem crônicos, a resposta dos quimiorreceptores centrais adapta-se à Pco2 elevada. Assim, a maior parte dos estímulos químicos à ventilação nesta situação vem da Po2 baixa, detectada pelos quimiorreceptores caróticos e para-aórticos. Se é dado muito oxigênio a estes pacientes, eles podem parar de respirar porque seu estímulo químico para a ventilação é eliminado. Os quimiorreceptores centrais respondem à diminuição da Pco2 arterial, bem como ao aumento da Pco2 • Se a Pco2 alveolar cai, como pode ocorrer durante a hiperventilação, a Pco2 no plasma e a Pco2 no líquido cerebrospinal também diminuem. Consequentemente, a atividade dos quimiorreceptores centrais diminui, e a rede de controle diminui a frequência da ventilação. Quando a ventilação diminui, o dióxido de carbono começa a acumular-se nos alvéolos e no plasma. Finalmente, a Pco2 arterial sobe acima do nível limiar para os quimiorreceptores. Neste ponto, os receptores disparam, e a rede de controle aumenta novamente a ventilação.

Capilar encefálico Barreira hematencefálica

o

C02 + H2 0 ~ H2C03 ~ ,. H+ + HC03\ ___A_c_ _____

Líquido cerebrospinal

~------;r t

Quimiorreceptor central

Bulbo

controle respiratório

tventilação

•

FIGURA 18-20 Os quimiorreceptores centrais monitoram o C02 do líquido cerebrospinal. AC, anidrase carbônica.

Reflexos protetores dos pulmões Além dos reflexos quimiorreceptores que ajudam a regular a ventilação, o corpo possui reflexos protetores que respondem a danos físicos ou irritação do trato respiratório e à hiperinsuflação dos pulmões. O principal reflexo protetor é a broncoconstrição, mediada por neurônios parassimpáticos que inervam o músculo liso bronquiolar. Partículas inaladas ou gases

Em algumas situações, a Po2 baixa torna-se o estímulo químico principal para a ventilação. Por exemplo, pacientes com doença pulmonar crônica grave, como a DPOC, apresentam hipercapnia e hipoxia crônicas. Sua Pco2 arterial

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Pco2 plasmática

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+ Pco2 arterial

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no LCE

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Estimula o quimiorreceptor central

Estimula o quimiorreceptor periférico

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Po2 p lasmática < 60 mmHg

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+Ventilação

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FIGURA 18-21

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I

Retroalimentação negativa , Pco2 plasmática - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ... ;

Resposta dos quimiorreceptores a alterações da Pco2 plasmática.

Fisiologia Humana

A hiperventilação em resposta à hipoxia cria um padrão de respiração peculiar chamado de respiração periódica, no qual a pessoa passa por um período de 1Oa 15 segundos de suspensão da respiração seguido por um curto período de hiperventilação. A respiração periódica ocorre na maioria das vezes durante o sono.

Questão 8: Com base no seu entendimento de como o corpo controla a ventilação, porque você acha que a respiração periódica ocorre na maioria das vezes durante o sono?

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nocivos estimulam receptores de irritação na mucosa das vias aéreas. Os receptores de irritação enviam sinais por meio de neurônios sensoriais para os centros de integração no sistema nervoso central que provocam a broncoconstrição. A resposta protetora reflexa também inclui tosse e espirro. O reflexo de insuflação de Hering-Breuer foi primeiro descrito no final dos anos 1800 em cães anestesiados. Nesses animais, se o volume corrente excede um certo volume, os receptores de estiramento nos pulmões sinalizam para o tronco encefálico terminar a inspiração. Contudo, este reflexo é dificil de demonstrar em humanos adultos e não opera durante a respiração em repouso e no esforço leve. Entretanto, estudos realizados em bebês sugerem que o reflexo de insuflação de Hering-Breuer pode ter um papel na limitação dos seus volumes ventilatórios

Os centros superiores do encéfalo afetam os padrões de ventilação Processos mentais conscientes ou inconscientes também afetam a atividade respiratória. Os centros superiores no hi-

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potálamo e no cérebro podem alterar a atividade da rede de controle no tronco encefálico mudar a frequência e a amplitude da ventilação. O controle voluntário da ventilação está incluíndo nesta categoria. Entretanto, os centros superiores de controle encefálico não são necessários para a ventilação. Mesmo que o tronco encefálico acima da ponte seja gravemente lesado, os ciclos respiratórios continuam essencialmente normais. A respiração também pode ser afetada pela estimulação de partes do sistema límbico. Por essa razão, atividades emocionais e autonômicas, como medo e excitação, podem afetar o ritmo e a amplitude da respiração. Em algumas destas situações, as vias neurais vão diretamente para os neurônios motores somáticos, desviando da rede de controle no tronco encefálico. Embora possamos alterar temporariamente nosso desempenho respiratório, não podemos suprimir os reflexos quimiorreceptores. Prender a respiração é um bom exemplo. Você pode prender sua respiração voluntariamente apenas até a Pco 2 elevada no sangue e no líquido cerebrospinal ativar o reflexo quimiorreceptor, forçando você a inspirar. Crianças pequenas que têm acessos de raiva às vezes tentam manipular seus pais ameaçando prender a respiração até morrer. Entretanto, os reflexos quimiorreceptores tornam impossível para a criança por em prática esta ameaça. Crianças extremamente decididas podem continuar a segurar a respiração até ficarem azuis e desmaiarem por hipoxia, mas uma vez estando inconscientes, a respiração normal automaticamente retorna. A respiração está intimamente associada à função cardiovascular. Os centros integradores para ambas as funções estão localizados no tronco encefálico, e projetam-se interneurônios entre as duas redes, permitindo a sinalização de um lado para o outro. No Capítulo 20, examinam a integração das funções cardiovascular, respiratória e renal como os três sistemas que trabalham juntos para manter a homeostase hídrica e ácido-base. Primeiro, entretanto, examinaremos a fisiologia dos rins no Capítulo 19.

Grande Altitude Em 29 de maio de 1953, Edmund Hillary e Tenzing Norgay da expedição Britânica ao Everest foram os primeiros humanos a alcançarem o pico do Monte Everest. Eles carregaram suplementos de oxigênio com eles, pois acreditava-se que este feito seria impossível sem isso. Em 1978, entretanto, Reinhold Messner e Peter Habeler conseguiram o "impossível". Em 8 de maio, eles lutaram para chegar ao cume usando apenas a força de vontade e nenhum oxigênio extra. Nas palavras de Messner, "Eu não sou nada além de um simples pulmão apertado ofegante, f lutuando sobre as névoas e os cumes". Para saber mais sobre estas expedições ao Everest, faça uma busca no Google por Hillary Everest ou Messner Everest.

Para aprender mais sobre os diferentes tipos de doenças da montanha, veja a página da lnternational Society for Mounta in Medicine (www.ismmed.org/np_altitude_tutorial.htm); "High altitude medicine", American Family Physician 1998 Apr. 15, (www.aafp.org/afp/98041 Sap/harris.htm~; e "Highaltitude pulmonary edema" (www.emedicine.com/med/topic1956.htm). Neste problema, você aprendeu sobre as respostas normais e anormais à grande altitude. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Qual é a Po2 do ar inspirado que chega aos alvéolos a 2.500 m, onde a pressão atmosférica do ar seco é de 542 mmHg? Como este valor de Po2 pode ser comparado com o va lor da Po2 para o ar totalmente umidificado ao nível do mar?

O vapor de água contribui com uma pressão parcial de 47 mmHg para o ar totalmente umidificado. O oxigênio constitui 21 % do ar seco. A pressão atmosférica normal ao nível do mar é de 760 mmHg.

Correção para o vapor de água: 542 - 47 = 495 mmHg x 21 % = Po2 = 104 mmHg. No ar umidificado ao nível do mar, Po 2 = 150 mmHg.

2

Por que uma pessoa com EPAA teria respiração curta?

O edema pulmonar aumenta a distância de difusão para o ox1gen10.

Difusão mais lenta do oxigênio signif ica que menos oxigênio chega ao sangue, o que piora a h ipoxia norma l da altitude.

•

A

•

3

Com base no que você aprendeu sobre os mecanismos de ajuste da ventilação e da perfusão no pulmão, você pode explicar por que pacientes com EPAA apresentam pressão arterial pulmonar elevada?

Baixos níveis de oxigênio causam constrição das arteríolas pulmonares.

A constrição das arteríolas pulmonares faz com que o sangue seja acumulado nas artérias pulmonares anteriores à constrição. Isso aumenta a pressão sanguínea arterial pu lmonar.

4

De que maneira a adição de eritrócitos (hemácias) ao sangue ajuda uma pessoa a se aclimatar à grande altitude?

98% do oxigênio arterial são transportados ligados à hemoglobina.

A hemoglobina adicional aumenta a capacidade de transporte de oxigênio do sangue.

5

O que a adição de eritrócitos ao sangue causa à viscosidade do sangue? Que efeito esta mudança na viscosidade tem no f luxo do sangue?

A adição de células aumenta a viscosidade do sangue.

De acordo com a lei de Poiseuille, o aumento da viscosidade aumenta a resistência ao f luxo, de modo que o fluxo de sangue d iminuirá.

6

O que acontece ao pH do plasma durante a hiperventilação?

Aplique a lei de ação das massas à equação C02 + H20 ~~ H+ + HC03-

A quantidade de C02 no plasma diminui durante a hiperventilação, o que signif ica que a equação se desloca para a esquerda. Este deslocamento diminui o H+ e aumenta o pH {alcalose).

7

Como esta mudança no pH afeta a ligação do oxigênio nos pulmões quando a Po2 está diminuída? Como isso afeta a liberação de oxigênio nas células?

Ver Figura 18-1 Oa.

O deslocamento para a esquerda da curva significa que, a uma determinada Po2, mais 0 2 liga-se à hemoglobina. Menos 0 2 irá se desligar da hemoglobina nos tecidos para uma determinada Po2, mas a Po2 nas células provavelmente será menor que o normal, e consequentemente pode não haver mudança na liberação de 0 2 •

8

Por que você acha que a respiração periódica ocorre na maioria das vezes durante o sono?

A respiração periódica alterna períodos de suspensão da respiração (apneia) e hiperventilação.

Uma pessoa acordada é ma is provável que faça um esforço consciente para respirar durante o período de suspensão da respiração, rompendo o ciclo da respiração periódica.

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RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, você aprendeu por que escalar o Monte Everest é um desafio respiratório para o corpo humano e por que pessoas com enfisema enfrentam os mesmos desafios respiratórios ao nível do mar. As trocas e o transporte de oxigênio e dióxido de carbono no corpo ilustram o fl,uxo de massa dos gases ao longo dos gradientes de concen-

tração. A homeostase desses gases no sangue demonstra o balanço de massa: a concentração no sangue varia de acordo com o que entra ou deixa os pulmões e os tecidos. A lei de ação das massas governa as reações químicas através das quais a hemoglobina liga o 0 2, e a anidrase carbônica catalisa a conversão de C02 e água em ácido carbônico.

Fisiologia Hum ana

Difusão e solubilidade dos gases 1. A difusão de 0 2 e C02 é influenciada pelos gradientes de pressão parcial, pela área de superfície, pela espessura da membrana e pela distância de difusão. (p. 598) 2. A quantidade de um gás que é dissolvido em um líquido é proporcional à pressão parcial do gás e à solubilidade do gás no líquido. O dióxido de carbono é 20 vezes mais solúvel em soluções aquosas que o oxigênio. (p. 599; Fig. 18-2)

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10. O sangue venoso transporta 7% do seu dióxido de carbono dissolvidos no plasma, 23% como carbaminoemoglobina e 70% como íon bicarbonato no plasma. (p. 609; Fig. 18-14) 11. A anidrase carbônica nas hemácias converte C0 2 em ácido carbônico, o qual se dissocia em H+ e HC03 - . OH+ então liga-se à hemoglobina, e o HC03 - entra no plasma usando a troca por cloreto ou desvio de cloreto. (p. 610)

Regulação da ventilação Troca de gases nos pulmões e nos tecidos Sistema respiratório: troca gasosa

3. A Po2 alveolar e arterial normal é de aproximadamente 100 mmHg. A Pco2 arterial e alveolar normal é de cerca de 40 mmHg. (p. 599; Fig. 18-3) 4. A Po2 venosa normal é de 40 mmHg, e a Pco2 venosa normal é de 46 mmHg. (p. 600; Fig. 18-3) 5. A composição do ar inspirado e a eficácia da ventilação alveolar afetam a Po2 alveolar. (p. 601) 6. Mudanças na área de superfície alveolar, na espessura da membrana alveolar e na distância intersticial entre os alvéolos e os capilares pulmonares afetam a eficácia das trocas gasosas e a Po2 arterial. (p. 602; Fig. 18-4)

Transporte de gases no sangue Sistema respiratório: transporte de gases

7. O oxigênio é transportado dissolvido no plasma(< 2o/o) ou ligado à hemoglobina (> 98%). (p. 603; Fig. 18-6) 8. A Po2 no plasma determina quanto oxigênio se liga à hemoglobina. (p. 604; Fig. 18-9) 9. A ligação oxigênio-hemoglobina é influenciada por pH, temperatura e 2,3-difosfoglicerato (2, 3-DPG). (p. 607; Figs. 18-10, 18-11)

Sistema respiratório: controle da respiração

12. O controle respiratório reside em redes de neurônios no bulbo e na ponte, influenciadas por sinais provenientes de receptores sensoriais periféricos e centrais e de centros encefálicos superiores. (p. 612) 13. O grupo respiratório dorsal bulbar contém principalmente neurônios inspiratórios que controlam os neurônios motores somáticos que vão para o diafragma. O grup o respiratório ventral incluem o complexo pré-Bõtzinger com seus marcapassos, bem como neurônios envolvidos na inspiração e na expiração ativa. (p. 613; Fig. 18-17) 14. Quimiorreceptores periféricos nos glomos caróticos e paraaórticos monitoram a Po2 , a Pco2 e o pH. A ventilação aumenta quando a Po2 diminui para menos de 60 mmHg. (p. 615; Fig 18-19) 15. O dióxido de carbono é o estímulo primário para as mudanças na ventilação. Quimiorreceptores localizados no bulbo e na carótida respondem a mudanças na Pco2 • (p. 615; Fig. 18-20) 16. Os reflexos protetores monitorados pelos receptores periféricos evitam danos aos pulmões por irritantes inalados. (p. 617) 17. Os processos mentais conscientes ou inconscientes podem afetar a atividade respiratória. (p. 617)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.) ,

NIVEL UM

9. Liste cinco possíveis mudanças físicas que podem resultar em menos oxigênio chegando ao sangue arterial.

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Liste cinco fatores que influenciam a difusão de gases entre os alvéolos e o sangue. 2. Mais de o/o do oxigênio no sangue arterial são transportados ligados à hemoglobina. Como o oxigênio restante é transportado às células? 3. Cite quatro fatores que influenciam a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina. Qual desses quatro fatores é o mais importante? 4. Descreva a estrutura da molécula de hemoglobina. Que elemento químico é essencial para a síntese da hemoglobina? 5. As redes de controle da ventilação são encontradas no _ _ __ e do encéfalo. O que os grupos de neurônios respiratórios, dorsal e ventral, controlam? O que é um gerador central de padrão? 6. Descreva os quimiorreceptores que influenciam a ventilação. Que substância química é o controlador mais importante da ventilação? 7. Descreva os reflexos protetores do sistema respiratório. 8. O que provoca as trocas de oxigênio e dióxido de carbono entre os alvéolos e o sangue ou entre o sangue e as células?

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

10. Mapa de conceito: Construa um mapa do transporte de gases usando os termos que seguem. Você pode adicionar termos. Alvéolos Anidrase carbônica C02 dissolvido Carbaminoemoglobina Desvio de cloreto Eritrócitos Gradiente de pressão Hemoglobina

0 2 dissolvido Oxiemoglobina Pco2 Plasma Po2 Sangue arterial Sangue venoso Saturação da hemoglobina

11. Na fisiologia respiratória, é comum se falar de Po2 do plasma. Por que esta não é a forma mais precisa de descrever o conteúdo de oxigênio do sangue? 12. Compare e contraste os seguintes pares de conceitos: (a) transporte de oxigênio e de dióxido de carbono no sangue arterial (b) pressão parcial e concentração de um gás dissolvido em um líquido

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13. A ligação Hb02 aumenta, diminui ou não muda com a diminuição do pH? 14. Defina hipoxia, DPOC e hipercapnia. 15. Por que as moléculas que transportam oxigênio evoluíram nos animais? 16. Desenhe e identifique os seguintes gráficos: (a) O efeito da ventilação na Po2 arterial (b) O efeito da Pco2 arterial na ventilação ' medida que a Po do plasma aumenta: 17. A 2 (a) o que acontece com a quantidade de oxigênio que se dissolve no plasma? (b) o que acontece com a quantidade de oxigênio ligada à hemoglobina? 18. Se uma pessoa é anêmica e possui nível de hemoglobina abaixo do normal nas suas hemácias, qual é a sua Po2 arterial se comparada com a normal? 19. Crie vias reflexas (estímulo, receptor, via aferente, e assim por diante) para o controle químico da ventilação, iniciando com os seguintes estímulos: (b) Po2 arterial = 55 mmHg (a) Aumento da Pco2 arterial Seja o mais específico possível em relação à localização anatômica. Onde souber, inclua os neurotra.nsmissores e seus receptores.

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

20. Marco tenta se esconder no fundo de uma piscina respirando por uma mangueira que tem 60 cm, o que aumenta muito o seu espaço morto anatômico. O que ocorre com os seguintes parâmetros do seu sangue arterial, e por quê? (b) íon bicarbonato (a) Pco2 (c) Po2 (d) pH 21. Qual pessoa transporta mais oxigênio no seu sangue? (a) uma pessoa com Hb de 15 g/dL e uma Po2 arterial de 80 mmHg. (b) uma pessoa com Hb de 12 g/dL e uma Po2 arterial de 100 mmHg. 22. O que acontece com cada um desses parâmetros em uma pessoa sofrendo edema pulmonar? (a) Po2 arterial (b) saturação da hemoglobina arterial (c) ventilação alveolar 23. Em pesquisas prévias sobre o controle rítmico da respiração, os dentistas fizeram as seguintes observações. Que hipótese os pesquisadores podem formular a partir de cada observação? (a) Observação. Se o tronco encefálico é cortado abaixo do bulbo, todos os movimentos respiratórios cessam. (b) Observação. Se o tronco encefálico é cortado acima do nível da ponte, a ventilação é normal. (c) Observação. Se o bulbo é completamente separado da ponte e dos centros superiores do encéfalo, a ventilação torna-se irregular, mas o padrão de inspiração/expiração permanece. 24. Um paciente hospitalizado com doença pulmonar obstrutiva crônica grave apresenta uma Pco 2 de 55 mmHg e uma Po2 de 50 mmHg. Para elevar seu oxigênio no sangue, ele recebe oxigênio puro por um tubo nasal. O paciente imediatamente para de respirar. Explique por que isso pode ocorrer. 25. Você é um fisiologista em um voo espacial para um planeta distante. Você encontra criaturas humanoides inteligentes habitando o planeta, que de boa vontade se submetem aos seus testes. Alguns dados coletados por você estão descritos a seguir.

O primeiro gráfico mostra a curva de dissociação do oxigênio da molécula transportadora de oxigênio no sangue do humanoide chamado Bzork. A Po2 alveolar normal de Bzork é de 85 mmHg. Sua Po2 celular normal é 20 mmHg, mas diminui para 10 mmHg , . com o exerc1c10. 100 ('(j

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Q)

a.

20

40

Po2

100

60 80 (mmHg)

(a) Qual é a porcentagem de saturação da molécula transportadora de oxigênio de Bzork no sangue alveolar? No sangue em uma célula em exercício? (b) Com base no gráfico, que conclusão você pode tirar sobre as necessidades de oxigênio de Bzork durante uma atividade normal e durante o exercício? 26. O próximo experimento com Bzork envolve sua resposta ventilatória a diferentes condições. Os dados do experimento estão plotados a seguir. Interprete o resultado dos experimentos A e C.

Po2 =50 mmHg Po2 = 85 mmHg

Po2 = 85 mmHg

->

Sujeito bebeu sete cervejas.

55

- - Pco2 do plasma

..

27. O epitélio alveolar é um epitélio absortivo e é capaz de transportar íons do líquido de revestimento dos alvéolos para o espaço intersticial, criando um gradiente osmótico para a água seguir. Desenhe um epitélio alveolar e identifique as superfícies apical e basolateral, o espaço aéreo e o líquido interstical. Distribua as seguintes proteínas na membrana celular de modo que o epitélio absorva sódio e água: aquaporinas, Na+-K+- ATPase, canal de Na+ epitelial (ENAC). (Lembre-se de que a concen tração de Na+ é mais alta no LEC do que no LIC.)

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

28. Você tem a seguinte informação sobre um paciente: Volume de sangue = 5,2 L Hematócrito = 47o/o

Fisiologia Humana

Concentração de hemoglobina= 12 g/dL de sangue total Quantidade total de oxigênio transportado no sangue= 1.015 mL Po2 no plasma arterial = 100 mmHg Você sabe que em uma Po2 plasmática de 100 mmHg, o plasma contém 0,3 mL de 0 2/dL, e que a hemoglobina está 98o/o saturada. Cada molécula de hemoglobina pode ligar-se no máximo a quatro moléculas de oxigênio. Usando esta informação, calcule a capacidade máxima de transporte de oxigênio da hemoglobina (100% saturada). A unidade será mL de oxigênio/g de hemoglobina. 29. Adolph Fick, um fisiologista do século XIX de quem deriva a lei de difusão de Fick, também desenvolveu a equação de Fick, que relaciona o consumo de oxigênio, o débito cardíaco e o conteúdo de oxigênio do sangue:

621

Consumo de 0 2 = débito cardíaco x (conteúdo de oxigênio arterial - conteúdo de oxigênio venoso) Uma pessoa tem um débito cardíaco de 4,5 L/min, um conteúdo de oxigênio arterial de 105 mL 0 2/L sangue e um conteúdo de oxigênio da veia cava de 50 mL 0 2/L sangue. Qual é o consumo de oxigênio desta pessoa? 30. Descreva o que acontece à curva de dissociação oxigênio-hemoglobina na Figura 18-9 quando a hemoglobina no sangue diminui de 15 g/dL de sangue para 10 g/dL de sangue.

RESPOSTAS

tfRespostas para as questões de

11

Revisando

conceitos•' Página 599 1. Um outro fator que afeta quanto gás se dissolve na solução salina é a solubilidade do gás nesta solução. 2. 720 mmHg x 0,78 N2 = 561,6 mmHg 3. Falsa. O plasma é essencialmente água, e a Figura 18-2 mostra que o C0 2 é mais solúvel em água do que o 0 2 • Página 601 4. (a) Sistema transportador de elétrons; (b) ciclo do ácido cítrico. 5. A Po2 dos alvéolos constantemente está sendo reabastecida com ar novo.[ ~ p. 587] Página 602 6. O ar tem 21 % de oxigênio. Portanto, para o ar seco no Everest, a Po2 = 0,21x250 mmHg = 53 mmHg. Correção para P820 :Po2 = (250 mmHg - 47 mmHg) x 21% = (203 mmHg) x 0,21 = 43 mmHg. Página 603 7. O sangue acumular-se nos pulmões porque o coração esquerdo é incapaz de bombear todo o sangue que vem dos pulmões. O volume de sangue aumentado nos pulmões aumenta a pressão do sangue pulmonar. 8. Quando a ventilação alveolar aumenta, a Po2 arterial aumenta porque mais ar novo entra nos alvéolos. A Pco2 arterial diminui porque a baixa Pco2 do ar novo dilui a Pco2 alveolar. O gradiente de pressão do C02 entre o sangue venoso e os alvéolos aumenta, fazendo com que mais C02 deixe o sangue. A Po2 e a Pco2 venosas não mudam porque estas pressões são determinadas pelo consumo de oxigênio e pela produção de C02 nas células. Página 608 9. Sim, a hemoglobina alcança 100% de saturação a 650 mmHg. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 760 mmHg, e se a "atmosfera" tiver 100% de oxigênio, então a Po2 é 760 mmHg. 10. O achatamento do topo da curva de Po2 nos diz que a hiperventilação causa apenas um aumento mínimo no percentual de saturação da hemoglobina arterial. 11. Quando a Po2 diminui, mais oxigênio é liberado pela hemoglobina. A Po2 do sangue venoso que deixa o músculo será de 25 mmHg, a mesma Po2 do músculo.

Página 612 12. Uma obstrução das vias aéreas iria diminuir a ventilação alveolar e aumentar a Pco2 arterial. A elevação da Pco2 arterial aumentaria a concentração de H+ no sangue arterial e diminuiria o pH.

Q Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 604 Fig. 18-6: O 0 2 cruza cinco membranas celulares: duas da célula alveolar, duas do endotélio capilar e uma dos eritrócitos. Página 607 Fig. 18-9: (a) Quando a Po2 é 20 mmHg, a hemoglobina está 34% saturada com oxigênio. (b) A hemoglobina está 50% saturada com oxigênio em uma Po2 de 28 mmHg. Página 608 Fig. 18-10: (a) Quando o pH diminui de 7,4 para 7,2, a saturação da hemoglobina diminui 13%, de cerca de 37% de saturação para 24%. (b) Quando uma célula muscular em exercício aquece, a Hb libera . . ,.. . mais oxigen10. Página 608 Fig. 18-11: A perda de 2,3-DPG não é boa porque a hemoglobina se liga mais firmemente ao oxigênio nos valores de Po2 encontrados nas células. Página 609 Fig. 18-12: (a) A Po2 do sangue da placenta é de cerca de 28 mmHg. (b) A uma Po2 de 10 mmHg, o sangue materno está apenas cerca de 8% saturado com oxigênio. Página 612 Fig. 18-16: 1. ponte; 2. grupo respiratório ventral; 3. quimiorreceptor bulhar; 4. neurônio sensorial; 5. quimiorreceptor carotídeo; 6. neurônio motor somático (expiração); 7. quimiorreceptor aórtico; 8. intercostais internos; 9. músculos abdominais; 10. diafragma; 11. intercostais externos; 12. escalenos e esternocleidomastoideo; 13. neurônio motor somático (inspiração); 14. grupo respiratório dorsal; 15. sistema límbico; 16. centros superiores do encéfalo (emoções e controle voluntário). Página 614 Fig. 18-18: Um ciclo ventilatório dura 5 segundos, então há 12 respirações/min.

18

Funções dos rins

Reabsorção

Anatomia do sistema urinário

635 637

624 624

O sistema urinário consiste em rins, ureteres, bexiga urinária e uretra O néfron é a unidade funciona l do rim

639

A reabsorção pode ser ativa ou passiva O transporte rena l pode atingir saturação As pressões nos capilares peritubulares favorecem a reabsorção

Visão geral da função renal

Secreção

625 628

640

Os rins fi ltram, reabsorvem e secretam O néfron modifica o volume e a osmolaridade do líquido

Filtração O corpúsculo renal contém três barreiras de filtração 631 A pressão nos capilares causa a filtração 632 A TFG é relativamente constante 633 A TFG está sujeita a autorregu lação 634 Hormônios e neurônios autonômicos também influenciam a TFG

A competição diminui a secreção de penicilina

Excreção 640

630

642

A depuração é uma forma não invasiva de medir a TFG A depuração nos auxilia a determinar o manejo renal

Micção

CONHECIMENTOS BÁSICOS Transporte transepitelial: 154 Balanço de massa: 133 Osmolaridade e tonicidade: 159 Filtração nos capilares: 528 Transcitose: 157 Saturação: 45 Autorregulação da resistência vascular: 523 Transporte através das membranas: 141 pH e tampões: 38 Epitélio transportador: 77 Capilares fenestrados: 527 Fosfato de creatina: 420 Competição: 149

No néfron, o plasma sofre modificações formando a urina. -Arthur Grollman, em Clinical Phsysiology: The Functional Pathologhy of Disease, 1957.

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Gota Michael Moustakakis, 43 anos, passou os dois últimos dias no sofá, sofrendo de uma dor latejante implacável no hálux (dedo grande), do pé esquerdo. Quando a dor iniciou, Michael pensou que havia tido uma leve distensão ou talvez fosse o início de uma artrite. Então a dor se intensificou, e a artículação do hálux tornou-se quente e vermelha. Michael finalmente foi mancando ao consultório do seu médico, sentindo-se um pouco bobo em relação ao seu problema. Ao ouvir seus sintomas, e olhar o dedo, o médico pareceu saber o que estava errado instantaneamente. "Você tem gota", disse o Dr. Garcia.

625

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643

645

Aproximadamente em 100 d.C., Aretaeus, o Capadócia, escreveu: "O diabete é uma doença maravilhosa, não muito frequente entre homens, sendo um derretimento de carne e membros na urina ... Os pacientes nunca param de produzir água (urinar), e o fluxo é incessante, como se fosse da abertura de aquedutos". Os médicos sabem há séculos que a urina, um resíduo fluido produzido pelos rins, reflete o funcionamento do corpo. Para ajudar no diagnóstico das doenças, eles carregavam frascos especiais para coletar e inspecionar a urina dos pacientes. O primeiro passo no exame de uma amostra de urina é determinar a sua cor. Sua cor é amarelo-escuro (concentrada), palha clara (diluída), vermelha (indicando a presença de sangue) ou preta (indicando a presença de metabólitos da hemoglobina)? Uma forma de malária era denominada febre da água negra, pois a hemoglobina metabolizada a partir da degradação anormal de eritrócitos tornava a urina do paciente preta ou vermelho-escuro. Os médicos também observavam nas amostras de urina a limpidez, a presença de espuma (indicando presença anormal de proteínas), o cheiro e até mesmo o gosto. Os médicos que não queriam provar a urina deixavam para seus estudantes este "privilégio". O médico que não tinha estudantes expunha a urina a insetos e observava suas reações. Provavelmente, o exemplo mais famoso do uso da urina para diagnóstico foi o teste do gosto para detectar diabete melito, historicamente conhecido como doença da urina de mel. O diabete é uma doença endócrina caracterizada pela presença de glicose na urina. A urina dos diabéticos tinha gosto doce e atraía insetos, confirmando o diagnóstico. Embora hoje tenhamos testes muito mais sofisticados para detectar a glicose na urina, o primeiro passo de uma uroanálise ainda é o exame da cor, da limpidez e do odor da urina. Neste capítulo, você aprenderá porque podemos saber tanto sobre como o corpo está funcionando por meio do que está presente na urina.

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FUNÇOES DOS RINS Se você perguntar às pessoas na rua, "Qual é a função mais importante dos rins?", elas provavelmente dirão, "A remoção de resíduos do corpo". Realmente a função mais importante dos rins é a regulação homeostática da água e o conteúdo iônico do sangue, também denominado balanço de sal e água, ou balanço hídrico e eletrolítico. A remoção de resíduos é importante, mas alterações no volume de sangue ou nas concentrações de íons causam sérios problemas clínicos antes que o acúmulo de resíduos metabólicas atinja níveis tóxicos. Os rins mantêm a concentração normal de íons e água no sangue pelo equilíbrio da ingestão destas substâncias com a sua excreção na urina, obedecendo ao princípio do balanço de massa [ $ p. 133]. Podemos dividir as funções dos rins em . areas " . seis gerais. 1. Regulação do volume do líquido extracelular e da pressão sanguínea. Quando o volume do líquido extracelular diminui, a pressão sanguínea também diminui [ $ p. 520]. Se o volume do líquido extracelular e a pressão sanguínea diminuem a níveis muito baixos, o corpo não pode manter um fluxo adequado de sangue para o encéfalo e outros órgãos essenciais. Os rins trabalham de uma maneira integrada com o sistema circulatório para assegurar que tanto a pressão sanguínea quanto a perfusão tecidual permaneçam em uma faixa aceitável. 2. Regulação da osmolaridade. O corpo integra a função renal com o comportamento, como a sede, para manter a osmolaridade do corpo em um valor próximo de 290 mOsM. Vamos examinar as vias reflexas da regulação do volume do líquido extracelular e da osmolaridade no Capítulo 20. 3. Manutenção do equilíbrio iônico. Os rins mantêm a concentração de íons-chave dentro de uma faixa normal pelo balanço entre ingestão e perda urinária. O sódio (Na+) é o principal íon envolvido na regulação do volume do líquido extracelular e da osmolaridade. As concentrações de potássio (K+) e de cálcio (Ca2+) também são estritamente reguladas. Discutimos sobre o controle renal do balanço de sódio e potássio no Capítulo 20, mas adiamos a discussão sobre o cálcio até o Capítulo 22, quando estudamos todos os aspectos da homeostase do cálcio. 4. Regulação homeostática do pH. O pH do plasma geralmente é mantido dentro de uma faixa estreita de variação [ $ p. 38]. Se o líquido extracelular se torna muito ácido, os rins removem o H+ e conservam os íons bicarbonato (HC0 3 -), os quais atuam como um tampão [ $ p. 39]. Inversamente, quando o líquido extracelular se torna muito alcalino, os rins removem o HC0 3 e conservam o H+. Os rins desempenham um papel significativo na homeostase do pH, mas não corrigem as alterações de pH tão rapidamente quanto os pulmões, como você aprenderá no Capítulo 20. 5. Excreção de resíduos. Os rins removem subprodutos metabólicas e substâncias exógenas, como fármacos e toxinas ambientais. Subprodutos metabólicas incluem creatinina do metabolismo dos músculos [ $ p. 420] e os subprodutos nitrogenados ureia [ $ p. 115] e ácido

19

624

Dee Unglaub Silverthorn

úrico. Um metabólito da hemoglobina denominado urobilinogênio dá à urina sua cor amarela característica. Os hormônios são outras substâncias endógenas que os rins retiram do sangue. Exemplos de substâncias exógenas (externas) que os rins ativamente removem incluem o adoçante artificial sacarina e o ânion benzoato, parte do conservante benzoato de potássio que você ingere quando toma um refrigerante diet. 6. Produção de hormônios. Embora os rins não sejam glândulas endócrinas, eles desempenham um importante papel em três vias endócrinas. As células dos rins sintetizam eritropoetina, o hormônio/citocina que regula a síntese de eritrócitos [ $ p. 552]. Também liberam renina, uma enzima que regula a produção dos hormônios envolvidos no balanço do sódio e na homeostase da pressão sanguínea. Enzimas renais ajudam a converter a vitamina 2 D3 em um hormônio ativo que regula o balanço do Ca +. Os rins, assim como muitos outros órgãos no corpo, possuem uma enorme capacidade de reserva. Segundo a maioria das estimativas, você deve perder quase três quartos das funções do seu rim antes que a homeostase comece a ser afetada. Muitas pessoas vivem normalmente com apenas um rim, como ocorre com um em 1.000 nascimentos, em que a pessoa nasce com apenas um rim (ou por outras falhas no desenvolvimento durante a gestação) ou com pessoas que doam um rim para transplante. REVISANDO CONCEITOS 1. A regulação iônica é uma característica fundamental da função do rim. O que acontece ao potencial de membrana em repouso de um neurônio se os níveis de K+ extracelular diminuem? [ $ p. 272] 2. O que acontece à força da contração cardíaca se os níveis de Ca 2 + no plasma diminuem substancialmente?

[$

p. 482]

Respostas: p. 648

ANATOMIA DO SISTEMA URINÁRIO O sistema urinário é composto dos rins e de estruturas acessórias (Fig. 19-la e ). O estudo das funções dos rins é denominado fisiologia renal, da palavra em latim renes, que significa "rins".

O sistema urinário consiste em rins, ureteres, bexiga urinária e uretra Vamos seguir o trajeto que uma gota de água segue desde o plasma até a sua excreção na urina. O primeiro passo na produção da urina é o deslocamento da água e dos solutos do plasma para os túbulos ocos (néfrons) que compõem a maior parte do par de rins. Esses túbulos modificam a composição do líquido à medida que ele passa ao longo destas estruturas. O líquido modificado deixa o rim e passa para dentro de um tubo oco chamado de ureter. Existem dois ureteres, cada um partindo de um rim e se dirigindo para a bexiga urinária. A bexiga se expande e se enche com urina até que, por uma ação reflexa, se contrai e expulsa a urina por um único tubo, a uretra. A uretra nos homens sai do corpo através do corpo do pênis. Nas mulheres, a abertura uretra! é encontrada anterior

FOCO CLfNICO

INFECÇÕES DO TRATO URINÁRIO Devido à extensão mais curta da uretra das mulheres e sua proximidade com bactérias que partem do intestino grosso, as mulheres são mais propensas que os homens a desenvolverem infecções bacterianas na bexiga urinária e nos rins, ou infecções do trato urinário (ITUs). A causa mais comum de ITUs é a bactéria Escherichia coli, um microrganismo normal do intestino grosso humano. A E. coli não é prejudicial enquanto restrita ao lúmen do intestino grosso, mas é patogênica (pato-, doença + -genica, causa) se entrar na uretra. O sintoma mais comum de uma ITU é dor ou ardência durante a micção e aumento na frequência de micção. Uma amostra de urina de um paciente com uma ITU muitas vezes contém muitos eritrócitos e leucócitos, nenhum dos quais é encontrado normalmente na urina. As ITUs são tratadas com antibióticos.

às aberturas da vagina e do ânus. A micção é o processo pelo qual a urina é excretada. Os rins são o local da formação da urina. Cada rim situase em um lado da coluna vertebral ao nível da décima primeira e décima segunda costelas, logo acima da cintura (Fig. 19-lb). Embora eles estejam abaixo do diafragma, eles estão tecnicamente fora da cavidade abdominal, entre o peritônio membranoso que reveste o abdome e os ossos e os músculos do dorso. Por causa da sua localização atrás da cavidade peritoneal, os rins são algumas vezes descritos como tendo localização retroperitoneal (retro-, atrás). A superfície côncava de cada rim está voltada para a coluna vertebral. Os vasos sanguíneos renais, os nervos, os vasos linfáticos e os ureteres emergem a partir desta superfície. As artérias renais, as quais são ramos da parte abdominal da aorta, fornecem sangue para os rins. As veias renais levam sangue dos rins para a veia cava inferior. Os rins recebem 20 a 25% do débito cardíaco, embora constituam apenas 0,4% do peso total do corpo (120 a 170 gramas cada). Esta alta taxa de fluxo de sangue através dos rins é crítica para a função renal.

O néfron é a unidade funcional do rim Um corte transversal através de um rim mostra que o seu interior é dividido em duas camadas: um córtex, externo, e uma medula, interna (Fig. 19-lc). As camadas são formadas pelo arranjo organizado de túbulos microscópicos chamados de néfrons. Cerca de 80o/o dos néfrons de um rim estão contidos quase completamente no córtex (néfrons corticais), ao passo que os outros 20o/o - denominados néfrons justamedulares (justa-, junto a) - mergulham para dentro da medula (Fig. 19.li,h). O néfron é a unidade funcional do rim. (Uma unidade fundonal é a menor estrutura que pode realizar todas as funções de um órgão.) Cada um dos cerca de um milhão de

Fisiologia Humana

néfrons de cada rim é dividido em segmentos (Fig. 19-lj), e ,. cada segmento é intimamente associado com vasos sangu1neos especializados (Fig. 19-lg, h).

Elementos vasculares do rim O sangue entra no rim pela artéria renal antes de seguir para as artérias menores e depois para as arteríolas no córtex (Fig. 19-ld, e). Neste ponto, o arranjo de vasos sanguíneos torna-se um sistema porta, um dos três que existem no corpo [ ~ p. 232]. O sangue flui a partir da arteríola aferente para uma rede de capilares semelhante a uma bola, conhecida como glomérulo (glomus, massa em forma de bola) (Fig. 19-lf). O sangue que deixa o glomérulo flui para uma arteríola eferente e depois para um segundo conjunto de capilares, os capilares peritubulares (peri-, ao redor) que circundam o túbulo (Fig. 19-lg). Nos néfrons justamedulares, os longos capilares peritubulares que penetram na medula são chamados de vasos retos (vasa recta) (Fig. 19-lh). Finalmente, os capilares renais juntam-se para formar vênulas e pequenas veias, conduzindo o sangue para fora do rim pela veia renal. A função do sistema porta renal é primeiro filtrar líquido para fora do sangue e para dentro do lúmen do néfron nos capilares glomerulares e depois reabsorver líquido do túbulo de volta para o sangue nos capilares peritubulares. As forças que determinam o movimento de líquido no sistema porta renal são similares àquelas que determinam a filtração de água e moléculas para fora dos capilares sistêmicos em outros tecidos. CONCEITOS 3. Se ocorre filtração resultante para fora dos capilares glomerulares, então você sabe que a pressão hidrostática dos capilares tem de ser (maior que/menor que/igual à) pressão coloidosmótica capilar. [ i.: p. 528] 4. Se ocorre reabsorção resultante para dentro do capilar peritubular, então a pressão hidrostática capilar deve ser (maior que/menor que/igual à) pressão coloidosmótica capilar. Respostas: p. 648

Elementos tubulares do rim O néfron inicia com uma estrutura oca semelhente a uma bola chamada de cápsula de Bowman (cápsula glomerular) que circunda o glomérulo (Fig. 19-lj). O endotélio do glomérulo é fundido ao epitélio da cápsula de Bowman de modo que o líquido filtrado dos capilares passa diretamente para dentro do lúmen do túbulo. A combinação do glomérulo e da cápsula de Bowman é chamada de corpúsculo renal. Da cápsula de Bowman, o líquido filtrado segue para dentro do túbulo proximal e depois para o segmento intermediário (alça de Henle), um segmento em forma de "U" que mergulha em direção à medula e depois volta em direção ao córtex. A alça de Henle é dividida em dois ramos, um descendente fino e um ascendente com segmentos fino e grosso. O líquido passa então para o túbulo distal [distal, distante ou longe]. Os túbulos distais de até oito néfrons drenam para um único tubo maior chamado de dueto coletor. (O túbulo distal e seu dueto coletor formam o nétron distal.) Os duetos coletores passam do córtex para a medula e drenam na pelve renal (Fig. 19-lc). Da pelve renal, o líquido

625

filtrado e modificado, agora chamado de urina, flui para o ureter no seu trajeto para a excreção. Observe na Figura 19-lg como o néfron se torce e se dobra para trás sobre si mesmo de forma que a parte final do ramo ascendente (da alça de Henle) túbulo intermediário passa entre as arteríolas aferente e eferente. Esta região é conhecida como aparelho justaglomerular. A proximidade do ramo ascendente e das arteríolas permite a comunicação parácrina entre estas duas estruturas, uma característica fundamental na autorregulação do rim. Como a configuração torcida do néfron torna difícil acompanhar o fluxo do líquido, desdobramos o néfron nas muitas figuras restantes neste capítulo de forma que os líquidos fluam da esquerda para a direita na figura, como na Figura 19-1 j.

VISÃO GERAL DA FUNÇÃO RENAL Imagine beber 340 mL de refrigerante a cada três minutos: ao final de 24 horas você terá consumido o equivalente a 90 garrafas de 2 litros. A ideia de colocar 180 L no seu trato gastrintestinal é irreal, mas esta é a quantidade de plasma que passa nos néfrons a cada dia! Como o volume médio de urina que deixa o rim é de apenas 1,5 L por dia, mais de 99% do líquido que entra nos néfrons precisam voltar para o sangue, caso contrário o corpo desidrataria rapidamente.

Os rins filtram, reabsorvem e secretam Três processos básicos acontecem no néfron: filtração, reabsorção e secreção (Fig. 19-2 e ). Filtração é o movimento de líquido do sangue para o lúmen do néfron. A filtração acontece apenas no corpúsculo renal, onde a parede dos capilares glomerulares e da cápsula de Bowman são modificadas para permitir o fluxo de massa do líquido. Uma vez que o líquido, chamado de "{i.ltrado, passe para dentro do lúmen do néfron, ele torna-se parte do meio ex-

A gota é uma doença metabólica caracterizada pela alta concentração de ácido úrico no sangue (hiperuricemia). Se a concentração de ácido úrico alcança um nível crítico (7,5 mg/dl), urato monossódico se precipita e forma cristais nas articulações periféricas, particularmente nos pés, tornozelos e joelhos. Estes cristais desencadeiam uma reação inflamatória e causam crises periódicas de dores excruciantes. Os cristais de ácido úrico também podem formar cálculos na pelve renal.

Questão 1: Trace o trajeto seguido pelos cálculos renais ( pedras nos rins ? quando eles são excretados. Questão2: Cite o nome do âniom formado quando o ácido úrico se dissocia. 11

1

623

Ili

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645

19

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Dee Unglaub Silverthorn

ESTRUTURA DO RIM ~--

O SISTEMA URINARIO

Arteríolas aferentes

~Gloméru l o

Artéria -~

arqueada Veia---'\ arqueada

Néfron cortical

(e) As arteríolas aferentes e os glomérulos situam-se no córtex.

_ _ _ _...____ Bexiga urinária Artéria renal

- - - - - - - +- Uretra

Veia renal (a) O sistema urinário.

Diafragma

Glândula suprarrenal esquerda

1~~~~

(d) As artérias renais levam sangue para o córtex.

Néfrons

Veia cava inferior Córtex Rim direito

Rim esquerdo Artéria renal Veia renal

Ureter Aorta

Medula

Ureter---

Peritônio {cortado)

Bexiga urinária

Reto {cortado)

(b) Os rins são localizados retroperitonealmente ao nível das costelas inferiores.

e

FIGURA 19-1

(e) Na secção transversal, o rim é dividido em córtex {externo) e medula {interna). A urina que deixa os néfrons f lui para a pelve renal antes de passar pelo ureter em direção à bexiga.

Fisiologia Humana

Cápsula de Bowman

ESTRUTURA DO N~FRON

Túbulo contorcido proximal

627

Túbulo contorcido distal

,

Início do ramo ___, descendente da alça

Final do ramo ascendente da alça

Dueto-coletor

Glomérulo

Túbulo do néfron cortado

Ramo ----f
1+ - Ramo ascendente

(f) Os capilares do glomérulo formam uma massa semelhante a uma bola. (j} Partes de um néfron.

'-'-~-Túbulo

intermediário (alça de Henle) ~--===--~Capilares

Aparelho justaglomerular

Para a bexiga urinária

peritubulares

-----1

n~~

Arteríola aferente Glomérulo __, (capilares)

19

Córtex

Capilares -==--..... peritubulares Glomérulo - -f-§oli!il (g} Um néfron possui duas arteríolas e dois conjuntos de capilares. Medula

Dueto coletor

0) Alguns néfrons penetram profundamente na medula.

•

FIGURA 19-1

(continuação).

-+

i-l-!M-

(h} Néfron justamedular com vasos retos.

628

Dee Unglaub Silverthorn

Túbulo distal

Arteríola eferente

---~

Arteríola aferente

--~

i Cápsula de Túbulo Bowman proximal

LEGENDA ..__,/ = Filtração: do sangue para o lúmen . . = Reabsorção: do lúmen para o sangue •

= Secreção: do sangue para o lúmen

r-;:--\

= Excreção: do lúmen para o meio externo

~

A lça de Henle

terno do corpo, da mesma maneira que substâncias no lúmen do trato gastrintestinal são parte do meio externo [ ~ Fig. 1-2, p. 3]. Por essa razão, qualquer substância filtrada para dentro do néfron é destinada a ser removida na urina, a menos que seja reabsorvida para dentro do corpo. Após o filtrado deixar a cápsula de Bowman, o mesmo é modificado por reabsorção e secreção. A reabsorção é um processo de transporte de substâncias presentes no filtrado, do lúmen do túbulo de volta para o sangue via capilares peritubulares. A secreção remove moléculas específicas do sangue e as adiciona ao filtrado no lúmen do túbulo. Embora a secreção e a filtração glomerular movam substâncias do sangue para dentro do túbulo, a secreção é um processo mais seletivo que geralmente usa proteínas de membrana para transportar as moléculas através do epitélio tubular.

O néfron modifica o volume e a osmolaridade do líquido Agora vamos seguir o filtrado ao longo do néfron para observar o que acontece a ele nos vários segmentos (Tabela 19-1 e ). Os 180 L de líquido que são filtrados para dentro da cápsula de Bowman a cada dia são quase idênticos em composição ao plasma e quase isosmóticos - cerca de 300 ' mOsM [ ~ p. 159]. A medida que este filtrado flui pelo túbulo proximal, cerca de 70o/o do seu volume são reabsorvidos, permanecendo 54 L no lúmen. A reabsorção ocorre quando as células do túbulo proximal transportam solutos para fora do lúmen, e a água segue por osmose. O filtrado que deixa o túbulo proximal tem a mesma osmolaridade que o filtrado que entrou. Por essa razão, dizemos que a função primária do túbulo proximal é a reabsorção de líquido isosmótico. Após deixar o túbulo proximal, o filtrado passa para a alça de Henle, o principal local de produção de urina diluída. ' A medida que o filtrado passa pela alça de Henle, proporcionalmente é reabsorvido mais soluto que água, e o filtrado

Dueto -+coletor

...,......, Para a

veia renal

E

Para a bexiga e meio externo

•

FIGURA 19-2

Filtração, reabsorçao, secreçao e excreçao.

-

-

-

torna-se hiposmótico com relação ao plasma. Quando o filtrado sai da alça, ele tem em média 100 mOsM, e seu volume diminui de 54 L/dia para cerca de 18 L/dia. Agora 90% do volume originalmente filtrado para dentro da cápsula de Bowman foram reabsorvidos para os capilares. A partir da alça de Henle, o filtrado passa para o túbulo distal e para o dueto coletor. Nestes dois segmentos, ocorre uma regulação fina do balanço de sal e de água sob o controle de vários hormônios. A reabsorção e a secreção (em um menor grau) determinam a composição final do filtrado. No final do dueto coletor, o filtrado tem um volume de 1,5 L/dia e uma osmolaridade que pode variar de 50 a 1.200 mOsM. O volume e a osmolaridade finais da urina dependem das necessidades do corpo de conservar ou excretar água e soluto. Atenção, tenha cautela: é muito fácil confundir secreção com excreção. Tente lembrar a origem dos dois prefixos. Se- significa separar, como separar algo da sua fonte. No néfron, os solutos secretados se movem do plasma para o

Mudanças no volume e na osmolaridade do filtrado ao longo do néfron LOCALIZAÇÃO NO NÉFRON

VOLUME DO LÍQUIDO

OSMOLARIDADE DO LÍQUIDO

Cápsula de Bowman

180 Udia

300 mOsM

Final do túbu lo proximal

54 Udia

300 mOsM

Final da alça de Henle

18 Udia

100 mOsM

Final do dueto coletor {urina final)

1,5 Udia {média)

50-1.200 mOsM

Fisiologia Humana

quantidade excretada = quantidade filtrada - quantidade reabsorvida + quantidade secretada

Glomérulo Arteríola eferente

629

Capilares peritubulares

Para a veia renal

Esta equação é uma maneira útil de pensar sobre o manejo renal dos solutos. Nas seções seguintes, veremos em mais detalhes os importantes processos de filtração, de reabsorção, de secreção e de excreção. E

REVISANDO CONCEITOS 5. De que forma a filtração e a secreção são similares? De que forma elas são diferentes?

Túbulo

Arteríola aferente

Quantidade f iltrada

D e

Para a bexiga e para o meio externo

Cápsula de Bowman Quantidade reabsorvida

+

lil

Quantidade secretada

e

-

6. Uma molécula de água entra no corpúsculo renal a partir do sangue e termina na urina. Nomeie todas as estruturas anatômicas pelas quais esta molécula passa no seu trajeto para o meio externo.

Quantidade excretada de soluto

• EJ

7.

taxa normal, mas a reabsorção diminui à metade da taxa normal? Respostas: p. 649

FIGURA 19-3 A excreção urinária de uma substância depende da sua filtração, reabsorção e secreção.

lúmen do túbulo. Ex- significa transportar para fora, como em fora do corpo ou distante. Excreção refere-se à remoção de uma substância do corpo. Além dos rins, outros órgãos realizam processos excretores, incluindo os pulmões (C0 2) e os intestinos (alimento não digerido, bilirrubina). A Figura 19-2 sintetiza os processos de filtração, de reabsorção, de secreção e de excreção. A filtração ocorre no corpúsculo renal à medida que o líquido passa dos capilares do glomérulo para dentro da cápsula de Bowman. A reabsorção e a secreção ocorrem ao longo do restante do túbulo, transferindo material entre o lúmen e os capilares peritubulares. A quantidade e a composição das substâncias que são reabsorvidas e secretadas variam nos diferentes segmentos do néfron. O filtrado que p ermanece no lúmen no final do néfron é excretado como urina. A quantidade de qualquer substância excretada na urina depende de como a substância foi manejada durante a sua passagem pelo néfron (Fig. 19-3 e ). A quantidade excretada é igual à quantidade filtrada para dentro do túbulo, menos a quantidade reabsorvida para o sangue, mais a quantidade secretada para o lúmen do túbulo:

o que acontece ao corpo se a filtração continua a uma

FILTRAÇAO A filtração do p lasma para dentro dos túbulos renais é o primeiro passo na formação da urina. Este processo relativamente inespecífico gera um filtrado cuja composição é igual à do plasma menos a maioria das proteínas plasmáticas. Sob condições normais, as células do sangue permanecem no capilar, de modo que o filtrado é composto apenas de água e solutos dissolvidos. Quando você visualiza o plasma sendo filtrado para fora dos capilares glomerulares, é fácil imaginar que todo o plasma do capilar se move para dentro da cápsula de Bowman. Contudo, a filtração de todo o plasma deixaria para trás uma massa de células sanguíneas e proteínas que não podem fluir para fora do glomérulo. Ao invés disso, apenas cerca de um quinto do plasma que flui ao longo dos rins é filtrado para dentro dos néfrons. Os quatro quintos restantes do plasma, junto com a maioria das proteínas do plasma e as células do sangue, fluem para os capilares peritubulares (Fig. 19-4 e ). A porcentagem do volume total do plasma que é filtrada para dentro do túbulo é denominada fração de filtração.

e

> 99% do plasma Arteríola eferente

Capilares peritubulares

que entram nos rins retomam à circulação sistêmica

< 1% do

> 19% do líquido Arteríola ---. aferente

Volume de plasma que entra na arteríola aferente = 100%

volume é filtrado Cápsula de Bowman Glomérulo

é reabsorvido i-----f-+-'~

Restante do néfron

volume é excretado para o meio externo

FIGURA 19-4 Fração de filtração. Apenas 20% do plasma que passam através do glomérulo são filtrados. Menos de 1 % do líquido filtrado é f inalmente excretado.

19

630 Porção grossa do ramo ascendente da alça de Henle

Dee Unglaub Silverthorn

Cápsula de Bowman

Arteríola eferente

Epitélio capsular

o -.;~-

Túbulo proximal

Capilar glomerular Arteríola ----3,,~ aferente

.........,~---

-

Lúmen da cápsula de Bowman

(b) Micrografia mostrando os pedicelos ou pés do podócito ao redor do capilar glomerular.

(a) O epitélio ao redor dos capilares glomerulares é modificado formando os podócitos. Podócito

Lúmen da cápsula de Bowman r--~ ~ Pedicelo do

podócito

Capilar glomerular

~~-Fenda

Poros no ~---<1... endotélio

Lúmen do capilar

Material fi ltrado

l - - - Endotélio

do capilar Célula mesangial

Lúmen da cápsula de Bowman

(e) Pedicelos dos podócitos ao redor de cada capilar, deixando fendas pelas quais a filtração ocorre.

•

de filtração

(d) As substâncias f iltradas passam através dos poros endoteliais e das fendas de filtração.

FIGURA 19-5 O corpúsculo renal. O endotélio capilar glomerular, a lâmina basal e o epitélio da cápsula de Bowman criam uma barreira de filtração com três camadas.

O corpúsculo renal contém três barreiras de filtração A filtração ocorre no corpúsculo renal (Fig. 19-5 e ), o qual é formado por capilares glomerulares circundados pela cápsula de Bowman. As substâncias que deixam o plasma precisam passar através de três barreiras de filtração antes de entrar no lúmen do túbulo: o endotélio do capilar glomerular, uma lâmina basal (membrana basal) e o epitélio da cápsula de Bowman (Fig. 19-5d).Os detalhes de como funcionam essas barreiras de filtração estão ainda em estudo. A primeira barreira é o endotélio capilar. Os capilares glomerulares são capilares fenestrados [ $ p. 527] com gran-

des poros que permitem que a maioria dos componentes do plasma seja filtrada através do endotélio. Os poros são pequenos o bastante, contudo, para impedir que as células do sangue deixem o capilar. Proteínas negativamente carregadas presentes na superfície dos poros também ajudam a repelir proteínas plasmáticas negativamente carregadas. As células mesangiais glomerulares ficam entre e ao redor dos capilares glomerulares (Fig. 19-5c). As células mesangiais possuem feixes citoplasmáticos de filamentos semelhantes à actina que fazem com que estas células sejam capazes de contrair e alterar o fluxo de sangue pelos capilares. Além disso, as células mesangiais secretam citocinas associadas a processos

Fisiologia Humana

inflamatórios e imunitários. A alteração da função das células mesangiais tem sido associada a muitas doenças renais. A segunda barreira de filtração é uma camada acelular de matriz extracelular denominada lâmina basal, a qual separa o endotélio capilar do revestimento epitelial da cápsula de Bowman (Fig. 19-5d). A lâmina basal consiste em glicoproteínas carregadas negativamente, colágeno, e outras proteínas. A lâmina basal atua como uma peneira grossa, excluindo a maioria das proteínas plasmáticas do líquido que é filtrado através dela. A terceira barreira de filtração é o epitélio da cápsula de Bowman. A porção do epitélio da cápsula que circunda cada capilar glomerular consiste em células especializadas denominadas podócitos (podos, pés) (Fig. 19-5c). Os podócitos possuem longas extensões citoplasmáticas denominadas pés ou pedicelos que se estendem a partir do corpo principal da célula (Fig. 19-5a, b). Estes processos envolvem os capilares glomerulares e se entrelaçam uns com os outros, deixando estreitas fendas de filtração fechadas por uma membrana semiporosa. A membrana da fenda de filtração contém várias proteínas únicas, incluindo a ne{Tina e a podocina. Essas proteínas foram descobertas por investigadores que procuravam mutações gênicas responsáveis por duas doenças renais congênitas. Nessas doenças, onde a nefrina e a podocina estão ausentes ou anormais, as proteínas passam através da barreira de filtração glomerular para a urina.

631

º ~ a ~~~-----­

Arteríola eferente

15 mmHg Pcaps

~

~

Arteríola aferente

Pressão de filtração resultante = 10 mmHg

30mmHg 'IT PH 55mmHg

Glomérulo

Cápsula de Bowman Pcaps

-

55 mmHg - 30 mmHg - 15 mmHg -

pressão de f iltração resultante 10 mmHg

LEGENDA PH = Pressão hidrostática (pressão sanguínea) 1T = Gradiente de pressão coloidosmótica devido à presença de proteínas no plasma, mas não na cápsula de Bowman Pcaps = Pressão hidrostática criada pelo líquido na cápsula de Bowman

•

FIGURA 19-6 A pressão de filtração no corpúsculo renal depende da pressão hidrostática, e tem oposição da pressão coloidosmótica e da pressão do líquido capsular.

A pressão nos capilares causa a filtração O que determina a filtração através das paredes dos capilares glomerulares? O processo é similar de muitas maneiras à filtração de líquidos para fora dos capilares sistêmicos [$ p. 528], sendo influenciada por estas três pressões: 1. A pressão hidrostática (P8 ) do sangue fluindo ao longo dos capilares glomerulares força o líquido através do endotélio permeável. A pressão sanguínea nos capilares é em média 55 mm Hg e favorece a filtração para dentro da cápsula de Bowman. Embora a pressão decline ao longo do comprimento dos capilares, ela permanece mais alta do que as pressões contrárias. Consequentemente, a filtração acontece ao longo de quase todo o comprimento dos capilares glomerulares. 2. A pressão coloidosmótica ('IT) dentro dos capilares glomerulares é maior que no líquido da cápsula de Bowman. Este gradiente de pressão é devido à presença de proteínas no plasma. O gradiente de pressão osmótica é em média de 30 mmHg e favorece o movimento de líquido de volta para os capilares. 3. A cápsula de Bowman é um espaço fechado (ao contrário do líquido intersticial), e assim a presença de líquido na cápsula cria uma pressão hidrostática do líquido capsular (Pcaps) que se opõe ao movimento de líquido para dentro da cápsula. O líquido filtrado para fora dos capilares deve deslocar o líquido já presente no lúmen da cápsula. A pressão hidrostática capsular é em média de 15 mmHg, opondo-se à filtração. As três pressões - pressão capilar sanguínea, pressão capilar coloidosmótica e pressão do líquido capsular - que in-

CONCEITOS EMERGENTES

w NEFROPATIA DIABÉTICA w m O estágio f inal da insuficiência renal, no qual a função dos ~ rins deteriorou além da capacidade de recuperação, é uma C complicação que ameaça a vida de 30 a 40% das pessoas com diabete t ipo 1 e de 1O a 20% dos pacientes com diabete t ipo 2. Como em muitas outras compl icações do diabete, a causa exata da insuficiência renal não é clara. A nefropatia diabética geralmente inicia com um aumento na filtração glomerular. A isto se segue o aparecimento de proteínas na urina (proteinúria), uma indicação de que a barreira normal da f iltração foi alterada. Nos estágios posteriores, a taxa de filtração diminui. Este estágio é associado com um espessamento da lâmina basal glomerular e com mudanças nos podócitos e nas células mesangiais. A proliferação anormal das células mesangiais comprime os capi lares glomeru lares e impede o f luxo de sangue, contribuindo para o decréscimo na f iltração glomerular. Neste estágio, os pacientes precisam ter sua função renal suplementada por diál ise, e f inalmente podem necessitar de um transplante renal.

...

fluenciam a filtração glomerular estão resumidas na Figura 19-6 e. A força motriz resultante é de 10 mmHg na direção que favorece a filtração. Embora esta pressão possa não pa-

19

632

Dee Unglaub Silverthorn

(ij'

·-

A autorregulação mantém uma TFG quase comstan~e quando a pressão arterial média está entre 80 e 180 mmHg .

:3-.... -::l....aJ Q)

Cápsula de Bowman Arteríola eferente

-

--+-

Arteríola aferente -

---

1

E

o C> 180 o l(lJ

t

Pressão sanguínea média normal

(.)>

~

.:!::

t+=

Resistência arterial ---

Q)

"O

~

Fluxo sanguíneo renal (FSR)

o

40

80

120

160

-r-t-

Fluxo para outros órgãos

200

Pressão sanguínea arterial média (mmHg)

•

-

(a) O f luxo renal e a TFG mudam se a resistência nas arteríolas muda.

FIGURA 19-7 A autorregulação da taxa de filtração glomerular ocorre em uma ampla faixa de pressões san, gu1neas.

recer muito alta, quando combinada com a natureza muito permeável dos capilares fenestrados, resulta em uma filtração rápida do líquido para dentro dos túbulos. O volume de líquido que é filtrado para dentro da cápsula de Bowman por unidade de tempo é a taxa de filtração glomerular (TFG). A TFG média é de 125 mL/mim, ou 180 L/dia, uma taxa incrível considerando que o volume total do plasma é de apenas aproximadamente 3 L. Esta taxa significa que os rins filtram o volume inteiro do plasma 60 vezes por dia, ou 2,5 vezes a cada hora. Se a maior parte do filtrado não fosse reabsorvida durante a sua passagem pelo néfron, ficaríamos sem o plasma em apenas 24 minutos de filtração! A TFG é influenciada por dois fatores: a pressão de filtração resultante já descrita, e o coeficiente de filtração. A pressão de filtração é determinada primariamente pelo fluxo sanguíneo renal e pela pressão sanguínea. O coeficiente de filtração possui dois componentes: a área de superfície dos capilares glomerulares disponível para a filtração e a permeabilidade da interface entre capilar e cápsula de Bowman. Nesse aspecto, a filtração glomerular é similar à troca de gases nos alvéolos pulmonares, onde a taxa da troca depende das diferenças de pressões parciais, da área de superfície dos alvéolos e da permeabilidade da membrana alveolar.

Pressão sanguínea capilar diminuída

TPH

Redução naTFG

Resistência na arteriola aferente

Redução no FSR Aumento do fluxo sanguíneo para outros órgãos

(b) A vasoconstrição da arteríola aferente aumenta a resistência e diminui o fluxo sanguíneo renal, a pressão sanguínea capilar (PH) e a TFG.

Aumento no PH Resistência na arteríola eferente

,.

Aumento naTFG

(e) A resistência aumentada na arteríola eferente diminui o fl uxo sanguíneo renal mas aumenta a PH e a TFG.

QUESTÃO DA FIGURA

A TFG é relativamente constante A pressão sanguínea fornece a pressão hidrostática que impulsiona a filtração glomerular. Logo, parece razoável assumir que se a pressão sanguínea aumentasse a TFG aumentaria, e se a pressão sanguínea diminuísse, a TFG diminuiria. Entretanto, este geralmente não é o caso. Ao invés disso, a TFG é notavelmente constante em uma ampla faixa de pressões sanguíneas. Contanto que a pressão arterial média do sangue fique entre 80 mmHg e 180 mmHg, a TFG é em média 180 L/dia (Fig. 19-7 e ). A TFG é controlada primariamente pela regulação do fluxo sanguíneo nas arteríolas renais (Fig. 19-8 e ). Se a resistência global das arteríolas renais aumenta, o fluxo sanguíneo renal diminui, e o sangue é desviado para outros órgãos [ ~ Fig. 15-15, p. 527]. O efeito do aumento da resistência

~

O que acontece à pressão sanguínea capilar, à TFG e ao fluxo sanguíneo renal quando a arteríola aferente dilata?

?TFG

Resistência na ~ arteríola eferente

•

FIGURA 19-8 As modificações da resistência nas arteríolas renais alteram o fluxo sanguíneo renal e a TFG.

Fisiologia Humana

633

Arteríola eferente

Ramo ---x. ascendente da alça f---..t' de Henle L---'\

Glomérulo

As células da mácula densa detectam o fluxo tubular distal e liberam substâncias parácrinas que afetam o diâmetro da arteríola aferente.

" Túbulo proximal

~-

Arteríola aferente - - - (a)

•

~-

Células granulares Endotélio

(b)

FIGURA 19-9 O aparelho justaglomerular consiste em mácula densa e células granulares.

sobre a TFG, entretanto, depende de onde a modificação da resistência ocorre. Se a resistência aumenta na arteríola aferente (Fig. 198b), a pressão hidrostática diminui no lado glomerular da constrição, ou seja, depois da constrição. Isso se traduz em uma diminuição na TFG. Se a resistência aumenta na arteríola eferente, o sangue "represa" antes da constrição, e a pressão hidrostática nos capilares glomerulares aumenta (Fig. 19-8c). O aumento da pressão glomerular aumenta a TFG. Modificações opostas ocorrem com a diminuição da resistência nas arteríolas aferente ou eferente. A maior parte da regulação ocorre na arteríola aferente. · VISANDO CONCEITOS Por que a pressão asmática do plasma nas arteríolas eferentes é maior que nas arteríolas aferentes? 9. Se a pressão sanguínea de uma pessoa hipertensa é de 143/107 mmHg e a pressão arterial média é a pressão diastólica + 1/3 da pressão de pulso, qual é a pressão arterial média dessa pessoa? Qual é a TFG desta pessoa de acordo com a Figura 19-77 Respostas: p. 649

A TFG está sujeita a autorregulação A autorregulação da TFG é um processo de controle local no qual o rim mantém uma TFG relativamente constante frente às flutuações normais da pressão sanguínea. Uma função importante da autorregulação da TFG é proteger as barreiras de filtração da pressão sanguínea alta que pode danificá-las. Não entendemos completamente o processo da autorregulação, mas atuam vários mecanismos. A resposta miogênica é a habilidade intrínseca do músculo liso vascular de responder a mudanças na pressão. A retroalimentação tubuloglomerular é um mecanismo de sinalização parácrina

pelo qual mudanças no fluxo de líquido na alça de Henle influenciam a TFG. Resposta miogênica A resposta miogênica da arteríola aferente é similar à autorregulação em outras arteríolas sistêmicas. Quando o músculo liso da parede da arteríola estira devido ao aumento da pressão sanguínea, se abrem canais iônicos sensíveis ao estiramento, e as células do músculo despolarizam. A despolarização abre canais de Ca2+ controlados por voltagem, e o músculo liso vascular contrai [p. 523]. A vasoconstrição aumenta a resistência ao fluxo, e assim o fluxo de sangue pela arteríola diminui. A redução no fluxo sanguíneo diminui a pressão de filtração no glomérulo. Se a pressão sanguínea diminui, o nível tônico de contração arteriolar desaparece, e a arteríola se torna maximamente dilatada. Contudo, a vasodilatação não é tão eficaz em manter a TFG como a vasoconstrição devido ao fato de que normalmente a arteríola aferente está bastante relaxada. Consequentemente, quando a pressão sanguínea média diminui para menos de 80 mmHg, a TFG diminui. Este decréscimo é adaptativo, pois se menos plasma é filtrado, o potencial para a perda de líquido na urina diminui. Em outras palavras, um decréscimo na TFG ajuda o corpo a conservar o volume de sangue. Retroalimentação tubuloglomerular A retroalimentação tubuloglomerular é uma via de controle local na qual o fluxo de líquido no túbulo influencia a TFG. A configuração torcida do néfron, como mostrado na Fig. 19-9a, faz a porção final do ramo ascendente da alça de Henle passar entre as arteríolas aferente e eferente. As paredes arteriolar e do túbulo são modificadas nas regiões onde entram em contato uma com a outra, e juntas formam o aparelho justaglomerular.

19

634

Dee Unglaub Silverthorn

Glomérulo A TFG aumenta.

Túbulo distal

Arteríola eferente - - -------

O fluxo ao longo do túbulo aumenta.

O fluxo que passa pela mácula densa aumenta.

Substâncias parácrinas se difundem da mácula densa para a arteríola aferente.

Mácula densa - - ---iCélulas granulares ----r---~ Arteríola aferente _ _ __,

Túbulo proximal Constrição da arteríola aferente.

A resistência na arteríola aferente aumenta.

Dueto coletor

-

---1

A pressão hidrostática no glomérulo diminui. Alça de Henle A TFG diminui.

•

FIGURA 19-10 A retroalimentação tubuloglomerular ajuda a autorregulação da TFG.

A porção modificada do epitélio do túbulo é uma placa de células chamada de mácula densa (Fig. 19-9b). A parede adjacente da arteríola aferente possui células musculares lisas especializadas denominadas células granulares (também conhecidas como células justaglomerulares ou células JG). As células granulares secretam renina, uma enzima envolvida no balanço de sal e água. Quando o NaCl que passa pela mácula densa aumenta como resultado da TFG aumentada, as células da mácula densa enviam sinais parácrinos à arteríola aferente vizinha (Fig. 19-10 e ). A arteríola aferente se contrai, aumentando a resistência e diminuindo a TFG. Evidências experimentais indicam que as células da mácula densa transportam NaCl, e que o aumento no transporte de sal inicia a retroalimentação tubuloglomerular. A sinalização parácrina entre a mácula densa e a arteríola aferente é complexa, e os detalhes ainda são controversos. Experimentos mostram que alguns sinais parácrinos, incluindo ATP, adenosina e óxido nítrico, passam da mácula densa para a arteríola.

Hormônios e neurônios autonômicos também influenciam a TFG Embora mecanismos locais dentro do rim tentem manter constante a TFG, a importância dos rins na homeostase da pressão sanguínea sistêmica significa que centros integradores externos ao rim podem superar os controles locais. Os

hormônios e o sistema nervoso autônomo alteram a TFG de duas maneiras: mudando a resistência nas arteríolas e alterando o coeficiente de filtração. O controle neural da TFG é mediado pelos neurônios simpáticos que inervam as arteríolas aferente e eferente. A inervação simpática via receptores a no músculo liso vascular causa vasoconstrição [ ~ p. 524]. Se a atividade simpática é moderada, há um pequeno efeito na TFG. Entretanto, se a pressão sanguínea sistêmica cai abruptamente, como ocorre em uma hemorragia ou em uma desidratação grave, a vasoconstrição das arteríolas indu.z ida pelo simpático diminui a TFG e o fluxo sanguíneo renal. Esta é uma resposta adaptativa que ajuda a conservar o volume de líquido. Vários hormônios também influenciam a resistência arteriolar. Entre os mais importantes estão a angiotensina II, um potente vasoconstritor, e as prostaglandinas, as quais atuam como vasodilatadores. Estes mesmos hormônios podem afetar o coeficiente de filtração por atuar nos podócitos ou nas células mesangiais. Os podócitos mudam o tamanho das fendas de filtração glomerular. Se as fendas se alargam, mais área de superfície está disponível para a filtração, e a TFG aumenta. A contração das células mesangiais evidentemente altera a área de superfície do capilar glomerular disponível para a filtração. Temos ainda muito que aprender sobre estes processos, os quais estão sendo ativamente investigados pelos fisiologistas.

Fisiologia Humana

635

O Na+ é reabsorvido por transporte ativo .

••

e

Ânions - . , - -+-- - ----1- +

O gradiente eletroquímico impulsiona a reabsorção do ânion.

O filtrado é similar ao líquido intersticial

A água move-se por osmose, seguindo a reabsorção do soluto.

0

K+, Ca2 +, ureia

Lúmen do túbulo

•

+-- - - - 1 - - - - _ .

Epitélio tubular

Líquido extracelular

A concentração de outros solutos aumenta à medida que o volume de líquido no lúmen diminui. Solutos permeáveis são reabsorvidos por difusão.

FIGURA 19-11 Princípios que determinam a reabsorção tubular de solutos e de água. Alguns solutos e a água movem-se para dentro e depois para fora das células epiteliais (transporte transcelular ou transepitelial); outros solutos movem-se através de junções entre as células epiteliais (via paracelular). Os transportadores de membrana não são mostrados nesta ilustração.

VISANDO CONCEITOS Se a pressão sanguínea sistêmica permanece constante, mas a arteríola aferente de um néfron sofre vasoconstrição, o que acontece ao fluxo sanguíneo renal e à TFG nesse néf ron? 11 . Uma pessoa com cirrose do fígado tem níveis abaixo do normal de proteínas plasmáticas e, consequentemente, uma TFG acima do normal. Explique por que uma redução na concentração de proteínas no plasma causa aumento da TFG. Respostas: p. 649

REABSORÇÃO A cada dia, 180 L de líquido filtrado passam dos capilares glomerulares para dentro dos túbulos, embora apenas cerca de 1,5 L seja excretado na urina. Assim, mais de 99% do líquido que entram nos túbulos precisam ser reabsorvidos para o sangue à medida que o filtrado percorre os néfrons. A maior parte desta reabsorção acontece no túbulo proximal, com uma quantidade menor de reabsorção nos segmentos distais do néfron. A reabsorção regulada no néfron distal permite aos rins devolver íons e água ao plasma seletivamente - quando necessário para manter a homeostase. Uma questão que você pode estar se perguntando é: "Por que se preocupar em filtrar 180 L/dia e depois reabsorver 99o/o disso? Por que não simplesmente filtrar e excretar o 1o/o que precisa ser eliminado?". Existem duas razões. Primeira, muitas substâncias exógenas são filtradas nos túbulos, mas não são reabsorvidas para o sangue. A alta taxa diária de filtração ajuda a retirar estas substâncias do plasma muito rapidamente. Segunda, filtrar íons e água para dentro dos túbulos simplifica a sua regulação. Se uma porção do filtrado que alcança o néfron distal não é necessária para manter a homeostase, ela passa para a urina. Com uma alta TFG, esta excreção pode ocorrer de forma bastante rápida. Contudo, se os íons e a água são necessários, eles são reabsorvidos.

A reabsorção pode ser ativa ou passiva A reabsorção de água e solutos do lúmen do túbulo para o líquido extracelular depende de transporte ativo. O filtrado que flui da cápsula de Bowrnan para o túbulo proximal tem a mesma concentração de solutos do líquido extracelular. Portanto, para transportar soluto para fora do lúmen, as células tubulares precisam usar transporte ativo para criar gradientes de concentração ou eletroquímico. A água segue osmoticamente os solutos à medida que eles são reabsorvidos. A Figura 19-11 • mostra uma visão geral da reabsorção. O transporte ativo de Na+ do lúmen do túbulo para o líquido extracelular cria um gradiente elétrico transepitelial no qual o lúmen é mais negativo que o LEC. Os ânions então seguem o Na+, positivamente carregado, para fora do lúmen. O movimento resultante de Na+ e de ânions do lúmen para o líquido extracelular dilui o líquido luminal e aumenta a concentração do LEC, de modo que a água sai do túbulo por osmose. A perda do volume do lúmen aumenta a concentração dos solutos (incluindo K+, Ca2 + e ureia) que ficam no filtrado: uma quantidade não modificada de soluto em um volume menor aumenta a concentração. Uma vez que as concentrações de soluto no lúmen são mais altas do que as concentrações de soluto no líquido extracelular, os solutos difundem-se para fora do lúmen se o epitélio do túbulo for permeável a eles. A reabsorção envolve o transporte transepitelial (também chamado de transporte transcelular), no qual as substâncias cruzam as membranas apical e basolateral das células epiteliais tubulares [ $ p. 77], e a via paracelular, na qual as substâncias passam através das junções entre duas células adjacentes. O caminho seguido pelo soluto depende da permeabilidade das junções epiteliais e do gradiente eletroquímico para o soluto. Para os solutos que se movem através das células epiteliais, seus gradientes de concentração ou

19

636

Dee Unglaub Silverthorn

Na+ reabsorvido ~

..

'

/

~

-- --..., •• • •• * ...,

,,-

±

-'

~

O filtrado é similar ao líquido intersticial.

©

O Na+ é bombeado para fora na superfície basolateral da célula pela Na+-K+- ATPase.

[Na1 alta

©

[Na1 alta

FIGURA 19-12

Na+

Na+(±)©

~ +----::::........-.:::..____ ~ K+

©©©

Líquido intersticial

Célula tubular proximal

LEGENDA

+

= Proteína de membrana

principal força que impulsiona a maior parte da reabsorção renal. Como já mencionado, a composição do filtrado que entra no túbulo proximal é similar à composição iônica plasmática, com uma concentração maior de Na+ do que a encontrada nas células. Assim, o Na+ do filtrado pode entrar nas células tubulares passivamente se movendo a favor do seu gradiente eletroquímico (Fig. 19-12 e ). O movimento apical do Na+ usa várias proteínas transportadoras de simporte e de antiporte [$ p. 144] ou canais de vazamento. No túbulo proximal, o transportador do antiporte Na+ -H+ (NHE) desempenha o papel principal na reabsorção de Na+. Uma vez dentro da célula

tubular, o Na+ é ativamente transportado para fora através da membrana basolateral pela enzima Na+-K+ -ATPase. O resultado final é a reabsorção de Na+ através do epitélio tubular.

Transporte ativo secundário: simporte com sódio

[Na+] alta [Glicose] baixa

[Nal baixa [Glicose] alta

gli ---.,-'-<---~ g li

- - - --

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O Na+ se move a favor do seu gradiente eletroquímico usando a proteína SGLT que puxa a glicose para dentro da célula contra seu gradiente de concentração. A glicose se difunde para fora na superfície basolateral da célula usando a proteína GLUT.

O Na+ é bombeado para fora pela Na+-K+ -ATPase.

ATP ....._:::::-..,.-:::...____ K+ LEGENDA

@ Lúmen do túbulo

Célula do túbulo proximal

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transporte ativo secundário ligado ao sódio é responsável pela reabsorção de muitas substâncias no néfron, incluindo glicose, aminoácidos, íons e vários metabólitos orgânicos. A Figura 19-13 • mostra um exemplo: a reabsorção de glicose dependente de Na+ através do epitélio tubular proximal [$ Fig. 5-15, p. 149]. A membrana apical contém o cotransportador Na+ -glicose (SGLT) que leva a glicose para o citoplasma contra o seu gradiente de concentração aproveitando a energia do movimento do Na+ a favor do seu gradiente eletroquímico. Na superfície basolateral da célula, o Na+ é bombeado para fora pela Na+k+ATPase enquanto a glicose se difunde para fora com o auxílio de um transportador de difusão facilitada (GLUT). O mesmo padrão básico é mantido para muitas outras moléculas absorvidas pelo transporte dependente de Na+: uma proteína de simporte apical e um transportador de difusão facilitada basolateral.

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@ =Transportador ativo

Reabsorção do sódio no túbulo proximal.

Transporte ativo de sódio O transporte ativo de Na+ é a

O filtrado é similar ao líquido intersticial.

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eletroquímico determinam seus mecanismos de transporte. Solutos que se movem a favor do seu gradiente de concentração usam canais de vazamento ou carreadores de difusão facilitada para cruzarem a membrana celular. Moléculas que precisam ser movidas contra seu gradiente de concentração são transportadas por transporte ativo primário ou secundário. O sódio está direta ou indiretamente envolvido em muitos exemplos de transporte passivo e ativo.

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Lúmen do túbulo

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1

O Na+ entra na célula pelas proteínas de membrana, movendo-se a favor do seu gradiente eletroquímico.

Líquido intersticial

FIGURA 19-13 Reabsorção de glicose ligada ao sódio no túbulo proximal. Aminoácidos, outros metabólitos orgânicos e alguns íons são também absorvidos por cotransporte dependente de Na+.

= Transportador ativo

Q = SGLT Transporte ativo secundário Q = GLUT Carreador da d ifusão facilitada

Fisiologia Humana

Reabsorção passiva: ureia O produto residual nitroge-

t

-

nado ureia não possui transportador ativo no túbulo proximal mas pode se mover através do epitélio por difusão se existir um gradiente de concentração da ureia. Inicialmente, as concentrações de ureia no filtrado e no líquido extracelular são iguais. Contudo, o transporte ativo do Na+ e de outros solutos no túbulo proximal cria um gradiente de concentração da ureia pelo seguinte processo. Quando o Na+ e outros solutos são reabsorvidos do túbulo proximal, a transferência de partículas osmoticamente ativas torna o líquido extracelular mais concentrado do que o filtrado que permanece no lúmen (ver Fig. 19-11). Em resposta ao gradiente osmótico, a água se move por osmose através do epitélio. Até este ponto, nenhuma molécula de ureia foi transportada para fora do lúmen porque não havia nenhum gradiente de concentração da ureia. Agora, contudo, quando a água deixa o lúmen, a concentração de ureia no filtrado aumenta porque a mesma quantidade de ureia está contida em um volume menor. Uma vez que há um gradiente de concentração para a ureia, ela usa transportadores de difusão facilitada para se difundir do lúmen para o líquido extracelular.

Transcitose: proteínas plasmáticas A filtração do plasma no glomérulo normalmente deixa a maioria das proteínas plasmáticas no sangue, mas alguns hormônios proteicos menores e enzimas podem passar através da barreira de filtração. A maioria das proteínas filtradas são reabsorvidas no

BIOTECNOLOGIA

RIM ARTIFICIAL Muitas pessoas com doença renal grave dependem da diálise, um procedimento médico que suplementa ou substitui completamente a função dos rins. Imagine tentar construir uma máquina ou desenvolver um procedimento que realize as funções renais. O que ela teria de fazer? A diál ise baseia-se na difusão através de uma membrana semipermeável. Solutos e água passam do líquido extracelular do paciente através da membrana para um líquido de diálise. A hemodiálise direciona o sangue do braço para uma membrana em uma máquina de diálise externa. Esta técnica requer que o paciente f ique conectado na máquina durante 3 a 5 horas, três vezes por semana, sendo usada para os casos ma is graves de insuficiência renal. A diálise peritoneal também é denominada diálise peritoneal ambulatorial contínua (DPAC), porque ocorre enquanto os pacientes se movem durante a atividade diária. Na DPAC, o líquido da diálise é injetado dentro da cavidade peritoneal, onde acumula os produtos residuais do sangue por 4 a 6 horas antes de ser drenado para fora . Para mais informações sobre diálise, vá ao website do National lnstitute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (www.niddk. nih.gov) e busque dialysis.

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637

8 O transporte máximo (Tm ) é a taxa de transporte na saturação

~ 6

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Ocorre sa uração

O limiar renal é a concentração plasmática na qual a saturação ocorre

2

4 6 8 Plasma [substrato] (mg/ml)

10

QUESTÃO DO GRÁFICO Qual é a taxa de transporte nas seguintes concentrações plasmáticas de substrato: 3 mg/dl, 5 mg/dl, 8 mg/dl? A que concentração plasmática de substrato a taxa de transporte é 4 mg/min?

e

FIGURA 19-14 Saturação do transporte mediado. A taxa de transporte de uma substância é proporcional à concentração da substância no plasma, até o ponto no qual os transportadores se tornam saturados. Uma vez que a saturação ocorra, a taxa de transporte alcança um máximo. A concentração do substrato no plasma na qual o transporte máximo ocorre é chamada de limiar renal.

túbulo proximal, por isso geralmente apenas quantidadestraço de proteína aparecem na urina. Mesmo sendo pequenas, as proteínas filtradas são muito grandes para serem reabsorvidas pelos transportadores ou por canais. Ao invés disso, elas entram nas células do túbulo proximal por endocitose mediada por receptor [p. 153] na membrana apical. Uma vez nas células, as proteínas podem ser digeridas e liberadas como aminoácidos ou transportadas intactas para o líquido extracelular via transcitose [ $ p. 157]. Recentemente, os cientistas descobriram uma proteína receptora acoplada à membrana em depressões revestidas na superfície de células do túbulo proximal e em alguns outros tecidos do corpo. A proteína é um membro da família de receptores LDL [p.154] e tem sido chamada de megalina. A megalina parece ser responsável pela reabsorção de proteínas filtradas e também pode ter um papel na captação celular de hormônios esteroides ligados a carreadores e vitaminas lipossolúveis.

O transporte renal pode atingir saturação A maior parte do transporte no néfron usa proteínas de membrana e exibe as três características do transporte mediado: saturação, especificidade e competição [$ p. 148]. Saturação refere-se à taxa de transporte máximo que ocorre quando todos os transportadores disponíveis estão ocupados (saturados com) pelo substrato. Em concentrações do substrato abaixo do ponto de saturação, a taxa de trans-

19

638

Dee Unglaub Silverthorn

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Limiar renal

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(e) A excreção da g licose é zero até o limiar renal ser alcançado.

FIGURA 19-15

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Glicose no p lasma (mg/100 mL plasma)

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(b) A reabsorção da glicose é proporcional à concentração no p lasma até o transporte máximo (fm) ser alcançado.

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Glicose no plasma (mg/100 mL plasma)

(a) A filtração da g licose é proporcional à sua concentração no plasma.

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Glicose no plasma (mg/100 mL plasma) (d) O gráfico composto mostra a relação entre filtração, reabsorção e excreção da glicose.

Manejo da glicose pelo néfron.

porte é diretamente relacionada à concentração do substrato (Fig. 19-14 e ). Em concentrações do substrato iguais ou acima do ponto de saturação, o transporte ocorre a uma taxa máxima. A taxa de transporte no ponto de saturação é o transporte máximo Tm [ ~ p . 151]. A reabsorção da glicose no néfron é um excelente exemplo das consequências da saturação. Em concentrações normais de glicose no plasma, toda glicose que entra no néfron é reabsorvida antes de alcançar o final do túbulo proximal. O epitélio tubular é bem suprido de transportadores para capturar a glicose à medida que o filtrado flui. Mas o que acontece se a concentração de glicose no sangue se torna excessiva, como ocorre no diabete melito? Nesse caso, a glicose é filtrada mais rapidamente do que os transportadores podem reabsorvê-la. Estes transportadores tornam-se saturados e são incapazes de reabsorver toda a glicose que flui ao longo do túbulo. Como resultado, alguma glicose escapa da reabsorção e é excretada na urina. Considere a seguinte analogia. Assuma que os transportadores são como assentos de um trem da Disneylândia. Ao invés de embarcar no trem estacionado a partir de uma plataforma parada, os passageiros sobem em uma esteira rolante que os carrega pelo trem. Quando os passageiros veem um assento livre, eles sentam nele. Porém, se há mais pessoas na esteira rolante do que o número de assentos existentes

no trem, algumas pessoas não encontrarão lugar para sentar. Como a esteira está levando as pessoas em direção a saída, elas não podem esperar pelo próximo trem. Em vez disso, acabam sendo transportadas para a saída. As moléculas de glicose que entram no filtrado na cápsula de Bowman são como os passageiros sobre a esteira rolante. Para serem reabsorvidas, cada molécula de glicose deve ligar-se a um transportador conforme o filtrado flui ao longo do túbulo proximal. Se apenas algumas moléculas entram no túbulo de cada vez, cada uma pode encontrar um transportador livre e ser reabsorvida, como ocorre quando há um pequeno número de pessoas na esteira rolante e todas encontram assento no trem. Contudo, se as moléculas de glicose são filtradas mais rapidamente para dentro do túbulo do que os transportadores de glicose podem transportá-las, parte de glicose resta no lúmen e é excretada na urina. A Figura 19-15 • é uma representação gráfica do manejo da glicose pelo rim. A Figura 19-15a mostra que a taxa de filtração da glicose do plasma para dentro da cápsula de Bowman é proporcional à concentração de glicose no plasma. Como a filtração não apresenta saturação, o gráfico continua infinitamente em uma linha reta: a concentração da glicose filtrada é sempre igual à concentração de glicose no plasma. A Figura 19-15b mostra a taxa de reabsorção da glicose no túbulo proximal em função da concentração de glicose.

Fisiologia Humana

A reabsorção apresenta uma taxa de transporte máximo (Tm) quando os transportadores alcançam a saturação. A Figura 19-15c mostra a taxa de excreção da glicose em relação à concentração de glicose no plasma. Quando as concentrações plasmáticas de glicose são baixas o bastante para que 100% da glicose filtrada seja reabsorvida, nenhuma glicose é excretada. Uma vez que os transportadores alcancem a saturação, começa a excreção da glicose. A concentração plasmática na qual a glicose comeca a aparecer na urina é denominada limiar renal para a glicose. A Figura 19-15d é um gráfico composto que compara filtração, reabsorção e excreção da glicose. Lembre-se de que quantidade excretada = quantidade filtrada - quantidade reabsorvida + quantidade secretada Para a glicose, que não é secretada, a equação pode ser reescrita como glicose excretada

=

glicose filtrada - glicose reabsorvida

Sob condições normais, toda a glicose filtrada é reabsorvida. Em outras palavras, a filtração é igual à reabsorção. Observe na Figura 19-15d que as linhas que representam a filtração e a reabsorção são idênticas até a concentração da glicose no plasma alcançar o limiar renal. Se a filtração é igual à reabsorção, a diferença algébrica entre as duas é zero, e não há excreção. Uma vez que o limiar renal é alcançado, a filtração começa a exceder a reabsorção. Observe no gráfico que as linhas da filtração e da reabsorção divergem neste ponto. A diferença entre a linha da filtração e a da reabsorção representa a taxa de excreção: excreção

=

filtração - reabsorção

(aumentando)

(constante)

A excreção da glicose na urina é denominada glicosúria (-uria, na urina) e geralmente indica uma concentração elevada de glicose no sangue. Raramente, a glicose aparece na urina mesmo que a concentração de glicose no sangue seja normal. Essa situação é ocasionada por uma alteração genética na qual o néfron não pode produzir transportadores suficientes.

As pressões nos capilares peritubulares favorecem a reabsorção A reabsorção refere-se ao movimento de solutos e água do lúmen do túbulo para o líquido intersticial. De que maneira o líquido reabsorvido então entra no capilar? A resposta é que a força motriz para a reabsorção do líquido intersticial para dentro dos capilares é a baixa pressão hidrostática que existe ao longo de todo o comprimento dos capilares peritubulares. Esta baixa pressão favorece a reabsorção. Os capilares peritubulares têm uma pressão hidrostática média de 10 mmHg (em contraste com os capilares glomerulares, onde a pressão hidrostática média é de 55 mmHg). A pressão coloidosmática, que favorece o movimento do líquido para dentro dos capilares, é de 30 mmHg. Como resultado, o gradiente de pressão nos capilares peritubulares é de 20 mm Hg, favorecendo a absorção do líquido para dentro

639

O ácido úrico, a molécula que causa a gota, é um produto normal do metabolismo das purinas. A produção aumentada de ácido úrico pode estar associada com degradação celular e tecidual, ou pode ocorrer como resultado de defeitos enzimáticos herdados. O urato plasmático, a forma aniônica do ácido úrico, é filtrado livremente na cápsula de Bowman, mas é quase totalmente reabsorvido na primeira parte do túbulo proximal. A parte intermediária do túbulo proximal então secreta aproximadamente a metade do urato reabsorvido de volta para o lúmen, e a parte f inal do túbulo proximal novamente reabsorve parte dele. O resultado final é secreção resultante. Questão 3: As purinas são parte de que categoria de biomoléculas? Usando essa informação, explique por que os níveis de ácido úrico no sangue aumentam quando a degradação celular aumenta. Questão 4: Com base no que você aprendeu sobre ácido úrico e urato, cite duas maneiras de uma pessoa desenvolver hipe• • rur1cem1a.

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dos capilares. O líquido que é reabsorvido passa dos capilares para a circulação venosa e retorna ao coração.

SECREÇAO Secreção é a transferência de moléculas do líquido extracelular para o lúmen do néfron (ver Fig. 19-2). A secreção, como a reabsorção, depende principalmente de sistemas de transporte de membrana. A secreção de K+ e de H+ pelo néfron é importante na regulação homeostática destes íons (ver Capítulo 20). Além disso, muitos compostos orgânicos são secretados. Esses compostos incluem metabólitos produzidos no corpo e substâncias trazidas para dentro do corpo. A secreção torna o néfron capaz de aumentar a excreção de uma substância. Se uma substância filtrada não é reabsorvida, ela é excretada com muita eficácia. Se, entretanto, a substância filtrada para dentro do túbulo não é reabsorvida, e ela ainda é secretada para dentro do túbulo a partir dos capilares peritubulares, a excreção é muito mais eficaz. A secreção é um processo ativo porque requer transporte de substratos contra seus gradientes de concentração. A maioria dos compostos orgânicos é transportada através do epitélio tubular para dentro do lúmen por transporte ativo secundário.

A competição diminui a secreção de penicilina Um exemplo interessante e importante de uma molécula orgânica secretada pelo néfron é o antibiótico penicilina. Mui-

19

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Dee Unglaub Silverthorn

tas pessoas hoje em dia não dão valor aos antibióticos, mas até o início do século XX, as infecções eram a principal causa de morte. Em 1928, Alexander Fleming descobriu uma substância no mofo Penicillium do pão que retardava o crescimento bacteriano. Mas o antibiótico era difícil de isolar, por isso não se tornou disponível para uso clínico até o final de 1930. Durante a Segunda Guerra Mundial, a penicilina fez uma grande diferença no número de mortes e amputações causadas pelas feridas infectadas. Contudo, o único meio de produzir penicilina era isolá-la do mofo do pão, e o suprimento era limitado. A demanda pelo medicamento era maior pelo fato de os túbulos renais secretarem rapidamente a penicilina. A secreção renal é tão eficiente em retirar moléculas estranhas do sangue que, após três a quatro horas da dose de penicilina ter sido administrada, cerca de 80% são excretados na urina. Durante a guerra, a provisão da droga era tão pequena frente à demanda que era procedimento comum coletar a urina dos pacientes que estavam sendo tratados com penicilina de forma que o antibiótico poderia ser isolado e usado novamente. Contudo, esta não era uma solução satisfatória, e assim os pesquisadores buscaram um meio de reduzir a velocidade de secreção da penicilina. Eles esperavam encontrar uma molécula que pudesse competir com a penicilina pelo transportador de ânions orgânicos responsável pela sua secreção [ ~ p. 149]. Deste modo, quando apresentado a ambos os fármacos, o transportador se ligaria preferencialmente ao competidor e o secretaria, deixando a penicilina no sangue. Um composto sintético chamado de probenecide era a resposta. Quando o probenecide é administrado concomitantemente com a penicilina, o transportador remove o probenecide preferencialmente, prolongando a atividade da penicilina no corpo. Quando a penicilina passou a ser produzida sinteticamente e o seu fornecimento não era mais um problema, o uso do probenecide diminuiu. ,..,

EXCREÇAO A produção de urina é o resultado de todos os processos que acontecem no rim. Quando o líquido chega ao final do néfron, ele guarda pouca semelhança com o filtrado que iniciou na cápsula de Bowman. Glicose, aminoácidos e metabólitos úteis desaparecem, tendo sido reabsorvidos para dentro do sangue, e os resíduos orgânicos estão mais concentrados. A concentração de íons e água na urina é extremamente variável, dependendo do estado do corpo. Embora a excreção nos diga o que o corpo está eliminando, a excreção por si só não pode nos dar detalhes da função renal. Recorde que, para qualquer substância, Excreção

=

filtração - reabsorção + secreção

Apenas a taxa de excreção de uma substância não nos diz nada sobre como o rim maneja essa substância. A taxa de excreção de uma substância depende de (1) sua taxa de filtração e (2) se a substância é reabsorvida, secretada, ou ambas, quando passa pelo túbulo.

Michael ficou espantado com o fato de um problema metabólico causar a dor no seu hálux (dedo grande do pé). "Como podemos tratar a gota?", ele perguntou. Dr. Garcia explicou que o tratamento inclui admin istrar agentes anti-inflamatórios, beber muita água e não consumir bebidas alcoólicas, o que pode desencadear as crises de gota. "Além disso, eu gostaria de dar a você um agente uricosúrico", como o probenecide, o qual irá aumentar a excreção renal do urato, respondeu o Dr. Garcia. "Aumentando a excreção, podemos reduzir os níveis de ácido úrico em seu sangue e assim aliviar a dor" . Michael concordou em tentar estas medidas.

Questão 5: O urato é reabsorvido por algumas células do túbulo proximal e secretado por outras usando transportadores de membrana, um na membrana apical e um na membrana basolateral. Os mesmos transportadores podem ser usados pelas células que reabsorvem urato e pelas células que o secretam? Explique seu raciocínio. Questão 6: Os agentes uricosúricos, como o urato, são ácidos orgânicos. A partir deste fato, explique como agentes uricosúricos podem aumentar a excreção de urato.

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O manejo renal de uma substância e a TFG são muitas vezes de interesse clínico. Por exemplo, os médicos usam a informação sobre a TFG da pessoa como um indicador da função global do rim. Indústrias farmacêuticas que desenvolvem fármacos precisam fornecer à Food and Drug Administration*informação completa sobre como o rim maneja cada novo composto. Mas como os investigadores que lidam com seres humanos vivos podem avaliar a filtração, a reabsorção e a secreção em néfrons individuais? Isso não pode ser feito diretamente porque os rins não são facilmente acessíveis e os néfrons são microscópicos. Por essa razão, os cientistas tiveram de desenvolver uma técnica que lhes permitisse avaliar a função renal usando apenas a análise da urina e do sangue. A partir desse trabalho foi desenvolvido o conceito de depuração (clearance).

A depuração é uma forma não invasiva de medir a TFG A depuração, ou clearance, de um soluto é a taxa na qual esse soluto desaparece do corpo por excreção ou metabolização [ ~ p. 133]. Para qualquer soluto que está sendo depurado somente pela excreção renal, a depuração é expressa como o volume de plasma passando pelos rins que foi totalmente *N. de T. A Food and Drug Administration é o órgão americano que controla e regula a liberação de medicamentos e alimentos à população. No Brasil, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) do Ministério da Saúde realiza esta função.

641

Fisiologia Humana

limpo do soluto em um dado período de tempo. Como esta é uma forma indireta de pensar na excreção (quanto sangue foi limpo de X em lugar de quanto X foi excretado), a depuração muitas vezes é um conceito de difícil entendimento para os estudantes. Antes de comentarmos a expressão matemática da depuração, vamos ver um exemplo que mostra como a depuração se relaciona com a função renal. Para o nosso exemplo, usamos a inulina, um polissacarídeo isolado de uma raiz tuberosa de várias plantas. (Inulina não é o mesmo que insulina, o hormônio proteico que regula o metabolismo da glicose.) Os cientistas descobriram, a partir de experimentos com néfrons isolados, que a inulina injetada no plasma é filtrada li, vremente para dentro do néfron. A medida que passa pelos túbulos renais, a inulina não é nem reabsorvida nem secretada. Em outras palavras, 100% da inulina que é filtrada para o túbulo são excretados. Como isso se relaciona com a depuração? Para responder a esta questão, observe a Figura 19-16 e, a qual assume que 100% de um volume de plasma filtrado são reabsorvidos. (Isto não está muito distante do valor real, o qual é mais de 990/o.) A inulina foi injetada de modo que a sua concentração no plasma fosse de 4 moléculas de inulina por 100 mL de plasma. Se a TFG é 100 mL de plasma filtrado por minuto, podemos calcular a taxa de filtração, ou a carga filtrada, de inulina usando a equação

•••• •••

Arteríola ____,• •• eferente

Filtração (100 mUmin)

• •

• •

. .. . ._...., ·~

•

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Glomérulo------';.....-- - • •. ~~

~~

Arteríola ____.: aferente •

Capilares peritubulares

•• ••

•• • •• • •

•

•

CD • ....__~ Moléculas

Néfron

de inulina LEGENDA

= 100 ml de plasma filtrado

100 ml, 0% de inulina reabsorvida

CD A concentração de inulina é 4/100 ml

@

® @

•

TFG = 100 mUmin

•• ••

100 ml de plasma são reabsorvidos. Nenhuma inulina é reabsorvida 100% de inulina são excretados, assim a depuração é = 100 mUmin

100% de inulina excretada

® Depuração de inulina = 100 mUmin

FIGURA 19-16 A depuração da inulina é igual à da TFG.

Esta equação pode ser rearranjada como carga filtrada de X= [X] plasma X TFG carga filtrada de inulina = (4 inulinas/ lOOmL plasma) x 100 mL plasma filtrado/min = 4 inulinas/ min ' medida que a inulina filtrada e o plasma fitrado passam ao A longo do néfron, todo o plasma é reabsorvido, mas toda a inulina permanece no túbulo. O plasma reabsorvido não contém inulina, assim dizemos que ele foi totalmente depurado (limpo) da inulina. A depuração da inulina é, portanto, 100 mL plasma depurado/min. Ao mesmo tempo, a taxa de excreção da inulina é 4 moléculas de inulina excretadas por minuto. Para que esta informação é boa? Para uma coisa, podemos usá-la para calcular a TFG. Observe na Figura 19-16 que a depuração da inulina (100 mL de plasma depurado/ min) é igual à TFG (100 mL de plasma filtrado/min). Assim, para qualquer substância que é livremente "filtrada, mas não é reabsorvida nem secretada, sua depuração é igual à TFG. Agora vamos mostrar matematicamente que a depuração da inulina é igual à TFG. Já sabemos que a

carga de X filtrada

=

[X]plasma

X

TFG

(1)

Também sabemos que 100% da inulina que é filtrada para dentro do túbulo são excretados. Em outras palavras: carga de inulina filtrada = taxa de excreção de inulina (2) Devido a esta igualdade, podemos substituir a taxa de excreção pela carga filtrada na equação (1) pelo uso da álgebra (se A = B e A= C, então B = C): taxa de excreção da inulina = [inulina]piasma

X

TFG

(3)

TFG

=

taxa de excreção da inulina [inulina]piasma

(4)

19

Isso mostra que o lado direito desta equação é idêntico à equação da depuração da inulina. Assim, a equação geral para a depuração de qualquer substância X (mL de plasma depurado/min) é _ d X t axa d e d epuraçao e

=

taxa de excreção de X (mg/min) (5) [X)p1asma (mg/mL plasma)

Para a inulina: taxa de excreção de inulina - d . li D epuraçao e 1nu na = [. . ] 1nu1ma plasma

(6)

O lado direito das equações (4) e (6) é idêntico; assim, usando álgebra novamente, podemos dizer que: TFG

=

depuração de inulina

(7)

Então, por que isso é importante? Você aprendeu como podemos medir a TFG em um ser humano vivo apenas a partir de amostras de sangue e urina. Tente o exemplo em "Verifique o Conceito - 12" para ver se você entendeu adiscussão precedente. A inulina não é prática para aplicação na rotina clínica porque não é uma substância que existe naturalmente no corpo e precisa ser administrada por infusão intravenosa contínua. Assim, o uso da inulina é restrito à pesquisa. Infelizmente, nenhuma substância que existe naturalmente no corpo humano é manejada pelo rim exatamente da mesma forma que a inulina é manejada.

642

Dee Unglaub Silverthorn

No cenário clínico, os médicos usam a creatinina para estimar a TFG. A creatinina é um produto da degradação do fosfato de creatina, um composto que armazena energia encontrado principalmente no músculo [ $ p . 420]. A creatinina é constantemente produzida pelo corpo e não precisa ser administrada. Normalmente, as taxas de produção e degradação do fosfato de creatina são relativamente constantes, e a concentração de creatinina no plasma não varia muito. Embora a creatinina esteja sempre presente no plasma e seja facilmente medida, ela não é a molécula perfeita para estimar a TFG porque uma pequena quantidade é secretada na urina. Contudo, a quantidade secretada é pequena o bastante para que, na maioria das pessoas, a depuração da creatinina seja rotineiramente usada para estimar a TFG. REVISANDO CONCEITOS 12. Se a concentração de creatinina no plasma é = 1,8 mg/100 ml plasma, a creatinina na urina = 1,5 mg/ml urina, e o volume da urina é 1.100 ml em 24 horas, qual é a depuração da creatinina? Qual é a TFG? Resposta: p. 649

Manejo renal de solutos Para qualquer molécula X que é livremente filtrada nos glomérulos:

O manejo renal de X é:

Filtração é maior que a excreçao

reabsorção resultante de X.

Excreção é maior que a filtração

secreção resultante de X.

Filtração e excreção são • • 1gua1s

não há reabsorção ou secreção resultantes.

Depuração de X é menor que a depuração da inulina

reabsorção resultante de X.

Depuração de X é igual à depuração da inulina

X não é reabsorvido nem

Depuração de X é maior que a depuração da inulina

secreção resultante de X.

-

secretado.

A depuração nos auxilia a determinar o manejo renal Uma vez que conhecemos a TFG de uma pessoa, podemos determinar como o rim maneja qualquer soluto medindo a concentração do soluto no plasma e sua taxa de excreção. Se assumimos que o soluto é livremente filtrado no glomérulo, sabemo pela equação (1) que carga filtrada de X =

[X]plasma X

TFG

Comparando a carga filtrada do soluto com sua taxa de excreção, podemos dizer como o néfron manejou esta substância (Tabela 19-2 e ). Por exemplo, se aparece menos de uma substância na urina do que foi filtrado, ocorreu reabsorção líquida (excretado = filtrado - reabsorvido). Se aparece mais de uma substância na urina do que foi filtrado, deve ter havido secreção líquida da substância para dentro do lúmen (excretado = filtrado + secretado). Se a mesma quantidade da substância é filtrada e excretada, então a substância é manejada como a inulina, ou seja, nem reabsorvida nem secretada. Suponha que a glicose esteja presente no plasma a uma concentração de 100 mg glicose/dL plasma, e a TFG é calculada a partir da depuração da creatinina como sendo 125 mL de plasma/min. Para esses valores, a equação (1) nos diz que a carga de glicose filtrada = (100 mg de glicose/100 mL de plasma) x 125 mL de plasma/min a carga de glicose filtrada = 125 mg glicose/min No entanto, não há glicose na urina desta pessoa: a excreção da glicose é zero. Como a glicose foi filtrada a uma taxa de 125 mg/min, mas excretada a uma taxa de O mg/min, ela deve ter sido totalmente reabsorvida. O valor da depuração também pode ser usado para determinar como o néfron maneja um soluto filtrado. Neste método, os pesquisadores calculam a depuração de creatinina ou de inulina, depois compararam a depuração do soluto

que está sendo investigado com a depuração de creatinina ou de inulina (Tabela 19-2). Se a depuração do soluto é menor do que a depuração de inulina, o soluto foi reabsorvido. Se a depuração do soluto é maior que a depuração da inulina, foi secretado soluto adicional na urina. Mais plasma foi depurado do soluto do que foi filtrado, então o soluto adicional deve ter sido removido do plasma por secreção. A Figura 19-17 • mostra a depuração de três moléculas: glicose, ureia e penicilina. Todos os solutos têm a mesma concentração no plasma que está entrando no glomérulo: 4 moléculas/100 mL plasma. A TFG é 100 mL/min, e assumimos, para simplificar, que todos os 100 mL de plasma que foram filtrados para o túbulo são reabsorvidos. Para qualquer soluto, sua depuração reflete como os túbulos dos rins o manejam. Por exemplo, 100% da glicose que é filtrada são reabsorvidos, e a depuração da glicose é zero (Fig. 19-l?a, @ e @). Por outro lado, a ureia é parcialmente reabsorvida; quatro moléculas são filtradas, mas apenas duas são reabsorvidas (Fig. 19-l?b, @).Consequentemente, a depuração da ureia é 50 mL de plasma por minuto @. A depuração de ureia e glicose é menor do que a depuração de inulina de 100 mL/min, o que nos diz que a ureia e a glicose foram reabsorvidas. A penicilina é filtrada, mas não é reabsorvida, e moléculas adicionais de penicilina do plasma são secretadas nos capilares peritubulares (Fig. 19-l?c, @).Neste exemplo, 50 mL extras de plasma foram depurados de penicilina além dos 100 mL originais que foram filtrados. A depuração de penicilina portanto é 150 mL de plasma por minuto @. A depuração de penicilina é maior que a depuração de inulina de 100 mL/min, o que nos diz que ocorreu secreção resultante de penicilina. Observe que a comparação dos valores de depuração nos diz apenas o manejo líquido (resultante) do soluto, mas não diz se uma molécula é reabsorvida e secretada. Por

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Fisiologia Humana

------····· ••

X

· ----~~~~~~--...

Filtração (100 ml/min)

•

•

-------- X X X X

x

Filtração (100 ml/min)

x

X

•• • • •

X X X X

~ Xr-::,,,. Moléculas

Moléculas de penicilina

de ureia

. .

• ___,,,...,, ••

1 Nenhuma glicose excretada

(a) Depuração da glicose

Filtração (100 ml/min)

X

G)

Moléculas de glicose

100 ml, 100% de glicose ~ reabsorvida

' ...---.

"" '-"1•...

XX

@Depuração da glicose =0 mUmin

50% da ureia excretada

@Depuração da ureia = 50 mUmin

(b) Depuração da ureia

plasma ou filtrado

@Depuração de penicilina = 150 mUmin)

Mais penicilina é excretada do q ue filtrada

(c) Depuração da penicilina

G) = 100 mlde

Alguma penicilina adicional secretada

100 ml, O de penicilina reabsorvida

100 ml, 50% de ureia reabsorvida

LEGENDA

•

...... ......

,,,,,--~~~~~~~-....

A concentração no plasma é 4/100 ml.

C2) TFG = 100 mUmin

@

100 ml de plasma é reabsorvido.

@

A depuração depende do manejo renal do soluto.

FIGURA 19-17 Relação entre depuração e excreção. A figura representa os eventos que acontecem em um minuto. Para simplificar, considera-se que 100% do volume filtrado são reabsorvidos.

exemplo, quase todo o K+ filtrado é reabsorvido no túbulo proximal e na alça de Henle, e depois uma pequena quantidade é secretada de volta para o lúmen do túbulo no néfron distal. Com base na depuração do K+, parece que só ocorreu reabsorção. Os cálculos da depuração são relativamente simples porque tudo que você precisa conhecer é a taxa de excreção na urina e a concentração no plasma para qualquer soluto de interesse e ambos os valores são facilmente obtidos. Se você também sabe a depuração da inulina ou da creatinina, então você pode determinar o manejo renal de qualquer substância.

MICÇAO Uma vez que o filtrado deixa os duetos coletores, já não pode mais ser modificado, e sua composição não muda. O filtrado, agora chamado de urina, flui para a pelve renal e então desce pelo ureter em direção à bexiga urinária com a ajuda de contrações rítmicas do músculo liso. A bexiga urinária é um órgão oco cujas paredes contêm camadas bem desenvolvidas de músculo liso. Na bexiga urinária, a urina é armazenada até ser liberada em um processo conhecido como urinar, ou, mais formalmente, micção [micturire, desejo de urinar]. A bexiga urinária pode se expandir até conter um volume aproximado de 500 mL. O colo da bexiga é contínuo com a uretra, um tubo único pelo qual a urina passa para alcançar o meio externo. A abertura entre a bexiga urinária e a uretra é fechada por dois anéis de músculo denominados esfincteres (Fig. 19-18a e ).

O esfincter interno da uretra é uma continuação da parede da bexiga e é constituído de músculo liso. Seu tônus normal o mantém contraído. O esfincter externo da uretra

Três semanas depois, M ichael estava de volt a ao consult ório do Dr. Garcia. Os anti-inflamatórios e o probenecide eliminaram a dor no dedo do pé, mas na última noite ele foi ao hospital com um cálculo (pedra) nos rins muito doloroso. "Teremos de esperar o resultado dos exames", disse o Dr. Garcia, "mas eu acho que é um cálculo de ácido úrico. Você bebeu a quantidade de água que lhe fa lei?" Michael admit iu que tinha boas int enções, mas nunca teve tempo durante o t rabalho para beber muita água. "Enquanto est iver ingerindo este medicamento você deve tomar água suficiente para produzir 3 litros ou mais de urina por dia. Caso contrário, você pode acabar com outra pedra de ácido úrico nos rins". M ichael lembrou de como o cálcu lo rena l é doloroso e concordou que desta vez ele seguiria todas as orientações da receita.

Questão 7: Explique por que não beber água suficiente enquanto toma agentes uricosúricos pode fazer com que cristais de ácido úrico formem cáculos renais no trato urinário.

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Sinais de estruturas • superiores doSNC Estado relaxado (enchimento) Esfincter interno (músculo liso) contraído passivamente

1--

Bexiga urinária (músculo liso)

--

-~

Esfincter externo --~ (músculo esquelético) permanece contraído {a) Bexiga urinária em repouso

Receptores de estiramento

ºJr

Neurônios parassimpáticos

tônica

Sinais de estruturas superiores do SNC podem facilitar ou inibir o reflexo Receptores de estiramento disparam.

Neurônios parassimpáticos disparam. Neurônios motores param de d isparar. Neurônios motores Esfincter interno

- --r-

Descarga tônica inibida

O músculo liso contrai. O esfincter interno puxado passivamente abre. O esfincter externo relaxa.

{b) Micção

•

FIGURA 19-18 A micção é um reflexo espinal sujeito ao controle encefálico superior.

é um anel de músculo esquelético controlado por neurônios motores somáticos. A estimulação tônica proveniente do sistema nervoso central mantém a contração do esfincter externo, exceto durante a micção. A micção é um reflexo espinal simples que está sujeito aos controles consciente e inconsciente pelos centros ' superiores do encéfalo. A medida que a bexiga urinária se enche com urina e a suas paredes se expandem, receptores de estiramento enviam sinais via neurônios sensoriais para a medula espinal (Fig. 19-18b). Lá a informação é integrada e transferida a dois conjuntos de neurônios. O estímulo de uma bexiga urinária cheia estimula os neurônios parassimpáticos que inervam o músculo liso da parede da bexiga urinária. O músculo liso contrai, aumentando a pressão no conteúdo da bexiga urinária. Simultaneamente, os neurônios motores somáticos que inervam o esfincter externo da uretra são inibidos. A contração da bexiga urinária ocorre em uma onda que empurra a urina para baixo em direção à uretra. A pressão exercida pela urina força o esfincter interno da aretra* a abrir

*N. de T. A própria contração do músculo detrusor da bexiga abre este esfincter.

enquanto o esfincter externo relaxa. A urina passa para a uretra e para fora do corpo, ajudada pela gravidade. Este reflexo de micção simples ocorre primarimente em crianças que ainda não foram treinadas para o controle dos esfincteres. Uma pessoa que foi treinada para o controle esfincteriano adquire um reflexo aprendido que mantém o reflexo da micção inibido até que ele ou ela deseje conscientemente urinar. O reflexo aprendido envolve fibras sensoriais adicionais na bexiga urinária que sinalizam o grau de enchimento. Centros no tronco encefálico e córtex cerebral recebem esta informação e superam o reflexo de micção básico, inibindo diretamente as fibras parassimpáticas e reforçando a contração do esfincter externo da uretra. Quando chega o momento apropriado para urinar, estes mesmos centros removem a inibição e facilitam o reflexo, inibindo a contração do esfincter externo da uretra. Além do controle consciente da micção, vários fatores inconscientes podem afetar este reflexo. A "bexiga tímida" é uma condição na qual a pessoa não consegue urinar na presença de outra pessoa, apesar de sua intenção consciente de fazê-lo. O som de água corrente facilita a micção e muitas vezes é usado para ajudar os pacientes a urinar quando a uretra está irritada pela inserção de um cateter, um tubo inserido dentro da bexiga urinária para drená-la passivamente.

Fisiologia Humana

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Gota Neste problema, você aprendeu que a gota, a qual muitas vezes se apresenta como uma dor debilitante no hálux (dedo grande do pé), é um problema metabólico cuja causa e tratamento podem estar associados com a f unção renal. O manejo do urato pelo rim é um processo complexo porque o urato é secretado e reabsorvido em diferentes segmentos do túbulo proximal. Os cientistas ident ificaram três proteínas transportadoras diferentes, mas relacionadas, que estão envolvidas no processo: o transportador de ânions orgânicos (OAT), um transportador de antiporte que troca dois ân ions em uma troca eletricamente neutra; o transportador de urato 1 (URAT1 ), que também é um trocador de ânions mas com grande es-

pecificidade para o urato; e o transportador de urato (UAT), um t ran sportador de urato uniporte eletrogên ico. O arranjo dessas proteínas tran sportadoras na membrana polarizada da célula determina se a célula reabsorve ou secreta urato. A gota é uma das doenças mais antigas e por muitos anos foi considerada uma doença de " homens ricos" causada por excesso de comida e bebida*. Thomas Jefferson e Benjamin Franklin sofreram de gota. Para aprender mais sobre suas causas, sintomas e tratamentos, acesse o site www.mayoclinic.com (em inglês) e busque gout (gota, em inglês). Para testar seu conhecimen to, compare suas respostas com as informações sintet izadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Trace o traj eto seguido pelas pedras dos rins {cálculos renais) quando elas são excretadas.

Os cálcu los renais muitas vezes se formam na pelve renal.

Da pelve rena l, o cácu lo passa pelo ureter para a bexiga urinária, depois para a uretra e para fora do corpo.

2

Cite o nome do ânion formado quando o ácido úrico se dissocia.

O sufixo - ato é usado para indentificar o ânion de ácidos orgânicos [ $ p. 108].

O ânion do ácido úrico é o urato.

3

As purinas são parte de que categoria de biomoléculas? Usando essa informação, explique por que os níveis de ácido úrico no sangue aumentam quando a degradação celular aumenta.

As purinas incluem adenina e guanina, as quais são componentes do DNA, do RNA e do ATP [ $ p. 34]. Quando uma célula morre, o DNA nuclear e outros componentes químicos são degradados.

A degradação do DNA, do RNA e do ATP de uma célula aumenta a produção de puri nas, as quais por sua vez aumentam a produção de ácido úrico.

4

Com base no que você aprendeu sobre o ácido úrico e o urato, cite duas maneiras de uma pessoa desenvolver hiperuricemia.

A hiperuricemia é um distúrbio dobaA hiperuricemia resulta da superprodulanço de massa. O ácido úrico é sintetiza- ção de ácido úrico ou de um defeito na do a partir de purinas. O urato é filtrado excreção de urato. pelos rins e tem secreção resultante.

5

Os mesmos transportadores podem ser usados pelas células que reabsorvem o urato e pelas célu las que o secretam?

Alguns transportadores movem substratos em apenas uma direção mas outros são reversíveis. Considere que um transportador leva o urato para dentro da célula e outro o remove.

Você poderia usar os mesmos dois transportadores se você invertesse suas posições nas membranas apical e basolateral. As célu las que reabsorvem urato o moveriam para dentro no lado apical e para fora no lado basolateral. As célu las que secretam urato i nverteriam este padrão.

6

Os agentes uricosúricos, como o urato, são ácidos orgânicos. A partir dessa i nformação, explique como os agentes uricosúricos podem aumentar a excreção de ácido úrico.

O transporte mediado apresenta competição, na qual molécu las relacionadas competem por um transportador. Normalmente, uma molécu la liga-se preferencia lmente e por isso inibe o transporte de uma segunda molécula [$ p. 149].

Os agentes uricosúricos são ânions orgânicos, então eles podem competir com o urato pelo transportador de ânions orgânicos no túbulo proximal. A ligação preferencial do agente uricosúrico vai bloquear o acesso do urato ao OAT, deixando-o no lúmen e aumentando a sua excreção.

7

Explique por que não beber água suficiente enquanto toma agentes uricosúricos pode formar cá lculos {pedras) de ácido úrico no trato uri nário.

Pedras de ácido úrico se formam quando a concentração de ácido úrico excede um nível crít ico e os cristais se precipitam.

Se uma pessoa bebe grandes volumes de água, o excesso de água será excretado pelos rins. Grandes quantidades de água diluem a urina, evitando assim as altas concentrações de ácido úrico necessárias para formar as pedras.

* N. de T. Principalmente carnes vermelhas (proteínas) e vinhos.

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RESUMO DO CAPÍTULO O sistema urinário, assim como os pulmões, usa o princípio do balanço de massa para manter a homeostase. Os componentes da urina estão constantemente mudando e refletem as funções dos rins de regular os íons e a água e a remoção de produtos residuais. Um dos três sistemas porta do corpo - cada um incluindo dois leitos capilares - é encontrado nos rins. A filtração ocorre no primeiro leito capilar, e a reabsorção, no segundo. A relação pressão-fl,uxoresistência que você observou nos sistemas circulatório e respiratório também desempenha um papel importante na filtração glomerular e - ur1nana. . , . na excreçao A compartimentalização é ilustrada pelo movimento de água e solutos entre os meios interno e externo à medida que o filtrado é modificado ao longo do néfron. A reabsorção e a secreção dos solutos dependem das interações moleculares e do movimento das moléculas através das membranas das células tubulares.

11.

12.

13.

14.

Funções dos rins 1. Os rins regulam o volume do líquido extracelular, a pressão do sangue e a osmolaridade; mantêm o balanço iônico; regulam o pH; excretam resíduos e substâncias estranhas; e participam de vias endócrinas. (p. 623)

15.

16.

Anatomia do sistema urinário Sistema urinário: filtração glomerular 2. O sistema urinário é composto de dois rins, dois ureteres, uma bexiga urinária e uma uretra. (p. 624; Fig. 19-la) 3. Cada rim tem cerca de 1 milhão de néfrons microscópicos. Na secção transversal, um rim é arranjado em córtex, externo, e medula, interna. (p. 624; Fig. 19-lc) 4. O fluxo do sangue renal vai da arteríola aferente para o glomérulo, arteríola eferente e capilares peritubulares. Os capilares vasa recta (vasos retos) mergulham na medula. (p. 625; Fig. 19-lg, i) 5. Os líquidos são filtrados do glomérulo para dentro da cápsula de Bowman. De lá, eles fluem para o túbulo proximal, alça de Henle, túbulo distal e dueto coletor, depois drenam para a pelve renal. A urina flui pelo ureter para a bexiga urinária. (p. 625; Fig. 19-lb, c, j)

Visão geral da função renal 6. Filtração é o movimento de líquido do plasma para a cápsula de Bowman. Reabsorção é o movimento de materiais filtrados, do túbulo para o sangue. Secreção é o movimento de moléculas selecionadas do sangue para o túbulo. (p. 625-628; Fig. 19-2) 7. O volume médio de urina é 1,5 L/dia. A osmolaridade varia entre 50 e 1.200 mOsM. (p. 628; Tabela 19-1) 8. A quantidade excretada de um soluto é igual à quantidade filtrada menos a quantidade reabsorvida mais a quantidade secretada. (p. 629; Fig. 19-3)

Filtração

17.

e criam fendas de filtração. As células mesangiais são associadas com os capilares glomerulares. (pp. 630-631; Fig. 19-5a,c) Os solutos filtrados precisam passar primeiro através dos capilares glomerulares endoteliais, depois através de uma lâmina basal e, finalmente, através do epitélio da cápsula de Bowman antes de alcançar o lúmen da cápsula de Bowman. (p. 631; Fig. 19-5d) A filtração permite que a maioria dos componentes do plasma entre no túbulo, mas exclui as células do sangue e a maioria das proteínas plasmáticas. (p. 631) A pressão hidrostática nos capilares glomerulares é em média 55 mmHg, favorecendo a filtração. Opondo-se à filtração estão a pressão coloidosmótica de 30 mmHg e a pressão hidrostática da cápsula média de 15 mmHg. A força motriz resultante é 10 mm Hg, a favor da filtração. (p. 631; Fig. 19-6) A taxa de filtração glomerular (TFG) é a quantidade de líquido que é filtrada para dentro da cápsula de Bowman por unidade de tempo. A TFG média é 125 mL/min, ou 180 L/dia. (p. 631) A pressão hidrostática nos capilares glomerulares pode ser alterada modificando a resistência nas arteríolas aferente e eferente. (p. 633; Fig. 19-8) A autorregulação da filtração glomerular é realizada por uma resposta miogênica do músculo liso vascular às mudanças de pressão e pela retroalimentação tubuloglomerular. Quando o fluxo de líquido no túbulo distal aumenta, as células da mácula densa enviam um sinal parácrino para a arteríola aferente, causando vasoconstrição. (pp. 633-634; Fig. 19-10) O controle reflexo da TFG é mediado por sinais sistêmicos, como os hormônios, e pelo sistema nervoso autônomo. (p. 634)

Reabsorção Sistema urinário: processamento do filtrado 18. A maior parte da reabsorção ocorre no túbulo proximal. A reabsorção regulada acontece nos segmentos mais distais do néfron. (p. 635) 19. O transporte ativo do Na+ e de outros solutos cria gradientes de concentração para a reabsorção passiva da ureia e de outros solutos. (p. 635; Fig. 19-11) 20. A maior parte da reabsorção envolve transporte transepitelial, mas parte dos solutos e água são reabsorvidos pela via paracelular. (p. 635) 21. Glicose, aminoácidos, íons e vários metabólitos orgânicos são reabsorvidos por transporte ativo secundário associado ao Na+. (p. 636; Fig.19-13) 22. A maior parte do transporte renal é mediada por proteínas de membrana e exibe saturação, especificidade e competição. O transporte máximo T m é a taxa de transporte na saturação. (p. 638; Fig. 19-14) 23. O limiar renal é a concentração plasmática na qual uma substância começa a aparecer na urina. (p. 639; Fig. 19-14) 24. Os capilares peritubulares reabsorvem líquidos ao longo de todo o seu comprimento. (p. 639)

Sistema urinário: filtração glomerular 9. Um quinto do fluxo de plasma renal é filtrado para o lúmen do túbulo. A porcentagem do volume total de plasma que é filtrado é chamada de fração de filtração. (pp. 629-630; Fig. 19-4) 10. O epitélio da cápsula de Bowman possui células especializadas chamadas de podócitos que envolvem os capilares glomerulares

Secreção 25. A secreção aumenta a excreção removendo solutos dos capilares peritubulares. K+, H+ e vários compostos orgânicos são secretados. (p. 639) 26. Moléculas que competem pelos transportadores renais reduzem a secreção de uma molécula. (p. 640)

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Excreção

Micção

27. A taxa de excreção de um soluto depende de (1) sua carga filtrada e (2) se ele é reabsorvido ou secretado à medida que passa pelo néfron. (p. 640) 28. A depuração descreve quantos mililitros de plasma que passam pelos rins são totalmente limpos de um soluto em um dado período de tempo. (p. 640) 29. A depuração da inulina é igual à TFG. Na prática clínica, acreatinina é usada para medir a TFG. (p. 641; Fig. 19-16) 30. A depuração pode ser usada para determinar como o néfron maneja um soluto filtrado. (p. 642; Fig. 19-17)

31. O esfincter externo da uretra é formado por músculo esquelético que é tonicamente contraído, exceto durante o ato de urinar. (p. 643; Fig. 19-18) 32. A micção é um reflexo espinal simples sujeito ao controle consciente e inconsciente. (p. 644) 33. Os neurônios parassimpáticos causam contração do músculo liso da parede da bexiga. Simultaneamente, os neurônios motores somáticos que inervam o esfincter externo são inibidos. (p. 644)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.) NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Liste e explique o significado de cinco características da urina que podem ser encontradas por análise física. 2. Liste e explique as seis principais funções dos rins. 3. Em um dado momento, que porcentagem de débito cardíaco vai para os rins? 4. Liste as principais estruturas do sistema urinário em sua sequência anatômica, desde o rim até a urina deixar o corpo. Descreva a função de cada estrutura. 5. Organize as seguintes estruturas na ordem em que uma gota de água entrando no néfron iria encontrá-las: (a) arteríola aferente (b) cápsula de Bowman (c) dueto coletor (d) túbulo distal (e) glomérulo (f) alça de Henle (g) túbulo proximal (h) pelve renal 6. Cite as três barreiras de filtração que os solutos precisam atravessar quando se movem do plasma para o lúmen da cápsula de Bowman. Que componentes do sangue normalmente são excluídos por essas barreiras? 7. Que força(as) promove(m) a filtração glomerular? Que força(as) se opõem a ela? Qual é o significado do termo força motriz resul-

tante? 8. O que a abreviatura TFG significa? Qual é o valor numérico típico para a TFG em mililitros por minuto? Em litros por dia? 9. Identifique as seguintes estruturas e depois explique seu significado na fisiologia renal: (a) aparelho justaglomerular (b) mácula densa (c) células mesangiais (d) podócito (e) esfincteres da uretra (f) córtex renal 10. Em qual segmento do néfron ocorre a maior parte da reabsorção? Para onde vai uma molécula ou íon quando são reabsorvidos a partir do lúmen do néfron? Se um soluto é filtrado e não é reabsorvido, para onde ele vai? 11. Relacione cada um dos seguintes íons ou moléculas com seu(s) principal(is) modo(s) de transporte através do epitélio renal.

(a) Na+ (b) glicose (c) ureia (d) proteínas do plasma (e) água

1. 2. 3. 4. 5.

transcitose transporte ativo primário transporte ativo secundário difusão facilitada movimento através de canais abertos (vazamento) 6. difusão simples através da bicamada fosfolipídica 12. Liste três solutos secretados no lúmen do túbulo. 13. Que soluto normalmente presente no corpo é usado para estimar a TFG em humanos? 14. O que é micção?

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 15. Mapeie os seguintes termos. Você pode adicionar termos se quiser. podócito arteríola aferente pressão coloidosmótica arteríola eferente pressão hidrostática do líquido autorregulação na cápsula autorregulação miogênica pressão hidrostática do sangue cápsula de Bowman célulasJG capilar células mesangiais proteínas plasmáticas endotélio receptor epitélio resistência glomérulo substância parácrina lâmina basal TFG vasoconstrição mácula densa noradrenalina 16. Defina, compare e contraste os itens nos conjuntos de termos a seguir: (a) filtração, secreção e excreção (b) saturação, transporte máximo e limiar renal (c) probenecide, creatinina, inulina e penicilina (d) depuração, excreção e taxa de filtração glomerular 17. Qual é a vantagem de um rim que filtra um grande volume de líquido e depois reabsorve 99o/o dele? 18. Se há vasoconstrição da arteríola aferente de um néfron, o que acontece à TFG nesse néfron? Se há vasoconstrição da arteríola eferente de um néfron, o que acontece à TFG nesse néfron? Considere que não acontece autorregulação. 19. Esquematize o reflexo da micção. Como este reflexo é alterado pelo aprendizado do controle dos esfincteres? Como os centros superiores do encéfalo influenciam a micção?

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20. Os antimuscarínicos são utilizados em tratamentos de bexigas hiperativas. Explique por que eles funcionam nestes casos.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 21. Pediram a você para estudar a função renal em uma nova espécie de roedor encontrado na floresta amazônica. Você isolou alguns néfrons e os expôs à inulina. O gráfico a seguir mostra o resultado de seus estudos. (a) Como o néfron do roedor ma, neja a inulina? A inulina é filtrada? E excretada? Há reabsorção resultante da inulina? Há secreção resultante? (b) No gráfico, desenhe com precisão uma linha que indique a reabsorção ou a secreção resultantes. (Dica: excreção = filtração - reabsorção + secreção)

23. Leia o quadro hemodiálise na página 637 e veja se consegue criar um modelo de sistema que funcionaria para a diálise. Desenhe dois compartimentos (um para representar o sangue e o outro para representar o líquido de diálise) separados por uma membrana semipermeável. No compartimento do sangue, liste os solutos do líquido extracelular normal e suas concentrações (veja a tabela com os valores normais dos componentes do sangue na parte interna da contracapa deste livro). O que acontece à concentração destes solutos na insuficiência renal? Quais destes solutos você deve colocar no líquido de diálise, e quais devem ser as suas concentrações? (Dica: você quer difusão para dentro do líquido de diálise, para fora do líquido de diálise, ou nenhum movimento resultante?) Como você mudaria o líquido de diálise se o paciente estivesse retendo muita água?

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITAVOS

Excreçao

iltraçã ,

Concentração plasmática de inulina

22. Desenhe um corte do epitélio do túbulo renal mostrando três células unidas por junções celulares. Identifique as membranas apical e basolateral, o lúmen do túbulo e o líquido extracelular. Use a seguinte descrição dos processos do túbulo proximal para desenhar um modelo de célula. O túbulo proximal contém anidrase carbônica, a qual promove a conversão de C02 e água em ácido carbônico. O ácido carbônico então se dissocia em H+ e HC0 3 - • O sódio é reabsorvido pelo transportador apical do antiporte Na+-H+ e uma Na+K+-ATPase basolateral. O cloreto é passivamente reabsorvido por via paracelular. O bicarbonato produzido no citoplasma deixa a célula por um transportador do simporte Na+-HC03 - .

24. Darlene pesa 50 kg. Considere que o seu volume de sangue total é 8o/o do seu peso corporal, que seu coração bombeia o volume total do sangue uma vez por minuto e que seu fluxo de sangue renal é 25% do seu débito cardíaco. Calcule o volume de sangue que flui pelos rins de Darlene a cada minuto. 25. Dwight estava competindo por um lugar na equipe olímpica de hipismo. Seu cavalo, Nitro, anulou um salto, dando uma cambalhota que derruba Dwight e o esmaga. Os médicos preocuparam-se por possível dano aos rins e realizaram vários testes. Os níveis séricos da creatinina de Dwight eram de 2 mg/100 mL. Seu volume de urina após 24 horas era de 1 L, e a concentração de creatinina 20 mg/mL. Uma segunda amostra colhida nas 24 horas seguintes tinha o mesmo valor de creatinina sérica e volume de urina, mas uma concentração de creatinina na urina de 4 mg/mL. Quantos miligramas de creatinina há em cada amostra? Qual é a depuração de creatinina de Dwight em cada teste? Qual é sua TFG? Avalie estes resultados e comente sobre a função renal de Dwight. 26. Você é um fisiologista fazendo parte de uma expedição arqueológica para procurar Atlântida. Um submergível retorna com uma sereia, e você colhe uma série de amostras dela. Você determinou que sua TFG é 250 mL/min e que seus rins reabsorvem a glicose com um transporte máximo de 50 mg/min. Qual é o seu limiar renal para a glicose? Quando a sua concentração de glicose no plasma é 15 mg/mL, qual é a depuração da glicose?

RESPOSTAS

J'Respostas para as questões de ••Revisando conceitos•• Página 624 1. Se o K+ extracelular diminui, mais K+ deixa o neurônio e o potencial de membrana hiperpolariza (torna-se mais negativo, aumenta). 2. Se o Ca2 + plasmático diminui, a força da contração diminui. Página 625 3. Quando ocorre filtração resultante para fora dos capilares glomerulares, a pressão hidrostática capilar deve ser maior que a pressão coloidosmótica capilar.

4. Quando ocorre reabsorção resultante para dentro dos capilares peritubulares, a pressão hidrostática capilar precisa ser menor que a pressão coloidosmótica capilar. Página 629 5. Filtração e secreção representam o movimento do líquido extracelular para dentro do lúmen. A filtração ocorre apenas na cápsula de Bowman; a secreção acontece ao longo de todo o restante do túbulo. 6. Glomérulo~ cápsula de Bowman ~ túbulo proximal~ alça de Henle ~ túbulo distal~ dueto coletor~ pelve renal~ ureter ~ bexiga urinária ~ uretra.

Fisiologia Humana

7. Se a reabsorção diminui para a metade da taxa normal, o corpo

ficaria sem plasma dentro de uma hora. Página 633 8. A pressão osmótica é maior na arteríola eferente porque ovolume de líquido é reduzido, deixando a mesma quantidade de proteína em um volume menor. 9. A pressão arterial média desta pessoa é de 119 mmHg. A TFG é de 180 L/dia. Página 635 10. Se a arteríola aferente sofre constrição, a resistência nesta arteríola aumenta, e o sangue que flui por ela é desviado para arteríolas de menor resistência. A TFG irá diminuir no néfron cuja arteríola sofreu constrição. 11. A força motriz primária para a TFG é a pressão do sangue oposta pela pressão do líquido na cápsula de Bowman e pela pressão coloidosmótica exercida pelas proteínas no plasma (Fig. 19-6). Com menos proteínas, o plasma tem a pressão coloidosmótica menor que o normal. Com menos pressão coloidosmótica se opondo à TFG, a TFG aumenta.

649

Página 642 12. Depuração de creatina = taxa de excreção de creatinina/[creatinina]piasma = (1,5 mg creatinina/mL urina X 1, 1 L urina/dia)/1,8 mg creatinina/100 mL plasma. A depuração de creatinina é cerca de 92 L/dia, e a TFG é igual à depuração de creatinina.

Respostas para as questões das figuras e dos gráficos Página 632 Figura 19-8: Pressão sanguínea capilar, TFG e fluxo sanguíneo renal aumentam. Página 637 Figura 19-14: A taxa de transporte a 3 mg/mL é 3 mg/min; a 5 e 8 mg/mL, é 4 mg/min. A taxa de transporte é 4 mg/min em uma concentração plasmática de 2 mg/mL.

19

•

• •

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1 rico

e

Homeostase hídrica e eletrolítica 651 A osmolaridade do LEC afeta o volume celu lar 651 Múlt iplos sistemas integram o equilíbrio hídrico e eletrolítico

Equilíbrio da água 653 653 654 655 657 658

A ingestão e a excreção diárias de água são equil ibradas Os rins conservam a água A medula renal produz urina concentrada A vasopressina controla a reabsorção da água O volume e a osmolaridade sanguíneos ativam osmorreceptores A alça de Henle é um multiplicador de co ntracorrente

667 668

Controle integrado do volume e da osmolaridade 668 A osmolaridade e o volume podem mudar independentemente 669 A desidratação desencadeia respostas homeostáticas

Equilíbrio ácido-base 672 673 674

Equilíbrio do sódio e do volume do LEC

674

661 A aldosterona controla o equilíbrio do sódio 663 A pressão sanguínea baixa estimula a secreção da aldosterona 664 A ang iotensina li tem muitos efeitos 665 O peptídeo natriurético atrial promove a excreção de Na+ e de água

675

Equilíbrio do potássio

Baixa concentração de Na+ estimula o apetite por sal Comportamentos de evitação ajudam a prevenir a desidratação

676 677 678 679

Mudanças no pH podem desnaturar proteínas Os ácidos e as bases no corpo são provenientes de muitas fontes A homeostase do pH depende de tampões, dos pulmões e dos rins Sistemas tampão incluem proteínas, íons fosfato e HC0 3 A venti lação pode compensar as alterações de pH Os rins usam tampões amôn ia e fosfato O túbu lo proximal secreta H+ e reabsorve HC0 3 O néf ron distal controla a excreção de ácido Os desequil íbrios ácido-base podem ser respiratórios ou metaból icos

Mecanismos comportamentais no equilíbrio de sal e água 667 A ingestão hídrica repõe a perda de líquidos

CONHECIMENTOS BÁSICOS pH e tampões: 38 Controle da pressão sanguínea: 533 Excreção de C02 pelos pulmões: 614 Reciclagem de membranas: 153 Hormônios peptídeos: 221 Transporte de membrana: 141 Anidrase carbônica: 610 Osmolaridade e tonicidade: 159 Hormônios da neuro-hipófise: 228 Compartimentos líquidos do corpo: 4 Hormônios esteroides: 222 Células epiteliais polarizadas: 155 Sistemas de segundo mensageiro: 184 Taxa de filtração glomerular: 631 Estrutura das proteínas: 31

Quando ocorre perda de 10% do líquido corporal, o paciente apresentará sinais de con{Usão, afiição e alucinações; quando a perda chega a 20%, o paciente morre. -Poul Astrup, em Salt and Water in Culture and Medicine, 1993

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Hiponatremia Lauren estava competindo no seu primeiro triátlon de longa distância (iron man), uma prova de 226,27 km consistindo em 3,86 km de natação, 180,25 km de ciclismo, e 42, 16 km de corrida. No km 35 da corrida, aproximadamente 16 horas após iniciar a prova, ela desmaiou. Após ser admitida no setor médico, Lauren queixou-se de náusea, dor de cabeça e fadiga geral. A equipe médica observou que a face de Lauren e suas roupas estavam cobertas por cristais brancos. Quando eles a pesaram e compararam este valor com seu peso da pré-corrida, perceberam que Lauren havia ganhado 2 kg durante a corrida.

653

667

669

675

680

ma mulher de negócios americana encerrou seu treinamento em Tóquio e parou na lanchonete da academia de ginástica para pedir uma bebida esportiva. A atendente lhe entregou uma garrafa com o rótulo "Pocari Sweat®"*. Embora a ideia de beber suor não seja muito atraente, as bases fisiológicas para este nome são sólidas. Durante o exercício, o corpo secreta suor, uma solução diluída de água e íons, particularmente Na+ I K+ e c1-. Para manter a homeostase, o corpo precisa repor toda a substância que ele tenha perdido para o meio externo. Por essa razão, o líquido de reposição que uma pessoa consome após o exercício deve assemelhar-se ao suor. Neste capítulo, exploramos como os humanos mantêm o balanço de água e sal, também conhecido como equilíbrio hídrico e eletrolítico. Os mecanismos de controle homeostático para o equilíbrio hídrico e eletrolítico no corpo procuram manter quatro parâmetros: volume de líquido, osmolaridade, concentração de íons individuais e pH.

Embora os mecanismos fisiológicos que mantêm o equilíbrio hídrico e eletrolítico sejam importantes, os mecanismos comportamentais também desempenham um papel essencial. A sede é crucial porque beber é o único meio normal de repor a perda de água. O apetite por sal é o comportamento que leva as pessoas e os animais a buscar e ingerir sal (cloreto de sódio, NaCl). Por que nos preocupamos com a homeostase destas substâncias? Água e Na+ estão associados com o volume e a osmolaridade do líquido extracelular. Alterações no balanço de K+ podem causar sérios problemas com a função muscular e cardíaca por alterar o potencial de membrana das células excitáveis. O Ca2 + está envolvido em vários processos no corpo, da exocitose e contração muscular à formação dos ossos e coagulação do sangue; e o H+ e o HC0 3 são íons cujo equilíbrio determina o pH do corpo.

A osmolaridade do LEC afeta o volume celular Por que a manutenção da osmolaridade é tão importante para o corpo? A resposta está no fato de que a água atravessa a maioria das membranas celulares livremente. Se a osmolaridade do líquido extracelular (LEC) muda, a água move-se para dentro ou para fora da célula e muda o volume intracelular. Se a osmolaridade do LEC diminui como resultado da ingestão excessiva de água, a água move-se para dentro das células e elas incham. Se a osmolaridade do LEC aumenta como resultado da ingestão de sal, a água move-se para fora das células e elas encolhem. O volume celular é tão importante que muitas células têm mecanismos diferentes de mantê-lo. Por exemplo, as células tubulares renais da medula do rim são constantemente expostas à alta osmolaridade do líquido extracelular, no entanto essas células mantêm seu volume celular normal. Elas fazem isso sintetizando solutos orgânicos quando necessário para manter sua osmolaridade intracelular ajustada à do líquido intersticial medular. Os solutos orgânicos usados para aumentar a osmolaridade intracelular incluem álcoois de açúcar e certos aminoácidos. Outras células do corpo regulam seu volume modificando sua compos1çao ion1ca. Em alguns casos, acredita-se que as alterações do volume celular atuam como sinais que iniciam certas respostas celulares. Por exemplo, o edema dos hepatócitos ativa a síntese de proteínas e de glicogênio, e o encolhimento dessas células causa a degradação de proteínas e de glicogênio. Entretanto, em muitos casos, alterações inadequadas do volume celular - encolhendo ou inchando - prejudicam a função celular. O encéfalo, encerrado no crânio rígido, é particularmente vulnerável ao dano devido ao edema. No geral, a manutenção da osmolaridade do LEC dentro de uma faixa normal é essencial para manter a homeostase do volume celular. •

HOMEOSTASE HÍDRICA E ELETROLÍTICA O corpo humano está em um estado de fluxo constante. Durante o curso de um dia, ingerimos cerca de 2 L de líquido que contém de 6 a 15 g de NaCl. Além disso, ingerimos quantidades variadas de outros eletrólitos, incluindo K+, H+, Ca2 +, HC0 3 - e íons fosfato (HP0 42 -). A tarefa do corpo é manter o balanço de massa [ ~ p. 133]: se o corpo não precisa, o que entra deve ser excretado. O corpo possui muitas rotas para excretar íons e água. Os rins são a rota primária para a perda de água e para a remoção de muitos íons. Sob condições normais, pequenas quantidades de ambos, água e íons, também são perdidas nas fezes e no suor. Além disso, os pulmões perdem água e ajudam a remover H+ e HC03 - excretando C02 • * N. de T. Pocari Sweat significa bebida de "suor".

651

-

•A

•

Múltiplos sistemas integram o equilíbrio hídrico e eletrolítico O processo do equilíbrio hídrico e eletrolítico é realmente integrado porque envolve os sistemas respiratório e circulatório, além das respostas renais e comportamentais. Ajustes feitos pelos pulmões e pelo sistema circulatório estão prin-

20

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Dee Unglaub Silverthorn

Volume do sangue

Volume do sangue

t Pressão

+

t

do sangue

t Pressão

do sangue

i

t

Receptores de volume atriais, células endócrinas nos átrios e barorreceptores carotídeos e aórticos

Receptores de volume atriais e barorreceptores carotídeos e aórticos

desencadeiam reflexos homeostáticos

Comportamento

Sistema circulatório

t

desencadeiam reflexos homeostáticos

Ri ns

t

Débito cardíaco vasoconstrição

Sede causa ingestão de água

t

'

'.

Sistema circulatório

Rins

+Débito cardíaco, vasodilatação

Excretam sais e H20 na urina

Volume do LEC e do LIC

+ Volume do LEC e do LIC LEGENDA Estímulo Receptor

'

+Pressão do sangue

Conservam H20 para minimizar perdas adicionais de volume

(a) Resposta à redução da pressão e do volume sanguíneos

•

+Pressão do sangue

O O

Q

Efetor Resposta tecid ual Resposta sistêmica

(b) Resposta ao aumento da pressão e do volume sanguíneos

FIGURA 20-1 Respostas integradas do corpo às mudanças no volume e na pressão do sangue.

cipalmente sob controle neural, podendo ser executados de forma bastante rápida. A compensação homeostática pelos rins ocorre de forma mais lenta porque os rins estão principalmente sob controle endócrino e neuroendócrino. Por exemplo, uma pequena mudança na pressão sanguínea, que resulta do aumento ou do decréscimo no volume de sangue, é rapidamente corrigida pelo centro de controle cardiovascular no encéfalo [ $ p. 533]. Se as mudanças de volume são persistentes ou de grande magnitude, os rins agem para ajudar a manter a homeostase. A Figura 20-1 • resume a resposta integrada do corpo a mudanças no volume e na pressão do sangue. Sinais provenientes dos barorreceptores carotídeos e aórticas e dos receptores atriais de volume iniciam uma resposta neural rápida mediada pelo centro de controle cardiovascular, e uma resposta mais lenta gerada pelos rins. Além disso, a baixa pressão do sangue estimula a sede. Em ambas as situações, a função renal é integrada com o sistema circulatório para manter a pressão do sangue dentro de uma faixa normal. Devido à sobreposição das suas funções, uma mudança produzida por um sistema - seja renal ou circulatório - provavelmente tem consequências que afetam o outro. Vias endócrinas iniciadas pelos rins têm efeitos diretos no

sistema circulatório, por exemplo, e hormônios liberados pelas células do miocárdio atuam nos rins. Vias simpáticas provenientes do centro de controle cardiovascular afetam não somente o débito cardíaco e a vasoconstrição, mas também a filtração glomerular e a liberação de hormônios pelos rins. Deste modo, a manutenção da pressão do sangue, do volume do sangue e da osmolaridade do LEC formam uma rede interligada de vias de controle. Esta integração da função em vários sistemas é um dos conceitos mais difíceis na fisiologia mas é também uma das áreas mais excitantes da medicina e da pesquisa fisiológica.

EQUILÍBRIO DA ÁGUA A água é a molécula mais abundante do corpo, constituindo cerca de 50% do peso total de mulheres com idade entre 17 e 39 anos, e 60o/o do peso total do corpo dos homens da mesma faixa etária. Portanto, uma mulher de 60 kg contém cerca de 30 L de água, e um homem "padrão" de 70 kg contém cerca de 42 L. Dois terços dessa água (cerca de 28 L) estão dentro das células, cerca de 3 L estão no plasma, e os 11 L restantes estão no líquido intersticial [ $ Fig. 5-25, p. 158].

653

Fisiologia Humana

A ingestão e a excreção diárias de água são equilibradas Para manter um volume constante de água no corpo, devemos ingerir a mesma quantidade de água que excretamos: a ingestão precisa ser igual à excreção. Existem múltiplas rotas para o ganho e a perda de água diários (Fig. 20-2 e ). Em média, um adulto ingere um pouco mais que 2 L de água na comida e na bebida durante um dia. O metabolismo normal, especialmente a respiração aeróbia (glicose + 0 2 ~ C02 + H 20), adiciona cerca de 0,3 L de água, levando o ganho total de água diário para aproximadamente 2,5 L. Observe que o único meio pelo qual a água normalmente entra no corpo vinda do meio externo é pela absorção através do trato digestório. Diferente de alguns animais, nós não podemos absorver quantidade significativa de água diretamente através da nossa pele. Se os líquidos precisam ser rapidamente repostos ou um indivíduo não é capaz de comer e beber, o líquido pode ser adicionado diretamente ao plasma por meio de injeção intravenosa (IV), um procedimento médico. A maior parte da água é perdida do corpo na urina, a qual tem um volume diário de aproximadamente 1,5 L (Fig. 20-2). Um pequeno volume de água (cerca de 100 mL) é perdido nas fezes. Adicionalmente, a água deixa o corpo pela perda insensível de água. Esta perda de água, chamada de insensível porque normalmente não estamos cientes dela, ocorre através da superfície da pele e durante a exalação de ar umidificado. Embora a epiderme humana seja modificada em uma camada externa de queratina para reduzir a perda de água pela evaporação em um ambiente terrestre [ $ p. 86], ainda perdemos cerca de 900 mL de água insensivelmente a cada dia. Assim, os 2,5 L de água que entram são equilibrados pelos 2,5 L de água que deixam o corpo. Apenas a água perdida na urina pode ser regulada. Embora a urina seja normalmente a principal rota de perda de água, em certas situações outras rotas de perda de água podem-se tornar significativas. A sudorese em excesso é um exemplo. Outra maneira pela qual a água pode ser perdida é a diarreia, uma condição que pode ser uma ameaça para a manutenção do equilíbrio da água, particularmente em bebês. A perda patológica de água rompe a homeostase de duas maneiras. A depleção do volume do compartimento extracelular diminui a pressão do sangue. Se a pressão do sangue não pode ser mantida pelas compensações homeostáticas, os tecidos não recebem oxigênio adequadamente. Também, se a perda de líquido é hiposmótica para o corpo (como é o caso da sudorese excessiva), os solutos deixados no corpo elevam a osmolaridade, alterando potencialmente a função celular. Normalmente, o equilíbrio da água acontece automaticamente. Alimentos salgados nos fazem sentir sede. Beber 1.200 mL de refrigerante significa uma ida extra ao banheiro. O equilíbrio de sal e água (hidroeletrolítico) é um processo sutil do qual estamos apenas perifericamente cientes, como a respiração e os batimentos do coração. Agora que discutimos por que a regulação da osmolaridade é importante, vamos ver como o corpo atinge este objetivo.

Ganho de

Perda de

á ua

á ua

2,2 Udia

Comidas e bebidas Perda insensível de água 0,9 Udia

Pulmões

1,5 Udia

Urina

0,3 Udia

0,1 Udia 2,5 Udia

Totais

2,5 Udia

Ingestão Produção metabólica 2,2 Udia + 0,3 Udia 1

• FIGURA 20-2

Excreção 2,5 Udia

=0

- -

Equilíbrio de água no corpo.

Os rins conservam a água A Figura 20-3 • resume o papel dos rins no equilíbrio da água. A caneca representa o corpo, e sua alça oca representa os rins, onde o líquido do corpo é filtrado para dentro dos néfrons e depois pode ou não ser reabsorvido para dentro do corpo. Parte dos solutos e da água deixam o corpo na urina, mas o volume que sai pode ser regulado, como indicado na parte inferior da alça. A faixa normal para o volume de líquido na caneca situa-se entre a linha tracejada e o topo aberto. O líquido da caneca entra na alça (equivalente a ser filtrado no rim) e retorna para o corpo da caneca para manter seu volume. Se é

A equ ipe médica estava preocupada com o aumento de peso de Lauren durante a corrida. Eles pediram a ela para recordar o que comeu e bebeu durante a corrida. Lauren relatou que, para evitar se desidratar com o clima quente, ela bebeu grandes quantidades de água, além de bebidas e géis esportivos contendo carboidratos e eletrólitos. Questões 1: Dê o nome dos dois principais compartimentos líquidos do corpo e os principais íons de cada compartimento. Questão2: Com base na história de Lauren, dê uma razão para seu peso ter aumentado durante a corrida.

651

Ili

667

669

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20

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Dee Unglaub Silverthorn

Os rins apenas conservam líquidos. Eles não podem restabelecer o volume perdido. Volume ganho

!volume perdido!

•- - - A TFG pode ser ajustada

- --

Taxa de filtração glomerular (TFG)

----- ----------- ---

~

Se

o volume diminui muito, a TFG para

Volume líquido do corpo

Os rins 1---1 reciclam o líquido

.... Os rins conservam o volume ·~~----

Reabsorção regulada de H20

•

Perda de volume • na urina

FIGURA 20-3 Os rins conservam volume mas não podem repor o volume perdido.

adicionado líquido à caneca e esta pode transbordar, o líquido extra pode ser drenado para fora da alça (comparável ao excesso de água excretado na urina). Se um pequeno volume de líquido for retirado da caneca, o líquido ainda continuará fluindo pela alça, porém a perda de líquido pela alça é interrompida para impedir a perda adicional de líquido. A única maneira de repor o líquido perdido é adicionar água proveniente de uma fonte externa à caneca. Para transferir este modelo para o corpo deve-se salientar que os rins

não podem repor a água perdida: tudo o que eles podem fazer é conservá-la. E, como é mostrado no modelo da caneca, se a perda de líquido é grave e o volume diminui abaixo da linha tracejada, o líquido já não flui pela alça, da mesma maneira que uma grande diminuição no volume e na pressão do sangue interrompe a filtração renal.

A medula renal produz urina concentrada A concentração, ou osmolaridade, da urina é uma medida de quanta água é excretada pelos rins. Quando a manutenção da homeostase requer a eliminação do excesso de água, os rins produzem grandes quantidades de urina diluída, com uma osmolaridade tão baixa quanto 50 mOsM. A remoção do excesso de água na urina chama-se diurese (diouren, passar pela urina). (Por este motivo, medicamentos que promovem a excreção da urina são chamados de diuréticos.) Quando os rins estão conservando água, a urina torna-se bastante concentrada, até quatro vezes mais concentrada que o sangue (1.200 mOsM versus 300 mOsM do sangue). Os rins controlam a concentração da urina variando a quantidade de água e de Na+ reabsorvida no néfron distal

(túbulo distal e dueto coletor). Para produzir urina diluída, o rim precisa reabsorver solutos sem permitir que a água os siga por osmose. Isso significa que as membranas apicais das células tubulares não devem ser permeáveis à água. Por outro lado, para concentrar a urina, o néfron precisa ser capaz de reabsorver água mas deixar os solutos no lúmen do túbulo. Mecanisticamente parece simples criar um epitélio que transporta solutos mas é impermeável à água (urina diluída) - simplesmente remover todos os poros de água da membrana apical da célula. Mas mecanisticamente parece muito mais difícil produzir urina concentrada. Como o rim pode reabsorver água sem primeiro reabsorver soluto? Os cientistas acreditavam que a água era transportada ativamente por transportadores, da mesma maneira que o Na+ e outros íons. Contudo, quando foram desenvolvidas técnicas de micropunção para colher amostras de líquido dentro dos túbulos renais, os cientistas descobriram que a água é reabsorvida apenas por osmose através de poros de água (aquaporinas). O mecanismo para reabsorver água sem solutos acaba sendo simples: tornar as células do dueto coletor e o líquido intersticial mais concentrados do que o líquido que flui dentro do túbulo. Assim, se as células tubulares possuem poros de água, a água pode ser reabsorvida a partir do lúmen sem reabsorver solutos primeiro. Esta é na verdade a situação do rim. Devido ao arranjo peculiar de vasos sanguíneos e túbulos renais, discutidos posteriormente, a medula renal mantém uma alta concentração osmótica em suas células e no líquido intersticial. Esta alta osmolaridade intersticial medular permite que a urina seja concentrada à medida que flui pelo dueto coletor. Vamos seguir o líquido filtrado ao longo do néfron e ver onde estas mudanças na osmolaridade ocorrem (Fig. 20-4 e ). O córtex renal tem uma osmolaridade intersticial de cerca de 300 mOsM, mas entrando na medula, a osmolaridade intersticial aumenta continuamente até chegar a cerca de 1.200 mOsM onde os duetos coletores desembocam na pelve renal [ ~Fig. 19-lc, p. 626]. Recorde do capítulo 19 que a reabsorção no túbulo proximal é isosmótica [ ~ p. 628] e o filtrado que entra na alça de Henle tem uma osmolaridade de aproximadamente 300 mOsM (Fig. 20-4 CD). O líquido que deixa a alça de Henle, entretanto, é hiposmótico, com uma osmolaridade de cerca de 100 mOsM. Este líquido hiposmótico é criado quando as células da porção grossa do ramo ascendente da alça transportam Na+, K+ e Cl- para fora do lúmen do túbulo (Fig. 20-4 ®). Estas células são incomuns porque sua superfície apical (voltada para o lúmen do túbulo) é impermeável à água. Assim, quando estas células transportam soluto para fora do lúmen, a água não pode segui-lo, diminuindo a concentração do líquido tubular. A alça de Henle é o local principal onde o rim cria um líquido hiposmótico. Quando o líquido hiposmótico deixa a alça de Henle, ele passa para o néfron distal. Aqui a permeabilidade à água das células do túbulo é variável e sob controle hormonal (Fig. 20-4 @).Quando a membrana apical das células do néfron distal não é permeável à água, a água não pode sair do túbulo, e o filtrado permanece diluído. Uma pequena quan-

Fisiologia Humana

Túbulo proximal

655

Túbulo distal

O líquido isosmótico deixa o túbulo proximal tomando-se progressivamente mais concentrado no ramo descendente. 300 mOsM - - -1

300 mOsM

300

CÓRTEX

100

o

MEDULA fons reabsorvidos, mas não água

600 mOsM Apenas água reabsorvida

A remoção de solutos no ramo ascendente grosso gera o líquido hiposmótico.

A permeabilidade à água é regulada por hormônios

Hormônios controlam a permeabilidade do néfron distal à água e aos solutos.

A osmolaridade da urina depende da reabsorção no dueto coletor.

Reabsorção variável de água e solutos

900 mOsM Alça de Henle 1.200 1.200 mOsM

Dueto-coletor

o

urina excretada 50 a 1.200 mOsM

•

FIGURA 20-4

A osmolaridade muda quando o filtrado flui ao longo do néfron.

20 tidade de soluto adicional pode ser reabsorvida quando o líquido passa pelo dueto coletor, tornando o filtrado ainda mais diluído. Quando isso acontece, a concentração da urina pode ser tão baixa quanto 50 mOsM (Fig. 20-4 ©). Quando a membrana dos duetos coletores é permeáveis à água, a osmose leva a água do lúmen para o líquido intersticial. Quando a permeabilidade à água é máxima, a remoção de água do túbulo deixa a urina concentrada com uma osmolaridade que pode ser tão alta quanto 1.200 mOsM (Fig. 20-4 ©). Por outro lado, quando o corpo precisa conservar água reabsorvendo-a, o epitélio tubular do néfron distal precisa tornarse permeável à água. As células fazem isso inserindo poros de água nas suas membranas apicais. Uma vez que a água pode entrar nas células, a osmose leva a água do lúmen menos concentrado para o líquido intersticial mais concentrado. A reabsorção de água nos rins conserva a água e pode diminuir a osmolaridade do corpo até certo ponto quando associada com a excreção de solutos na urina. Entretanto, lembre-se que os mecanismos homeostáticos dos rins não podem restaurar o volume de líquido perdido. Apenas a ingestão ou a infusão de água pode repor a água que foi perdida.

A vasopressina controla a reabsorção da água Como as células do túbulo distal e do dueto coletor alteram sua permeabilidade à água? Este processo envolve adição ou remoção de poros de água na membrana apical sob estímulo do hormônio da neuro-hipófise, vasopressina [$ p. 229].

FOCO CLINICO

"'... w

DIURESE OSMÓTICA

w O primeiro sina l do diabete melito é uma concentração m e elevada de glicose no sangue. Em diabéticos não trata-

-e

dos, se os níveis de glicose no sangue excederem o limiar renal para a reabsorção da glicose [ $ p. 639], a glicose é excretada na urina. Isso pode não parecer um grande negócio, mas qua lquer soluto adicional não reabsorvível que permanece no lúmen força a excreção ad iciona l de água, causando diurese asmática . Suponha, por exemplo, que os néfrons devam excretar 300 miliosmoles de NaCI. Se a urina está maximamente concentrada a 1.200 mOsM, o NaCI é excretado em um volume de 0,25 L. Contudo, se o NaCI está acompanhado de 300 miliosmoles de glicose que devem ser excretados, o volume de urina dobra para 0,5 L. A diurese osmótica em diabéticos não tratados (principalmente o t ipo 1) causa poliúria (eliminação excessiva de urina) e polidipsia (sede excessiva) [dipsios, sede] como resultado da desidratação e da alta osmolaridade do plasma.

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Dee Unglaub Silverthorn

---------

- - - - - - -- - - - -J 100 mOsM

CÓRTEX

J100 mOsM

300 1 - - - - - - - -

MEDULA

mOsM

100 mOsM

300 mOsM

300 mOsM

600

600 mOsM

600 mOsM

mos

100 mOsM

700 mOsM

900 mOsM

Dueto coletor

--+

800 mOsM

100 mOsM 900 mOsM

900 mOsM

1.000 mOsM 100 mOsM 1.200 mOsM

1.200 mOsM

Urina = 1.200 mOsM

(a) Com o máximo de vasopressina, os duetos coletores são permeáveis à água. A água sai por osmose e é removida pelos capilares vasos retos. A urina é concentrada.

•

FIGURA 20-5

1.200 mOsM

Urina = 100 mOsM

(b) Na ausência da vasopressina, o dueto coletor é impermeável à água, e a urina é diluída.

A vasopressina torna o dueto coletor permeável à água.

Como a vasopressina causa retenção de água no corpo, ela também é conhecida como hormônio antidiurético (ADH). Quando a vasopressina atua nas células-alvo, os poros de água são ingeridos na membrana apical, permitindo à água mover-se para fora do lúmen por osmose (Fig. 20-5a e ). A água move-se por osmose porque a concentração de solutos na célula e no líquido intersticial da medula renal é maior que a do líquido no túbulo. Na ausência de vasopressina, o dueto coletor é impermeável à água (Fig. 20-5b). Embora exista um gradiente de concentração através do epitélio, a água permanece no túbulo produzindo uma urina diluída. A permeabilidade à água do dueto coletor não é um fenômeno tudo-ou-nada, como o parágrafo anterior pode sugerir. A permeabilidade é variável, dependendo de quanta vasopressina está presente. O efeito graduado da vasopressina permite ao corpo ajustar rigorosamente a concentração da urina às necessidades do corpo.

Vasopressina e aquaporinas A maioria das membranas do corpo é permeável à água. O que torna as células do néfron distal diferentes? A resposta está nos poros de água encontrados nestas células. Os poros de água são aquaporinas, uma família de canais de membrana, com pelo menos 1O isoformas diferentes, que existem nos tecidos de mamíferos. Os rins possuem múltiplas isoformas de aquaporinas, incluindo a aquaporina 2 (AQP2), o canal de água regulado por vasopressina. A AQP2 pode ser encontrada em dois locais da célula do dueto coletor: na membrana apical, voltada para o lúmen

do túbulo, e na membrana das vesículas de armazenamento no citoplasma (Fig. 20-6 e ). (Duas outras isoformas de aquaporina estão presentes na membrana basolateral, mas estas não são reguladas pela vasopressina.) Quando os níveis de vasopressina (e, consequentemente, a permeabilidade à água dos duetos coletores) é baixa, as células dos duetos coletores têm poucos poros de água em sua membrana apical e estocam seus poros de água AQP2 nas vesículas citoplasmáticas de armazenamento. Quando a vasopressina proveniente da neuro-hipófise chega ao seu alvo, ela se liga a seu receptor V2 na superfície basolateral da célula (passo 1 na Fig. 20-6). Esta ligação ativa uma proteína G e o sistema de segundo mensageiro do AMPc [ ~ p. 186]. A fosforilação subsequente de proteínas intracelulares faz as vesículas de AQP2 se moverem para a membrana apical e fundirem-se com ela. A exocitose insere os poros de água AQP2 na membrana apical. Agora a célula é permeável à água. Este processo, no qual partes da membrana celular são alternadamente adicionadas por exocitose e removidas por endocitose, é conhecido como reciclagem da membrana [~ Fig. 5-21, p . 153]. REVISANDO CONCEITOS 1. A membrana apical de uma célula do dueto coletor tem mais poros de água quando a vasopressina está presente ou quando ela está ausente? 2. Se a secreção da vasopressina é suprimida, a urina será diluída ou concentrada 7 Respostas: p. 684

Fisiologia Humana

657

Secção transversal do túbulo renal o o o o o o

o o ,.., o o o

Lúmen do dueto coletor

Líquido intersticial medular

Célula do dueto coletor

Vasos retos

o

A vasopressina liga-se ao receptor de membrana. Filtrado 300 mOsM

600 mOsM 600 mOsM

~-:E:---~@------~~@-~-----TJ

~

O

O receptor ativa o sistema de segundo mensageiro do AMPc. 700mOsM

Vesículas de armazenamento A célula insere poros de água AQP2 na membrana apical. do segundo

Exocitose das vesículas

AMPc~-...

- - --tt-:-v=asi;pressina

o

aquaporina 2

A água é reabsorvida por osmose para o sangue.

o Receptor de vasopressina

e

FIGURA 20-6

o

A vasopressina causa a inserção de poros de água na membrana apical.

O volume e a osmolaridade sanguíneos ativam osmorreceptores Que estímulos controlam a secreção da vasopressina? Existem três: a osmolaridade do plasma, o volume do sangue e a pressão do sangue (Fig. 20-7 e ). O estímulo mais potente para a liberação da vasopressina é um aumento na osmolaridade plasmática. A osmolaridade é monitorada por osmorreceptores, neurônios sensíveis ao estiramento que aumentam sua frequência de disparo quando a osmolaridade aumenta. Nosso modelo atual indica que quando os osmorreceptores encolhem, canais de cátion inespecíficos associados aos filamentos de actina se abrem, despolarizando a célula. Os principais osmorreceptores que regulam a liberação da vasopressina se encontram no hipotálamo. Quando a osmolaridade plasmática está abaixo do valor limiar de 280 mOsM, os osmorreceptores não disparam, e a liberação da vasopressina pela hipófise cessa (Fig. 20-8 e ). Se a osmolaridade do plasma aumenta acima de 280 mOsM, os osmorreceptores estimulam a liberação da vasopressina. A redução da pressão e do volume sanguíneos são estímulos menos poderosos para a liberação da vasopressina. Os principais receptores que detectam a redução de volume são receptores sensíveis ao estiramento presentes nos átrios. A pressão do sangue é monitorada pelos mesmos barorreceptores carotídeos e aórticas que iniciam as respostas cardiovasculares [ ~ p. 533]. Quando a pressão ou o volume do sangue são baixos, estes receptores sinalizam para o hipotálamo secretar vasopressina e conservar líquido.

Em adultos, a secreção de vasopressina também apresenta um ritmo cicadiano, com secreção aumentada durante a noite. Como resultado desse aumento, menos urina é produzida durante a noite do que durante o dia. E a primeira urina excretada pela manhã é mais concentrada. Uma teoria para . ,. . a causa da enurese noturna em crianças e que essas crianças têm um retardo no desenvolvimento do padrão normal de secreção aumentada de vasopressina durante a noite. Com menos vasopressina, o débito urinário da criança permanece elevado, fazendo com que a bexiga urinária encha até sua capacidade máxima e esvazie espontaneamente durante o sono. Muitas dessas crianças podem ser tratadas com um spray nasal de desmopressina, um derivado da vasopressina, administrada na hora de dormir. R VISANDO CONCEITOS 3. Um cientista, monitorando a atividade de osmorreceptores, observa que a infusão de salina hiperosmótica (NaCI) causa aumento nos disparos dos osmorreceptores. A infusão de ureia hiperosmótica (um soluto penetrante) [ ~ p. 161] não tem efeito na frequência de disparo. Se os osmorreceptores disparam apenas quando o volume celular diminui, explique por que a ureia hiperosmótica não os afeta. 4. Se a vasopressina aumenta a reabsorção da água para os vasos sanguíneos de um néfron, a secreção da vasopressina é aumentada ou diminuída com a desidratação? 5. Experimentos sugerem que há osmorreceptores periféricos no lúmen do trato digestório superior e na veia porta do fígado [Fig. 14-1, p. 470]. Qual é o significado adaptativo da presença de osmorreceptores nesses locais? Respostas: p. 684

20

658

Dee Unglaub Silverthorn

Osmolaridade maior que 280 mOsM

l

Redução do estiramento atrial devido ao baixo volume ' sangu1neo

..

'-Osmorreceptores

Receptor atrial de estiramento

hipotalâmicos

lnterneurônios para o hipotálamo

Neurônio sensorial para o hipotálamo

Redução da pressão ' sangu1nea

r

l Barorreceptores carotídeo e aórtico

Neurônio sensorial para o hipotálamo

Neurônios hipotalâmicos que sintetizam vasopressina

Vasopressina (liberada da neuro-hipófise)

Epitélio do dueto coletor '

Inserção de poros de água na membrana apical

LEGENDA Estímulo

O O

Receptor Via aferente Centro integrador

O

Via eferente

O

Efetor

O

Resposta tecidual

Q

Resposta sistêm ica

'

Aumento da reabsorção de água para conservar água

•

FIGURA 20-7

A alta osmolaridade e a baixa pressão sanguínea causam a liberação de vasopressina.

1 :::::. o 10 E

A alça de Henle é um multiplicador de contracorrente

·rn E cn -rn

A vasopressina é o sinal para a reabsorção de água para fora do túbulo do néfron, mas o fator chave para a capacidade do rim de produzir urina concentrada é a alta osmolaridade do interstício medular (compartimento de líquido intersticial do rim). Sem ela não haveria gradiente de concentração para o movimento osmótico da água para fora do dueto coletor. O que gera esta alta osmolaridade do LEC? E por que a osmolaridade do líquido intersticial não é reduzida quando a água é reabsorvida do dueto coletor e do ramo descendente da alça de Henle (ver Fig. 20-4)? As respostas a estas questões estão no arranjo anatômico da alça de Henle e seus vasos sanguíneos associados, os vasos retos. Juntas, essas estruturas formam um sistema de troca por contracorrente.

o(..)

Cl. ...__.

Cl.

o

e rn e ·u;

5

cn a> ~

Cl.

ocn

~ 280

•

290 300 Osmolaridade do plasma (mOsM)

FIGURA 20-8 Efeito da osmolaridade do plasma na secreção da vasopressina pela neuro-hipófise.

Fisiologia Humana

•

FIGURA 20-9 Troca de calor por contracorrente.

Sangue quente

\

Sangue frio

Sangue quente

f

659

Sangue quente

t Calor perdido • para o meio externo

'------ Membro

(a) Se os vasos sanguíneos não estão próximos um do outro, o calor é dissipado para o meio externo.

Sistemas de troca por contracorrente o sistema de troca por contracorrente requer vasos de sangue arterial e sangue venoso que passam muito perto um do outro, com seu fluxo de líquido movendo-se em direções opostas (o nome contracorrente reflete o fato de os dois fluxos correrem em direções opostas). Este arranjo anatômico permite a transferência passiva de calor ou moléculas de um vaso para o outro. Como a troca de calor pelo sistema contracorrente é mais fácil de entender, primeiro vamos examinar como ele funciona e depois aplicar o mesmo princípio para o rim. A troca de calor pelo sistema de contracorrente em mamíferos e aves evoluiu para reduzir a perda de calor das asas, das caudas e de outros membros que têm pouco isolamento e alta relação área de superfície/volume. Sem um trocador de calor, o sangue quente que flui do centro do corpo para o membro facilmente perderia calor para o meio externo (Fig. 20-9a e ). Com um sistema de troca por contracorrente, o sangue arterial quente que entra no membro transfere seu calor para o sangue venoso mais frio que flui da extremidade do membro de volta para o centro do corpo (Fig. 20-9b). Este arranjo reduz a quantidade de calor perdida para o meio externo. O sistema de troca por contracorrente do rim - a alça de Henle - funciona seguindo o mesmo princípio, exceto pelo fato de que transfere água e solutos, ao invés de calor. Contudo, como o rim forma um sistema fechado, os solutos não são perdidos para o meio externo. Ao invés disso, os solutos se concentram no interstício. Este processo é ajudado pelo transporte ativo de solutos para fora do ramo ascendente, o qual torna a osmolaridade do LEC ainda maior. Um sistema de troca por contracorrente no qual a troca é aumentada pelo transporte ativo de solutos é chamado de multiplicador de contracorrente.

{b) A troca de calor por contracorrente permite que o sangue quente que entra no membro transfira calor diretamente para o sangue que flui de volta para o corpo.

Multiplicador de contracorrente renal Uma visão geral do sistema multiplicador de contracorrente da medula renal é mostrada na Figura 20-1 Oa • . O sistema tem dois componentes: a alça de Henle que deixa o córtex, mergulha no meio mais concentrado da medula, e depois sobe para o córtex novamente, e os capilares peritubulares conhecidos como vasos retos. Esses capilares, do mesmo modo que a alça de Henle, mergulha na medula e depois volta para o córtex, também formando alças semelhantes a grampos de cabelo. Embora os livros-texto tradicionalmente mostrem um único néfron com uma única alça capilar (como na Fig. 20-lOa), cada rim tem milhares de duetos coletores e alças de Henle dispostos entre milhares de capilares vasos retos, dificultando a associação direta entre um néfron e seu suprimento vascular. Funcionalmente, o sangue flui nos vasos retos na direção oposta ao fluxo do filtrado nas alças de Henle, como mostrado na Figura 20-1 Oa. Vamos ver como o líquido se move pela alça. O filtrado isosmóticos do túbulo proximal flui primeiro para o ramo descendente da alça de Henle. O ramo descendente é permeável à água, mas não transporta íons. Conforme a alça mergulha na medula, a água move-se por osmose do ramo descendente para o líquido intersticial progressivamente mais concentrado, deixando os solutos no lúmen do túbulo. O filtrado torna-se progressivamente mais concentrado à medida que se move para o interior da medula. Na ponta das alças de Henle mais longas, o filtrado alcança uma concentração de 1.200 mOsM. O filtrado nas alças mais curtas (as quais não se estendem para dentro das regiões mais concentradas da medula) não alcança essa alta concentração. Quando o líquido flui na direção inversa e entra no ramo ascendente da alça, as propriedades do epitélio tubular

20

660

Dee Unglaub Silverthorn

O filtrado entrando no ramo descendente torna-se progressivamente mais concentrado à medida que perde água.

O sangue nos vasos retos remove a água que deixa a alça de Henle.

O ramo ascendente bombeia para fora Na+, K+ e c 1- , e o filtrado torna-se hiposmótico.

100 mOsM saindo da alça

~ 300 mOsM

300 mOsM

300 mOsM

100 mOsM A água não

500

pode seguir o soluto 500

r oº 600

600

600

Reabsorção de sal 600 2 CI

Lfquido intersticial

Célula da alça ascendente de Henle

1.200 mOsM entrando na alça ascendente de Henle

(b) A reabsorção ativa de íons no ramo ascendente grosso produz um filtrado diluído no lúmen.

LEGENDA

H20 =

c1- =

(a) Troca por contracorrente na medula do rim.

e

Ü Q

K+ =

0

Na+ =

FIGURA 20-10 Troca por contracorrente na medula do rim. O ramo ascendente grosso da alça de Henle transporta sal para produzir uma urina diluída.

mudam. O epitélio tubular neste segmento do néfron é impermeável à água ao passo que transporta ativamente Na+, K+ e Cl- do túbulo para o líquido intersticial. A perda de soluto do lúmen faz com que a osmolaridade do filtrado diminua continuamente, desde 1.200 mOsM na curva da alça até 100 mOsM no ponto onde o ramo ascendente deixa a medula e entra no córtex. O resultado final do multiplicador de contracorrente no rim é produzir líquido intersticial hiperosmótico na medula e filtrado hiposmótico saindo no final da alça de Henle. Normalmente, cerca de 25% de toda a reabsorção de Na+ e K+ acontecem no ramo ascendente da alça. Alguns transportadores responsáveis pela reabsorção ativa de íons na porção grossa do ramo ascendente são mostrados na Figura 20-lOb. e . O transportador do simporte NKCC usa a energia armazenada no gradiente de concentração do Na+ para transportar Na+ I K+ e 2 c1- do lúmen para dentro das células epiteliais do ramo ascendente. A Na+-K+-ATPase remove Na+da célula na superfície basolateral do epitélio, enquanto o K+ e o Cl- deixam a célula juntos por meio de uma proteína cotransportadora ou através de canais abertos (de vazamento). O transporte mediado NKCC pode ser inibido por medicamentos conhecidos como "diuréticos de alça", como a furosemida (Lasix).

REVISANDO CONCEITOS 6. Explique por que um paciente que toma um diurético de alça que inibe a reabsorção de solutos excreta um volume de urina maior que o normal. 7. Os diuréticos que inibem o simportador NKCC são algumas vezes chamados de diuréticos "espoliadores de potássio" . Explique por que pessoas que estão ingerindo diuréticos de alça precisam aumentar sua ingestão de K+. Respostas: p. 684 ,

Os vasos retos removem a água E fácil entender como o transporte de solutos para fora do ramo ascendente da alça de Henle dilui o filtrado e ajuda a concentrar o líquido intersticial na medula. Então, por que a água que deixa o ramo descendente da alça (ver Fig. 20-lOa) não dilui o líquido intersticial na medula? A resposta está na íntima associação anatômica da alça de Henle e dos capilares peritubulares conhecidos como vasos retos (vasa recta). A água ou os solutos que deixam o túbulo se movem para dentro dos vasos retos se um gradiente de concentração ou osmótico existir entre o interstício medular e o sangue nos vasos retos. Por exemplo, assuma que, no ponto no qual os vasos retos entram na medula, o sangue nos vasos retos ' tenha 300 mOsM, sendo isosmótico com o córtex. A medi-

Fisiologia Humana

da que o sangue flui cada vez mais para dentro da medula, ele perde água e captura os solutos que foram transportados para fora do ramo ascendente da alça de Henle, carregando estes solutos mais para dentro da medula. Quando o sangue chega no fundo da alça dos vasos retos, ele possui uma osmolaridade alta, semelhante à do líquido intersticial circundante (1.200 mOsM). Então, conforme o sangue nos vasos retos flui de volta em direção ao córtex, a alta osmolaridade do plasma atrai a água que está sendo perdida do ramo descendente, como mostra a Figura 20-lOa. O movimento desta água para dentro dos vasos retos diminui a osmolaridade do sangue, enquanto simultaneamente impede a água de diluir o líquido intersticial medular que está concentrado. O resultado final deste arranjo é que o sangue fluindo ao longo dos vasos retos remove a água reabsorvida da alça de Henle. Sem os vasos retos, a água movendo-se para fora do ramo descendente da alça de Henle diluiria o interstício medular. Dessa forma, os vasos retos são parte importante na manutenção da alta concentração de solutos na medula.

A ureia aumenta a osmolaridade do interstício medular A alta concentração de solutos no interstício medular é apenas parcialmente decorrente do NaCl. Aproximadamente metade dos solutos neste compartimento é ureia. De onde vem esta ureia? Durante muitos anos, os cientistas pensaram que a ureia cruzava as membranas celulares apenas por transporte passivo. Entretanto, atualmente, sabemos que há transportadores de membrana para a ureia nos duetos coletores e na alça de Henle. Uma família de transportadores consiste em transportadores de difusão facilitada, e a outra família possui transportadores do transporte ativo secundário dependente de Na+. Estes transportadores de ureia ajudam a concentrar a ureia no interstício medular, onde ela contribui para a alta osmolaridade intersticial.

EQUILÍBRIO DO SÓDIO E DO VOLUME DO LEC Com uma dieta norte-americana média, ingerimos uma quantidade grande de NaCl - aproximadamente 9 g por dia. Isto é cerca de 2 colheres de chá de sal, ou 155 miliosmoles de Na+ e 155 miliosmoles de Cl-. Vamos ver o que aconteceria ao nosso corpo se o rim não conseguisse se livrar desse Na+. (Lembre-se do Capítulo 19 que o Cl- segue o gradiente elétrico criado pelo transporte do Na+ [ ~ p. 635] .) Nossa concentração normal de Na+ no plasma, mensurada em uma amostra de sangue venoso, é 135 a 145 miliosmoles de Na+ por litro de plasma. Como o Na+ se distribui livremente entre o plasma e o líquido intersticial, este valor também representa nossa concentração de Na+ no LEC. Se adicionarmos 155 miliosmoles de Na+ ao LEC, quanta água teremos de adicionar para manter a concentração de Na+ no LEC em 140 mOsM? Uma forma de responder esta pergunta , por uma equaçao e 155 mosmol/x litros x

= =

140 mosmol/litro 1, 1 litros

661

Teríamos de adicionar mais que um litro de água ao LEC para compensar a adição de Na+. O volume normal do LEC é de aproximadamente 14 L, de modo que esse aumento no volume iria representar um ganho de cerca de 8%! Imagine o que este aumento de volume faria à pressão sanguínea. Suponha, entretanto, que ao invés de adicionar água para manter a concentração do plasma constante, adicionamos NaCl, mas não bebemos água. O que acontece com a osmolaridade agora? Se assumimos que a osmolaridade normal total do corpo é 300 mOsM e que o volume de líquido no corpo é 42 L, a adição de 155 miliosmoles de Na+ e 155 miliosmoles de Cl- aumentaria a osmolaridade total do corpo para 307 mOsM* - um aumento substancial. Além disso, devido ao fato de o NaCl ser um soluto não penetrante, ele permaneceria no LEC. A osmolaridade mais alta do LEC tiraria água das células, fazendo com que elas encolhessem e alterando a função celular normal. Felizmente, nossos mecanismos homeostáticos geralmente mantêm o balanço de massa: qualquer quantidade extra que entra no corpo é excretada. A Figura 20-11 • mostra uma via homeostática geral para o equilíbrio do sódio em resposta à ingestão de sal. Ela funciona da seguinte maneira: A adição de NaCl no corpo aumenta a osmolaridade. Este estímulo desencadeia duas respostas: a secreção de vasopressina e a sede. A vasopressina liberada faz os rins conservarem água (por reabsorção de água do filtrado) e concentrarem a urina. A sede nos leva a beber água ou outros líquidos. O aumento da ingestão de líquido diminui a osmolaridade, mas a combinação da ingestão de sal e água aumenta tanto o volume do LEC como a pressão sanguínea. Estes aumentos então disparam outra série de vias de controle, as quais trazem o volume do LEC, a pressão sanguínea e a osmolaridade total de volta para a faixa normal excretando o sal e a água extras. Os rins são responsáveis pela maior parte da excreção de Na+, e normalmente apenas uma pequena quantidade de Na+ deixa o corpo nas fezes e na transpiração. Contudo, em situações como vômito, diarreia e sudorese intensa, podemos perder quantidades significativas de Na+ e Cl- por rotas não renais. Embora falemos de ingestão e perda de sal (NaCl), apenas a reabsorção do Na+ renal é regulada. E de fato, os estímulos que ativam a via do equilíbrio do Na+ são mais intimamente associados ao volume e à pressão sanguíneos do que aos níveis de Na+. O movimento do cloreto normalmente segue o movimento do Na+, indiretamente via gradiente eletroquímico criado pelo transporte do Na+ ou diretamente via transportadores de membrana, como o transportador NKCC da alça de Henle ou o transportador do simporte Na+Cl - do túbulo distal.

A aldosterona controla o equilíbrio do sódio A regulação dos níveis de Na+ no sangue ocorre por meio de uma das vias endócrinas mais complicadas do corpo. A reab* (155 mosmol Na+ + 155 mosmol Cl-)/42 L = 7,4 mosmol/L adicionados; 300 mosmol/L iniciais + 7,4 mosmol/L adicionados= 307 müsM finais

20

662 •

Dee Unglaub Silverthorn

FIGURA 20-11 Respostas homeostáticas à ingestão de sal.

Ingestão de sal (NaCI)

i Sem mudança no +volume, os molaridade

Sede Vasopressina secretada

+

+ Reabsorção renal de água

Ingestão de água

+Volume doLEC

Rins conservam água

Rins excretam sal e água (resposta lenta)

+Pressão sanguínea

Reflexo cardiovascular diminui , a pressao sangu1nea (resposta rápida)

-

QUESTÃO DA FIGURA Mapeie a via do reflexo cardiovascular representada por O .

Osmolaridade retorna ao normal

sorção do Na+ no túbulo distal e nos duetos coletores do rim é regulada pelo hormônio esteroide aldosterona: quanto mais aldosterona, mais reabsorção de Na+. Como um objetivo da aldosterona é aumentar a atividade da Na+-K+ -ATPase, a aldosterona também causa a secreção de K+. A aldosterona é um hormônio esteroide sintetizado no córtex da suprarrenal, a porção externa da glândula que se situa no topo de cada rim [ $ p. 394]. Assim como outros hormônios esteroides, a aldosterona é secretada no sangue e transportada por uma proteína carreadora até seu alvo. O sítio primário da ação da aldosterona é o último terço do túbulo distal e a porção do dueto coletor que percorre o córtex do rim (o dueto coletor cortical). O alvo primário da aldosterona são as células principais, ou células P (Fig. 20-12 e ). As células principais são arranjadas de forma muito parecida a outras células epiteliais transportadoras polarizadas, com bombas Na+-K+-ATPase na membrana basolateral, e vários canais e transportadores na membrana apical [ ~ p. 155]. Nas células principais, a membrana apical contém canais de vazamento para Na+ (chamados de ENaC, canais epiteliais de Na+) e para K+ (chamados de ROMK, canais de K+ da medula renal externa)*. A aldosterona entra nas células P por difusão simples. Uma vez no meio intracelular, combina-se com um receptor *N. de T. ENaC, de epithelial Na+ channel; e ROMK, de renal outer medulla K +channel.

Volume e pressão do sangue retornam ao normal

citoplasmático (Fig. 20-12 ©). Na fase inicial da resposta, os canais a picais de Na+ e K+ aumentam seu tempo de abertura sob a influência de uma molécula sinalizadora que ainda não foi identificada. À medida que os níveis de Na+ intracelular aumentam, a Na+-K+ -ATPase acelera, transportando Na+ citoplasmático para o LEC e trazendo K+ do LEC para dentro das células P. O resultado líquido é um rápido aumento na reabsorção de Na+ e na secreção de K+ que não requer a síntese de um novo canal ou proteínas ATPases. Na fase mais lenta da ação da aldosterona, novos canais e bombas são sintetizados e inseridos nas membranas celulares epiteliais (Fig. 20-12 ©). Observe que a reabsorção de Na+ e a reabsorção de água são reguladas separadamente no néfron distal. A água não segue automaticamente a reabsorção do Na+: a vasopressina precisa estar presente para tornar o epitélio do néfron distal permeável à água. Em contraste, a reabsorção do Na+no túbulo proximal é automaticamente seguida pela reabsorção da água, pois o epitélio do túbulo proximal é sempre livremente permeável à água. R

VISANDO CONCEITOS 8. Na Figura 20-12, que força(s) faz( em) o Na+ e o K+ cruzarem a membrana apical? 9. Se uma pessoa tem hipercalem ia, o que acontece ao potencial da membrana em repouso e com a excitabilidade de neurónios e do miocárdio? Respostas: p. 685

Fisiologia Humana

o o o o o o

Líquido intersticial

Célula P do néfron distal o

Sangue

()

A aldosterona liga-se a um receptor citoplasmático.

o

~

Lúmen do túbulo distal

'\

T.ranscrição

G+ RNAm E)Traduçãoe síntese proteica ~

Novos canais

Aldosterona ~/--

-+-

Receptor de aldosterona

/ o o

o

Novas bombas

o

K+ secretado +-------3~---

Na+ reabsorvido - --t-- - . Na+ -

São sintetizados novos canais e novas bombas.

As proteínas induzidas por aldosterona modificam proteínas existentes.

ATP - - -- - - - - ----""'-..,-<-......

o

FIGURA 20-12

O complexo hormônioreceptor inicia a transcrição no núcleo.

ATP

Proteínas modulam ~canais e bombas existentes

e

663

O resultado é o aumento da reabsorção de Na+ e da secreção de K+.

A aldosterona atua nas células principais.

A pressão sanguínea baixa estimula a secreção da aldosterona O que controla a secreção fisiológica da aldosterona a partir do córtex suprarrenal? Há dois estímulos principais: concentração extracelular de K+aumentada e pressão sanguínea diminuída. As concentrações elevadas de K+ atuam diretamente no córtex suprarrenal em um reflexo que protege o corpo da hipercalemia. O decréscimo da pressão sanguínea ativa uma via complexa que resulta na liberação de um hormônio, a angiotensina II, que estimula a secreção de aldosterona em muitas situações. Dois fatores adicionais modulam a liberação da aldosterona em estados patológicos: um aumento na osmolaridade do LEC atua diretamente nas células do córtex suprarrenal inibindo a secreção da aldosterona durante a desidratação, e uma redução anormalmente grande (10 a 20 meq/L) de Na+ no plasma pode estimular diretamente a secreção de aldosterona. Sistema renina-angiotensina-aldosterona A angiotensina II (ANG II) é o sinal usual que controla a liberação da aldosterona do córtex suprarrenal. A ANG II é um componente do sistema renina-angiotensina-aldosterona (SRAA), uma via complexa com várias etapas para a manutenção da pressão do sangue. A via SRAA inicia quando as células granulares justaglomerulares nas arteríolas aferentes de um néfron [$ p. 634] secretam uma enzima chamada de renina (Fig. 20-13 e ). A renina converte uma proteína plasmática inativa, angiotensinogênio, em angiotensina I (ANG I). (O sufixo -ogênio indica um precursor inativo.) Quando a ANG 1 no sangue en-

contra uma enzima denominada enzima conversora da angiotensina (ECA), a ANG 1 é convertida em ANG II. Pensava-se que esta conversão acontecesse apenas nos pulmões, mas sabe-se agora que a ECA está presente no endotélio dos vasos sanguíneos em todo o corpo. Quando a ANG II no sangue alcança a glândula suprarrenal, ela estimula a síntese e a liberação da aldosterona. Finalmente, no néfron distal, a aldosterona inicia uma série de reações intracelulares que causam a reabsorção de Na+ no túbulo. Os estímulos que ativam a via SRAA são todos relacionados direta ou indiretamente com a baixa pressão do sangue (Fig. 20-14 e ): 1. As células granulares são diretamente sensíveis à pressão do sangue. Elas respondem à baixa pressão do sangue nas arteríolas renais, secretando renina. 2. Os neurônios simpáticos, ativados pelo centro de controle cardiovascular quando a pressão do sangue diminui, terminam nas células granulares e estimulam a secreção de renina. 3. A retroalimentação parácrina - da mácula densa no túbulo distal* para as células granulares - estimula a liberação de renina [ ~ p. 633]. Quando o fluxo de líquido no túbulo distal é relativamente alto, as células da mácula densa liberam substâncias parácrinas, as quais inibem a liberação de renina. Quando o fluxo de líquido no túbu-

*N. de T. A mácula densa localiza-se no limite entre o túbulo distal e o porção grossa do ramo ascendente da alça de Henle, por isso algumas vezes é mencionada uma ou outra localizaç.ão.

20

664

Dee Unglaub Silverthorn

produz constantemente

Fígado

Ang iotensinogênio no plasma

QUESTÃO DA FIGURA -4- Pressão

. sangu1nea

->

granulares (rim)

produzem .

Renina

Adicione vias eferentes e/ou efetores às vias marcadas com O .

' J

'

ANG 1 no plasma contém Endotélio dos - -vasos sanguíneos

Enzima ECA • 'I

ANG li no plasma ...

Arteríolas

Vasoconstrição

~

suprarrenal controle cardiovascular no bulbo

Hipotálamo

t Aldosterona

t

Resposta cardiovascular

t Vasopressina

tSede

t Reabsorção do Na+

t Volume ' sangu1nea

•

e mantém a osmolaridade

FIGURA 20-13 Sistema renina-angiotensina-aldosterona (SRAA). Este mapa resume o controle da secreção da aldosterona, bem como os efeitos da ANG li aumentando a pressão sanguínea.

lo distal diminui, as células da mácula densa sinalizam para as células granulares secretarem renina.

direta e indiretamente por meio de quatro vias adicionais (Fig. 20-13):

A reabsorção de sódio não eleva diretamente a pressão do sangue, mas a retenção de Na+ aumenta a osmolaridade, estimulando a sede. Quando a pessoa bebe mais líquido o volume do LEC aumenta (ver Fig. 20-11). Qu.a ndo o volume do sangue aumenta, a pressão do sangue também aumenta. Contudo, os efeitos da via SRAA não estão limitados à liberação da aldosterona. A angiotensina II é um hormônio notável com efeitos adicionais que levam ao aumento da pressão do sangue. Estas ações fazem da ANG II um hormônio importante por si mesmo, não meramente como uma etapa intermediária na via de controle da aldosterona.

1. A ANG II aumenta a secreção de vasopressina. Receptores de ANG II no hipotálamo iniciam este reflexo. A retenção de líquido nos rins sob a influência da vasopressina ajuda a conservar o volume do sangue, mantendo assim a pressão do sangue. 2. A ANG II estimula a sede. A ingestão de líquido é uma resposta comportamental que aumenta o volume sanguíneo e eleva a pressão sanguínea. 3. A ANG II é um dos mais potentes vasoconstritores conhecidos em humanos. A vasoconstrição faz com que a pressão sanguínea aumente sem que ocorra mudança no volume do sangue. 4. A ativação de receptores de ANG II no centro de controle car-

A angiotensina li tem muitos efeitos A angiotensina II tem efeitos significativos no equilíbrio hídrico e na pressão sanguínea, além de estimular a secreção de aldosterona, demonstrando a função integrada dos sistemas renal e circulatório. A ANG II aumenta a pressão sanguínea

diovascular aumenta a estimulação simpática do coração e dos vasos sanguíneos. A estimulação simpática aumenta o débito cardíaco e a vasoconstrição, os quais aumentam a pressão do sangue.

Fisiologia Humana

O peptídeo natriurético atrial promove a excreção de Na+ e de água

:+-Pressão do sangue

Centro de controle cardiovascular

+ TFG Efeito direto

+Fluxo de NaCI

+

Atividade simpática

através

\ Mácula densa do túbulo distal

Substâncias. Células granulares t---1 parácrinas > da arteríola aferente

+secreção de renina

•

665

FIGURA 20-14 A diminuição da pressão sanguínea estimula a secreção de renina.

Uma vez que os efeitos de elevação da pressão sanguínea da ANG II se tornaram conhecidos, não foi surpreendente que a indústria farmacêutica começasse a procurar medicamentos que bloqueiem a ANG II. Suas pesquisas produziram uma nova classe de medicamentos anti-hipertensivos chamados de inibidores da ECA. Estes medicamentos bloqueiam a conversão de ANG 1 em ANG II mediada pela ECA, ajudando assim a relaxar os vasos sanguíneos e baixar a pressão sanguínea. Menos ANG II também significa menos liberação de aldosterona, uma redução na reabsorção de Na+ e por fim um decréscimo no volume do LEC. Todas essas respostas contribuem para baixar a pressão sanguínea. Contudo, a inibição da ECA não acontece sem efeitos colaterais. A ECA inativa uma citocina chamada de bradicinina. Quando a ECA é inibida por medicamentos, os níveis de bradicinina aumentam, e em alguns pacientes isso produz uma tosse seca. Uma solução foi desenvolver fármacos chamados de bloqueadores do receptor de angiotensina que bloqueiam o efeito de aumento da pressão sanguínea da ANG II nas células-alvo ao ligar-se ao receptor AT1 • Recentemente, outra nova classe de fármacos foi aprovada, os inibidores diretos da renina. Eles diminuem a atividade plasmática da renina, o que bloqueia a produção de ANG 1 e inibe toda a via RAA. VISANDO CONCEITOS Um homem vai ao médico com hipertensão arterial. Exames mostram que ele também possui níveis plasmáticos elevados de ren ina e presença de placas ateroscleróticas que quase bloqueavam o f luxo sanguíneo nas suas artérias renais. Como a diminuição do fluxo de sangue nas suas artérias renais eleva os níveis de renina? 11 . Descreva as vias pelas quais a elevação da renina causa aumento da pressão sanguínea no homem mencionado. Respostas: p. 685

Quando se soube que a aldosterona e a vasopressina aumentam a reabsorção de Na+ e água, os cientistas se perguntaram que outros hormônios podiam causar a perda de Na+ na urina, ou natriurese (natrium, sódio + ourein, urinar), e a perda de água na urina (diurese). Se encontrados, esses hormônios poderiam ser usados clinicamente para diminuir o volume e a pressão do sangue em pacientes com hipertensão essencial [ $ p. 539]. Durante anos de pesquisa, contudo, não foram encontradas evidências da existência de outros hormônios. Então, em 1981, um grupo de pesquisadores canadenses observou que injeções do homogeneizado atrial de rato causavam uma rápida, mas breve excreção de Na+ e água na urina de ratos. Eles pensaram ter achado o hormônio que faltava, com atividade complementar à da aldosterona e da vasopressina. Eles tinham descoberto o primeiro peptídeo natriurético, um membro de uma família de hormônios que parecem ser antagonistas endógenos do SRAA. O peptídeo natriurético atrial (PNA; também conhecido como atriopeptina) é um hormônio peptídeo produzido em células especializadas do miocárdio no átrio do coração. Ele é sintetizado como parte de um grande pró-hormônio que é clivado em vários fragmentos de hormônio ativo [$ p. 221]. Um hormônio relacionado, o peptídeo natriurético cerebral (BNP), é sintetizado por células miocárdicas ventriculares e por certos neurônios do cérebro. Ambos os peptídeos natriuréticos são liberados pelo coração quando as células miocárdicas estiram mais do que o normal, como ocorre quando o volume de sangue aumenta. Os peptídeos ligam-se a receptores de membrana que sinalizam via sistema do segundo mensageiro GMPc. Em nível sistêmico, os peptídeos natriuréticos aumentam a excreção de água e de Na+, mas o mecanismo exato pelo qual eles fazem isso não está claro (Fig. 20-15 e ). Os peptídeos natriuréticos aumentam a TFG e diminuem diretamente a reabsorção de NaCl e água no dueto coletor. O mecanismo celular pelo qual os peptídeos natriuréticos afetam a reabsorção tubular não é claro. Os peptídeos natriuréticos também atuam indiretamente para aumentar a excreção de Na+ e água pela inibição da liberação de renina, aldosterona e vasopressina (Fig. 20-15), ações que reforçam o efeito natriurético-diurético. Além disso, os peptídeos natriuréticos agem diretamente no centro de controle cardiovascular do bulbo para diminuir a pressão ,. sangu1nea. O BNP é agora reconhecido como um importante marcador biológico para a insuficiência cardíaca porque a produção desta substância aumenta com a dilatação ventricular e com o aumento da pressão ventricular. De acordo com uma estimativa realizada em 2004, mais de 70% dos hospitais dos Estados Unidos dosam os níveis de BNP para auxiliar no diagnóstico da insuficiência ventricular. Também foi mostrado que este peptídeo é um indicador independente de insuficiência cardíaca e morte súbita causadas por arritmias cardíacas.

20

666 •

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FIGURA 20-15 Os peptídeos natriuréticos promovem a excreção de sal e de água.

O aumento no volume do sangue causa aumento do estiramento atrial

Células miocárdicas atriais se estiram e liberam

Peptídeos natriuréticos

Hipotálamo

Menos vasopressina

Córtex suprarrenal

Rim

Aumento daTFG

Diminuição da renina

1--+1

Menos aldosterona

Bulbo

Diminuição da ' pressao sangu1nea

-

t Excreção de NaCI e H20

EQUILÍBRIO DO POTÁSSIO A aldosterona (mas não outros fatores da via SRAA) também desempenha um papel crítico na homeostase do potássio. Apenas cerca de 2% do K+ corporal estão no LEC, mas os mecanismos regulatórios mantêm a concentração de K+ no plasma dentro de uma faixa estreita (3,5 a 5 meq/L) . Sob condições normais, o balanço de massa ajusta a excreção do K+ à ingestão do K+. Se a ingestão excede a excreção e o K+ no plasma aumenta, a aldosterona é liberada para o sangue pelo efeito direto da hipercalemia no córtex suprarrenal. A aldosterona atua nas células P do néfron distal, mantendo os canais iônicos apicais abertos por mais tempo, e aumenta a atividade da Na+_K+ -ATPase, aumentando a excreção renal de K+. A regulação dos níveis de potássio no corpo é essencial para a manutenção de um estado de bem-estar. Como você aprendeu no Capítulo 8, mudanças na concentração extracelular de K+ afetam o potencial de repouso da membrana de todas as células [ ~ Fig. 8-19, p. 273]. Se a concentração de K+ no plasma (e no LEC) diminui (hipocalemia), o gradiente de concentração entre a célula e o LEC torna-se maior, mais K+ deixa a célula, e o potencial de repouso da membrana torna-se mais negativo. Se a concentração de K+ no LEC aumenta (hipercalemia), o gradiente de concen-

tração diminui e mais K+ permanece na célula, despolarizando-a. (Lembre-se de que quando a concentração de K+ muda, ânions como Cl- também são adicionados ou subtraídos do LEC em uma proporção de 1:1, mantendo a neutralidade elétrica global.) Devido ao efeito do K+ plasmático em tecidos excitáveis como o coração, os médicos sempre se preocupam em manter o níveis de K+ do plasma dentro da sua faixa normal. Se o K+ diminui para menos de 3 meq/L ou aumenta para mais de 6 meq/L, os tecidos excitáveis do músculo e do nervo começam a apresentar função alterada. Por exemplo, a hipocalemia causa fraqueza muscular porque é mais difícil para neurônios e músculos hiperpolarizados dispararem potenciais de ação. O perigo desta condição está na insuficiência dos músculos respiratórios e do coração. Felizmente, a fraqueza do músculo esquelético geralmente é significativa o bastante para levar os pacientes a buscar tratamento antes que ocorram problemas cardíacos. A hipocalemia leve pode ser corrigida pela ingestão de suplementos de K+ e alimentos ricos em K+, como suco de laranja e banana. A hipercalemia é o distúrbio de potássio mais perigoso, porque neste caso a despolarização dos tecidos excitáveis os torna mais excitáveis inicialmente. Subsequentemente, as células são incapazes de repolarizar totalmente e na verdade

Fisiologia Humana

se tornam menos excitáveis. Neste estado, elas apresentam potenciais de ação que são menores que o normal ou inexistentes. A excitabilidade do músculo cardíaco afetada pelas mudanças do K+ no plasma pode levar a arritmias cardíacas • perigosas. Alterações no equilíbrio do K+ podem resultar de doenças nos rins, de transtornos alimentares, da perda de K+ na diarreia, ou do uso de certos tipos de diuréticos que impedem os rins de reabsorver completamente o K+. A correção inapropriada da desidratação também pode criar um desequilíbrio do K+. Considere um jogador de golfe jogando uma partida quando a temperatura está acima de 3 7ºC. Ele estava atento ao risco de desidratação, então bebeu grandes quantidades de água para repor a perda de líquido pelo suor. A reposição da perda de suor com água pura mantém seu volume do LEC normal, mas diminui a osmolaridade total do sangue e sua concentração de K+ e Na+. Ele não foi capaz de terminar a partida de golfe devido à fraqueza muscular e necessitou de cuidados médicos que incluíam a terapia de reposição de íons. Uma reposição de líquidos mais adequada teria sido a ingestão de bebidas esportivas que incluem sal e K+. O equilíbrio do potássio também está intimamente relacionado com o equihbrio ácido-base, como você aprenderá na seção final deste capítulo. A correção de um desequilíbrio do pH requer muita atenção aos níveis de K+ no plasma. Da mesma forma, a correção do desequiliôrio de K+ pode alterar o pH do corpo.

A equ ipe médica analisou o sangue de Lauren verificando a concentração de eletról itos. Sua concentração de Na+ no soro era de 124 mEq/L. A faixa normal é de 135 a 145 mEq/L. O diagnóstico de Lauren foi hiponatremia (hipo, abaixo + natri, sódio + emia, sangue), defin ida como uma concentração de Na+ no sangue abaixo de 135 mEq/L. A hiponatremia induzida pelo consumo de grandes quantidades de líquidos com baixo sódio ou sem sódio, o que aconteceu no caso de Lauren, muitas vezes é chamada de hiponatremia de diluição.

Questão3: Qual compartimento líquido do corpo está sendo diluído na hiponatremia de diluição? Questão 4: Uma forma de estimar a osmolaridade do corpo é duplicar a concentração plasmática de Na+. Estime a osmolaridade de Lauren e explique que efeito a hiponatremia de diluição tem nas suas células. Questão 5: Com qual órgão ou tecido a equipe médica está mais preocupada na hiponatremia de diluição?

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li

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MECANISMOS COMPORTAMENTAIS NO EQUILÍBRIO DE SAL E ÁGUA Embora os reflexos neurais, neuroendócrinos e endócrinos desempenhem um papel-chave na homeostase do sal e da água, as respostas comportamentais são críticos no restabelecimento do estado normal, especialmente quando o volume do LEC diminui ou a osmolaridade aumenta. Beber água normalmente é a única maneira de repor a perda de água, e ingerir sal é a única maneira de elevar o conteúdo de Na+ no corpo. Ambos os comportamentos são essenciais para o equilíbrio normal do sal e da água. Os médicos precisam reconhecer a ausência destes comportamentos em pacientes que estão inconscientes ou incapazes de obedecer a desejos comportamentais e precisam ajustar o tratamento de acordo com isso. O estudo das bases biológicas dos comportamentos, incluindo beber e comer, é um campo conhecido como psicologia fisiológica.

A ingestão hídrica repõe a perda de líquidos A sede é um dos mais poderosos desejos conhecidos no homem. Em 1952, o fisiologista sueco Bengt Andersson mostrou que a estimulação de certas regiões do hipotálamo desencadeava o comportamento de beber. Esta descoberta levou à identificação de osmorreceptores hipotalâmicos que iniciam o ato de beber quando a osmolaridade aumenta para mais de 280 mOsM. Este é um exemplo de comportamento iniciado por um estímulo interno. ,, E interessante observar que, embora o aumento da osmolaridade estimule a sede, o ato de beber é suficiente para aliviar a sede. A água ingerida não precisa ser absorvida para que a sede seja extinta. Receptores ainda não identificados na boca e na faringe (receptores orofaríngeos) respondem à água fria diminuindo a sede e a liberação de vasopressina, mesmo que a osmolaridade do plasma permaneça alta. Este reflexo orofaríngeo é a razão pela qual se permite que pacientes cirúrgicos chupem pedras de gelo: o gelo alivia a sua sede sem introduzir quantidades significativas de líquido no tubo digestivo. Um reflexo similar ocorre nos camelos. Quando colocados na presença de água, eles bebem apenas o bastante para repor seu déficit de água. Os receptores orofaríngeos aparentemente atuam como um sistema de antecipação que ajuda a evitar amplas oscilações na osmolaridade ajustando a ingestão de água à necessidade de água. Nos seres humanos, os rituais culturais complicam o reflexo da sede. Por exemplo, podemos beber durante eventos sociais, se estivermos com sede ou não. Portanto, nosso corpo deve ser capaz de eliminar o líquido ingerido além de nossas necessidades fisiológicas. REVISANDO CONCEITOS 12. Inclua o reflexo da sede na Figura 20-7. Resposta: p. 685

Baixa concentração de Na+ estimula o apetite por sal 669

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A sede não é o único desejo associado com o equilíbrio hídrico. O apetite por sal é um desejo por comidas salgadas que

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Osmolaridade Diminuição

o

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Nenhuma mudança

Beber grande quantidade de água

Ingestão de salina isotônica

Reposição da perda de suor com , agua pura

Volume e osmolaridade • normais

Aumento

Ingestão de salina hipertônica

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Ingerir sal sem beber , agua

A osmolaridade e o volume podem mudar independentemente

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Compensação incompleta da desidratação

º

•

FIGURA 20-16 dade.

Nesse aspecto, manter o equilíbrio hídrico é como dirigir um carro por uma autoestrada e fazer pequenos ajustes para manter o carro no centro da pista. Entretanto, da mesma maneira que filmes emocionantes se caracterizam por perseguições desenfreadas de carro, e não por passeios calmos, a parte emocionante da homeostase hídrica é a resposta do corpo a situações de crise, como a desidratação ou hemorragia graves. Nesta seção, examinamos os desafios para o equilíbrio do sal e da água.

Hemorragia

Desidratação (p. ex., perda pelo suor ou diarreia)

Alterações no volume e na osmolari-

ocorre quando a concentração de Na+ no plasma diminui. Pode ser observado nos cervos e no gado atraídos por blocos de sal ou por depósitos de sal que existem naturalmente. Em humanos, o apetite por sal está associado à aldosterona e à angiotensina, hormônios que regulam o equilíbrio do Na+. Os centros do apetite por sal estão no hipotálamo próximo ao centro da sede.

Comportamentos de evitação ajudam a prevenir a desidratação Outros comportamentos desempenham um papel no equilíbrio hídrico, evitando ou promovendo a desidratação. Animais do deserto evitam o calor do dia e tornam-se ativos apenas à noite, quando a temperatura ambiente diminui e a umidade aumenta. Humanos, especialmente agora que possuímos ar condicionado, nem sempre são tão sábios. O repouso após o meio-dia, ou sesta, é uma adaptação cultural em países tropicais para manter as pessoas em casa durante as horas mais quentes do dia, ajudando assim a prevenir a desidratação e o superaquecimento. Nos Estados Unidos, este costume civilizado foi abandonado e permanecemos ativos continuamente durante as horas do dia, mesmo quando a temperatura aumenta durante o verão. Felizmente, nossos mecanismos homeostáticos geralmente nos mantêm fora de perigo.

CONTROLE INTEGRADO DO VOLUME E DA OSMOLARIDADE O corpo usa respostas integradas para corrigir alterações no equilíbrio do sal e da água. O sistema circulatório responde a mudanças no volume do sangue, e os rins respondem a mudanças no volume ou na osmolaridade do sangue. A manutenção da homeostase ao longo do dia é um processo contínuo no qual as quantidades de sal e água no corpo se alteram, se você tomou um refrigerante ou suou em uma aula de aeróbica.

Em geral, volume e osmolaridade são homeostaticamente mantidos dentro de uma faixa aceitável. Porém, em algumas circunstâncias, a perda de líquido excede o ganho de líquido ou vice-versa, e o corpo sai do equilíbrio. Rotas comuns para a perda de líquido incluem sudorese excessiva, vômito, diarreia e hemorragia. Todas estas situações podem necessitar de intervenção médica. Em contraste, o ganho de líquido raramente é uma emergência médica, a menos que seja a adição de água que diminuiu a osmolaridade abaixo de uma faixa aceitável. O volume e a osmolaridade do LEC podem ter três estados possíveis: normal, aumentado ou diminuído. A relação das alterações de volume e da osmolaridade pode ser representada pela matriz da Figura 20-16 e. O quadrado central representa o estado normal, e os quadrados adjacentes representam os exemplos mais comuns de variações do normal. Em todos os casos, a compensação homeostática apropriada para a mudança atua de acordo com o princípio do balanço de massa: qualquer soluto ou líquido que for adicionado ao corpo precisa ser removido, e qualquer soluto ou líquido que for perdido precisa ser reposto. Contudo, a compensação perfeita nem sempre é possível. Vamos iniciar pelo canto superior direito da Figura 20-16 e seguir da direita para a esquerda em cada linha. 1. Volume aumentado, osmolaridade aumentada. Um estado de aumento de volume e aumento de osmolaridade pode ocorrer se você ingeriu comida salgada e bebeu líquidos ao mesmo tempo, como pipoca e refrigerante no cinema. O resultado seria como a ingestão de salina hipertônica que aumenta o volume e a osmolaridade do LEC. A resposta homeostática apropriada é a excreção de urina hipertônica. Para que a homeostase seja mantida, a osmolaridade e o volume do débito urinário devem se igualar à entrada de sal e água a partir da pipoca e do refrigerante. 2. Aumento do volume, nenhuma mudança na osmolaridade. Movendo um quadrado para a esquerda na linha de cima, observamos que, se a proporção de sal e água na comida ingerida é equivalente a uma solução isotônica de NaCl, o volume aumenta, mas a osmolaridade não muda. A resposta apropriada é a excreção de urina isotônica cujo volume se iguala ao volume de líquido ingerido. 3. Aumento do volume, diminuição da osmolaridade. Esta situação acontecerá se você beber água pura sem a ingestão de nenhum soluto. O objetivo aqui seria excretar urina bastante diluída para maximizar a perda de água enquanto conserva o sal. Contudo, devido ao fato de

Fisiologia Humana nossos rins não poderem excretar água pura, sempre há uma perda de soluto na urina. Nesta situação, o débito urinário não pode equiparar-se exatamente à entrada de líquido, e a compensação é imperfeita. 4. Nenhuma mudança no volume, aumento na osmolaridade. Esta alteração (linha do meio, quadrado da direita) pode ocorrer se você comeu pipoca salgada sem beber nada. A ingestão de sal sem água aumenta a osmolaridade do LEC e causa a saída de parte da água das células para o LEC. A resposta homeostática é a sede intensa, a qual estimula a ingestão de água para diluir o soluto adicionado. Os rins ajudam produzindo urina extremamente concentrada e com volume mínimo, conservando a água enquanto remove o excesso de NaCl. Quando a água é ingerida, o desequilíbrio torna-se o descrito na situação 1 ou na situação 2. S. Nenhuma mudança no volume, osmolaridade diminuída. Este cenário (linha do meio, quadrado da esquerda) pode ocorrer quando uma pessoa que está desidratada repõe a perda de líquido com água pura, como o golfista descrito anteriormente. A diminuição de volume resultante da desidratação é corrigida, mas a reposição de líquido não possui solutos para repor os solutos perdidos. Consequentemente, um novo desequilíbrio é criado. Esta situação levou ao desenvolvimento de bebidas esportivas contendo eletrólitos. Se as pessoas que se exercitam em um clima quente repõem a perda de suor com água pura, elas podem repor volume, mas correm o risco de diluir a concentração de K+ e Na+ no plasma a níveis perigosamente baixos (hipocalemia e hiponatremia, respectivamente). 6. Diminuição de volume, aumento da osmolaridade. A desidratação é uma causa comum deste distúrbio (linha inferior, quadrado da direita). A desidratação tem múltiplas causas. Durante exercício intenso prolongado, a quantidade de água perdida pelos pulmões pode dobrar, enquanto a perda de suor pode aumentar de O, 1 L para até S L! Como o líquido secretado pelas glândulas sudoríferas é hiposmótico, o líquido deixado no corpo torna-se hiperosmótico. A diarreia (diarhein, fluir através), fezes excessivamente aquosas, é uma condição patológica envolvendo importante perda de água e solutos, desta vez do trato digestório. Em ambos, no suor e na diarreia, se é perdido muito líquido do sistema circulatório, o volume do sangue diminui a ponto de o coração não poder bombear o sangue de forma eficaz para o encéfalo. Além disso, o encolhimento da célula causado pelo aumento da osmolaridade altera as funções celulares. 7. Diminuição do volume, sem mudança de osmolaridade. Esta situação (linha inferior, quadrado do meio) ocorre na hemorragia. A perda de sangue representa a perda de líquido isosmótico do compartimento extracelular, similar a tirar uma xícara de água do mar do conteúdo de um balde grande. Se uma transfusão de sangue não está imediatamente disponível, a melhor solução de reposição é uma que seja isosmótica e permaneça no LEC, como uma solução isotônica de NaCl. 8. Diminuição de volume, diminuição de osmolaridade. Esta situação (linha inferior, quadrado da esquerda) também

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Durante o exercício no calor, a taxa da sudorese e a composição do suor são muito variáveis entre os atletas e dependem parcialmente da aclimatação do indivíduo ao calor. A perda de líquido no suor pode variar de menos de 0,6 Uh a mais de 2,5 Uh, e a concentração de Na+ no suor pode ser de menos de 20 mEq/L a ma is de 90 mEq/L. Os crista is brancos de sal observados na face e nas roupas de Lauren sugerem que ela é uma "suadora salgada" que provavelmente perdeu uma grande quantidade de sal durante a corrida. Testes de acompanhamento revelaram que a concent ração de Na+ no suor de Lauren era de 70 mEq/L. Questão 6: Assumindo uma taxa de sudorese de 1,0 Uh, quanto Na+ Lauren perdeu durante as 16 horas de corrida? Questão 7: A água total do corpo de uma mulher de 60 kg é aproximadamente 30 L, e o volume do seu LEC é de 10 L. Com base na informação dada até aqui, calcule quanto líquido Lauren provavelmente ingeriu durante a corrida.

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pode resultar de uma compensação incompleta da desidratação, mas é incomum.

A desidratação desencadeia respostas homeostáticas Para entender a resposta integrada do corpo a mudanças no volume e na osmolaridade, você precisa primeiro ter uma ideia clara de quais vias se tomam ativas em resposta a vários estímulos. A Tabela 20-1 • é um resumo de muitas vias envolvidas na homeostase do equilíbrio do sal e da água. Para detalhes das vias individuais, recorra às figuras citadas na Tabela 20-1. A resposta homeostática à desidratação grave é um excelente exemplo de como o corpo trabalha para manter o volume sanguíneo e o volume celular face a um decréscimo de volume e aumento de osmolaridade. Ela também ilustra o papel dos centros integradores neural e endócrino. Na desidratação grave, o córtex suprarrenal recebe dois sinais opostos. Um diz "secrete aldosterona"; o outro diz "não secrete aldosterona". O corpo possui múltiplos mecanismos para lidar com o volume de sangue diminuído, mas a alta osmolaridade do LEC faz com que a célula encolha e representa uma ameaça mais imediata ao bem-estar. Assim, frente a um volume diminuído e um aumento da osmolaridade, o córtex suprarrenal não secreta aldosterona. (Se secretasse, a aldosterona iria causar a reabsorção do Na+, o qual pode piorar a osmolaridade já alta associada à desidratação.) Na desidratação grave, mecanismos compensatórios ajudam a restaurar a pressão normal do sangue, o volume do LEC e a osmolaridade por (1) conservar o líquido para evitar perdas adicionais, (2) desencadear reflexos cardiovasculares

20

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Dee Unglaub Silverthorn

Respostas desencadeadas por mudanças no volume, na pressão sanguínea e na osmolaridade ÓRGÃO OU TECIDO ENVOLVIDO

RESPOSTA(S)

FIGURA(S)

Células granulares

Secreção de renina

20-13

Gloméru lo

Diminuição da TFG

19-7, 20-14

Receptores de volume aórticas e carotídeos

Centro de controle cardiovascular

Aumento da estimulação simpática, diminuição da estimulação parassimpática

15-24, 20-14

Receptores de volume aórticas e carotídeos

Hipotálamo

Estimulação da sede

20-1a

Barorreceptores aórticas e carotídeos

Hipotálamo

Secreção de vasopressina

20-7

Receptores atriais de volume

Hipotálamo

Estimulação da sede

20-1a

Receptores atriais de volume

Hipotálamo

Secreção de vasopressina

20-7

Gloméru lo

Aumento da TGF {transitório)

19-8, 19-1 o

Células do miocárdio

Secreção do peptídeo natriurético

20-15

Centro de controle cardiovascular

Diminu ição da estimulação simpática, aumento da estimulação parassimpática

15-23

Barorreceptores aórticas e carotídeos

Hipotálamo

Inibição da sede

Barorreceptores aórticas e carotídeos

Hipotálamo

Inibição da vasopressina

ESTÍMULO DIMINUIÇÃO DA PRESSÃO/VOLUME SANGUÍNEOS Efeitos diretos

Reflexos

AUMENTO DA PRESSÃO SANGUÍNEA Efeitos diretos

Reflexos Barorreceptores aórticas e carotídeos

Barorreceptores atriais

Hipotálamo

Inibição da sede

Barorreceptores atriais

Hipotálamo

Inibição da vasopressina

Córtex suprarrenal

Diminu ição da secreção de aldosterona

20-17

Os mo rrecepto res

Hipotálamo

Estimulação da sede

20-11

Os mo rrecepto res

Hipotálamo

Secreção de vasopressina

20-7

Córtex suprarrenal

Aumento da secreção de aldosterona

-

Hipotálamo

Diminu ição da secreção de vasopressina

-

OSMOLARIDADE AUMENTADA Efeitos diretos Desidratação patológica

Reflexos

OSMOLARIDADE DIMINUÍDA Efeitos diretos Hiponatremia patológica

Reflexos Osmorreceptores

671

Fisiologia Humana

DESIDRATAÇÃO

! +Volume sanguíneo/ +Pressão sanguínea

1MECANISMOS

- - - - - - acompanhada por ------~ + Osmolari-

dade

SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA

CARDIOVASCULARES

---

.....

'\

1 1 1 1 1

,

MECANISMOS RENAIS

MECANISMOS HIPOTALÂMICOS Osmorreceptores

1

hi potalâm icos

Barorreceptores carotídeos e aórticos

'

Células granulares

l

~CV

+ Fluxo na 1..,.., _ _ _1 + TFG mácula densa

G:

Volume conservado

Renina

Angiotensinogênio

-t

Estimulação parassimpática

+ Estimulação s im páti c a

' + Vasopressina liberada da neuro-hipófise

\

ECA

G

,

Arteríolas

Coração

Hipotálamo

tANG 1

1-"--~~~~~~~~~~~~~~---

.'

Receptores atriais de volume; barorreceptores carotídeos e aórticos

,..__G+ _____.: :. . .___- - 1 + A N G l i 1 - - - - - - - - - - - - - - . . _ _ -

Q ..:;.+~1

____

G Sede

G,

Vasoconstrição ,

20

Córtex suprarrenal

1~ - - - ~-~5_fT!.0J8:[ig~d_e_Íf] ÍÉf!_ - - - - - - - - - • - - - - - - - - - - - - - - - - - - - , I

1-

+Frequência +Força ,

+Resistência periférica

+ Aldosterona

•

Néfron distal

Néfron distal

+ Reabsorção de Na+

,

+ Débito cardíaco

'

+Pressão sanguínea

+Reabsorção e +Volume .....1---1----------------t 1---de H20

-1.

t Ingestão de H20

,

+Osmolaridade •

FIGURA 20-17

Compensação homeostática para uma desidratação grave.

para aumentar a pressão do sangue e (3) estimular a sede para que o volume normal de líquido e a osmolaridade possam ser restaurados. A Figura 20-17 • mostra um mapa da

natureza interligada destas respostas. Esta figura é complexa e intimidante a uma primeira olhada, assim a discutiremos passo a passo.

672

Dee Unglaub Silverthorn

No topo do mapa (em amarelo) existem dois estímulos causados pela desidratação: diminuição de volume/pressão sanguíneos e aumento da osmolaridade. A diminuição do volume do LEC causa diminuição da pressão sanguínea. A pressão sanguínea atua diretamente e também como um estímulo para muitas vias reflexas que são mediadas por barorreceptores carotídeos e aórticos. A diminuição do volume é detectada por receptores atriais de volume, células granula,, . ' res sens1ve1s a pressao. 1. Os barorreceptores carotídeos e aórticos sinalizam para o cen-

tro de controle cardiovascular (CCCV) aumentar a pressão sanguínea. A eferência simpática do CCCV a aumenta, enquanto a eferência parassimpática a diminui. (a) A frequência cardíaca aumenta quando o controle do nó sinoatrial muda de predominantemente parassimpático para simpático. (b) A força da contração ventricular também aumenta sob estimulação simpática. O aumento da força de contração combina-se com o aumento da frequência cardíaca para aumentar o débito cardíaco. (e) Simultaneamente, a estimulação simpática causa vasoconstrição arteriolar, aumentando a resistência periférica. (d) A vasoconstrição simpática das arteríolas aferentes nos rins diminui a taxa de filtração glomerular, ajudando a conservar líquido. (e) O aumento da atividade simpática nas células granulares dos rins aumenta a secreção de renina. 2. A diminuição da pressão sanguínea periférica diminui diretamente a taxa de filtração glomerular. Uma TFG mais baixa conserva o volume do LEC por filtrar menos líquido para dentro do néfron. 3. A retroalimentação parácrina faz as células granulares liberarem renina. A diminuição do fluxo de líquido passando pela mácula densa, como resultado da diminuição da TFG, desencadeia a liberação de renina. 4. As células granulares respondem à diminuição da pressão sanguínea liberando renina. A combinação de diminuição da pressão sanguínea, aumento da estimulação simpática sobre as células granulares e de sinais vindos da mácula densa estimula a liberação da renina e assegura o aumento da produção de angiotensina II. 5. Diminuição da pressão sanguínea, diminuição do volume do

sangue, aumento da osmolaridade e aumento da produção de ANG II estimulam a vasopressina e os centros da sede no hipotálamo. A redundância nas vias de controle assegura que todos os quatro principais mecanismos compensatórios sejam ativados: respostas cardiovasculares, ANG II, vasopressina e sede. 1. As respostas cardiovasculares combinam aumento do débito cardíaco e aumento da resistência periférica para aumentar a pressão do sangue. Observe, entretanto, que este aumento na pressão sanguínea não necessariamente significa que a pressão sanguínea retorna ao normal. Se a desidratação é grave, a compensação pode ser incompleta, e a pressão sanguínea pode permanecer abaixo do normal.

2. A angiotensina II tem vários efeitos, visando a aumentar a pressão sanguínea, incluindo a estimulação da sede, a liberação de vasopressina, a vasoconstrição direta e o reforço da resposta do centro de controle cardiovascular. A ANG II também alcança o córtex suprarrenal e tenta estimular a liberação da aldosterona. Na desidratação, entretanto, a reabsorção de Na+ piora a osmolaridade já alta. Consequentemente, a alta osmolaridade no córtex suprarrenal inibe diretamente a liberação de aldosterona, bloqueando a ação da ANG II. A via do SRAA na desidratação produz o efeito benéfico de aumentar a pressão sanguínea da ANG II, enquanto evita os efeitos prejudiciais da reabsorção de Na+. Este é um bom exemplo de função integrada. 3. A vasopressina aumenta a permeabilidade à água dos duetos coletores renais, permitindo que a reabsorção da água conserve líquido. Sem a reposição de líquido, contudo, a vasopressina não pode trazer o volume e a osmolaridade de volta ao normal. 4. A ingestão oral (ou intravenosa) de água em resposta à sede é o único mecanismo para repor a perda do volume de líquido e restabelecer a osmolaridade normal do LEC. O resultado final de todos esses quatro mecanismos é (1) a restauração do volume pela conservação de água e ingestão de líquido, (2) a manutenção da pressão sanguínea pelo aumento do volume do sangue, aumento do débito cardíaco e vasoconstrição, e (3) a restauração da osmolaridade normal pela diminuição da reabsorção de Na+ e aumento da reabsorção e ingestão de água. Usando as vias listadas na Tabela 20-1 e na figura 20-17 como modelo, tente criar mapas dos reflexos para os sete outros distúrbios do volume e da osmolaridade mostrados na Figura 20-16.

EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE O equilíbrio ácido-base (também denominado homeostase do pH) é uma das funções essenciais do corpo. O pH de uma solução é uma medida da sua concentração de H+ [ ~ p. 38]. A concentração de H+ de uma amostra de plasma arterial normal é de 0,00004 meq/L, minúscula se comparada com a concentração de outros íons. (Por exemplo, a concentração de Na+ no plasma é de cerca de 135 meq/L.) Devido ao fato de a concentração de H+ no corpo ser tão baixa, ela geralmente é expressa em uma escala logarítmica de pH de O a 14, na qual um pH de 7,0 é neutro (nem ácido nem básico). Se o pH de uma solução é menor que 7,0, a solução tem uma concentração de H+ maior que 1x10- 7M e é considerada ácida. Se o pH é maior que 7,0, a solução tem 7 uma concentração de H+ menor que 1 x 10- M e é considerada alcalina (básica). O pH normal do corpo é 7,4, ligeiramente alcalino. Uma mudança de 1 unidade de pH representa uma mudança de 10 vezes na concentração de H+. Para rever o conceito de pH e a escala logarítmica na qual se baseia, ver o Apêndice B.

Mudanças no pH podem desnaturar proteínas A faixa de pH normal do plasma é de 7,38 a 7,42. O pH extracelular normalmente reflete o pH intracelular, e vice-

Fisiologia Humana

versa. Devido ao fato de ser difícil monitorar as condições intracelulares, os valores plasmáticos são usados clinicamente como indicadores do pH do LEC e do pH total do corpo. Os líquidos do corpo que são "externos" ao meio interno do corpo, como os localizados no lúmen do trato gastrintestinal ou nos túbulos renais, podem ter um pH que excede bastante a faixa normal. As secreções ácidas do estômago, por exemplo, podem criar um pH tão baixo quanto 1, e o pH da urina varia entre 4,5 e 8,5 dependendo das necessidades do corpo de excretar H+ ou HC03 - • A concentração de H+ no corpo é estritamente regulada. Proteínas intracelulares, como enzimas e canais de membrana, são particularmente sensíveis ao pH porque a função destas proteínas depende da sua forma tridimensional [$ p. 31]. Mudanças na concentração de H+ alteram a estrutura terciária da proteína por interagir com as ligações de hidrogênio nas moléculas, rompendo as estruturas tridimensionais e a atividade das proteínas. Um pH anormal pode afetar significativamente a atividade do sistema nervoso. Se o pH é muito baixo - uma condição conhecida como acidose -, os neurônios tornam-se menos excitáveis, resultando em depressão do SNC. Os pacientes tornam-se confusos e desorientados, depois entram em coma. Se a depressão do SNC progride, os centros respiratórios deixam de funcionar, causando a morte. Se o pH é muito alto - uma condição conhecida como alcalose -, os neurônios tornam-se hiperexcitáveis, disparando potenciais de ação ao mais leve sinal. Esta condição se manifesta primeiro por alterações sensoriais, como falta de sensibilidade ou formigamento, e depois por abalos musculares. Se a alcalose é grave, os abalos musculares se transformam em contração contínua (tétano) que paralisa os músculos respiratórios. Distúrbios no equilíbrio ácido-base estão associados com distúrbios no equilíbrio do K+. Isso ocorre em parte devido a um transportador renal que move os íons K+ e H+ por um antiporte. Na acidose, os rins excretam H+ e reabsorvem K+ usando uma FI'-K+-ATPase. Na alcalose, os rins reabsorvem H+ e excretam K+. O desequilíbrio do K+ geralmente se manisfesta como distúrbios em tecidos excitáveis, principalmente o coração.

Os ácidos e as bases no corpo são provenientes de muitas fontes No funcionamento diário, o corpo é desafiado pela ingestão e produção de mais ácidos do que bases. O íons H+ vêm de alimentos e do metabolismo interno. A manutenção do balanço de massa requer que a ingestão e a produção de ácido sejam equilibradas pela excreção de ácido. O equilíbrio do hidrogênio no corpo é resumido na Figura 20-18 e.

Entrada de ácido Muitos intermediários metabólicos e alimentos são ácidos orgânicos que ionizam e contribuem com H+ para os líquidos do corpo.* Exemplos de ácidos orgânicos incluem aminoácidos, ácidos graxos, intermediários do ciclo do ácido cítrico e ácido láctico produzido pelo meta-

*As formas aniônicas de muitos ácidos orgânicos terminam com o sufixo -ato, como em piruvato e lactato.

Ácidos graxos Aminoácidos

Entrada de H+

673

C02 (+ H20) Ácido láctico Cetoácidos

pH do plasma

7,38-7,42 Tampões: • HC03- no líquido extracelular • Proteínas, hemoglobina, fosfatos nas células • Fosfatos e amônia na urina

Saída de H+

• FIGURA 20-18 no corpo.

Equilíbrio do íon hidrogênio e do pH

bolismo anaeróbio. A produção metabólica diária de ácidos orgânicos gera uma quantidade significante de H+ que precisa ser excretada para manter o balanço de massa. Sob circunstâncias extraordinárias, a produção de ácidos orgânicos metabólicos pode aumentar significativamente e gerar uma crise. Por exemplo, condições anaeróbias graves, como um colapso circulatório, podem produzir tanto ácido láctico que os mecanismos homeostáticos normais não conseguem acompanhar o ritmo, resultando em um estado de acidose láctica. No diabete melito, o metabolismo anormal de gorduras e aminoácidos produz ácidos fortes conhecidos como cetoácidos. Estes ácidos causam um estado de acidose metabólica conhecido como cetoaddose. A maior fonte de ácido é a produção diária de C0 2 durante a respiração celular aeróbia. O dióxido de carbono não é um ácido porque não contém nenhum átomo de hidrogênio. Entretanto, o C02 combina-se com a água para formar o ácido carbônico (H2 C03), o qual se dissocia em H+ e HC03 -:

Esta reação acontece em todas as células e no plasma, mas a uma taxa lenta. Contudo, em certas células do corpo, a reação ocorre de forma bastante rápida devido à presença de grande quantidade de anidrase carbônica [$ p. 610]. Esta enzima catalisa a conversão de C02 e H 20 em H 2C03 • A produção de H+ a partir de C02 e H20 é a maior fonte de ácidos sob condições normais. Segundo algumas estimativas, o C02 proveniente do metabolismo em repouso produz 12.500 meq de H+ a cada dia. Se esta quantidade de ácido fosse colocada em um volume de água igual ao volume do plasma, isso criaria uma concentração de H+ de 4.167 meq/L, mais de cem milhões (108) de vezes mais concentrado que a concentração de H+ do plasma normal de 0,00004 meq/L! Este número mostra que o C0 2 proveniente da respiração celular aeróbia tem o potencial de afetar bastante o pH

20

674

Dee Unglaub Silverthorn

no corpo. Felizmente, os mecanismos homeostáticos normais evitam que o C02 se acumule no corpo.

Entrada de base A fisiologia ácido-base se concentra no ácido por boas razões. Primeiro, nossa dieta e nosso metabolismo têm poucas fontes significativas de bases. Algumas frutas e vegetais contêm ânions que são metabolizados formando HC03 -, mas a influência destes alimentos é superada pela contribuição de frutas ácidas, aminoácidos e ácidos graxos. Segundo, os desequilíbrios ácido-base devidos ao excesso de ácido são mais comuns do que os que ocorrem por excesso de base. Por essas razões, o corpo gasta mais recursos removendo o excesso de ácido.

A homeostase do pH depende de tampões, dos pu 1mões e dos rins Como o corpo faz para enfrentar as mudanças no pH minuto a minuto? Existem três mecanismos: (1) tampões, (2) ventilação e (3) regulação renal de H+ e HC03 - . Os tampões são a primeira linha de defesa, sempre presente e esperando para impedir grandes oscilações do pH. A ventilação, a segunda linha de defesa, é uma resposta rápida regulada reflexamente que pode controlar cerca de 75% dos distúrbios do pH. A linha final de defesa fica com os rins. Eles são mais lentos do que os tampões e os pulmões, mas são muito eficientes ao enfrentar qualquer distúrbio de pH restante, sob condições normais. Estes três mecanismos ajudam a equilibrar os ácidos de forma tão eficaz que o pH normal do corpo varia apenas ligeiramente. Vamos dar uma olhada em cada um deles.

Sistemas tampão incluem proteínas, íons fosfato e HC03 Um tampão é uma molécula que modera mas não evita mudanças no pH, se combinando com H+ou liberando H+ [$ p. 39]. Na ausência de tampões, a adição de ácido a uma solução causa uma mudança pronunciada no pH. Na presença de um tampão, a mudança de pH é moderada ou pode ser até imperceptível. Devido ao fato de a produção de ácido ser o principal desafio para a homeostase do pH, os principais tampões fisiológicos se combinam com H+. Os tampões são encontrados dentro da célula e no plasma. Os tampões intracelulares incluem proteínas celulares, íons fosfato (HP04 2 - ) e hemoglobina. Como vimos, a hemoglobina tampona o H+ produzido pela reação de C0 2 com H2 0 nos eritrócitos [$ Fig. 18-1 4, p. 610]. Cada íon H+ tamponado pela hemoglobina deixa um íon bicarbonato dentro do eritrócito. Este HC0 3 - então pode deixar o eritrócito por troca com o Cl- do plasma, o desvio de cloretos descrita no Capítulo 18 [$ p. 610]. A grande quantidade de bicarbonato plasmático produzida a partir do C02 metabólico cria o sistema tampão extracelular mais importante do corpo. A concentração plasmática média de HC03 - é de 24 meq/L, a qual é aproximadamente 600.000 vezes maior que a concentração de H+ no plasma. Embora H+ e HC03 - sejam produzidos na proporção de 1:1 a partir de C0 2 e H20, o tamponamento intracelular do H+ pela hemoglobina é a principal razão pela qual os dois íons não aparecem no plasma na mesma concentração. O HC0 3 -

no plasma pode assim tamponar o H+ gerado a partir de fontes não respiratórias, como o metabolismo. A relação entre C0 2, HC03 - e H+ no plasma é expressa pela equação apresentada anteriormente: C0 2 + H2 0

H2 C03 H+ + HC0 3 ácido carbônico

(1)

De acordo com a lei de ação das massas, qualquer mudança na quantidade de C02 , H+ ou HC03 - na solução causa um deslocamento na reação até um novo equilíbrio ser alcançado. (A água está sempre em excesso no corpo e não contribui para o equilíbrio da reação.) Por exemplo, se o C02 aumenta (vermelho), a equação de desloca para a direita, gerando um H+ adicional e um HC03 - adicional a partir de cada C0 2 e água: tC02 + H20 ~ H2C03 ~ t H+ + tHC0 3-

(2)

Quando um novo equilíbrio é alcançado, os níveis de H+ e HC0 3 - aumentaram. A adição de H+ torna a solução mais ácida, baixando portanto seu pH. Nesta reação, não importa que uma molécula tampão de HC0 3 - também seja produzida porque o HC03 - atua como um tampão apenas quando se liga ao H+ e forma ácido carbônico. Agora suponha que o H+ é adicionado no plasma a partir de alguma fonte metabólica, como o ácido láctico: (3)

Neste caso, o HC0 3 - pode atuar como um tampão por se combinar com parte do H+ adicionado até que a reação alcance um novo estado de equilíbrio. O aumento de H+ desloca a equação para a esquerda: (4)

Converter parte do H+ adicionado e o tampão bicarbonato em ácido carbônico significa que no equilíbrio o H+ ainda está elevado, mas não tanto quanto inicialmente. A concentração de HC03- diminui, porque foi usado como tampão. O H+ tamponado é convertido em C02 e H2 0, aumentando a quantidade de ambos. No equilíbrio, a reação fica: (5)

A lei de ação das massas é uma forma útil de pensar sobre a relação entre as mudanças nas concentrações de H+, HC0 3 - e C0 2, contanto que você se lembre de certos requisitos. Primeiro, uma mudança na concentração de HC03 (como indicado na reação 5) pode não aparecer clinicamente como uma concentração de HC0 3 - fora da faixa normal. Isto ocorre porque o HC03 - é 600.000 vezes mais concentrado no plasma do que o H+. Se H+ e HC0 3 - são adicionados ao plasma, você pode observar mudanças no pH (mas não na concentração de HC03 - ) porque grande quantidade de HC03 - estava presente inicialmente. Tanto H+ como HC03 sofrem um aumento absoluto na concentração, mas, devido ao fato de que havia muito HC03 - no plasma no começo, o aumento relativo de HC03 - não é observado. Como analogia, pense em dois times de futebol americano jogando em um estádio com 80.000 espectadores. Se mais 10 jogadores (H+) entram no campo, todos notam. Mas se 10 torcedores (HC03- ) entram nas arquibancadas ao mesmo tem-

Fisiologia Humana

•

FIGURA 20-19 Via reflexa para a compensação respiratória da acidose metabólica.

+H+ no plasma (+ pH)

-

- - pela lei de ação das massas

---~1

675

• Pco2

no plasma

('

,, .- - -li

Quimiorreceptores Quimiorreceptores Neurôn· eurõn\o centrais carotídeos e aórticos ---~~,o~s~e'.!!:ns~o~ri~al'.__~\n~te~rn~~:;.;:-~,

\

Centros de controle respiratório o bulbo

+ Potenciais de ação nos neurônios motores somáticos

i Músculos da ventilação

+ Frequência e amplitude da respiração

+H+no plasma (+ pH)

pela lei de ação das massas

-i

+ Pco2

no plasma ~ ---------------------;

,'

20 po, ninguém presta atenção porque já há tantas pessoas assistindo ao jogo que 10 a mais não faz diferença significativa. O segundo requisito para a lei de ação das massas é que, quando a reação se desloca para a esquerda e aumenta o C02 no plasma, ocorre um aumento quase instantâneo na ventilação (em uma pessoa normal). Se o C02 extra é ventilado para fora, a Pco2 arterial pode permanecer normal ou até mesmo diminuir para menos que o normal como resultado da hiperventilação.

Por outro lado, se uma pessoa hiperventila, eliminando C02 e assim diminuindo a Pco2 (vermelho), a equação desloca-se para a esquerda, o que significa que o H+ se combina com HC03formando ácido carbônico, diminuindo assim a concentração de H+ e elevando o pH: ico2 + HzO ~ H2CÜ3 ~ iH+ + iHc03-

(7)

Nestes dois exemplos, você pode ver que a mudança na Pco2 afeta a concentração de H+ e, portanto, o pH do plasma. O corpo usa a ventilação como um método para ajustar o pH

A ventilação pode compensar as alterações de pH O aumento na ventilação recém-descrito é uma compensação respiratória para a acidose. A ventilação e o estado ácido-base são intimamente relacionados, como mostra a equação

Mudanças na ventilação podem corrigir alterações no equilíbrio ácido-base, mas também podem causá-las. Devido ao equilíbrio dinâmico entre C0 2 e H+, qualquer mudança na Pco2 plasmática afeta o conteúdo de H+ e HC0 3no sangue. Por exemplo, se uma pessoa hipoventila e a Pco2 aumenta (vermelho), a equação desloca-se para a direita. Mais ácido carbônico é formado, e a concentração de H+ aumenta, criando um estado mais acidótico: (6)

O corpo humano tenta manter o equilíbrio hídrico e de sódio por vários mecanismos hormonais. Durante sessões de exercício, o aumento da est imulação simpática causa aumento da produção de aldosterona e de vasopressina, as quais promovem a retenção de Na+ e água pelos rins.

Questão 8: O que você espera que aconteça à produção de vasopressina e aldosterona em resposta à hiponatremia de diluição?

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653

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676

'

~

o o o o o

• ~n

Dee Unglaub Silverthorn

/

~

o o o o o o o

Células tubulares

HP042filtrado

Sangue

Anidrase carbônica

H+ +------= secretado

,....... HC03reabsorvido

Aminoácidos + H+

Excretado .........., . na unna

•

Acidose pH•= H+t

Tampão

HC03adicionado ao líquido extracelular

FIGURA 20-20 Visão geral da compensação renal para a acidose. Os transportadores representados nesta figura são descritos com maiores detalhes nas Figuras 20-21 e 20-22.

apenas se um estímulo associado com o pH desencadeia a resposta reflexa. Dois estímulos podem fazer isso: H+ e C02 • A ventilação é afetada diretamente pelos níveis plasmáticos de H+ via quimiorreceptores carotídeos e aórticos (Fig. 20-19 e ). Estes quimiorreceptores estão localizados na aorta e nas artérias carótidas junto com os sensores de oxigênio e sensores de pressão sanguínea, como discutido previamente [~ p. 532]. Um aumento de H+ no plasma estimula os quimiorreceptores, os quais por sua vez sinalizam aos centros bulhares de controle respiratório para aumentar a ventilação. O aumento da ventilação alveolar permite que os pulmões excretem mais C02 e convertam H+ em ácido carbônico. Os quimiorreceptores centrais do bulbo não podem responder diretamente às mudanças de pH no plasma porque o H+ não cruza a barreira hematencefálica. Contudo, mudanças no pH mudam a Pco2, e o C02 estimula os quimiorreceptores centrais [ $ Fig. 18-19, p. 615]. O controle dual da ventilação por meio dos quimiorreceptores centrais e periféricos ajuda o corpo a responder rapidamente a mudanças no pH ou no C02 do plasma. R VISANDO CONCEITOS Nomeie os músculos da ventilação que podem estar envolvidos no reflexo representado na Figura 20-19. 14. Na equação 6, a quantidade de HC03 - presente está aumentada no equilíbrio. Por que este HC03 - não pode atuar como tampão e impedir que a acidose ocorra? Respostas: p. 685

Os rins usam tampões amônia e fosfato Os rins realizam aproximadamente 25% da compensação que os pulmões não podem dar conta. Eles alteram o pH de

duas maneiras: (1) diretamente, por excretar ou reabsorver H+, e (2) indiretamente, pela mudança na taxa na qual o tampão HC03 - é reabsorvido ou excretado . Na acidose, os rins secretam H+ para o lúmen do túbulo usando transporte ativo direto e indireto (Fig. 20-20 e ). A amônia proveniente de aminoácidos e os íons fosfato (HP042 -) atuam como tampões nos rins, capturando grande quantidade de H+ como NH4 + e H2 P04 - e permitindo que mais H+ seja excretado. Os íons fosfato estão presentes no filtrado e se combinam com o H+ secretado dentro do lúmen do túbulo: Hpo4z- + H+ :;::::::=== H2PO4 A amônia é formada a partir de aminoácidos, como descrito ,,. . na prox1ma seçao. Mesmo com estes tampões, a urina pode tornar-se muito ácida, até um pH de aproximadamente 4,5. Enquanto o H+ está sendo excretado, os rins produzem novo HC0 3 - a partir de C02 e H20. O HC03 - é reabsorvido para o sangue para atuar como tampão e aumentar o pH. Na alcalose, os rins invertem o processo geral recém-descrito para a acidose, excretando HC0 3 - e reabsorvendo H+ na tentativa de levar o pH de volta a uma faixa normal. A compensação renal é mais lenta que a compensação respiratória, e seu efeito no pH pode não ser percebido por 24 a 48 horas. Contudo, uma vez ativada, a compensação renal controla eficazmente todas as alterações, exceto os distúrbios ácido-base graves. Os mecanismos celulares do manejo renal de H+ e HC0 3 - se assemelham aos processos de transporte encontrados em outros epitélios. Entretanto, estes mecanismos envolvem alguns transportadores de membrana que você não encontrou antes: 1. O antiporte apical Na+ -H+ (trocador NHE) usa um transportador ativo indireto que traz Na+ para dentro da célula epitelial em troca por H+, o qual é transportado contra seu gradiente de concentração para dentro do lúmen. Este transportador também é usado na reabsorção do Na+ no túbulo proximal. 2. O simporte basolateral Na+-HC03 - move Na+ e HC03 para fora da célula epitelial e para dentro do líquido intersticial. Este transportador ativo indireto acopla a energia do HC03 - que se difunde a favor do seu gradiente de concentração ao movimento contra o gradiente do Na+, da célula para o LEC. 3. AH+ -ATPase usa energia do ATP para acidificar a urina, transportando o H+ contra seu gradiente de concentração para o lúmen do néfron distal. 4. A H+ -K+-ATPase coloca H+ na urina e em troca reabsorve K+. Esta troca contribui para o desequilíbrio do potássio que muitas vezes acompanha os distúrbios ácido-base. 5. Um antiporte Na+ -NH4 + move NH4 + da célula para o lúmen em troca de Na+.

Além destes transportadores, o túbulo renal também usa a ubíqua Na+ -K+ -ATPase e a mesma proteína transportadora do antiporte HC03 - -Cl- que é responsável pelo desvio de cloretos que ocorre nos eritrócitos.

Fisiologia Humana

•

~-

677

FIGURA 20-21 Secreção de H+ e reabsorção do HC03 - filtrado no túbulo proximal.

Glomérulo

Líquido intersticial

Cápsula de Bowman

Capilar peritubular

O antiporte Na+-H+ secreta H+.

Filtração O H+ no filtrado se combina com o HCo3filtrado formando C02.

Célula tubular proximal

O C02 se difunde para dentro da célula e se combina com água para formar H+ e HCo3-.

O

Na+ _ _ _ _,,..._..___.Na~- - + H+ ... H secretado

O

',,, ''

OH+ é secretado novamente e excretado.

''

. . . _ _ .,..Na+

Na+ --++---~

O HC03- é reabsorvido.

HC03- filtrado + H+

e icA

•

H20 + C02 - - 7 - - - - -+-

Reabsorvido

( )Glutamina

A

O NH4+ é secretado e excretado.

H+ e NH4+ secretados ........,......__ NH4+ aCG - -+ HC03- ---::::>"""""=:::--.. HC03serão excretados Na+ - ____________ ...,.. Na+ ---=:.....,....:::.....,.. Na+ --4-4--_,

t O túbulo proximal secreta H+ e reabsorve HC03 A quantidade de íons bicarbonato filtrada nos rins a cada dia é equivalente ao bicarbonato presente em meio quilo de bicarbonato de sódio (NaHC03)! A maior parte deste HC03 tem de ser reabsorvida para manter a capacidade tamponadora do corpo. O túbulo proximal reabsorve a maior parte do HC0 3 - filtrado por métodos indiretos porque não há na membrana apical um transportador que leve o HC03 - para dentro da célula tubular. A Figura 20-21 • mostra as duas vias pelas quais o bicarbonato é reabsorvido no túbulo proximal. (Os números listados a seguir correspondem às etapas mostradas na figura.) Observando esta ilustração, você verá como os transportadores listados anteriormente funcionam em conjunto. A primeira via converte o HC03 - filtrado em C021 e depois o C02 de volta a HC03 - , o qual é reabsorvido: 1. O H+ é secretado a partir das células do túbulo proximal para o lúmen em troca de Na+ filtrado, o qual se move do lúmen para a célula do túbulo. 2. OH+ secretado se combina com o HC0 3 - filtrado para formar C0 2 no lúmen. Esta reação é facilitada pela anidrase carbônica que está ligada à membrana luminal das células tubulares.

A glutamina é metabol izada a íon amônio e HC03-.

O HCo3- é reabsorvido.

3. Este C0 2 recém-formado difunde-se para dentro das células tubulares e se combina com a água para formar H2 C0 3, o qual se dissocia em H+ e HC03 - no citoplasma. 4. O H+ criado na etapa 3 é secretado substituindo o H+ luminal que se combinou com o HC0 3 - na etapa 2. 5. O HC0 3 - criado na etapa 3 é transportado para fora da célula na superfície basolateral pelo simportador HC03 - -Na+. O resultado líquido deste processo é a reabsorção do Na+ e do HC03 - filtrados e a secreção de H+. A segunda maneira de reabsorver bicarbonato e excretar H+ origina-se no metabolismo do aminoácido glutamina: 6. Nas células do túbulo proximal a glutamina perde seus dois grupos amino, os quais formam amônia (NH3). A amônia tampona o H+ e torna-se o íon amônio (NH4 +). 7. O íon amônio é transportado para dentro do lúmen em troca de Na+. 8. A molécula de a-cetoglutarato (a-CG) formada pela desaminação da glutamina é metabolizada depois em HC03 -, o qual é tranportado para o sangue junto com o Na+. Esta via também reabsorve o Na+ e o HC03 - filtrados e secreta H+, mas desta vez o H+ é tamponado pela amônia. O resultado

20

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Dee Unglaub Silverthorn

e

)( 1--

Lúmen do dueto coletor

Espaço intersticial

Célula intercalada tipo A

~ ::i


e: (1)

[Hl alta

Papel das células intercaladas na acidose e na alcalose. As células intercaladas no dueto coletor secretam ou reabsorvem H+ e HC0 3 - de acordo com as necessidades do corpo. FIGURA 20-22

Lúmen do dueto coletor

Célula intercalada tipoB

Espaço intersticial

C/)

~

cg (1)

1 [Hl

baixa

1

~filtrado

i

AC

--------::::-ç-- - • K+ - \

ATP

CI-

'\

HC03atua como um tampão +para [H+]

\ \

H+._-::::--L-=;;:--

i

H+ Excretado na urina

\ \

'

[Kl alta ---=~--.... K+ reabsorvido Excretados na urina

(a) As células intercaladas tipo A atuam na acidose. O H+ é excretado; HC03- e K+ são reabsorvidos.

(b) As células intercaladas tipo B atuam na alcalose. O HC03- e o K+ são excretados; o H+ é reabsorvido.

líquido de ambas as vias é a secreção de ácido (H+) e reabsorção de tampão na forma de bicarbonato de sódio - NaHC03.

Durante a alcalose, quando a concentração de H+ no corpo é muito baixa, o H+ é reabsorvido e o tampão HC03é excretado na urina (Fig. 20-22b). Outra vez, os íons são produzidos pela dissociação de H 2C0 3 formado a partir de H2 0 e C0 2 • Os íons hidrogênio são reabsorvidos para o LEC na superfície basolateral da célula do túbulo, ao passo que o HC0 3- é secretado no lúmen. A polaridade dos dois tipos de célula I é invertida, ocorrendo os mesmos processos de transporte, mas em lados opostos da célula. A H+-K+-ATPase do néfron distal ajuda a criar distúrbios paralelos do equilíbrio ácido-base e do equihôrio do K+. Na acidose, quando o H ~ no plasma está alto, os rins secretam H+ e reabsorvem K+. Por esta razão, a acidose muitas vezes é acompanhada de hipercalemia. (Outros eventos não renais também contribuem para elevar a concentração de K+ no LEC na acidose.) O inverso é verdadeiro para a alcalose, quando os níveis plasmáticos de H+ são baixos. O mecanismo que permite que o néfron distal reabsorva H+ causa simultaneamente a secreção de K+, resultando em alcalose com a hipocalemia.

O néfron distal controla a excreção de ácido O néfron distal desempenha um papel significativo na regulação fina do equilíbrio ácido-base. As células intercaladas (ou células 1) que estão distribuídas entre as células principais são responsáveis pela regulação ácido-base. As células intercaladas são caracterizadas pela alta concentração de anidrase carbônica no seu citoplasma. Esta enzima permite a conversão rápida de C0 2 e água em H+ e HC03- . Os íons H+ são bombeados para fora da célula intercalada pela H+-ATPase ou pela ATPase que troca um H+ por um K+. O bicarbonato deixa a célula por meio do trocador do antiporte HC03--Cl-. Existem dois tipos de células intercaladas, e seus transportadores são encontrados em diferentes faces da célula epitelial. Durante períodos de acidose, as células intercaladas do tipo A secretam H+ e reabsorvem bicarbonato. Durante períodos de alcalose, as células intercaladas do tipo B secretam HC0 3- e reabsorvem H+. A Figura 20-22a e mostra como as células intercaladas do tipo A funcionam durante a acidose, secretando H+ e reabsorvendo HC03- . O processo é similar à secreção de H+ no túbulo proximal, exceto pelos transportadores específicos de H+. O néfron distal usa H+-ATPase e H+-K+-ATPase, ao invés da proteína do antiporte Na+-H+ encontrada no túbulo proximal.

REVISANDO CONCEITOS 15. Por que o transportador K+ -H+ no néfron distal requer ATP para secretar H+, mas o trocador Na+-H+ no túbulo proximal não? 16. Na hipocalemia, as células intercaladas do néfron distal reabsorvem K+ do lúmen do túbulo. Como resultado, o que acontece com o pH do sangue? Respostas: p. 685

679

Fisiologia Humana

Os desequilíbrios ácido-base podem ser respiratórios ou metabólicos Os três mecanismos compensatórios (tampões, ventilação e excreção renal) dão conta da maior parte das variações de pH no plasma. Mas, sob algumas circunstâncias, a produção ou a perda de H+ ou de HC0 3- é tão extrema que os mecanismos compensatórios falham em manter a homeostase do pH. Nesses estados, o pH do sangue sai da faixa normal de 7,38 a 7,42. Se o corpo não consegue manter o pH entre 7,00 e 7,70, a acidose ou a alcalose podem ser fatais. Os desequilíbrios ácido-base são classificados pela direção da mudança do pH (acidose ou alcalose) e por suas causas (metabólica ou respiratória). Como você aprendeu, mudanças na Pco 2 resultantes da hiper ou hipoventilação provocam alteração do pH. Estes distúrbios são ditos de origem respiratória. Se o desequilíbrio do pH surge a partir de ácidos ou bases que não são originados a partir do C02, o distúrbio é considerado metabólico. Observe que, quando um distúrbio ácido-base se torna evidente como uma mudança no pH do plasma, os tampões do corpo são ineficazes. A perda da habilidade de tamponamento deixa o corpo com apenas duas opções: compensação respiratória ou compensação renal. E se o problema é de origem respiratória, apenas uma compensação homeostática é disponível - os rins. Se o problema é de origem metabólica, ambos os mecanismos, respiratório e renal, podem compensar. A combinação de um distúrbio inicial de pH com as mudanças compensatórias resultantes é um fator que torna tão difícil a análise dos distúrbios ácido-base no cenário clínico. Neste livro, vamos nos concentrar em cenários simples com uma única causa subjacente. Alterações que ocorrem nos quatro distúrbios ácido-base simples são descritas na Tabela 20-2 • . Acidose respiratória Um estado de acidose respiratória ocorre quando a hipoventilação alveolar resulta na retenção de C02 e na elevação da Pco2 plasmática. Algumas situações nas quais isso ocorre são a depressão respiratória ocasionada por drogas (incluindo o álcool), aumento da resistência das vias aéreas, como na asma, distúrbios na troca de gases ocasionados por fibrose ou pneumonia grave e fraqueza dos músculos na distrofia muscular e outras doenças musculares. A causa mais comum de acidose respiratória é a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), como o enfisema, no qual a troca gasosa inadequada é combinada com a perda de área de troca alveolar. Independente da causa da acidose respiratória, os níveis de C02 no plasma aumentam (vermelho) e levam à elevação do H+ e do HC0 3-:

tco2 + HzO ~ H2C03 ~t

H+ + t HC03-

(8)

A característica da acidose respiratória é a diminuição do pH e a elevação dos níveis de bicarbonato (Tabela 20-2). Como o problema é de origem respiratória, o corpo não pode realizar compensação respiratória. (Contudo, dependendo do problema, a ventilação mecânica pode ser usada para ajudar a respiração.) Qualquer compensação para a acidose respiratória deve ocorrer por mecanismos renais que excretem H+ e reabsor-

Pco2, íons e pH plasmáticos nos distúrbios ácido-base DISTÚRBIO

pH

Acidose

Respiratória

t

Metabólica

Normal* ou ,J,

t t

t

Alcalose

Respiratória Metabólica

Normal* ou

t

t t

t

*Estes valores são diferentes do que você esperaria a partir da lei de ação das massas porque a compensação respiratória quase instantânea impede que a Pco2 mude significativamente.

vam HC03-. A excreção de H+ eleva o pH do plasma. A reabsorção de HC0 3- fornece mais tampão que se combina com o H+ baixando a concentração de H+ e, consequentemente, aumentando o pH. Na doença pulmonar obstrutiva crônica, os mecanismos de compensação renal para a acidose podem moderar a alteração do pH, mas podem não ser capazes de trazer o pH até sua faixa normal. Se você observar os níveis de HC0 3- e o pH em pacientes com acidose respiratória compensada, você verá que ambos os valores são mais altos do que quando a acidose estava descompensada. Acidose metabólica A acidose metabólica é um distúrbio no balanço de massa que ocorre quando a dieta e a produção metabólica de H+ excedem a excreção de H+. As causas metabólicas da acidose incluem acidose láctica, a qual é resultado do metabolismo anaeróbio, e a cetoacidose, a qual resulta da degradação excessiva de gorduras ou de certos aminoácidos. A rota metabólica que produz cetoácidos no diabete melito é descrita no Capítulo 21. As substâncias ingeridas que causam acidose metabólica incluem metanol, aspirina (ácido acetilsalicílico) e etilenoglicol (anticongelante). A acidose metabólica é expressa pela equação

tco2+ HzO +--- H2C03 +--- t H+ + ,J, H2C03-

(9)

A concentração do íon hidrogênio (vermelho) aumenta devido à adição de H+ pelos ácidos metabólicas. Este aumento desloca o equilíbrio representado na equação para a esquerda, aumentando os níveis de C02e consumindo o tampão HC03- . A acidose metabólica também pode ocorrer pela perda de HC03- . A causa mais comum de perda de bicarbonato é a diarreia, durante a qual o HC0 3- é perdido pelo intestino. O pâncreas produz HC03- a partir de C0 2 e H20 por um mecanismo similar ao mecanismo renal ilustrado na Figura 20-20. O H+, produzido ao mesmo tempo, é liberado no sangue. Normalmente, o HC0 3- é liberado no intestino delgado, e depois é reabsorvido para o sangue, tamponando o H+. Contudo, se o HC0 3- não é reabsorvido porque a pessoa está tendo diarreia, pode ocorrer um estado de acidose.

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Se a concentração de HC03 - está elevada ou diminuída, é um critério importante para distinguir a acidose metabólica da acidose respiratória (Tabela 20-2). Você pensaria observando a equação 9 que a acidose metabólica seria acompanhada pela elevação da Pco2 • Entretanto, a menos que o indivíduo também tenha uma doença pulmonar, a compensação respiratória acontece quase instantaneamente. C02 e H+ elevados estimulam a ventilação por vias descritas anteriormente. Como resultado, a Pco2 diminui para o normal ou para níveis abaixo do normal devido à hiperventilação. A acidose metabólica descompensada raramente é vista clinicamente. De fato, um sinal comum de acidose metabólica é a hiperventilação, evidência da compensação respiratória ocorrendo em resposta à acidose. A compensação renal discutida para a acidose respiratória também acontece na acidose metabólica: secreção de H+ e reabsorção do HC0 3 - • A compensação renal leva vários dias para alcançar eficácia plena, por isso normalmente não é vista em distúrbios de início recente (agudos).

Alcalose respiratória Estados de alcalose são muito menos comuns que as condições acidóticas. A alcalose respiratória ocorre como resultado da hiperventilação, quando a ventilação alveolar aumenta sem aumento equivalente na produção metabólica de C02 • Consequentemente, a Pco2 do plasma diminui (vermelho) e resulta em alcalose quando a equação se desloca para a esquerda: .J..

C02 + H 2 0 ~ H2 C03 ~ .J.. H+ + .J.. HC0 3 -

(10)

A redução de C02 desloca o equilíbrio para a esquerda, e H+ e HC0 3 - diminuem no plasma. Baixos níveis plásmáticos de HC0 3 - na alcalose indicam um distúrbio respiratório. A causa clínica primária da alcalose respiratória é a ventilação artificial excessiva. Felizmente, esta condição é facilmente corrigida pelo ajuste no ventilador. A causa fisiológica mais comum de alcalose respiratória é a hiperventilação histérica causada por ansiedade. Quando esta é a causa, os sintomas neurológicos causados pela alcalose podem ser parcialmente revertidos fazendo o paciente respirar dentro de um saco de papel. Ao fazer isso, o paciente inspira novamente o C02 exalado, um processo que aumenta a Pco2 arterial e corrige o problema.

Como esta alcalose tem causa respiratória, a única compensação disponível para o corpo é renal. O bicarbonato filtrado, o qual se for reabsorvido pode atuar como um tampão e aumentar o pH ainda mais, não é reabsorvido no túbulo proximal e é secretado no néfron distal. A combinação da excreção de HC03 - e reabsorção de H+ no néfron distal diminui o HC0 3 - do corpo e aumenta seu H+, o qual ajuda a corrigir a alcalose.

Alcalose metabólica A alcalose metabólica tem duas causas comuns: excesso de vômito do conteúdo ácido estomacal e ingestão excessiva de bicarbonato contido em antiácidos. Em ambos os casos, a alcalose resultante reduz a concentração de H+ (vermelho): .J.. C0 2

+ H20

~H2 C0 3 ~ .J.. H + +

t

HC03 -

(11)

A diminuição no H+ desloca o equilíbrio para a direita, o que significa que o dióxido de carbono (Pco2) diminui e o HC03 aumenta. Da mesma maneira que ocorre na acidose metabólica, a compensação respiratória para a alcalose metabólica é rápida. O aumento no pH e a diminuição na Pco2 deprimem a ventilação. Menos C0 2 é exalado, elevando a Pco2 e criando mais H+ e HC03 - • Esta compensação respiratória ajuda a corrigir o pH, mas eleva os níveis de HC03 - ainda mais. Contudo, a compensação é limitada porque a hipoventilação causa hipoxia. Uma vez que a Po2 arterial diminui para menos de 60 mmHg, a hipoventilação cessa . A resposta renal para a alcalose metabólica é a mesma que para a alcalose respiratória: HC03 - é excretado e H+ é reabsorvido. Este capítulo usou o equilíbrio hídrico e o equilíbrio ácido-base para ilustrar a integração funcional dos sistemas circulatório, respiratório e renal. Mudanças no volume de líquido do corpo, refletidas por mudanças na pressão do sangue, disparam as respostas homeostáticas cardiovascular e renal. Alterações no equilíbrio ácido-base são corrigidas com respostas compensatórias de ambos os sistemas, respiratório e renal. Devido às responsabilidades interligadas destes três sistemas, uma alteração em um sistema provavelmente causa alterações nos outros dois. O reconhecimento deste fato é um aspecto importante do tratamento de muitas condições clínicas.

Hiponatremia Em casos agudos de hiponatremia de diluição, como o caso de Lauren, o objetivo do t ratamento é corrigir a falta de Na+ e aumentar a osmolaridade plasmática, para diminuir o edema cerebral. Os médicos na emergência começaram a infusão lenta de uma sol ução salina int ravenosa a 3% e rest ringiram a ingestão oral de líquidos. Ao longo de várias horas, com a combinação de ingestão de Na+ e excreção de urina diluída, os níveis de Na+ no plasma de Lauren voltaram ao normal.

A hiponatremia possui várias causas, incluindo secreção inadequada de hormôn io antidiurético (uma condição conhecida como SIAD H, síndrome de secreção inapropriada de hormôn io a ntid iurético). Para aprender mais sobre as causas clínicas da hiponatremia, acesse o Google e busque hiponatremia. Para aprender mais sobre hiponatrem ia associada ao exercício, acesse o site, em inglês, da Gatorade Sports Science lnstitute, www.gssiweb.com. (Este problema foi desenvolvido por Matt Panke enquanto era um estudante de graduação em cinesiologia na Universidade do Texas.)

Fisiologia Humana

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Dê o nome aos dois principais compartimentos líquidos do corpo e os principais íons de cada compartimento.

Os dois principais compartimentos do corpo são o líquido intracelular (LIC) e o líquido extracelular (LEC). O principal íon do LIC é o K+ e os principais íons do LEC são o Na+ e o CI-.

N/A*

2

Com base na história de Lauren, dê uma razão para seu peso ter aumentado durante a corrida.

Lauren re latou ter bebido grande quantidade de água e bebidas esportivas. Um litro de água pura tem uma massa de 1 kg.

A ingestão de líquidos por Lauren foi maior que a sua perda de líquido pelo suor. Um aumento de 2 kg de peso corporal significa que ela bebeu um excesso de cerca de 2 L.

3

Qual compartimento líquido do corpo está sendo diluído na hiponatremia de diluição?

A água ingerida se distribui por todo o LEC e o LIC. O sódio é um dos principais cátions extracelulares.

Lauren consumiu grande quantidade de líquido sem Na e consequentemente diluiu seus estoques de Na+. Entretanto, os compartimentos do corpo estão em equilíbrio osmótico, de modo que ambos, LEC e LIC, tiveram suas osmolaridades d iminuídas.

4

Uma maneira de estimar a osmolaridade é duplicar a concentração plasmática de Na+. Estime a osmolaridade de Lauren e explique que efeito a hiponatremia de diluição tem nas suas células.

O Na+ no plasma de Lauren tem 124 mEq/L. Para o Na+, 1 mEq = 1 miliosmol. Duplicar este valor mostra que a osmolaridade estimada do plasma de Lauren é de 248 mOsM. A água se distribui para manter o equilíbrio osmótico.

Ao iniciar a corrida, as células de Lauren estavam com 280 mOsM. A água que ela ingeriu se distribuiu para manter o equilíbrio osmótico, de modo que a água entrou no LIC a partir do LEC, resultando em edema celular.

5

Com qual órgão ou tecido a equipe médica está mais preocupada na hiponatremia de diluição?

Todas as células do corpo de Lauren incham como resultado da ingestão de água em excesso. O encéfalo é encerrado dentro de um crânio rígido.

O crânio ósseo restringe o inchaço do tecido encefálico, causando sintomas neurológicos, incluindo confusão, dor de cabeça e perda da coordenação. Com concentrações de Na+ mais baixas, pode ocorrer a morte.

6

Assumindo uma taxa da sudorese de 1,0 Uh, quanto Na+ Lauren perdeu durante as 16 horas de corrida?

1,0 L de suor perdido/h x 16 h x 70 mEq Na+/L de suor = 1.120 mEq de Na+ perdido durante as 16 horas de prova.

N/A*

7

A água total do corpo de uma mulher de 60 kg é aproximadamente 30 L, e o volume do seu LEC é de 1O L. Com base na informação dada até aqui, calcule quanto líquido Lauren ingeriu durante a corrida.

A partir da taxa de sudorese informada na Questão 6, você sabe que Lauren perdeu 16 L de suor durante a prova. Você também sabe que ela ganhou 2 kg de peso. Um litro de água pesa 1 kg.

Lauren deve ter ingerido pelo menos 18 L de líquido. Você não tem informação das outras vias de perda de líquido, como a urina e a perda insensível de água durante a respiração.

8

O que você espera que aconteça à produção de vasopressina e de aldosterona em resposta à hiponatremia de diluição?

A secreção de vasopressina é inibida por uma diminuição na osmolaridade. Os estímulos usuais para a renina ou liberação de aldosterona são baixa pressão do sangue e hipercalemia.

A secreção de vasopressina d iminui com a hiponatremia. Os estímulos usuais para a secreção de aldosterona estão ausentes, mas um decréscimo patológico de Na+ no plasma de 10 mEq/L pode estimular o córtex suprarrenal a secretar aldosterona. Desta forma, o Na+ no plasma de Lauren pode estar baixo o bastante para aumentar sua secreção de aldosterona.

*N/A = Não aplicável.

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20

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RESUMO DO CAPÍTULO A homeostase do volume hídrico do corpo, dos eletrólitos e do pH segue o princípio do balanço de massa: para manter constante a quantidade de uma substância no corpo, qualquer ingestão ou produção deve ser compensada pelo metabolismo ou excreção. Os sistemas de controle que regulam esses parâmetros estão entre os reflexos mais complicados do corpo devido à sobreposicão das funções dos rins, dos pulmões e do sistema circulatório. Em nível celular, entretanto, o movimento de moléculas através das membranas segue padrões familiares, à medida que a transferência de água e solutos de um compartimento para outro depende da osmose, da difusão e do transporte mediado por proteínas.

Homeostase hídrica e eletrolítica 1. Os sistemas renal, respiratório e circulatório controlam o equilíbrio de líquido e de eletrólitos. Comportamentos como ingestão de líquidos também desempenham um papel importante. (p. 651; Fig. 20-1) 2. As compensações pulmonar e cardiovascular são mais rápidas que a compensação renal. (p. 652)

Equilíbrio da água Urinário: processamento inicial do filtrado 3. A maior parte da água ingerida vem dos alimentos e da bebida. A maior perda de água é 1,5 L/dia perdida na urina. Menores quantidades são perdidas nas fezes, na evaporação pela pele e no ar umidificado exalado. (p. 653; Fig. 20-2) 4. A reabsorção renal de água conserva a água, mas não pode repor a água perdida pelo corpo. (p. 654; Fig. 20-3) 5. Para produzir uma urina diluída, o néfron deve reabsorver solutos sem reabsorver água. Para concentrar a urina, o néfron deve reabsorver água sem reabsorver soluto. (p. 654) 6. O filtrado que deixa o ramo ascendente da alça de Henle é diluído. A concentração final da urina depende da permeabilidade à água do dueto coletor. (p. 654; Fig. 20-4) 7. O hormônio hipotalâmico vasopressina controla a permeabilidade do dueto coletor à água de um modo graduado. Quando a vasopressina está ausente, a permeabilidade à água é quase zero. (p. 656; Fig. 20-5) 8. A vasopressina causa a inserção de poros de água chamados de aquaporina na membrana apical das células do néfron distal. (p. 656; Fig. 20-6) 9. Um aumento na osmolaridade do LEC ou uma diminuição na pressão do sangue estimulam a liberação da vasopressina pela neuro-hipófise. A osmolaridade é monitorada por osmorreceptores hipotalâmicos. A pressão e o volume de sangue são detectados por receptores localizados nos seios carotídeos e aórticos e nos átrios, respectivamente. (p. 657; Figs. 20-7, 20-8) 10. A alça de Henle é um multiplicador de contracorrente que cria alta osmolaridade no líquido intersticial medular por transportar ativamente Na+, c1- e K+ para fora do néfron. Esta alta osmolaridade medular é necessária para a formação da urina concentrada à medida que o filtrado flui ao longo dos duetos coletores. (pp. 659-660; Figs. 20-9, 20-10) 11. Os capilares denominados vasa recta (vasos retos) levam a água que deixa o túbulo do néfron, de modo que a água não dilui o interstício medular. (p. 661; Fig. 20-10) 12. A ureia contribui para a alta osmolaridade na medula renal. (p. 661)

Equilíbrio do sódio e do volume do LEC Urinário: processamento final do filtrado 13. A quantidade total de Na+ no corpo é o principal determinante do volume do LEC. (p. 661; Fig. 20-11) 14. O hormônio esteroide aldosterona aumenta a reabsorção de Na+ e a secreção de K+. (p. 662; Fig. 20-12) 15. A aldosterona atua nas células principais (células P) do néfron distal. Este hormônio aumenta a atividade da Na+-K+-ATPase e aumenta o tempo de abertura dos canais de vazamento de Na+ e K+. Também estimula a síntese de novas bombas e canais. (p. 662; Fig. 20-12) 16. A secreção da aldosterona pode ser controlada diretamente no córtex suprarrenal. O aumento de K+ no LEC estimula a secreção de aldosterona, mas o aumento da osmolaridade no LEC a inibe. (p. 663; Tabela 20-1) 17. A secreção da aldosterona também é estimulada pela angiotensina II. As células granulares nos rins secretam renina, a qual converte angiotensinogênio em angiotensina 1 no sangue. A enzima conversora da angiotensina (ECA) converte ANG I em ANG II. (p. 663-664; Fig. 20-13) 18. Os estímulos para a liberação da renina estão relacionados direta ou indiretamente com a baixa pressão do sangue. (p. 664; Fig. 20-14) 19. A ANG II tem outros efeitos que aumentam a pressão do sangue, incluindo aumento da secreção da vasopressina, estímulo da sede, vasoconstrição e ativação do centro de controle cardiovascular. (pp. 664-665; Fig. 20-13) 20. O peptídeo natriurético atrial (PNA) e o peptídeo natriurético cerebral (BNP) aumentam a excreção de Na+ e a perda de água pela urina, aumentando a taxa de filtração glomerular, inibindo a reabsorção tubular de NaCl e inibindo a liberação de renina, de aldosterona e de vasopressina. (p. 665; Fig. 20-15)

Equilíbrio do potássio 21. A homeostase do potássio mantém as concentrações de K+ dentro de uma faixa estreita. A hipercalemia e a hipocalemia causam problemas em tecidos excitáveis, especialmente o coração. (p. 666)

Mecanismos comportamentais no equilíbrio do sal e da água 22. A sede é desencadeada por osmorreceptores hipotalâmicos e aliviada pela ingestão de líquidos. (p. 667) 23. O apetite por sal é desencadeado por aldosterona e angiotensina. (p. 667)

Controle integrado do volume e da osmolaridade Líquidos & eletrólitos: homeostase da água 24. A compensação homeostática para mudanças no equilíbrio do sal e da água segue a lei de ação das massas. Líquidos e solutos adicionados ao corpo precisam ser removidos, e líquidos e solutos perdidos pelo corpo precisam ser repostos. Contudo, a compensação perfeita nem sempre é possível. (pp. 668-669; Fig. 20-17; Tabela 20-2)

Fisiologia Hum ana

Equilíbrio ácido-base Líquidos & eletrólitos: homeostase ácido-base 25 . O pH do corpo é estritamente regulado porque o pH afeta as proteínas intracelulares, como enzimas e canais de membrana. (p. 672) 26. A ingestão de ácidos dos alimentos e a produção de ácido pelos processos metabólicos são o maior desafio ao pH do corpo. A fonte mais significativa de ácido é o C02 da respiração celular, o qual se combina com a água para formar ácido carbônico (H2 C03) . (p. 673; Fig. 20-18) 27. O corpo enfrenta as mudanças de pH usando tampões, a ventilação e secreção ou reabsorção renal de H+ e HC0 3- . (p. 674; Fig. 20-18)

683

28. O bicarbonato produzido a partir do C02 é o tampão extracelular mais importante do corpo. O bicarbonato tampona os ácidos orgânicos produzidos pelo metabolismo. (p. 674) 29. A ventilação pode corrigir distúrbios no equilíbrio ácido-base porque as mudanças na Pco 2 plasmática afetam o conteúdo de H + e o conteúdo de HC0 3 - do sangue. Um aumento na Pc o 2 estimula quimiorreceptores centrais. Um aumento de H+ no plasma estimula os quimiorreceptores carotídeos e aórticas. A ventilação aumentada excreta C02 e diminui o H+ do plasma. (p. 675; Fig. 20-19) 30. Na acidose, os rins secretam H+ e reabsorvem HC03 - . (p. 676; Figs. 20-20, 20-21, 20-22a) 31. Na alcalose, os rins secretam HC03 - e reabsorvem H+. (p.676; Fig. 20-22b) 32. As células intercaladas do dueto coletor são responsáveis p ela regulação fina do equilíbrio ácido-base. (p. 678; Fig. 20-22)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.) ,

NIVEL UM 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7.

8. 9. 10.

11.

12. 13. 14.

REVISANDO FATOS E TERMOS O que é um eletrólito? Cite cinco eletrólitos cuja concentração deve ser regulada pelo corpo. Liste cinco órgãos e quatro hormônios importantes na manutenção do equiliôrio hídrico e eletrolítico. Compare as rotas pelas quais a água entra no corpo com as rotas pelas quais o corpo perde água. Liste os receptores que regulam a osmolaridade, o volume do sangue, a pressão do sangue, a ventilação e o pH. Onde eles estão localizados, o que os estimula e quais mecanismos compensatórios são disparados por eles? Como os dois ramos da alça de Henle diferem na permeabilidade à água? O que torna possível esta diferença na permeabilidade? Qual íon é um determinante primário do volume do LEC? Qual íon é o determinante do pH extracelular? O que acontece com o potencial da membrana em repouso das células excitáveis quando a concentração de K+ no plasma diminui? Qual órgão é mais provável de ser afetado p ela mudança na concentração de K+? O apetite por quais duas substâncias é importante na regulação do volume de líquido e da osmolaridade? Escreva o significado das seguintes abreviações: ADH, PNA, ECA, ANG II, aparato JG, células P, células 1. Faça uma lista de todos os diferentes transportadores de membrana presentes no rim. Para cada transportador, diga (a) qual (is) parte (s) do néfron contém o transportador; (b) se o transportador está somente na membrana apical, somente na m embrana basolateral, ou em ambas; (c) se ele participa apenas na reabsorção, apenas na secreção, ou em ambos os processos. Liste e explique resumidamente três razões pelas quais é importante regular e monitorar o pH do LEC. Quais os três mecanismos que o corpo usa para enfrentar as mudanças de pH? Qual é mais provável se acumular no corpo, ácidos ou bases? Liste algumas fontes de cada um deles. O que é um tampão? Liste três tampões intracelulares. Nomeie o principal tampão extracelular. Cite duas maneiras pelas quais os rins alteram o pH plasmático. Quais substâncias servem como tampões urinários?

15. Escreva a equação que mostra como o C02 está relacionado com o pH. Que enzima aumenta a velocidade desta reação? Cite dois tipos de células que possuem alta concentração desta enzima. 16. Quando a ventilação aumenta, o que acontece à Pco2 arterial? Ao ' pH do plasma? A concentração de H+ no plasma?

NÍVEL DOIS 17.

18. 19. 20. 21.

22.

23.

REVISANDO CONCEITOS Mapa de conceitos: Faça um mapa dos reflexos homeostáticos que ocorrem em resposta a cada uma das seguintes situações: (a) diminuição do volume do sangue, osmolaridade normal do sangue (b) aumento do volume do sangue, aumento na osmolaridade do sangue (c) volume normal do sangue, aumento da osmolaridade do sangue As Figuras 20-19 e 20-20 mostram as compensações respiratória e renal para a acidose. Desenhe um mapa similar para a alcalose. Explique como a alça de Henle e os vasos retos trabalham juntos para criar o filtrado renal diluído. Esquematize o m ecanismo pelo qual a vasopressina altera a composição da urina. Faça uma tabela que especifique o seguinte para cada substância listada: hormônio ou enzima? Esteroide ou peptídeo? Produzido por qual célula ou tecido? Célula-alvo ou tecido-alvo? Qual a resposta do alvo? (a) PNA (d) ANG II (b) aldosterona (e) vasopressina (c) renina (f) enzima conversora da angiotensina Cite os quatro principais mecanismos compensatórios para levar a baixa pressão do sangue para os níveis normais. Por que você acha que existem tantas vias homeostáticas para aumentar a pressão sanguínea baixa? Compare e diferencie os termos: (a) células principais e células intercaladas (b) renina, angiotensina II, aldosterona, ECA (c) acidose respiratória e acidose metabólica, incluindo causas e compensações (d) reabsorção de água no túbulo proximal, no túbulo distal e no ramo ascendente da alça de Henle

20

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(e) alcalose respiratória e alcalose metabólica, incluindo causas e compensações 24. O líquido intersticial em contato com a superfície basolateral das células do dueto coletor tem uma osmolaridade extremamente alta, mas estas células não murcham. Como elas podem manter o volume celular normal em face da alta osmolaridade do LEC?

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 25. Um homem de 45 anos visitante de outra cidade chega à emergência de um hospital tendo uma crise de asma causada pelo pólen. (a) O sangue coletado antes do tratamento mostra: HC03 - = 30 meq/L (normal: 24), Pco2 = 70 mmHg, pH = 7,24. Qual é o estado ácido-base deste homem? Esta é uma situação aguda ou crônica? (b) O homem foi tratado e teve uma recuperação completa. Durante os próximos dez anos ele continuou a fumar um maço de cigarros por dia, e há um ano seu médico de família diagnosticou doença pulmonar obstrutiva crônica (enfisema). O exame de sangue mais recente deste homem mostrou o seguinte: HC03 - = 45 meq/L, Pco2 = 85 mmHg, pH = 7,34. Qual o estado ácido-base deste homem agora? Esta situação é aguda ou crônica? (e) Explique por que na segunda doença seu nível de bicarbonato no plasma e a Pco2 são maiores do que na primeira doença, mas seu pH é mais próximo do normal. 26. A U.S. Food an Drug Administration aprovou recentemente uma nova classe de fármacos chamados de antagonistas do receptor de vasopressina. Diga qual o efeito esses fármacos teriam na função renal e descreva algumas situações clínicas ou doenças onde esses fármacos seriam úteis. 27. Karen tem bulimia, na qual ela induz o vômito para evitar ganho de peso. Quando foi ao médico, seu peso era de 40,4 kg e sua frequência respiratória era de 6 ventilações/min (normal: 12). Seu HC03 - plasmático era de 62 meq/L (normal: 24 a 29), o pH do sangue arterial era de 7,61 e a Pco2 era de 61 mmHg. (a) Como é chamada sua condição ácido-base? (b) Explique por que o nível de bicarbonato no plasma é tão alto. (e) Por que ela está hipoventilando? Que efeito isso tem no pH e no conteúdo total de oxigênio do seu sangue? Explique suas respostas. 28. Hannah, uma mulher de 31 anos, decidiu fazer uma irrigação do colo, um procedimento durante o qual um grande volume de água destilada é infundido no reto. Durante o tratamento, ela absorveu 3.000 mL de água. Cerca de 12 horas depois, sua companheira

de quarto a encontrou tendo uma convulsão e a levou para a emergência do hospital. Sua pressão sanguínea era de 140/90, sua concentração de Na+ no plasma era de 106 meq/L (normal: 135 meq/L) e a osmolaridade do seu plasma era de 270 mOsM. Em um mapa ou fluxograma, desenhe todas as respostas homeostáticas que seu corpo estava usando para tentar compensar as mudanças na pressão e na osmolaridade do sangue.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 29. A equação de Henderson-Hasselbalch é uma expressão matemática da relação entre pH, concentração de HC03 - e concentração de C02 dissolvido. Uma variante da equação usa Pco2, ao invés da concentração de C02 dissolvido: pH

=

ttco3- J [ 6,1 + log

0,03 x Pco 2

(a) Se o sangue arterial tem uma Pco2 de 40 mm Hg e sua concentração de HC03 - é 24 mM, qual é seu pH? (Use uma tabela de logaritmos ou de uma calculadora com função logarítmica.) (b) Qual é o pH do sangue venoso com a mesma concentração de HC03 - , mas com uma Pco2 de 46 mmHg? 30. Na desidratação extrema, a urina pode alcançar uma concentração de 1.400 mOsM. Se a quantidade mínima de solutos residuais que uma pessoa precisa excretar diariamente é de aproximadamente 600 miliosmoles, qual é o volume mínimo de urina que é excretada em um dia? 31. A hiperglicemia em um paciente diabético leva à diurese osmótica e à desidratação. Dada as seguintes informações, responda às questões. Glicose no plasma= 400 mg/dL Fluxo normal de urina = 1 L por dia TFG = 130 mL/min Osmolaridade normal da urina = 300 mOsM Tm Glicose = 400 mg/min Massa molecular da glicose= 180 dáltons Fluxo plasmático renal = 500 mL/min (a) Quanta glicose é filtrada no néfron a cada minuto? (b) Quanta glicose é reabsorvida a cada minuto? (e) Quanta glicose é excretada na urina a cada dia? (d) Assumindo que a desidratação causa secreção máxima de vasopressina (ADH) e permite que a urina tenha uma concentração de 1.200 mOsM, quanta urina adicional este paciente diabético excreta em um dia?

RESPOSTAS

v'Respostas para as questões de ••Revisando Página 656 1. A membrana apical tem mais poros de água quando a vasopressina está presente. 2. Se a secrecão de vasopressina é suprimida a urina é diluída.

4. Como a vasopressina aumenta a reabsorção de água, os níveis de vasopressina aumentam com a desidratação. 5. Os osmorreceptores presentes no trato digestório e na veia porta do fígado detectam a alta osmolaridade dos alimentos e líquidos que tenham sido ingeridos e absorvidos, antes que eles entrem na circulação geral. Isto permitiria uma secreção antecipatória de vasopressina para conservar a água corporal.

Página 657 3. O NaCl hiperosmótico é hipertônico e faz com que os osmorreceptores encolham, mas a ureia hiperosmótica é hipotônica e faz com que eles inchem. Como apenas o encolhimento da célula causa o disparo, os osmorreceptores expostos à ureia não disparam.

Página 660 6. Os solutos que permanecem no lúmen quando o transportador do simporte NKCC é inibido forçam a água a permanecer no lúmen com eles porque a urina pode ser concentrada apenas até 1.200 mOsM. Assim, cada 12 miliosmoles de soluto

conceitos••

Fisiologia Humana

não reabsorvido "mantém" 10 mL adicionais de água na urina. 7. Diuréticos que inibem o simportador NKCC deixam o K+ no lúmen do túbulo, de onde ele provavelmente será excretado, aumentando a perda de K+ na urina. Página 662 8. O Na+ e o K+ estão se movendo a favor dos seus gradientes eletroquímicas. 9. A hipercalemia despolariza o potencial da membrana em repouso. Os tecidos excitáveis disparam um potencial de ação, mas são incapazes de repolarizar para disparar um segundo potencial. Página 665 10. As placas ateroscleróticas bloqueiam o fluxo de sangue, o que diminui a TFG e a pressão na arteríola aferente. Ambos os eventos são estímulos para a liberação da renina. 11. A secreção de renina inicia uma cascata que produz angiotensina II. Este poderoso hormônio então causa vasoconstrição, age no centro de controle cardiovascular bulhar aumentando a pressão sanguínea, aumenta a produção da vasopressina e da aldosterona, e aumenta a sede, resultando na ingestão de líquidos e aumentando o volume de líquido do corpo. Todas estas respostas podem contribuir para aumentar a pressão sanguínea. Página 667 12. No lado esquerdo da Figura 20-7, os interneurônios também levam sinais dos osmorreceptores hipotalâmicos para os centros hipotalâmicos da sede.

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Página 676 13. Os músculos da ventilação envolvidos são o diafragma, os intercostais externos e os escalenos. 14. O nível de bicarbonato aumenta à medida que a reação se desloca para a direita como um resultado da adição de C02• Uma vez que um novo estado de equilíbrio seja alcançado, o bicarbonato não pode atuar como um tampão porque o sistema está em equilíbrio. Página 679 15. No néfron distal, K+ e H+ estão se movendo contra seus gradientes de concentração, o que requer ATP. No túbulo proximal, o Na+ se move a favor do seu gradiente de concentração, fornecendo energia para empurrar o H+ contra seu gradiente. 16. Quando as células intercaladas reabsorvem K+, elas secretam H+, e, portanto, o pH do sangue aumenta.

Respostas para as questões das figuras Página 662 Figura 20-11: ver Fig. 15-22, p. 533. Página 664 Figura 20-13: ver Fig. 15-23, p. 534, para a via cardiovascular, Fig. 2012 para a célula efetora envolvida na ação da aldosterona, e Fig. 20-6 para a célula efetora envolvida na ação da vasopressina.

20

•

Funções e processos digestórios

705 Os sais biliares facilitam a digestão de

Anatomia do sistema digestório

706

689 689

707

O sistema digestório é um tubo A parede do trato gastrintestinal possui quatro camadas

Motilidade 693

O músculo liso gastrintestinal se contrai espontaneamente 694 O músculo liso gastrintestinal apresenta diferentes padrões de contração

Secreção 695 O sistema digestório secreta íons e ,

696 697 697 699

agua As enzimas digestórias são secretadas para o lúmen Células especializadas secretam muco A saliva é uma secreção exócrina O fígado secreta a bile

708

Fase cefálica 708 A digestão mecânica e química inicia 709

701

O sistema nervoso entérico pode atuar de modo independente Os peptídeos gastrintestinais incluem hormônios, neuropeptídeos e citocinas

Digestão e absorção 703

Os carboidratos são absorvidos como monossacarídeos 704 As proteínas são digeridas gerando pequenos peptídeos e aminoácidos 704 Alguns peptídeos maiores podem ser absorvidos intactos

na boca A deglutição leva o bolo alimentar da boca para o estômago

Fase gástrica 711 711 713

O estômago armazena o bolo alimentar O estômago secreta ácido e enzimas O estômago equilibra digestão e proteção

Fase intestinal 714 O bicarbonato neutraliza o ácido

Regulação da função gastrintestinal 701

gorduras Os ácidos nucleicos são digeridos formando bases e monossacarídeos O intestino absorve vitaminas e • • m1nera1s O intestino absorve íons e água

715 715 716 717

gástrico A maioria dos líquidos é absorvida no intestino delgado A maior parte da digestão ocorre no intestino delgado O intestino grosso concentra os resíduos A diarreia pode causar desidratação

Funções imunitárias do trato gastrintestinal 718 As células M coletam conteúdos do TGI 718 O vômito é um reflexo protetor

CONHECIMENTOS BÁSICOS Biomoléculas: 28 Micelas: 58 Músculo liso: 432 Linfáticos: 530 Transporte ativo secundário: 147 Junções celulares: 72 Transporte renal do Na+: 636 Retroalimentação positiva: 203 Microvilosidades:

66 Glândulas endócrinas e exócrinas: 79 Epitélios transportador e secretor: 74 Superfícies apical e basolateral: 77 Enzimas: 100 Síntese e armazenamento de proteínas: 117 Acidificação da urina:

678 Exocitose e transcitose: 154 Sistemas porta: 232, 471

Dê-me uma boa digestão, Senhor, e também algo para digerir.

-Anônimo, A Pilgrim's Grace

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA "'

"'

Ulcera peptica O estômago é um dos ambientes mais hostis do planeta terra. Por ser banhado em um ácido forte o bastante para digerir pregos de ferro, suas paredes protegidas por um muco pegajoso e sendo constantemente agitado, se acreditava que ele não era habitado por nenhuma forma de vida. Entretanto, cientistas descobriram um notável organismo que realmente prospera no formidável ambiente do estômago. Esta bactéria resistente, denominada He/icobacter pylori, desenvolveu um conjunto de defesas que permitiu que a sua detecção escapasse até 1982. Entretanto, a H. pylori não é apenas um viajante silencioso no estômago: ela está associada a muitos casos de úlcera péptica em todo o mundo. Tratamentos com fármacos apropriados matam a H. pylori e permitem a cicatrização de úlceras no estômago e no duodeno. Esta é uma boa notícia para Tonya Berry, cujo médico acabou de lhe informar que acha que ela tem úlcera péptica. "Eu pensei que era estresse", disse Tonya.

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697

700

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719

687

trolados, ele confirmou que o líquido gástrico digeria carne usando uma combinação de ácido clorídrico e outro fator ativo, que hoje se sabe que é a enzima pepsina. Tais observações e outras sobre motilidade e digestão no estômago tornaram-se a base do que conhecemos sobre a fisiologia digestória. Embora as pesquisas hoje sejam realizadas mais em nível celular e molecular, os pesquisadores ainda criam fístulas cirúrgicas em animais experimentais para observar e coletar amostras do conteúdo do trato digestório. Por que o sistema digestório, também denominado sistema gastrintestinal [intestinus, interno], é de tão grande interesse? A razão é as doenças gastrintestinais hoje representarem um décimo do dinheiro gasto na assistência à saúde. Muitas destas condições, como azia, indigestão, gases e constipação, são problemas que causam mais desconforto do que riscos para a saúde, mas o seu significado não deve ser subestimado. Se você for a qualquer farmácia e observar o número de medicamentos relacionados com distúrbios digestórios, pode estimar o impacto que estas doenças têm em nossa sociedade. Neste capítulo, examinamos o sistema gastrintestinal e o modo extraordinário pelo qual ele transforma a comida que ingerimos em nutrientes que são utilizados pelo corpo.

FUNÇÕES E PROCESSOS DIGESTÓRIOS m ferimento no estômago provocado por um tiro de espingarda parece ser um início improvável para o estudo científico dos processos digestórios. Mas, em 1822, no forte Mackinac, um jovem caçador canadense chamado Alexis St. Martin escapou por um triz da morte quando uma arma disparou a um metro dele, rasgando seu tórax e abdome e deixando um buraco na parede do seu estômago. O cirurgião do Exército Americano William Beaumont o atendeu e cuidou dele, durante dois anos até a recuperação da sua saúde. O ferimento no estômago não curou corretamente, deixando uma fístula, ou abertura, para dentro do lúmen. Como St. Martin era carente e incapaz de cuidar de si mesmo, Beaumont "manteve-o com sua família para o propósito especial de realizar experimentos fisiológicos". Em um documento legal, St. Martin concordou em "obedecer, sofrer e cumprir todos os experimentos razoáveis e adequados de William (Beaumont) em relação ao ... à exibição ... do seu dito estômago e o poder e propriedades ... e estados dos conteúdos". As observações de Beaumont sobre a digestão e sobre o estado do estômago de St. Martin sob várias condições foi uma sensação. Em 1832, um pouco antes de Beaumont publicar suas observações, a natureza do suco gástrico [gastro, estômago] e a digestão no estômago eram assunto de muito debate. As observações cuidadosas de Beaumont avançaram muito na resolução desse mistério. Assim como os médicos antigos provavam a urina quando faziam um diagnóstico, Beaumont provou o sabor do revestimento mucoso do estômago e o suco gástrico. Ele descreveu que ambos eram "salgados", mas o muco não era nada ácido, e o líquido gástrico era muito ácido. Beaumont coletou grande quantidade do líquido gástrico por meio da fístula; e em experimentos con-

O trato gastrintestinal, ou trato GI, é um tubo longo que passa através do corpo. O tubo possui paredes musculares revestidas com epitélio e é fechado por um esfincter de músculo esquelético em cada extremidade. Pelo fato de o trato GI estar aberto para o mundo exterior, o lúmen e seu conteúdo são de fato parte do meio externo. (Pense em um orifício que atravessa o centro de uma conta de um colar.) [$ Fig. 1-2, p. 3] A função primária do trato GI é transportar nutrientes, água e eletrólitos do meio externo para o meio interno do corpo. A comida que ingerimos existe principalmente na forma de macromoléculas, como proteínas e carboidratos complexos; então, nosso sistema digestório precisa secretar enzimas poderosas para digerir os alimentos gerando moléculas que sejam pequenas o bastante para serem absorvidas para o interior do corpo. Ao mesmo tempo, entretanto, essas enzimas não devem digerir as células do próprio trato GI (autodigestão). Se os mecanismos protetores contra a autodigestão falham, podemos desenvolver lesões conhecidas como úlceras pépticas fpeptos, digerir] nas paredes do trato GI. Outro desafio que o sistema digestório enfrenta diariamente é o balanço de massa: equilibrar a entrada com a saída de líquido (Fig. 21-1 e ). As pessoas ingerem cerca de 2 litros de líquido por dia. Além disso, as glândulas e células exócrinas secretam aproximadamente 7 litros de enzimas, muco, eletrólitos e água no lúmen do trato GI. Esse volume de líquido secretado é o equivalente a um sexto do volume total de água do corpo (42 litros), ou mais do dobro do volume do plasma (3 litros), e precisa ser absorvido ou o corpo desidrataria rapidamente. Normalmente a absorção é muito eficiente, e apenas cerca de 100 mL de líquido é perdido nas fezes. Entretanto, vômitos e diarreia (fezes excessivamente

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Entrada de líquido no sistema digestório

SECREÇÃO

Ingestão DIGESTÃO

2,0 L alimento e bebida '

Secreção

'

•

'

'

•

o o o

1,5 L saliva (g lândulas salivares)

ABSORÇÃO

o Líquido removido do sistema digestório

0,5 Lbile - (fígado)

2,0 L secreções gástricas

MOTILIDADE

Absorção

--+-- 7,5 L do intestino

-

delgado 1,5 L secreções pancreáticas

~­

--+--1,4 L do intestino grosso

1,5 L secreções intestinais

Excreção ----+-

9,0 L Entrada total no lúmen

e

O, 1 L nas fezes 9,0 L removidos do lúmen

Para manter a homeostase, o volume de líquido que entra no lúmen do trato GI por ingestão ou secreção deve ser igual ao volume que deixa o lúmen.

•

Lúmen do trato digestório

-

Parede

Líquido intersticial

Sangue+

Os quatro processos básicos do sistema digestório. Os quatro processos do sistema digestório são: digestão do alimento em unidades menores; absorção de substâncias do lúmen para o LEC; motilidade, o movimento de materiais ao longo do trato GI; e secreção de substâncias das células epiteliais para o lúmen ou para o LEC.

FIGURA 21-2

FIGURA 21-1

aquosas) podem tornar-se uma emergência quando as secreções GI, que normalmente seriam absorvidas, são perdidas para o meio externo. Em casos graves, esse líquido perdido pode diminuir o volume do líquido extracelular a ponto de o sistema circulatório ser incapaz de manter a pressão do sangue adequada. Um desafio final que o sistema digestório enfrenta é repelir invasores externos. Ao contrário do que se imagina, a maior área de contato entre o meio interno e o mundo exterior está no lúmen do sistema digestório. Consequentemente, o trato GI, com sua área de superfície total do tamanho aproximado de uma quadra de tênis, enfrenta diariamente o conflito entre a necessidade de absorver água e nutrientes e a necessidade de evitar que bactérias, vírus e outros patógenos entrem no corpo. Para este fim, o epitélio transportador do trato GI é auxiliado por um conjunto de mecanismos fisiológicos de defesa, incluindo muco, enzimas digestórias, ácido e a maior coleção de tecido linfático do corpo, o tecido linfático associado ao intestino (GALT). Estima-se que 80o/o de todos os linfócitos [~ p. 549] do corpo são encontrados no intestino delgado. O corpo humano enfrenta esses desafios fisiológicos, às vezes conflitantes, coordenando os quatro processos básicos do sistema digestório: digestão, absorção, motilidade e secreção (Fig. 21-2 e ). A digestão é a quebra ou degradação química e mecânica dos alimentos em unidades menores que

podem ser levadas através do epitélio intestinal para dentro do corpo. A absorção é a transferência ativa ou passiva de substâncias do lúmen do trato GI para o LEC. A motilidade (movere, mover + tillis, caracterizada por) é o movimento de material no trato GI como resultado de contrações musculares. A secreção refere-se tanto à transferência transepitelial de água e íons do LEC para o lúmen do trato digestório quanto à liberação de substâncias sintetizadas pelas células epiteliais GI. Os cientistas acreditavam que a absorção dos nutrientes não é regulada, e que "o que você come é o que você absorve". Entretanto, agora há evidências que indicam que parte da absorção de nutrientes muda em resposta a alterações ambientais de longo prazo. Em contraste, a motilidade e a secreção são continuamente reguladas, a fim de maximizar a disponibilidade de material absorvível. A motilidade é regulada porque se o alimento se move pelo sistema GI muito rapidamente, não há tempo suficiente para que todo o conteúdo do lúmen seja digerido e absorvido. A secreção é regulada porque se as enzimas digestórias não são secretadas em quantidades adequadas, o alimento no TGI não pode ser degradado até uma forma absorvível. Quando os nutrientes digeridos são absorvidos e chegam às células do corpo, o metabolismo celular determina o seu uso ou armazenamento (veja o Capítulo 22). Algumas das mesmas moléculas de sinalização química que alteram a motilidade e a secreção digestórias também participam no controle do metabolismo, promovendo uma ligação integrada entre as duas etapas.

Fisiologia Humana

ANATOMIA DO SISTEMA DIGESTÓRIO O sistema digestório inicia na cavidade oral (boca e faringe), a qual atua como um receptáculo para a comida (Fig. 21-3a e ). Na cavidade oral, os primeiros estágios da digestão iniciam com a mastigação e a secreção da saliva, por três pares de glândulas salivares: glândulas sublingu.ais, sob a língua, glândulas submandibulares, sob a mandíbula e glândulas parótidas, perto da articulação da mandíbula. Uma vez deglutido, o alimento se move no trato GI. Em intervalos ao longo do trato, existem anéis de músculo liso que funcionam como esfincteres para separar o tubo em segmentos com funções distintas. O alimento move-se pelo trato sendo propelido por ondas de contrações musculares. Ao longo do caminho, são adicionadas secreções ao alimento pelo epitélio secretório, pelo fígado e pelo pâncreas, criando uma mistura com uma consistência parecida com a de uma sopa (cremosa), que é conhecida como quimo. A digestão ocorre principalmente no lúmen do tubo. Os produtos da digestão são absorvidos através do epitélio e passam para o compartimento extracelular. De lá eles vão para o sangue ou linfa e são distribuídos para todo o corpo. Qualquer resíduo que permanece no lúmen no final do trato GI deixa o corpo pela abertura conhecida como ânus. R VISANDO CONCEITOS Defina digest ão. 2. Qual é a diferença entre digest ão e metabolismo

[ $ p.1 05]? 3. Qual é a diferença entre absorção e secreção? Respostas: p. 723

O sistema digestório é um tubo Quando você engole uma porção de alimento, ele passa para o esôfago, que é um tubo estreito que percorre o tórax até o abdome (Fig. 21-3a). As paredes do esôfago são constituídas inicialmente de músculo esquelético, mas sofrem transição para músculo liso nos dois terços inferiores. Logo abaixo do diafragma, o esôfago termina no estômago, um órgão em forma de saco que pode conter até dois litros de alimento e líquidos quando totalmente (embora desconfortavelmente) expandido. O estômago é dividido em três partes: o fundo, superior, o corpo, central, e o antro, inferior (Fig. 21-3b). O estômago continua a digestão que iniciou na boca misturando o alimento com ácido e enzimas para criar o quimo. A abertura entre o estômago e o intestino delgado, ou piloro [porteiro] é protegida pela valva pilórica. Esta faixa espessa de músculo liso relaxa para permitir que apenas pequenas quantidades de quimo entrem no intestino delgado simultaneamente. Desta maneira, o estômago funciona como um intermediário entre o ato comportamental de comer e os eventos fisiológicos da digestão e absorção no intestino. Sinais integrados e alças de retroalimentação entre o intestino e o estômago regulam a velocidade na qual o quimo entra no duodeno, a fim de não sobrecarregar o intestino com mais do que ele pode digerir e absorver.

689

A maior parte da digestão acontece no intestino delgado, o qual também se divide em três partes: o duodeno (os primeiros 25 cm), o jejuno e o íleo (os dois últimos juntos têm cerca de 260 cm de comprimento). A digestão é reali,. zada por enzimas intestinais, auxiliadas por secreções exocrinas de dois órgãos glandulares acessórios: o pâncreas e o fígado (Fig. 21-3a). A secreção destes dois órgãos entra na porção inicial do duodeno por duetos. Um esfincter tonicamente contraído (o esfincter hepatopancreático ou esfincter de Oddi) impede que o líquido pancreático e a bile entrem no intestino delgado, exceto durante uma refeição. A digestão é essencialmente completada no intestino delgado, e quase todos os nutrientes digeridos e líquidos secretados são absorvidos ali, deixando que aproximadamente 1,5 litros de quimo por dia passem para o intestino grosso (Fig. 21-3a). No colo - a porção proximal do intestino grosso -, o quimo aquoso é convertido em fezes semissólidas [faeces, resíduos] quando água e eletrólitos são absorvidos do quimo para o LEC. Quando as fezes são propelidas para a porção terminal do intestino grosso, conhecida como reto, a distensão da parede retal dispara o reflexo da defecação. As fezes deixam o trato GI pelo ânus, sendo que o esfincter do ânus externo, constituído de músculo esquelético, está sob controle voluntário. A porção do trato GI que vai do estômago até o ânus é conhecida coletivamente como intestino. Em uma pessoa viva, o sistema disgestório da boca até o ânus tem cerca de 450 cm de comprimento! Deste comprimento, 395 cm consistem no intestino grosso e intestino delgado. Tente imaginar 3,95 metros de corda, com 2,5 a 7,5 centímetros de diâmetro, toda enrolada dentro do seu abdome do umbigo para baixo. O arranjo apertado dos órgãos abdominais ajuda a explicar porque você sente necessidade de soltar o seu cinto após ingerir uma grande quantidade de comida! Medidas do comprimento intestinal feitas durante autópsias são aproximadamente o dobro daquelas dadas aqui, porque, após a morte, os músculos longitudinais do trato intestinal relaxam. Esse relaxamento é responsável pela ampla variação na extensão do intestino descrita em diferentes referências.

A parede do trato gastrintestinal possui quatro camadas A estrutura básica da parede gastrintestinal é similar no estômago e intestinos, embora existam variações de uma porção do trato GI para outra (Fig. 21-3c, d, e). A parede consiste em quatro camadas: (1) uma mucosa interna voltada para o lúmen, (2) uma camada conhecida como submucosa, (3) camadas de músculo liso conhecidas coletivamente como muscular externa, e (4) uma cobertura de tecido conectivo denominada serosa.

Mucosa A mucosa, o revestimento interno do trato gastrintestinal, é constituída de: (1) uma camada única de células epiteliais; (2) a lâmina própria, tecido conectivo subepitelial que mantém o epitélio no lugar; e (3) a muscular da mucosa, que é uma camada fina de músculo liso. Várias

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SISTEMA DIGESTÓRIO

ESTRUTURA DO ESTÕMAGO E INTESTINO Esôfago

Fundo

Cavidade oral •

Corpo

G lândulas~

salivares Antro /

Piloro Vesícula biliar Pâncreas Intestin o delgado

Rugas: superfície pregueada que aumenta a área

Estômago -Intestino grosso

(b) Estômago

Reto---

•

(a)

Mesentério

Submucosa

Prega 4lrt~'r!íii ci rcu lar Músculo circular

fr--

-~~'\.

Músculo longitudinal

------'~

Serosa

Glândulas submucosas

(d) Estrutura do intestino delgado

e

FIGURA 21-3

Vilosidades

Fisiologia Humana

691

VISTA SECCIONAL DO ESTÔMAGO E INTESTINO

Abertura da ----glândula gástrica

1---Mucosa

• • • •• •• • • • • •

Vaso linfático -----.

Lâmina própria -------

t::::::::::::="" Artéria e veia

Muscular da mucosa ------:'=!! Submucosa - - - - - < Camada oblíqua --~~9 Camada circular -----<

Muscular externa

-

-

-•

(c) No estômago, a área de superfície é aumentada por invaginações chamadas de glândulas gástricas.

Cripta --.....

21 ~-

Muscular da mucosa ~

Muscular externa Camada longitudinal - {

Vaso linfático

.

Serosa --{ 1 ~~-~

Artéria e veia submucosas

Placa de Peyer

(e) A área da superfície intestinal é aumentada por vilosidades semelhantes a dedos e invaginações chamadas de criptas.

•

FIGURA 21-3

(continuação)

692

Dee Unglaub Silverthorn

modificações estruturais aumentam a área da superfície da mucosa, a fim de aumentar a absorção. Pimeiro, toda a parede é pregueada formando dobras conhecidas como rugas no estômago e pregas circulares (plicas) no intestino delgado. A mucosa intestinal também se projeta para dentro do lúmen em pequenas projeções semelhantes a dedos conhecidas como vilosidades (Fig. 21-3d). Mais área de superfície é adicionada por invaginações tubulares da superfície que se estendem para dentro do tecido conectivo de sustentação. Estas invaginações são denominadas glândulas gástricas no estômago e criptas no intestino. Algumas das invaginações mais profundas formam glândulas submucosas secretórias que se abrem para o lúmen por meio de duetos. As células epiteliais são a característica mais variável do trato GI, mudando de região para região. Tais células incluem células epiteliais transportadoras (chamadas de enterócitos no intestino delgado), células secretórias endócrinas e exócrinas e células-tronco. As células epiteliais transportadoras transportam íons e água para dentro do lúmen e absorvem íons, água e nutrientes para o LEC. Na superfície mucosa (apical) [ $ p. 77], as células secretórias liberam enzimas, muco e moléculas parácrinas para o lúmen. Na superfície serosa (basolateral), as células secretórias secretam hormônios para o sangue ou mensageiros parácrinos no líquido intersticial, onde eles atuam em células vizinhas. As junções célula-célula que unem as células epiteliais do TGI variam [ $ p. 72]. No estômago e no colo, as junções formam uma barreira impermeável, de modo que pouco pode passar entre as células. No intestino delgado, as junções não são tão apertadas. Este epitélio intestinal é considerado "permeável" porque parte da água e solutos pode ser absorvida entre as células (via paracelular), em vez de através delas. Agora sabemos que as junções possuem plasticidade e que sua permeabilidade e seletividade podem ser reguladas em algum grau. As células-tronco GI são células indiferenciadas que se dividem rapidamente produzindo continuamente novo epitélio nas criptas e nas glândulas gástricas. Na medida em que as células-tronco se dividem, as células recém-formadas são empurradas em direção à superfície luminal do epitélio. A duração média de uma célula epitelial GI é de apenas poucos dias, um bom indicador da vida dura que estas células têm. Como ocorre em outros tipos de epitélio, a rápida renovação e taxa de divisão celular no trato GI torna estes órgãos suscetíveis ao desenvolvimento do câncer. Em 2005, os cânceres de colo e reto (câncer colorretal) foram a terceira causa de morte por câncer nos Estados Unidos. A lâmina própria é o tecido conectivo subepitelial que contém fibras nervosas e pequenos vasos sanguíneos e linfáticos para dentro nos quais os nutrientes absorvidos entram (Fig. 21-3c). Esta camada também contém células imunitárias patrulhadoras, como macrófagos e linfócitos, que patrulham invasores que tenham entrado através de rupturas do epitélio. No intestino, o acúmulo de tecido linfático adjacente ao epitélio forma pequenos nódulos e placas maiores denominadas placas de Peyer que criam saliências visíveis na mucosa

(Fig. 21-3e). Estes agregados linfáticos constituem a maior parte do tecido linfático associado ao intestino (GALT). A terceira região da mucosa, a muscular da mucosa, separa a mucosa da submucosa. A muscular da mucosa é uma camada fina de músculo liso, e a contração desta camada altera a área de superfície efetiva para a absorção, movendo as vilosidades para trás e para frente, como os tentáculos ondulantes de uma anêmona do mar.

Submucosa A camada da parede do TGI adjacente à mucosa, a submucosa, é composta de tecido conectivo com vasos sanguíneos e linfáticos maiores (Fig. 21-3c, e). A submucosa também contém o plexo submucoso [plexo, entrelaçamento], uma das duas principais redes nervosas do sistema nervoso entérico [ $ p. 249]. O sistema nervoso entérico ajuda a coordenar as funções digestórias, e o plexo submucoso (também denominado plexo de Meissner) inerva as células da camada epitelial, bem como o músculo liso da muscular da mucosa.

Muscular externa e serosa A parede externa do trato gastrintestinal, a muscular externa, consiste principalmente em duas camadas de músculo liso: uma camada circular interna e uma camada longitudinal externa (Fig. 21-3d, e). A contração da camada circular diminui o diâmetro do lúmen e a contração da camada longitudinal encurta o tubo. O estômago possui uma terceira camada incompleta de músculo oblíquo entre a camada muscular circular e a submucosa (Fig. 21-3c). A segunda rede nervosa do sistema nervoso entérico, o plexo mientérico [mio, músculo + entero, intestino], situa-se entre a camada muscular longitudinal e a circular. O plexo mientérico (também chamado de plexo de Auerbach) controla e coordena a atividade motora da camada muscular externa.

Uma úlcera péptica é uma ferida no estômago ou no duodeno que se estende de uma ruptura na superfície epitelial até a muscular da mucosa. Embora a maioria das úlceras pépticas ocorra no duodeno (úlceras duodenais), algumas podem estar localizadas no estômago (úlceras gástricas). Até 1982, quando a H. pylori foi descoberta, se acreditava que as úlceras pépticas eram causadas por níveis altos de ácido clorídrico e de enzimas no estômago. Porém, a partir de 1980, os cientistas encontraram H. pylori em 90o/o das pessoas com úlcera duodenal e 70o/o das pessoas com úlceras gástricas. Para confirmar sua suspeita diagnóstica, o médico de Tonya pediu exames para determinar se Tonya tem uma úlcera causada por H. pylori Questão 1: Por que as úlceras pépticas são encontradas no duodeno, em vez de no jejuno ou íleo?

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697

700

717

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Fisiologia Humana

A cobertura externa de todo o trato digestório é a serosa, uma membrana de tecido conectivo que é uma continuação da membrana peritoneal (peritônio) que reveste a cavidade abdominal [~ p. 54]. O peritônio também forma o mesentério, que mantém o intestino no lugar para que ele não fique enroscado quando se move. Agora vamos dar uma olhada nos quatro processos: motilidade, secreção, digestão e absorção. A fisiologia gastrintestinal é um campo em rápida expansão e este livro não tenta esgotar o tema, mas enfocar os aspectos gerais da fisiologia digestória. REVISANDO CONCEITOS 4 O lúmen do trato digestório está no lado apical ou basolateral do epitélio intestinal? Na superfície serosa ou mucosa? 5. Cite as estruturas pelas quais uma porção de alimento passa à medida que vai da boca ao ânus. 6. Por que o sistema digestório está associado com a maior coleção de tecido linfático do corpo 7 Respostas: p. 723

MOTILIDADE A motilidade no trato gastrintestinal tem dois propósitos: transportar o alimento da boca até o ânus e misturá-lo mecanicamente para quebrá-lo uniformemente em partículas pequenas. Esta mistura maximiza a exposição das partículas às enzimas digestórias, uma vez que aumenta a sua área de superfície. A motilidade gastrintestinal é determinada pelas propriedades do músculo liso do trato e modificada por sinais químicos provenientes das fibras nervosas, por hormônios e substâncias parácrinas.

O músculo liso gastrintestinal se contrai espontaneamente A maior parte do trato GI é composta por músculo liso unitário, com grupos de células eletricamente conectadas por junções comunicantes [ $ p. 72] que criam segmentos contráteis. Regiões diferentes apresentam diferentes tipos de contração. Contrações tônicas, que são mantidas por minutos ou horas, ocorrem em alguns esfincteres de músculo liso e na porção proximal do estômago. Contrações fásicas, com ciclos de contração-relaxamento que duram apenas alguns segundos, ocorrem na região distal do estômago e no intestino delgado. Ciclos de contração e relaxamento do músculo liso são associados com ciclos espontâneos de despolarização e repolarização conhecidos como potenciais de ondas lentas (ou simplesmente ondas lentas). Os potenciais de ondas lentas diferem dos potenciais marcapasso do miocárdio pois eles têm uma frequência muito menor (3 a 12 ondas/min no TGI versus 60 a 90 ondas/min no miocárdio) e não chegam ao limiar a cada ciclo (Fig. 21-4 e ). Uma onda lenta que não alcança o limiar não causa uma contração na fibra muscular. Quando um potencial de onda lenta alcança o limiar, os 2 canais de Ca + dependentes de voltagem presentes na fibra

Os potenciais de ação são disparados quando os potenciais das ondas lentas atingem o limiar.

Potencial de ação

Potencial de membrana

693

Onda lenta

(mV) Limiar

--

- - - - - ~

Força da contração muscular

-

J

--- ~ ~

--------

"-

\_

'-

A

,.r.

\.

A força e a duração da contração muscular são diretamente relacionadas à amplitude e à frequência dos potenciais de ação.

..

-

- -Tempo

•

~

•

FIGURA 21-4 Ondas lentas são despolarizações espontâneas no músculo liso gastrintestinal.

2

muscular se abrem, o Ca + entra e a célula dispara um ou mais potenciais de ação. A fase de despolarização do potencial de ação, como nas células autoexcitáveis miocárdicas, resulta da entrada de Ca2 + na célula. Além disso, a entrada do Ca2 + inicia a contração muscular [ $ p. 435]. A contração do músculo liso, assim como o músculo cardíaco, é graduada de acordo com a quantidade de Ca2 + que entra na fibra. Quanto maior a duração das ondas lentas, mais potenciais de ação são disparados, e maior é a força da contração muscular. Do mesmo modo, quanto maior a duração das ondas lentas, maior é a duração da contração. Tanto a amplitude quanto a duração podem ser modificadas por neurotransmissores, hormônios ou moléculas parácrinas. A frequência das ondas lentas varia em cada região do trato digestório, variando de 3 ondas/min no estômago a 12 ondas/min no duodeno. Pesquisas atuais indicam que as ondas lentas são originadas em uma rede de células chamadas de células intersticiais de Cajal (denominadas pelo neuroanatomia espanhol Santiago Ramón y Cajal). Essas células musculares lisas modificadas estão localizadas entre as camadas de músculo liso e os plexos nervosos intrínsecos, e podem atuar como intermediárias entre os neurônios e o músculo liso. Parece que as células intersticiais de Cajal funcionam como marca-passos das ondas lentas em diferentes regiões do trato GI. As ondas lentas, que iniciam espontaneamente nas células intersticiais de Cajal, se espalham para as camadas musculares lisas adjacentes através de junções comunicantes. Assim como no sistema de condução cardíaco, o marca-passo mais rápido em um grupo de células intersticiais determina o ritmo ("marca o passo") de todo o grupo [~ p. 485]. A observação de que as células intersticiais parecem coordenar a motilidade GI tem levado os pesquisadores a trabalhar para estabelecer uma associação entre as células intersticiais e os distúrbios funcionais do intestino, como a síndrome do colo irritável e a constipação crônica.

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Dee Unglaub Silverthorn

Tempo zero

Direção do movimento

Contração

Segmento receptor

(a) As contrações peristálticas são responsáveis pelo movimento para adiante.

Nenhum movimento resultante para adiante

(Fig. 21-Sa e ). O segmento receptor então contrai, continuando o movimento para adiante. As contrações peristálticas empurram um bolo para adiante a uma velocidade entre 2 e 25 cm/s. A peristalse ocorre principalmente no esôfago, onde propele material da faringe para o estômago. A peristalse contribui para a mistura do bolo no estômago, mas na digestão normal as ondas peristálticas intestinais são limitadas a curtas distâncias. Os hormônios, os sinais parácrinos e o sistema nervoso autônomo influenciam a peristalse em todas as regiões do trato GI. Nas contrações segmentares, segmentos curtos (1 a 5 cm) de intestino contraem e relaxam alternadamente (Fig. 21-Sb). Nos segmentos contraídos, o músculo circular contrai enquanto o músculo longitudinal relaxa. Estas contrações podem ocorrer aleatoriamente ao longo do intestino ou a intervalos regulares. As contrações segmentares alternadas agitam o conteúdo intestinal, misturando-o e mantendo-o em contato com o epitélio absortivo. Quando os segmentos contraem sequencialmente na direção oral-paraaboral [ab-, longe de], o material digerido é propelido por curtas distâncias. Distúrbios da motilidade estão entre os problemas gastrintestinais mais comuns e variam de espasmos esofágicos esvaziamento gástrico lento até constipação e diarreia. A síndrome do cólo irritável é um distúrbio funcional crônico caracterizado por alteração dos hábitos intestinais e dor abdominal. REVISANDO CONCEITOS 7. Por que alguns esfincteres do sistema digestório são tonicamente contraídos? Resposta: p. 723

(b) As contrações segmentares são responsáveis pela mistura.

e

Contrações peristálticas e segmentares no trato gastrintestinal.

FIGURA 21-5

O músculo liso gastrintestinal apresenta diferentes padrões de contração As contrações musculares no trato GI ocorrem de acordo com três padrões gerais. Entre as refeições, quando o trato está em grande parte vazio, ocorre uma série de contrações que começam no estômago e passam lentamente de segmento em segmento, levando aproximadamente 90 minutos para alcançar o intestino grosso. Este padrão, conhecido como complexo motor migratório, é uma função de "limpeza da casa" que varre as sobras do bolo alimentar e bactérias do trato GI superior para o intestino grosso. As contrações musculares durante e após uma refeição seguem um dos dois outros padrões. A peristalse fperi, ao redor + stalsis, contração] são ondas progressivas de contração que se movem de uma seção do trato GI para a próxima, como "ondas" humanas que se propagam ao redor de um estádio de futebol. Na peristalse, o músculo circular se contrai atrás de uma massa, ou bolo, alimentar. Esta contração empurra o bolo para adiante para um segmento receptor, onde os músculos circulares estão relaxados

FOCO CLfNICO w

....

ESVAZIAMENTO GÁSTRICO LENTO

w m O diabete melito atinge quase todos os sistemas de ór~ gãos. O trato digestório não é exceção. Um problema e que acomet e mais de um terço de todos os diabéticos é a gastroparesia, também conhecida como esvaziamento gástrico lento. Nestes pacientes, o complexo motor migratório está ausente entre as refeições e o esvaziamento do estômago é lento. Muitos pacientes, como consequência, sofrem de náuseas e vômitos. A causa da gastroparesia diabética não está esclarecida, mas estudos recentes com modelos animais e pacientes mostram perda ou disfunção das células intersticiais de Cajal. Estas células funcionam como marca-passos e como ligação entre as células musculares lisas GI e os sistemas nervosos autônomo e entérico. Considerando o modelo cardíaco do marca-passo externo, os pesquisadores estão testando um marca-passo gástrico implantável para promover a motilidade gástrica em pacientes diabéticos com gastroparesia grave.

Fisiologia Humana

SECREÇÃO

Lúmen do estômago

Em um dia típico, 9 litros de líquido passam através do lúmen do trato gastrintestinal de um adulto - igual ao conteúdo de três garrafas de refrigerante de 3 litros! Apenas cerca de dois litros desse volume entram no sistema GI pela boca. Os 7 litros restantes vêm da água corporal secretada junto com as enzimas e o muco (Fig. 21-1 e ). Cerca da metade do líquido secretado vem de órgãos e glândulas acessórios, como as glândulas salivares, o pâncreas e o fígado. Os 3,5 litros restantes são secretados pelas células epiteliais do próprio trato digestório.

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Líquido intersticial

AC

HC03C02 CI- •

CI--- --- - - --- - --- CI- 4-__,,.~ CICélula parietal

O sistema digestório secreta íons e água Uma grande parte dos 7 litros de líquido secretados pelo sistema digestório a cada dia é composta de água e íons, particularmente Na+ K+ c1-, HC03 - e H+. Os íons são primeiro secretados para dentro do lúmen do trato e depois são reabsorvidos. A água segue o gradiente osmótico criado pela transferência de solutos de um lado do epitélio para o outro. A água move-se através das células epiteliais via canais de membrana ou entre as células (via paracelular). As células epiteliais gastrintestinais, como as do rim, possuem membranas apical e basolateral distintas. Cada superfície celular contém proteínas para transporte ativo, difusão facilitada e movimento de íons através de canais abertos (vazamento). O arranjo de canais e transportadores nas membranas apical e basolateral determina o movimento resultante de solutos através do epitélio. Além disso, o Na+ pode também mover-se através de junções permeáveis entre as células em algumas partes do trato digestório. Muitos dos transportadores de membrana do trato GI são similares aos dos túbulos renais. A membrana basolateral contém a ubíqua Na+ -K+ -ATPase. Os cotransportadores incluem o simportador NKCC (Na+-K+-2Cl-), o antiportador Cl--HC0 3-, o antiportador Na+ -H+ e a H+-K+-ATPase. Os canais iônicos incluem canais de Na+, K+ e Cl-, como o canal com portão de c1- conhecido como regulador de condutância transmembrana da fibrose cística, ou canal de cloreto CFfR. Defeitos na estrutura ou na função dos canais CFTR levam à doença flbrose cística (Ver o "Solucionando o Problema" do Capítulo 5). A seção seguinte descreve os modelos atuais de como estas proteínas de membrana estão arranjadas para produzir a secreção ácido pelo estômago, secreção de bicarbonato pelo pâncreas e duodeno e secreções isotônicas de NaCl pelos intestinos. I

I

Secreção ácida As células parietais, profundas nas glândulas gástricas, secretam ácido clorídrico no lúmen do estômago. A secreção ácida no estômago é em média de 1 a 3 litros por dia e pode criar um pH luminal tão baixo quanto 1. O pH citoplasmático das células parietais é de aproximadamente 7,2, o que significa que a célula bombeia H+ contra um gradiente 2,5 milhões de vezes mais concentrado no lúmen. A via de secreção de ácido pelas células parietais é representada na Figura 21-6 e. O processo inicia quando

•

FIGURA 21-6 As células parietais secretam ácido clorídrico no lúmen do estômago. AC, anidrase carbônica.

o H+ proveniente da água de dentro das células parietais é bombeado para o lúmen do estômago por uma H+-K+ ATPase em troca por K+ que entra na célula. O Cl- então segue o H+ através de um canal de cloreto de vazamento, resultando em secreção de HCl pela célula. (A identidade deste canal de Cl- apical é incerta.) Enquanto está sendo secretado ácido dentro do lúmen, o bicarbonato, sintetizado a partir do C02 e da OH- da água, é absorvido para o sangue. A ação de tamponamento do HC0 3- reduz a acidez do sangue que deixa o estômago criando a maré alcalina, que pode ser mensurada quando uma refeição está sendo digerida. Secreção de bicarbonato A secreção de bicarbonato para o duodeno neutraliza o ácido proveniente do estômago. Uma pequena quantidade de bicarbonato é secretada por células duodenais; entretanto, a maioria vem do pâncreas, que secreta uma solução aquosa de NaHC0 3. A porção exócrina do pâncreas consiste em lóbulos denominados ácinos [acinus, uva ou baga], que se abrem em duetos cujo lúmen é parte do meio externo ao corpo (Fig. 21-7 e ). As células adnares secretam enzimas digestórias, e as células ductais secretam a solução de NaHC0 3. O pâncreas também secreta hormônios das ilhotas localizadas entre as células acinares. A produção de bicarbonato requer altos níveis da enzima anidrase carbônica, níveis similares àqueles encontrados nas células tubulares renais e eritrócitos [ $ p. 610, 673]. O bicarbonato produzido a partir de C02 e água é secretado por um trocador Cl--HC0 3- apical (Fig. 21-8 e ). O cloreto entra na célula via cotransportador NKCC basolateral e sai via canal CFTR apical. O Cl- luminal então entra novamente na célula em troca por HC0 3- que entra no lúmen. Os íons hidrogênio produzidos junto com o bicarbonato deixam a célula via um trocador Na+ -H+ basolateral. O H+ reabsorvido para a circulação intestinal ajuda a equilibrar o HC03- colocado no sangue quando as células parietais secretam H+ para dentro do estômago (veja a Fig. 21-6).

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Lúmen do pancreas ou intestino

Células do dueto pancreático ou célula duodenal

A

Líquido intersticial

I

, I

As células dos duetos secretam NaHC03

Canal CFTR

As ilhotas pancreáticas secretam horrnônios

1

''

--

+----..i..-

Na+ +-+--~ 2 c 1 +--::!io.,.L--- ~

As células . ac1nares secretam enzimas digestórias Os ácinos rl~=f!,.~ pancreáticos formam a porção exócrina do pancreas A

•

FIGURA 21-7 Anatomia do pâncreas exócrino e endócrino. As secreções do pâncreas exócrino entram no

trato digestório por duetos. Os hormônios provenientes das ilhotas pancreáticas entram no sangue.

O movimento de sódio e água nesses tecidos são processos passivos, impulsionados por gradientes eletroquímico e osmótico. O movimento resultante de íons negativos do LEC para o lúmen atrai Na+, o qual se move a favor do seu gradiente eletroquímico através de junções permeáveis entre as células. A secreção de Na+ e HC03 - para dentro do lúmen cria um gradiente osmótico, e a água segue por osmose. O resultado final é a secreção de uma solução aquosa de bicarbonato de sódio. Na fibrose cística, um defeito herdado produz um canal CFTR defeituoso ou ausente. Como resultado, as secreções de c1- e líquido cessam, mas as células caliciformes [ $ p. 79] continuam a secretar muco, resultando em um muco espesso. No sistema digestório, o muco espesso obstrui duetos pancreáticos pequenos e impede a secreção de enzimas digestórias no intestino. Nas vias aéreas do sistema respiratório, onde o canal CFTR também é encontrado, a falha na secreção de líquido dificulta o movimento mucociliar devido ao [$ p. 574] muco espesso, levando a infecções pulmonares recorrentes.

Secreção de NaCI As células das criptas no intestino delgado e colo secretam uma solução isotônica de NaCl que se mis-

•

FIGURA 21-8 Secreção de bicarbonato no pâncreas e no duodeno. As células que produzem bicarbonato pos-

suem alta concentração de anidrase carbônica (AC). tura com o muco secretado pelas células caliciformes para ajudar a lubrificar o conteúdo intestinal. A etapa ativa é a secreção de c1-, similar ao recém-descrito sobre as células pancreáticas (Fig. 21-9 e ). O cloreto proveniente do LEC entra na célula via transportador NKCC e sai para o lúmen via canal CFTR apical. Na+ e água seguem pela via paracelular, sendo o resultado final a secreção de solução salina isotônica.

As enzimas digestórias são secretadas no lúmen As enzimas digestórias são secretadas ou pelas glândulas exócrinas (glândulas salivares e pâncreas) ou pelas células epiteliais da mucosa do estômago e intestino delgado. As enzimas são proteínas, o que significa que elas são sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso, empacotadas pelo aparelho de Golgi dentro de vesículas secretoras e armazenadas na célula até serem necessárias, quando são liberadas por exocitose [ $ p. 154]. Muitas enzimas intestinais não ficam livres dentro do lúmen; elas permanecem ligadas à membrana apical das células intestinais, ancoradas por proteínas transmembrana "stalks" ou âncoras lipídicas [ ~ p. 59]. Algumas enzimas digestórias são secretadas na forma inativa de pró-enzima conhecidas coletivamente como zimogênios. Os zimogênios devem ser ativados no lúmen GI antes que possam realizar a digestão [p. 41]. Esta ativação tardia permite que a enzima seja armazenada na célula que a sintetiza sem danificar a célula. O nome zimogênio frequentemente tem o sufixo -ogenio adicionado ao nome da enzima, como pepsznogenzo. As vias de controle para a liberação de enzimas variam, mas incluem vários sinais neurais, hormonais e parácrinos. Normalmente, a estimulação dos neurônios parassimpáticos do nervo vago aumenta a secreção de enzimas. '

A

'

Fisiologia Humana

e

FIGURA 21-9 Secreção de c1- pelas células intestinais e células das criptas colônicas. O cloreto entra na célula por transporte ativo indireto e deixa o lado apical através de um canal CFTR. O sódio e a água seguem passivamente pela via paracelular.

Na+, K+ e c1- entram na célula por cotransporte.

Uquido

Lúmen

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intersticial

o c1- entra no lúmen através do canal CFTR.

1 1 \

+-----+--

' , ___ ...,__....,........__ K+

c 1-----------------

0

2 c1-

O Na+ é reabsorvido.

/ - - - ..._____...,.."---- Na+ Canal CFTR

/

I

1 1

' , >- Na+---:::::'""""'=:::~ - - - - - ATP '',,, , ..._.:::::::.,.::::::..._ K+

e

1 1 1

o c1- negativo no lúmen atrai o Na+ através da rota paracelular. A água segue.

I

==:::::;::::::;::::::;::::::;::::::;::::::;::~~-

Células especializadas secretam muco O muco é uma secreção viscosa composta principalmente de glicoproteínas coletivamente chamadas de mucinas. As principais funções do muco são formar uma cobertura protetora sobre a mucosa GI e lubrificar o conteúdo do intestino. O muco é produzido em células exócrinas especializadas chamadas de células mucosas no estômago e de células caliciformes no intestino [ $ Fig 3-27, p. 79]. As células caliciformes constituem entre 10 e 24% da população celular intestinal. As glândulas salivares também secretam muco a partir de células especializadas. Os sinais para a liberação de muco incluem inervação parassimpática, vários neuropeptídeos encontrados no sistema nervoso entérico e citocinas provenientes dos imunócitos. As infecções parasitárias e os processos inflamatórios no TGI também causam aumento substancial na produção de muco à medida que o corpo tenta fortalecer suas barreiras protetoras.

A saliva é uma secreção exócrina A saliva é um líquido hiposmótico complexo secretado pelas glândulas salivares da cavidade oral. Os componentes da saliva incluem água, íons, muco e proteínas, como enzimas e imunoglobulinas. Na taxa de fluxo basal, a saliva é levemente ácida, com um pH entre 6 e 7. A composição iônica da saliva é determinada em duas etapas de transporte epitelial. As glândulas salivares são glândulas exócrinas, com um epitélio secretor (o ácino) que se abre para o meio externo por meio de um dueto (veja Fig. 3-28, p. 79). O líquido secretado pelas células acinares assemelha-se ao LEC na sua composição iônica. À medida que este líquido passa pelos duetos no seu trajeto até a cavidade oral, as células epiteliais do dueto reabsorvem Na+ e secretam K+ até que a proporção iônica no líquido do dueto seja mais parecida com a do líquido intracelular (alta [K+] e baixa [Na+]). As células ductais têm permeabilidade à água muito baixa, e a remoção resultante de solutos do líquido secretado resulta na saliva, que é hiposmótica em relação ao plasma. A secreção salivar é controlada pelo sistema nervoso autônomo. A inervação parassimpática é o estímulo primário

Na+,_.. _// H20

para a secreção da saliva, mas também há alguma inervação simpática nas glândulas. Na China antiga, algumas vezes era dado a uma pessoa sob suspeita de crime um punhado de arroz seco para mastigar durante o interrogatório. Se ela pudesse produzir saliva suficiente para umedecer o arroz e engoli-lo, ela era libertada. Entretanto, se seu nervosismo secasse sua secreção salivar reflexa, ela seria declarada culpada. Pesquisas recentes têm confirmado que o estresse, como o que está associado com a mentira ou à ansiedade de estar sendo interrogado, diminui a secreção salivar.

A digestão de proteínas no estômago libera grandes quantidades de ureia, produto da degradação do nitrogênio dos aminoácidos. A Helicobacter pylori aproveita este mar de ureia e o utiliza para se proteger do ambiente ácido do estômago. A membrana externa da H. py/ori é salpicada com ureases, enzimas que convertem a ureia em dióxido de carbono e amônia, a qual é uma base. O primeiro exame que Tonya fez foi o Teste Respiratório da Ureia. Nesse 14 exame ela bebeu uma solução de ureia sintetizada a partir de ( 13 ou ( no lugar do isótopo de carbono que geralmente existe na natureza. Após alguns minutos, uma amost ra do ar é coletada e enviada a um laboratório para análise. Questão2: Qual é o tipo isótopo do carbono mais comum na natureza? (Dica: Ver a tabela periódica na contracapa interna.) Questão 3: De que maneira a conversão da ureia em amônia protege a H. pylori do ambiente hostil do estômago? Questão 4: Qual o componente do ar expirado de Tonya este teste determina? Qual o resultado da análise do ar expirado sugere que ela tem uma infecção por H. pylori?

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21

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(a) O fígado é o maior dos órgãos internos, pesando cerca de 1,5 kg em um adulto. Ele está localizado logo abaixo do diafragma, no lado direito do corpo.

Dueto hepático --...J comum Vesícula - - t........ biliar

Dueto colédoco --+-+--.....; Artéria hepática ----H" - - -- - - - - - - - - =,..q.;:ffi

Fígado

Veia porta do fígado

Vesícula biliar

J ___--;:;;:;;:::Z:~itP Estômago

(e) Os hepatócitos do fígado são organizados em unidades hexagonais irregulares denominadas lóbulos. Cada lóbulo é distribuído ao redor de uma veia central que drena o sangue para a veia hepática. Na sua periferia, um lóbulo é associado com ramos da veia porta do fígado e da artéria hepática. Estes vasos ramificam-se entre os hepatócitos, formando sinusoides dentro dos quais o sangue flui. Cerca de 70% da área de superfície de cada hepatócito está voltada para os sinusoides, maximizando a troca entre o sangue e as células. Aproximadamente 15% da membrana do hepatócito está voltada para os canalículos biliares, pequenos canais dentro dos quais a bile é secretada. Os canalículos unem-se formando os dúctulos biliares que percorrem o fígado junto das veias porta.

Absorvido do trato gastrintestinal • Bilirrubina • Nutrientes •Fármacos • Substâncias estranhas

Secretado no duodeno • Sais biliares • Bilirrubina •Água, íons • Fosfolipídeos

Veia porta do f ígado

Dueto biliar

(b) O fluxo de sangue para o f ígado vem de duas fontes. O sangue oxigenado que contém metabólitos dos tecidos periféricos alcança o f ígado via artéria hepática. O sangue que vai para o fígado via veia porta do fígado é rico em nutrientes absorvidos pelo trato GI (Fig. 21-30) e contém produtos da degradação da hemoglobina provenientes do baço. O sangue deixa o f ígado pela veia hepática (não mostrada). A bile sintetizada no f ígado é secretada no dueto hepático comum para ser armazenada na vesícula biliar. De lá, é secretada para o lúmen do intestino via dueto colédoco.

u--- Sinusoide u---

Veia central

Metabólitos e fármacos dos tecidos periféricos Fígado • Metabolismo da glicose e de gorduras • Síntese de proteínas • Síntese de hormônios • Produção de ureia • Destoxificação •Armazenamento

Artéria hepática

• Bilirrubina • Metabólitos de hormônios e fármacos • Nutrientes - - - - - - - - - - - - - - -

Metab61itos para tecidos periféricos Veia hepática

•Glicose • Proteínas plasmáticas Albumina, fatores de coagulação, Angiotensinogênio •Ureia • Vitamina D, somatomedinas • Metabólitos para excreção

{d) O sangue que entra no fígado traz nutrientes e substâncias estranhas do trato digestório, bi lirrubina da degradação da hemoglobina e metabólitos dos tecidos periféricos do corpo. Por sua vez, o fígado excreta alguns destes na bile e armazena ou metaboliza outros. Alguns dos produtos do fígado são resíduos para serem excretados pelos rins; outros são nutrientes essenciais, como a glicose. Além d isso, o fígado sintetiza várias proteínas plasmáticas.

e

FIGURA 21-10

Fisiologia Humana

699

externo (visão, cheiro, etc.)

r.- -

•

QUESTÕES DA FIGURA • Quais efetores e respostas são controladas pelo plexo mientérico, e quais são controladas pelo plexo submucoso? • Que tipo de receptor sensorial responde ao estiramento? E à osmolaridade? E aos produtos da digestão?

Receptores sensoriais

Encéfalo Neurônios simpáticos e parassimpáticos

Estímulo local

....

(pH, estiramento, osmolaridade, produtos da digestão)

Receptores • • sensoriais e neuron1os A

'

r Neurônios

' do plexo

neurô• nros

mientérico e submucoso

Sistema nervoso entérico "cérebro pequeno"

Contração/relaxamento muscular ou Secreção exócrina (enzimas, muco, ácido, bicarbonato), parácrina ou Secreções endócrinas

Músculo liso ou células secretoras

Efetores

Respostas do sistema digestório

LEGENDA Estímulo

•

O

Receptor

Centro integrador

CJ Via eferente

CJ Resposta tecidual

-•1111

Reflexos curtos

--tllll•

Reflexos longos

FIGURA 21-11 Integração de reflexos longos e curtos no sistema digestório. Os reflexos longos são integrados no SNC. Alguns reflexos longos se originam fora do trato GI, mas outros se originam no SNE. Os reflexos curtos são originados no SNE e são executados por neurônios localizados inteiramente na parede do TGI.

O fígado secreta a bi le A bile é uma solução não enzimática secretada pelos hepatócitos, ou células do fígado (veja Em Foco: Fígado, Fig. 21-10 e ). Os componentes principais da bilesão (1) os sais biliares, que facilitam a digestão enzimática das gorduras, (2) os pigmentos biliares como a bilirrubina, que são subprodutos da degradação da hemoglobina, e (3) o colesterol, o qual é excretado nas fezes. Fármacos e outros xenobióticos são depurados do sangue pelo processamento hepático e são também excretados na bile. Os sais biliares, os quais atuam como detergentes para solubilizar as gorduras durante a digestão, são produzidos a partir de ácidos biliares esteroides combinados com aminoácidos. A bile é secretada dentro dos duetos hepáticos que a levam para a vesícula biliar, a qual armazena e concentra a solução biliar. Durante uma refeição, as contrações da vesícula biliar enviam bile para o duodeno via dueto colédoco (dueto biliar comum), junto com uma solução aquosa de bicarbonato e enzimas digestórias proveniente do pâncreas.

REGULAÇÃO DA FUNÇÃO GASTRINTESTINAL O sistema digestório possui uma regulação bastante complexa da motilidade e da secreção. Os vários mecanismos de controle, os quais possuem componentes neurais, endócrinos e locais, incluem:

1. Reflexos longos integrados no sistema nervoso central (SNC). Um reflexo neural clássico inicia com um estímulo transmitido por um neurônio sensorial para o SNC, onde o estímulo é integrado e atua. No sistema digestório, alguns reflexos clássicos originam-se em receptores sensoriais localizados no trato G1, ao passo que outros se originam fora do sistema digestório (setas cinza na Fig. 21-11 e ). Independente de onde eles se originam, os reflexos digestórios integrados no SNC são denominados reflexos longos. Reflexos longos que se originam completamente fora do sistema digestório incluem reflexos antecipatórios [ ~ p. 204] e reflexos emocionais. Estes reflexos são denominados reflexos cefálicos, pois eles se originam no encéfalo ("cérebro cefálico") [cefalicus, cabeça]. Os reflexos antedpatórios iniciam com estímulos - como visão, cheiro, som ou pensamento no alimento - que preparam o sistema digestório para a refeição que o encéfalo está antecipando. Por exemplo, se você está com fome e sente o cheiro do jantar sendo preparado, você fica com água na boca e seu estômago ronca. A influência das emoções no trato GI ilustra outra ligação reflexa entre o encéfalo e o sistema digestório. Respostas GI às emoções variam desde a constipação do viajante e "borboletas no estômago"* até a diarreia in*N. ?e T. Expressão que significa algo semelhante ao "frio na barriga" que sentimos antes de fazer alguma coisa importante.

21

700

Dee Unglaub Silverthorn

Visão Geral dos Reflexos GI

Estímulo

Receptor/ Centro integrador

Células secretoras do estômago e intestino delgado

Via eferente

Peptídeos GI

Efetores

Músculo liso GI Células exócrinas do estômago, pâncreas, intestino Outras células endócrinas Sistema nervoso

Respostas

e

Fase cefálica da d igestão (antecipação) Distensão Ácido Presença de alimento

FIGURA 21-12

Mudanças na moti lidade GI Liberação da bile e secreções pancreáticas Síntese/liberação de enzimas, ácido e bicarbonato Fome/saciedade

Reflexos envolvendo peptídeos GI.


regulação digestória foram primeiramente identificadas em outros sistemas corporais. Como seus nomes nada têm a ver com suas funções no sistema GI, aprender sua terminologia pode ser um desafio. Os hormônios GI, como todos os hormônios, são secretados no sangue. Eles atuam sobre o trato GI, em órgãos acessórios, como o pâncreas, e em alvos mais distantes, como o encéfalo. Moléculas parácrinas são secretadas para dentro do lúmen do trato GI ou para o líquido extracelular. Sinais parácrinos luminais se combinam com receptores na membrana apical do epitélio luminal para produzir uma resposta. Moléculas parácrinas no LEC atuam localmente, em células próximas de onde elas foram secretadas. No sistema digestório, os peptídeos GI estimulam ou inibem a motilidade e a secreção (Fig. 21-12 e ). Os efeitos sobre a motilidade incluem alterar a atividade peristáltica, a contração da vesícula biliar para liberar a bile e regular ao esvaziamento gástrico para maximizar a digestão e a absorção. Processos secretórios influenciados pelos peptídeos GI incluem ambas as funções, endó. , . cnna e exocr1na. Algumas das vias reflexas das mais interessantes são aquelas nas quais os peptídeos GI atuam no encéfalo. Por exemplo, em estudos experimentais, foi observado que o hormônio GI colecistocinina (CCK) aumenta asadedade, a sensação de que a fome foi saciada. Entretanto, estes achados são complicados pelo fato de que a CCK é também produzida por neurônios e funciona como um neurotransmissor no encéfalo. Outro peptídeo GI, a grelina, é secretado pelo estômago e atua no encéfalo aumentando a ingestão alimentar. Os peptídeos e o apetite são discutidos posteriormente no Capítulo 22.

Tonya também rea lizou uma endoscopia, que é um procediment o no qual um instrumento de f ibra óptica é inserido pelo esôfago e manobrado dentro do estômago. Pequenas pinças presas na extremidade do instrumento retiram um fragmento do revestimento do estômago, o qual é enviado ao laboratório de patologia para estudo. Durant e o procedimento, Tonya está acordada, mas levement e sedada por um tranquilizante. Naquela tarde, ela se sentiu bem, mas seu est ômago doía . Para aliviar, ela mastigou um antiácido.

Questão 5: Alguns antiácidos contêm bicarbonato de sódio (NaHCOJ, ao passo que muitos outros contêm hidróxido de alumínio (AI (OH)J. Outros antiácidos funcionam como tampões que ajudam a neutralizar o ácido clorídrico (HCI) secretado pelo estômago. Para os dois tipos de antiácidos, escreva a equação química mostrando como os antiácidos tamponam o ácido clorídrico.

687

692

697

'117

7t9

Fisiologia Humana

O sistema nervoso entérico pode atuar de modo independente O sistema nervoso entérico (SNE) foi reconhecido há mais de um século, quando os cientistas observaram que um aumento na pressão intraluminal GI causava uma onda reflexa de contração peristáltica que percorria porções de intestino isolado removido do corpo. O que eles observaram foi a capacidade do SNE de executar um reflexo independente do controle do SNC. Neste aspecto, o sistema nervoso entérico é muito parecido à rede nervosa da água-viva e da anêmona do mar (filo Cnidaria), como comentado no Capítulo 9 [ ~ p. 297]. Você pode ter visto anêmonas do mar sendo alimentadas em um aquário. Quando um pedaço de camarão ou peixe flutua perto dos seus tentáculos, elas começam a ondular, captando "odores químicos" através da água. Uma vez que o alimento toca o tentáculo, ele é levado para a boca, passando de um tentáculo para o outro até desaparecer dentro da cavidade digestória. Este reflexo é realizado sem um encéfalo, olhos ou um nariz. O sistema nervoso da anêmona consiste em uma rede composta de neurônios sensoriais, interneurônios e neurônios eferentes que controlam músculos e células secretórias do corpo da anêmona. Os neurônios da rede são ligados de modo que possam integrar a informação e agir sobre ela. Da mesma maneira que uma anêmona captura seu alimento, o SNE recebe estímulos e atua sobre eles. Por essa razão, o SNE é capaz de funcionar autonomamente, independente de sinais eferentes do SNC. Anatômica e funcionalmente, o SNE compartilha muitas características com o SNC: 1. Neurônios intrínsecos. Os neurônios intrínsecos dos dois plexos nervosos do trato digestório são aqueles que se situam completamente dentro da parede do TGI, exatamente como os interneurônios estão contidos inteiramente no SNC. Neurônios autonômicos que levam sinais do SNC para o sistema digestório são denominados neurônios extrínsecos. 2. Neurotransmissores e neuromoduladores. Os neurônios do SNE liberam mais de 30 neurotransmissores e neuromoduladores, a maioria dos quais são idênticos a moléculas encontradas no encéfalo. Esses neurotransmissores são algumas vezes chamados de não adrenérgicos, não colinérgicos, para distingui-los dos neurotransmissores autonômicos tradicionais noradrenalina e acetilcolina. Entre os neurotransmissores e neuromoduladores mais conhecidos está a serotonina, o peptídeo intestinal vasoativo e o óxido nítrico. 3. Células gliais de sustentação. As células gliais de sustentação dos neurônios dentro do SNE são mais similares à astroglia do encéfalo do que às células de Schwann do sistema nervoso periférico. 4. Barreira de di(Usão. Os capilares que circundam os gânglios no SNE não são muito permeáveis e criam uma barreira de difusão que é similar à barreira hematencefálica dos vasos sanguíneos encefálicos. 5. Centros integradores. Como observado anteriormente, reflexos que se originam no trato GI podem ser integrados e atuar sem que os sinais neurais deixem o SNE. Assim,

701

CONCEITOS EMERGENTES ,,

RECEPTORES GUSTATORIOS NO INTESTINO Os cientistas sabem há anos que o trato GI tem a capacidade de detectar a composição de uma refeição e responder especificamente e dif erencialmente. As gorduras e as proteínas não estimu lam as mesmas respostas endócrinas e exócrinas que uma refeição com carboidratos puros. Mas como o trato GI "sabe " o que há em uma refeição? Receptores sensoriais tradicionais, como os osmorreceptores e os receptores de estiramento, não são programados para responder a biomoléu las. Pesquisas atuais indicam que as células epiteliais do TGI, especialmente algumas células endócrinas, expressam os mesmos receptores acoplados à proteína G e a proteína G gustducina associada ao gosto dos botões gustatórios [ ~ p. 352]. Os pesquisadores, usando camundongos knockout e linhagens de células cultivadas, estão tentando estabelecer a ligação funcional entre os "receptores gustatórios" GI e as respostas fisiológicas ao alimento.

a rede de neurônios do SNE é o seu próprio centro integrador, assim como o encéfalo e a medula espinal. Acreditava-se que se pudéssemos explicar como o SNE integra comportamentos simples, poderíamos usar tal sistema como modelo para o funcionamento do SNC. Porém, estudar o funcionamento do SNE é difícil, pois os reflexos entéricos não possuem um centro de comando distinto. Ao invés disso, em uma tendência interessante, os fisiologistas GI estão aplicando informações obtidas de estudos do encéfalo e da medula espinal para investigar o funcionamento do SNE. As complexas interações entre o SNE, o SNC, o sistema endócrino e o sistema imunitário prometem abastecer os cientistas com questões para serem investigadas durante muitos anos.

Os peptídeos gastrintestinais incluem hormônios, neuropeptídeos e citocinas Os hormônios do trato GI ocupam um lugar interessante na história da endocrinologia. Em 1902, dois fisiologistas canadenses, W. M. Bayliss e E. H. Starling, descobriram que o quimo ácido que entrava no intestino delgado vindo do estômago causava a liberação do suco pancreático, mesmo quando todos os nervos que se dirigem para o pâncreas eram cortados. Uma vez que a única comunicação restante entre o intestino e o pâncreas era a circulação de sangue entre eles, Bayliss e Starling postularam a existência de algum fator circulante (humoral) liberado pelo intestino. Quando extratos duodenais aplicados diretamente no pâncreas estimularam a secreção pancreática, eles souberam que estavam lidando com uma substância química produzida pelo duodeno. Eles chamaram essa substância de seaetina. Posteriormente, Starling propôs que o nome geral hormônio, da palavra grega que significa "eu excito", fosse dado a todo agente humoral que atua em um local distante da sua liberação.

21

702

Dee Unglaub Silverthorn

Em 1905, J. S. Edkins postulou a existência de um hormônio gástrico que estimulava a secreção de ácido gástrico. Foi necessário mais de 30 anos para os pesquisadores isolarem um extrato relativamente puro do hormônio gástrico, e foi em 1964 que o hormônio denominado gastrina foi finalmente purificado. Por que a pesquisa sobre os hormônios digestórios demorou tanto para ser desenvolvida? A principal razão é que os hormônios G1 são secretados por células endócrinas isoladas espalhadas entre outras células da mucosa epitelial. A única maneira de se obter estes hormônios era fazer um extrato bruto de todo epitélio, um procedimento que também liberava enzimas digestórias e moléculas parácrinas produzidas em células adjacentes. Por essa razão, era muito difícil dizer se o efeito fisiológico induzido pelo extrato provinha de um único hormônio, de mais de um hormônio, ou de um sinal parácrino como a histamina. Embora agora os pesquisadores já tenham sequenciado mais de 30 peptídeos da mucosa G1, só alguns deles são aceitos amplamente como hormônios. Alguns peptídeos têm efeitos parácrinos bem definidos, mas a maioria entra em uma longa lista de candidatos a hormônios. Além disso, conhecemos moléculas reguladoras não peptídicas, como a

histamina, que funcionam como sinais parácrinos. Por causa da incerteza associada com o tema, restringirmos nosso foco às moléculas regulatórias principais. Os hormônios gastrintestinais são geralmente divididos em três famílias. Todos os membros de uma família têm sequências de aminoácidos semelhantes e, em alguns casos, há sobreposição nas suas habilidades para se ligarem aos receptores. 1. A familia da gastrina inclui o hormônio gastrina e a colecistocinina (CCK), além de muitas variantes destas moléculas. Sua similaridade estrutural indica que tanto a gastrina quanto a CCK podem ligar-se e ativar o receptor CCKB encontrado nas células parietais. 2. A família da secretina inclui a secretina; o peptídeo intestinal vasoativo (VIP) - que é uma molécula neurócrina [ ~ p. 180] - e o GIP - um hormônio originalmente conhecido como peptídeo inibidor gástrico, porque os primeiros experimentos mostraram que ele inibia a secreção do ácido gástrico. Alguns estudos subsequentes, contudo, indicaram que o GIP administrado em doses fisiológicas mais baixas não bloqueia a secreção ácida. Assim, pesquisadores sugeriram um novo nome com as mesmas iniciais - peptídeo insulinotrópico dependente de glicose

Hormônios digestórios ESTÍMULO(S) PARA LIBERAÇÃO

ALVO(S) PRIMÁRIO(S)

EFEITO(S) PRIMÁRIO(S)

OUTRAS INFORMAÇÕES

Peptídeos e aminoácidos; reflexos • neura1s

Células enterocromafinas (ECL) e células parietais

Estimu la a secreção de ácido gástrico e o crescimento da mucosa

A somatostatina inibe sua liberação

Colecistoci nina (CCK)

Ácidos graxos e alguns aminoácidos

Vesícula biliar, pâncreas, estômago

Estimula a contração da vesícula bi liar e a secreção de enzimas pancreáticas; inibe o esvaziamento gástrico e a secreção ácida

A lguns efeitos podem ser devidos à CCK atuando como um neurotransmissor; promove saciedade

Secretina

Ácido no intestino delgado

Pâncreas, estômago

Estimula a secreção de bicarbonato; inibe o esvaziamento gástrico e a secreção ácida

Motilina

Jej um: liberação periódica a cada 1,5 a 2 horas

Múscu lo liso gástrico e intestinal

Estimula o complexo motor migratório

Peptideo inibitório gástrico (GIP)

Glicose, ácidos . , graxos e am1noacidos no intestino delgado

Células 13 do pâncreas

Inibe o esvaziamento gástrico e a secreção ácida; estimula a liberação de insulina (mecanismo antecipatório)

Peptídeo seme1hante ao glucagon 1 (GLP-1)

Refeição mista que inclui carboidratos ou gorduras no lúmen

Pâncreas endócrino

Estimu la a liberação de insulina; inibe a liberação de g lucagon e a função gástrica

ESTÔMAGO Gastrina

INTESTINO

Inibida pela ingestão de uma refeição

Promove saciedade

Fisiologia Humana

,...------ Borda em escova ~==--

Microvilosidades

'"""" UllI

Enterócito

·~ Os enterócitos transportam ': nutrientes e íons ~::::::==-

Os capilares transportam a maioria dos nutrientes absorvidos As células caliciformes secretam muco

• ~

~+---

Lúmen da cripta

. l . ....:.·.

O dueto lactífero transporta a maior parte das gorduras para a linfa

...-~

703

O pH no qual as diferentes enzimas digestórias funcionam melhor [ $ p. 101] reflete a localização onde elas são mais ativas. Enzimas que agem no estômago trabalham bem em pH ácido e aquelas secretadas no intestino delgado funcionam melhor em pH alcalino. A maior parte da absorção acontece no intestino delgado, com absorção adicional de água e íons no intestino grosso. A área de superfície do intestino é enormemente aumentada pela presença de vilosidades semelhantes a dedos (veja a Figura. 21-2d, e) e pela borda em escova da superfície luminal dos enterócitos, criada por numerosas microvilosidades presentes na superfície apical de cada célula (Fig. 21-13 e ). Assim como a secreção, a absorção de nutrientes e íons através do epitélio GI emprega muitas das mesmas proteínas de transporte presentes nos túbulos renais. Uma vez absorvidos, a maioria dos nutrientes entra nos capilares dentro das vilosidades. A exceção são as gorduras, as quais entram em vasos linfáticos denominados duetos lactíferos. A digestão e a absorção não são reguladas diretamente, exceto em alguns casos. Elas são influenciadas primariamente pela motilidade e a secreção no trato digestório, os dois processos que, por sua vez, são regulados por hormônios, pelo sistema nervoso e pelos mecanismos de controle local .

•

Os carboidratos são absorvidos como monossacarídeos •

FIGURA 21-13 Uma vilosidade e uma cripta no intestino delgado. As vilosidades e criptas aumentam a área de superfície efetiva do intestino delgado. As célulastronco nas criptas produzem novas células epiteliais para substituir aquelas que morrem ou são danificadas.

- que mais precisamente descreve a ação deste hormônio: ele estimula a liberação da insulina em resposta à glicose no lúmen do intestino. Contudo, para a maioria, o nome preferido permanece sendo peptídeo inibitório gástrico. Outro membro da família da secretina é o hormônio peptídeo semelhante ao glucagon-1 (GLP-1), o qual desempenha papel importante na homeostase da glicose. O GIP e o GLP-1 são discutidos posteriormente no Capítulo 22. 3. A terceira família de peptídeos contém aqueles que não se encaixam nas outras duas famílias. O membro principal deste grupo é o hormônio motilina. As fontes, os alvos e os efeitos de alguns hormônios GI são resumidos na Tabela 21-1 • .

DIGESTAO E ABSORÇAO O sistema GI digere macromoléculas em unidades absorvíveis usando uma combinação de degradação mecânica e enzimática. A mastigação e a agitação gástrica produzem pedaços menores de alimento com mais área de superfície exposta às enzimas digestórias. A bile, a complexa mistura química secretada pelo fígado, serve a um propósito similar por dispersar os lipídeos (mais comumente chamados de gorduras na fisiologia digestória) gerando gotículas com maior área de superfície.

Cerca da metade das calorias que um norteamericano ingere está na forma de carboidratos, principalmente amido e sacarose (açúcar de mesa). Outros carboidratos da dieta incluem os polímeros de glicose glicogênio e celulose, os dissacarídeos como a lactose e a maltose, e os monossacarídeos glicose e frutose [$ Fig. 2-7, p. 29]. O transporte intestinal de carboidratos é restrito aos monossacarídeos, o que significa que todos os carboidratos complexos e dissacarídeos precisam ser digeridos para serem absorvidos. Como somos incapazes de digerir celulose porque nos faltam as enzimas necessárias, a celulose presente na matéria vegetal torna-se o que é chamado de fibra da dieta e é excretada sem ser digerida. De modo similar, a sucralose (Splenda®), o adoçante artificial produzido a partir da sacarose, não pode ser digerida porque a substituição de três grupos hidroxila por átomos de cloro bloqueia a digestão enzimática do derivado do açúcar. Os carboidratos complexos que conseguimos digerir são o amido e o glicogênio (Fig. 21-14 e ). A enzima amilase é uma enzima que quebra os longos polímeros de glicose em cadeias menores de glicose e no dissacarídeo maltose. A maltose e outros dissacarídeos são quebrados pelas enzimas intestinais da borda em escova conhecidas como dissacaridases (maltase, sacarase e lactase). Os produtos finais da digestão dos carboidratos são glicose, galactose e frutose. A absorção intestinal da glicose e da galactose utiliza transportadores idênticos aos encontrados no túbulo proximal renal: um simportador apical glicose-Na· SGLT e um transportador basolateral GLUT2 (Fig. 21-15 e ). Estes transportadores movem tanto a galactose quanto a glicose. A absorção da frutose, entretanto, não é dependente de Na+. A frutose move-se através da membrana apical por difusão

21

704

Dee Unglaub Silverthorn

Polímeros de glicose i-~

digeridos em

Lúmen do intestino

Am ido, glicogênio

Amilase

Na+

O

Glicose ou galactose

Frutose

o

Dissacarídeos

oO

Maltose

' - - -- - - - . i

0-0

Oo Maltase

Sacarose

Lactose

0-0

0-0

Sacarase

Lactase Mucosa intestinal

o

o

2 glicose

o

o

1 glicose + 1 frutose

o o 1 glicose + 1 galactose

Monossacarídeos

•

A glicose entra na célula com Na+ pelo simportador SGLT e sai pelo GLUT2. A frutose entra pelo GLUT5 e sai pelo GLUT2.

FIGURA 21-14 Os carboidratos são degradados formando monossacarídeos.

facilitada pelo transportador GLUTS e através da membrana basolateral pelo GLUT2 [ $ p. 146]. Se a glicose é o principal substrato metabólico para a respiração aeróbia, por que os enterócitos não usam a glicose que essas células absorvem para seu próprio metabolismo? Como essas células podem manter a concentração de glicose intracelular alta de modo que a difusão facilitada mova a glicose para o espaço extracelular? O metabolismo dos enterócitos (e das células do túbulo proximal) aparentemente difere da maioria das outras células pelo fato de essas células transportadoras não usarem a glicose como sua fonte preferencial de energia. Estudos atuais indicam que estas células usam o aminoácido glutamina como sua principal fonte de energia, permitindo deste modo que a glicose absorvida passe inalterada para a circulação sanguínea.

As proteínas são digeridas gerando pequenos peptídeos e aminoácidos Diferente dos carboidratos, os quais são ingeridos em formas que variam de simples a complexas, a maior parte das proteínas ingeridas são polipeptídeos ou maiores [ $ Fig. 2-9, p. 31]. Contudo, nem todas as proteínas são igualmente digeridas pelo homem. As proteínas vegetais são as menos digeríveis. Entre as mais digeríveis está a proteína do ovo, 80 a 90% da qual em uma forma que pode ser digerida e absorvida. Surpreendentemente, de 30 a 60% das proteínas encontradas no lúmen intestinal não são provenientes do alimento ingerido, mas de células mortas que se desprendem e de proteínas secretadas, como as enzimas e o muco. As enzimas que realizam a digestão das proteínas são classificadas em dois grandes grupos: endopeptidases e exopeptidases. As endopeptidases também chamadas de proteases atacam ligações peptídicas no interior da cadeia de aminoácidos e quebram um acadeia peptídic.a longa em fragmentos menores (Fig. 21-16b e ). As proteases são secretadas como proenzimas inativas pelas células epiteliais do estômago, do intestino e pâncreas e são ativadas no lúmen do trato GI. Exemplos de proteases incluem a pepsina, secretada no estômago, e a tripsina e a quimotripsina, secretadas pelo pâncreas.

•

FIGURA 21-15 delgado.

LEGENDA SGLT

e e e

GLUT2 GLUT5

Absorção de carboidratos no intestino

As exopeptidases liberam aminoácidos dos peptídeos clivando-os a partir das extremidades, um de cada vez (Fig. 21-16c). As exopeptidases digestórias mais importantes são duas isoenzimas da carboxipeptidase secretadas pelo pâncreas. As aminopeptidases desempenham um papel menor na digestão. Os principais produtos da digestão das proteínas são aminoácidos livres, dipeptídeos e tripeptídeos, todos os quais podem ser absorvidos. A estrutura dos aminoácidos é tão variável que muitos sistemas de transporte de aminoácidos são encontrados no intestino. A maioria dos aminoácidos livres é transportada por proteínas cotransportadoras dependentes de Na+ similares àquelas presentes no túbulo proximal dos rins (Fig. 21-17 e ). Alguns transportadores de aminoácidos são dependentes de H+. Dipeptídeos e tripeptídeos são transportados para dentro da célula da mucosa pelo transportador de oligopeptídeos PepTl que usa o cotransporte dependente de H+ (Fig. 21-17). Uma vez dentro da célula epitelial, os oligopeptídeos [oligos, pouco] têm dois destinos possíveis. A maioria é digerida por peptidases citoplasmáticas em aminoácidos, os quais são então transportados através da membrana basolateral e para a circulação. Aqueles oligopeptídeos que não são digeridos são transportados intactos através da membrana basolateral por um trocador dependente de H+. O sistema de transporte que move esses oligopeptídeos também é responsável pela captação intestinal de certos fármacos, como alguns antibióticos beta-lactâmicos, inibidores da enzima conversora de angiotensina e inibidores da trombina.

Alguns peptídeos maiores podem ser absorvidos intactos Alguns peptídeos que possuem mais de três aminoácidos são absorvidos por transcitose [ $ p. 157] após ligarem-se areceptores de membrana na superfície luminal do intestino. A descoberta de que as proteínas ingeridas podem ser absorvidas como pequenos peptídeos tem implicações na medicina,

Fisiologia Humana

Extremidade aminoterminal

Aminoácidos

Ligações peptídicas

705

Extremidade carboxiterminal

COOH {a) Estrutura do peptídeo

Í

Endopeptidase

lJ

digere as ligações l_!>eptídicas internas.

1

r

Peptídeos

Di e tripeptídeos cotransportados com H+

COOH

Aminoácidos cotransportados com Na+

... ... ,

H+

H+ ~

•• •

COOH

COOH

•

••

2 peptídeos menores

{b)

Na+

Pequenos peptídeos são transportados intactos através da célula por transcitose

-~-~

Pept1'dases •

Exopeptidase digere as ligações peptídicas

·' •

terminais liberando aminoácidos. Aminopeptidase -

Carboxipeptidase

-

••

,

•

-..•

•

COOH

IH2N ~ COOHI

IH2N ~ COOHI

Aminoácido

Aminoácido

---+•Sangue >

COOH {e)

•

Peptídeo

• •

- - • Para o fígado

FIGURA 21-16 Enzimas para a digestão de proteínas. A endopeptidases incluem a pepsina no estômago, e a tripsina e a quimotripsina, as quais atuam no intestino delgado.

pois estes peptídeos podem atuar como antígenos, substâncias que estimulam a formação de anticorpos e resultam em reações alérgicas. Consequentemente, a absorção intestinal de peptídeos pode ser um fator significativo no desenvolvimento de alergias alimentares e intolerância a alimentos. Em recém-nascidos, a absorção de peptídeos acontece principalmente nas células da cripta intestinal (veja Fig. 21-13). Ao nascimento, como as vilosidades intestinais são muito pequenas, as criptas são bem expostas ao conteúdo luminal. Na medida em que as vilosidades crescem e as criptas têm menos acesso ao quimo, a alta taxa de absorção de peptídeos presente ao nascimento declina continuamente. Se os pais retardam o início da ingestão pelos bebês de peptídeos indutores de alergias, o TGI tem oportunidade para amadurecer, diminuindo a probabilidade da formação de anticorpos. Um dos antígenos mais comuns responsável por alergias a alimentos é o glúten, um componente do trigo. A incidência de alergias por glúten na infância tem diminuído desde a década de 1970, quando os pais foram orientados a não alimentar os bebês com cereais à base de glúten até que eles tivessem vários meses de idade. Em outra aplicação médica, as indústrias farmacêuticas desenvolveram fármacos peptídicos indigeríveis que podem

FIGURA 21-17 Absorção de peptídeos. Após a digestão, as proteínas são absorvidas principalmente como aminoácidos livres. Poucos di e tripeptídeos são absorvidos. Alguns peptídeos maiores que tripeptídeos podem ser absorvidos por transcitose.

ser administrados oralmente, ao invés de por injeção. Provavelmente o exemplo mais conhecido é o DDAVP (1-deamino-8-D-arginina vasopressina), o análogo sintético da vasopressina. Se o hormônio natural vasopressina é ingerido, ele é digerido em vez de ser absorvido intacto. Ao se mudar a levemente estrutura do hormônio, os cientistas conseguiram criar um peptídeo sintético que possui a mesma atividade, mas é absorvido sem ser digerido.

Os sais biliares facilitam a digestão de gorduras Gorduras e moléculas relacionadas na dieta ocidental incluem triacilgliceróis, colesterol, fosfolipídeos, ácidos graxos de cadeia longa e vitaminas lipossolúveis [ $ Fig. 2-8, p. 30]. Aproximadamente 90% das calorias das nossas gorduras vêm dos triacilgliceróis, pois eles são as formas principais de lipídeos, tanto de plantas quanto de animais. A digestão enzimática de gorduras é realizada pelas lipases, enzimas que removem dois ácidos graxos de cada molécula de triacilglicerol. O resultado é a produção de um monoacilglicerol e dois ácidos graxos (Fig. 21-18 e ). Os fosfolipídeos são digeridos pela fosfolipase pancreática. O

21

706

Dee Unglaub Silverthorn

Triacilglicerol Gota de lipídeos coberta por sais biliares

Lipase, colipase

+ Monoacilglicerol

e

Lado hidrofóbico associado com os lipídeos

Cadeias laterais polares (lado hidrofílico associado com a água) (a) Os sais biliares cobrem os lipídeos formando emulsões. Água

Ácidos graxos livres

FIGURA 21-18 Triacilgliceróis digeridos formando monoacilgliceróis e ácidos graxos livres.

colesterol livre não necessita ser digerido antes de ser absorvido. A digestão de gorduras é complicada pelo fato de que a maioria dos lipídeos não é particularmente solúvel em água. Como resultado, o quimo aquoso que deixa o estômago contém uma emulsão de grandes gotas de gordura, as quais possuem menor área de superfície do que as partículas maiores. Para aumentar a área de superfície disponível para a digestão enzimática das gorduras, o fígado secreta sais biliares no intestino delgado. Os sais biliares ajudam a quebrar a emulsão de partículas grandes em partículas menores e mais estáveis. Os sais biliares, tal como os fosfolipídeos das membranas celulares, são anfipáticos [anfi, em ambos os lados + pathos, experiência], o que significa que eles possuem uma região hidrofóbica e uma região hidrofílica (Fig. 21-19a e ). As regiões hidrofóbicas dos sais biliares associam-se com a superfície das gotas lipídicas enquanto a cadeia lateral polar interage com a água, criando uma emulsão estável de pequenas gotas de gordura solúveis em água (Fig. 21-20
Sal biliar

~'

Ácidos graxos livres

Colesterol Sal biliar

Monoac ilglicerol

Fosfolipídeos

Diacilglicerol

(b) As micelas são pequenos discos com sais biliares, fosfolipídeos, ácidos graxos, colesterol e mono e diacilgliceróis.

e

FIGURA 21-19

Os sais biliares emulsificam gorduras.

envolvidas proteínas de transporte. Experimentos indicam que o colesterol é transportado através da membrana apical por transportadores de membrana específicos dependentes de energia, incluindo um chamado de NPClLl, a proteína que é inibida pelo ezetimibe (Fig. 21-20 @ b). Uma vez dentro dos enterócitos, os monoacilgliceróis e os ácidos graxos movem-se para o retículo endoplasmático liso, onde se recombinam formando triacilgliceróis (Fig. 2120 ©).Os triacilgliceróis então se combinam com colesterol e proteínas formando grandes gotas denominadas quilomícrons. Por causa do seu tamanho, os quilomícrons precisam ser empacotados dentro de vesículas secretoras e deixam a célula por exocitose. O tamanho grande dos quilomícrons também impede que eles cruzem a membrana basal para entrar nos capilares (Fig. 21-20 ®). Em vez disso, os quilomícrons são absorvidos para dentro dos lactíferos, os vasos linfáticos das vilosidades (veja Fig. 21-13). Os quilomícrons passam pelo sistema linfático e finalmente entram no sangue venoso pouco antes de ele desembocar no coração [ ~ p. 531]. Alguns ácidos graxos curtos (10 ou menos carbonos) não são agrupados em quilomícrons. Esses ácidos graxos podem, portanto, atravessar a membrana basal dos capilares e ir diretamente para o sangue.

Os ácidos nucleicos são digeridos formando bases e monossacarídeos Os polímeros de ácidos nucleicos, DNA e RNA, são apenas uma parte muito pequena da maioria das dietas. Eles são di-

Fisiologia Humana

• • •• Sais biliares • •.: .·:.:provenientes •• •••• • •. • do fígado

O

Os sais biliares provenientes do fígado cobrem as gotas de gordura.

•• •

Grandes glóbulos de gordura provenientes do estômago

A lipase e a colipase pancreáticas quebram gorduras em monoacilgliceróis e ácidos graxos estocados em micelas.

ºº ºº

( ) Emulsão

• • •••

Reciclagem de sais biliares

Lipase e colipase

Lúmen do intestino delgado

••• •••• ••

o Micelas o

ºººº

RE liso c:::::::.-c:::::.- ·,,....~--

707

Monoacilgliceróis e ácidos ...., graxos movem-se para fora das micelas e entram nas células por difusão. ..,,..,. O colesterol é transportado para dentro das células por um transportador de membrana. Os lipídeos absorvidos combinam-se com o colesterol e proteínas nas células intestinais para formar os quilomícrons.

C>

J

Triacilgliceróis + colesterol + proteínas Célula do intestino delgado

Os quilomícrons são liberados dentro do sistema linfático.

O Quilomícron Aparelho de Golgi

~...-

,,__..Jt

o Líquido intersticial

----1.·o

.1.

Capilar

Lactífero

o

~

Linfa para a • veia cava

•

FIGURA 21-20 de gorduras.

Digestão e absorção

21 geridos por enzimas pancreáticas e intestinais, primeiro em seus componentes nucleotídicos e depois em bases nitrogenadas e monossacarídeos [ $ Fig. 2-11, p. 33]. Essas bases são absorvidas por transporte ativo, e os monossacarídeos são absorvidos por difusão facilitada e transporte ativo secundário, como outros açúcares simples.

O intestino absorve vitaminas e minerais Em geral, as vitaminas solúveis em lipídeos (A, D, E e K) são absorvidas no intestino delgado junto com as gorduras - razão pela qual os profissionais da saúde se preocupam com o excessivo consumo de "falsas gorduras", como o olestra, que não são absorvidas. As vitaminas solúveis em água (vitamina C e a maior parte das vitaminas B) são absorvidas por transporte mediado. A principal exceção é a vitamina B 12, também conhecida como cobalamina. Essa vitamina é produzida por bactérias; entretanto, obtemos a maior parte do nosso suprimento dietético a partir de frutos do mar, carne e produtos do leite. O transportador intestinal para B12 é

encontrado apenas no íleo e reconhece a B12 apenas quando a vitamina está combinada com uma proteína chamada de fator intrínseco, secretada pelo estômago. A absorção mineral geralmente ocorre por transporte ativo. Ferro e cálcio são duas das poucas substâncias cuja absorção intestinal é ativamente regulada. Para ambos os minerais, um decréscimo na concentração do mineral no corpo leva ao aumento da captação no intestino. O ferro é ingerido como ferro heme [ $ p. 605] na carne e como ferro ionizado em alguns produtos vegetais. O ferro heme é mais prontamente absorvido, aparentemente por endocitose, mas o mecanismo não é bem entendido. O ferro ionizado (Fe +z) é ativamente absorvido por cotransporte apical com H+ por uma proteína chamada de transportador divalente de metal 1 (DMTl). Dentro da célula, enzimas convertem o ferro heme em Fe2 +, e ambos pools de ferro ionizado deixam a célula por um transportador denominado ferroportina. A captação do ferro pelo corpo é regulada por um hormônio peptídeo denominado hepddina. Quando os estoques de ferro do corpo estão altos, o fígado secreta hepcidina, que

708

Dee Unglaub Silverthorn

Lúmen do intestino delgado ou colo ~

o

Na+

Célula intestinal

I

Líquido intersticial

K+ Na+ reabsorvido

>

Na+

c1-

No restante deste capítulo, acompanharemos alguns alimentos ao longo do seu trajeto pelo trato GI. Como uma pré-visualização, veja a Figura 21-22 e, um resumo dos principais eventos que ocorrem em cada segmento do trato GI. O processamento dos alimentos é tradicionalmente dividido em três fases: uma fase cefálica, uma fase gástrica e uma fase intestinal. REVISANDO CONCEITOS

Na+ H+ HC03-

c1-

c1-

8. Receitas caseiras de terapia de re-h idratação oral geralmente utilizam açúcar (sacarose) e sal de cozinha . Explique como o sal aumenta a absorção intestinal de glicose. 9. Os sais biliares digerem os triacilgliceróis em monoacilgliceróis e ácidos graxos livres? Respostas: p. 723

O Na+ entra nas células por múltiplas rotas.

•

A Na+-K+-ATPase bombeia Na+ para o LEC.

FIGURA 21-21 Reabsorção do NaCI no intestino delgado e colo. Uma significativa quantidade da reabsorção de Na + no intestino delgado também ocorre por meio da captação de soluto orgânico acoplada ao Na + através da membrana apical (não mostrado nesta figura).

se liga à ferroportina. O transportador ligado à hepcidina é destruído pelo enterócito, o que resulta em diminuição da captação de ferro pelo intestino. Outros aspectos do metabolismo do ferro são discutidos no Capítulo 16 [$ p. 555]. 2 A maior parte da absorção do Ca + no TGI ocorre por movimento passivo não regulado, através de rotas paracelulares. O transporte transepitelial de Ca2 + hormonalmente regulado ocorre no duodeno. O cálcio entra no enterócito através de canais de Ca2 + apicais e é ativamente transportado 2 através da membrana basolateral ou por uma Ca +-ATPase ou por um antiportador Na+ -Ca2 +. O equilíbrio do cálcio é descrito em detalhes no Capítulo 22.

O intestino absorve íons e água A maior parte da absorção de água ocorre no intestino delgado, com um adicional de 0,5 L por dia absorvido no colo. Da mesma maneira que na secreção de líquido intestinal, a água segue gradientes osmóticos criados pela absorção de solutos. Os enterócitos no intestino delgado e os colonócitos - as células epiteliais da superfície luminal do colo - absorvem Na+ usando três proteínas de membrana (Fig. 21-21 e ): canais de Na+ apicais, o simportador Na+-c1- e o trocador Na+-H+ (NHE). No intestino delgado, uma fração significativa da absorção do Na+ também acontece por meio da captação de solutos orgânicos dependente de Na+, como o SGLT e os transportadores aminoácidos -Na+ (veja Figs. 21-15 e 2117). No lado basolateral dos enterócitos e dos colonócitos, o transportador principal para o Na+ é a Na+-K+-ATPase. A captação de cloreto utiliza o trocador Cl- -HC03 - apical e um canal de Cl- basolateral. A absorção de potássio no intestino ocorre pela rota paracelular.

FASE CEFÁLICA Os processos digestórios no corpo iniciam antes que a comida entre na boca. O simples cheiro, a visão, ou ainda pensar sobre um alimento pode fazer nossa boca salivar e nosso estômago roncar. Estes reflexos longos que iniciam no cérebro geram uma resposta antecipatória, conhecida como fase cefálica da digestão (Fig. 21-23 e ). Estímulos antecipatórios e estímulos do alimento na cavidade oral ativam neurônios no bulbo, o qual, por sua vez, manda sinais eferentes pelos neurônios autonômicos para as glândulas salivares, e pelo nervo vago, para o SNE. Em respostas a estes sinais, o estômago, o intestino e os órgãos glandulares acessórios iniciam a secreção e aumentam a motilidade em antecipação ao alimento que virá.

A digestão mecânica e química inicia na boca Quando a comida primeiro entra na boca, ela é recebida por uma grande quantidade de secreção que chamamos de saliva. A secreção salivar está sob o controle autonômico e pode ser disparada por múltiplos estímulos, incluindo a visão, o cheiro, o toque e até por pensar no alimento. A água e o muco na saliva amolecem e lubrificam o alimento para torná-lo mais fácil de deglutir. Você pode avaliar essa função se alguma vez já tentou engolir uma bolacha seca sem mastigála completamente. A saliva também dissolve o alimento de modo que podemos sentir seu gosto. A digestão química começa com a secreção da amilase salivar e uma quantidade muito pequena de lipase salivar. A amilase quebra o amido em maltose depois de a enzima ser ativada por Cl- na saliva. Se você mastigar uma bolacha sem sal por algum tempo, você pode perceber a conversão do amido em maltose, a qual é mais doce. A função final da saliva é a proteção. A lisozima é uma enzima salivar antibacteriana, e as imunoglobulinas salivares inativam bactérias e vírus. Além disso, a saliva ajuda a limpar os dentes e manter a língua livre de partículas alimentares. A digestão mecânica dos alimentos inicia na cavidade oral com a mastigação. Os lábios, a língua e os dentes contribuem para a mastigação dos alimentos, criando uma massa umedecida e amolecida (bolo) que pode ser facilmente deglutida.

Fisiologia Humana

709

LEGENDA M: motilidade S: secreção D: digestão A : absorção

CAVIDADE ORAL E ESÓFAGO M: S: D: A:

Esfincter esofág ico superior

Esôfago Esfincter esofágico inferior

mastigação e deglutição saliva (glândulas sal ivares), lipase carboidratos, gorduras (mínima) nenhuma

- - - - - --r- - ESTÔMAGO

--~----~,_.

--~

Fígado--

M : mistura peristáltica e propulsão S: HCI (células parietais); pepsinogênio e lipase gástrica (células principais); muco e HC03- (células mucosas da superfície); gastrina (células G); histamina (células ECL) D: proteínas, gorduras A: substâncias lipossolúveis, como álcool e aspirina

-.. INTESTINO DELGADO

Vesícula biliar - - - . .

M: mistura e propulsão principalmente por segmentação S: enzimas; HC03- e enzimas (pâncreas); bile (fígado); muco (células caliciformes); hormônios: CCK, secretina, GIP e outros hormônios D: carboidratos, gorduras, polipeptídeos, ácidos nucleicos A: peptídeos por transporte ativo; aminoácidos, glicose e frutose por transporte ativo secundário; gorduras por d ifusão simples; água por osmose; íons, minerais e vitaminas por transporte ativo

INTESTINO GROSSO Reto

--~----1...-

1

Esfincteres --1----~~ anais

•

M: S: D: A:

mistura segmentar; movimento de massa para propulsão muco (células caliciformes) nenhuma (exceto por bactérias) íons, água, minerais, vitaminas e pequenas moléculas orgânicas produzidas por bactérias

FIGURA 21-22 Resumo da motilidade, secreção, digestão e absorção em diferentes regiões do sistema digestório.

A deglutição leva o bolo alimentar da boca para o estômago A deglutição [glutine, engolir] é uma ação reflexa que empurra um bolo de alimento ou líquido para dentro do esôfago (Fig. 21-24 e ). O estímulo para a deglutição é a pressão criada quando a língua empurra o bolo contra o palato mole e a parte posterior da boca. A entrada sensorial no centro da deglutição no bulbo inicia o reflexo. Primeiro, a epiglote se dobra para baixo sobre a abertura da laringe para evitar que o bolo alimentar e líquidos entrem nas vias aéreas. Ao mesmo tempo, a respiração é inibida e o esfincter esofágico superior relaxa à medida que o bolo entra no esôfago. Ondas de contrações peristálticas então empurram o bolo em direção ao estômago, auxiliadas pela gravidade. Entretanto, a gravidade não é indispensável, como você deve saber se já participou da brincadeira de engolir de cabeça para baixo. A extremidade inferior do esôfago situa-se logo abaixo do diafragma e é separada do estômago pelo esfincter esofágico inferior. Esta área não é um esfincter verdadeiro, mas

uma região de tensão muscular relativamente alta que atua como uma barreira entre o esôfago e o estômago. Quando os alimentos são deglutidos a tensão relaxa, permitindo a passagem do bolo alimentar para o estômago. Se o esfincter esofágico inferior não permanecer contraído, o ácido gástrico e a pepsina podem irritar o revestimento do esôfago, levando à dor e irritação da azia (pirose). As paredes do esôfago se expandem durante a inspiração, quando a pressão intrapleural cai [ $ p. 581]. A expansão cria uma pressão sub-atmosférica no lúmen esofageal e pode sugar o conteúdo ácido do estômago se o esfincter estiver relaxado. A agitação do estômago, quando este está cheio, pode também esguichar ácido de volta para o esôfago se o esfincter não estiver completamente contraído.

FASE GÁSTRICA Aproximadamente 3,5 litros de comida, bebida e saliva entram no fundo do estômago a cada dia. O estômago possui três funções gerais.

21

71 O

Dee Unglaub Silverthorn

A visão, o cheiro, o gosto da comida iniciam reflexos longos que preparam o estômago.

A língua empurra o bolo contra o palato mole e a parte posterior da cavidade oral, disparando o reflexo da deglutição.

Comida!

~ ~

!)

t

Bulbo

Palato mole Palato duro Língua Bolo alimentar

Estômago Neurônios parassimpáticos pré-ganglionares no nervo vago

Lúmen do estômago

Mucosa gástrica

1 - - - - - - - - - Laringe ~~-J---"--- Esfincter

esofágico superior tonicamente contraído

._______...

O esfincter esofágico superior relaxa enquanto a epiglote fecha para manter o material deglutido fora das vias aéreas.

REFLEXO LONGO

Plexo entérico

Entrada sensorial REFLEXO CURTO

Distensão ou peptídeos e aminoácidos iniciam reflexos curtos Células efetoras

Neurônios ' parassimpáticos pós-ganglionares e neurônios entéricos ..... intrínsecos

Secreção e motilidade O alimento move-se para baixo no interior do esôfago, propelido por ondas peristálticas e auxiliado pela gravidade.

•

Reflexos longo e curto das fases cefálica e gástrica da digestão. FIGURA 21-23

1. Armazenamento. O estômago armazena alimento e regula sua passagem para o intestino delgado, onde ocorre a maior parte da digestão e absorção. 2. Digestão. O estômago digere a comida, química e mecanicamente, formando a mistura "cremosa" de partículas uniformemente pequenas chamada de quimo. 3. Proteção. O estômago protege o corpo por destruir muitas das bactérias e outros patógenos que são deglutidos juntamente com a comida ou aprisionados no muco das vias respiratórias. Ao mesmo tempo, o estômago precisa proteger a si mesmo de ser agredido por , . suas propr1as secreçoes.

Antes mesmo do bolo alimentar chegar, a atividade digestória do estômago inicia com o reflexo vagal longo da fase cefálica (Fig. 21-23). Depois, quando o bolo entra no estômago, estímulos no lúmen gástrico iniciam uma série de reflexos curtos que constituem a fase gástrica da digestão.

..

•

FIGURA 21-24

....... ,.

Reflexo da deglutição.

Fisiologia Humana

Mucosa gástrica

Muco Abertura da glândula gástrica

• •

•

•

••

• ••

•

• •• • •

Célula mucosa do colo

Bicarbonato

Células parietais

Ácido gástrico HCl Fator intrínseco

•

~Células semelhantes

às enterocromafins

Estímulo para liberação

Substância secretada

Tipo de célula

Histamina

Gastrina

•

FIGURA 21-25

Função da secreção

Secreção tônica; Barreira física entre o irritação da lúmen e o epitélio mucosa Tamponar o ácido Secretado gástrico para evitar como muco dano ao epitélio Ativar a pepsina; Acetilcolina, matar bactérias gastrina, Combina-se com a vitamina histamina B12 para permitir sua absorção Acetilcolina, gastrina

Pepsina (ogênio) Acetilcolina, Lipase gástrica ácido Somatostatina

711

,

Estimula a secreção de ácido gástrico Digere proteínas Digere gorduras

Acido no estômago

Inibe a secreção do ácido gástrico

Acetilcolina, peptídeos e aminoácidos

Estimula a secreção do ácido gástrico

Atividade das células secretoras da mucosa gástrica.

Nos reflexos da fase gástrica, a distensão do estômago e a presença de peptídeos ou aminoácidos no lúmen ativam células endócrinas e neurônios entéricos. Hormônios, secreções neurócrinas e moléculas parácrinas então influenciam a motilidade e a secreção.

O estômago armazena o bolo alimentar Quando o bolo alimentar chega, o estômago relaxa e se expande para receber maior volume. Este reflexo mediado neuralmente é chamado de relaxamento receptivo. A metade superior do estômago permanece relativamente em repouso, retendo o bolo alimentar até que esteja pronto para ser digerido. A função de armazenamento do estômago é talvez o aspecto menos óbvio da digestão. Porém, quando ingerimos mais do que necessitamos do ponto de vista nutricional, o estômago precisa regular a velocidade na qual o quimo entra no intestino delgado. Sem tal regulação, o intestino delgado não seria capaz de digerir e absorver a carga de quimo que chega, e quantidades significativas de quimo não absorvido passariam para o intestino grosso. O epitélio do intestino grosso não está projetado para absorção de nutrientes em larga escala; assim, a maior parte do quimo seria eliminado nas fezes, resultando em diarreia. Este "distúrbio do esvaziamento" ("síndrome de dumping") é um dos efeitos colaterais mais desagradáveis da cirurgia que remove porções do estômago ou do intestino delgado. Enquanto a parte superior do estômago está retendo o bolo alimentar, a parte inferior do estômago está ocupada com a digestão. Na metade distal do estômago, uma série de ondas peristálticas empurra o bolo alimentar para baixo em direção ao piloro, misturando-o com o ácido e as enzimas digestórias. Quando as partículas grandes são digeridas e a textura do quimo fica mais uniforme, cada onda contrátil ejeta

uma pequena quantidade de quimo no duodeno através do piloro. O aumento da motilidade gástrica durante a refeição está principalmente sob controle neural e é estimulada pela distensão do estômago.

O estômago secreta ácido e enzimas Quando a comida entra na boca, o reflexo vagai cefálico antecipatório inicia a secreção no estômago. As várias secreções, seus estímulos para liberação e suas funções são resumidas na Figura 21-25 • e descritas a seguir: Secreção ácida As células parietais profundas nas glândulas gástricas secretam ácido gástrico (HCI), o qual ajuda a matar bactérias e outros microrganismos ingeridos. O ácido também desnatura proteínas [ $- p. 43] destruindo sua estrutura terciária, clivando as ligações dissulfeto e as ligações de hidrogênio. O desdobramento (desnaturação) das cadeias proteicas torna as ligações peptídicas entre os aminoácidos . ,, . . mais acessiveis para as enzimas. A digestão dos carboidratos que inicia na boca continua no estômago até que a mistura do bolo exponha a amilase ao ácido gástrico. A amilase salivar é inativada pelo pH baixo. As células parietais também secretam fator intrínseco. Como visto anteriormente, o fator intrínseco forma complexos com a vitamina B12 e é essencial para a absorção da B12 no intestino. Na ausência do fator intrínseco, a deficiência de vitamina B12 causa uma condição conhecida como anemia pernidosa. Neste quadro, a síntese de eritrócitos (eritropoese), a qual depende de vitamina B12, é gravemente diminuída. A falta do fator intrínseco não pode ser corrigida diretamente, mas os pacientes com anemia perniciosa podem receber injeções de vitamina B12 • Secreção enzimática As células principais das glândulas gástricas secretam a enzima inativa pepsinogênio. O pep-

21

712

Dee Unglaub Silverthorn

o Lúmen do estômago

o

Bolo alimentar

Estímulo via nervo vago

Mucosa gástrica

Aminoácidos ou peptídeos

Neurônio sensorial entérico

..-. ---

-

O bolo alimentar ou reflexos cefálicos iniciam a secreção gástrica.

1 ' --

-.J

,--A gastrina estimula a secreção ácida por ação direta nas células parietais ou indiretamente por meio da histamina.

./""... •------------+-~ Célula

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o

,

Retroalimentação negativa

,,

1 1 1

J.- - - -

O ácido estimula a secreção de pepsinogênio por um reflexo curto.

', ...

D

( H+

...

, ~ ' Celula ""\..Somatostatina ~ - - - - - ,

1 1 1

.

Gastrina

Célula parietal _

: 1 1

1 1

-

..L

,

ECL_--+TI~""" -

:1

A somatostatina estimulada pelo H+ é um sinal de retroalimentação negativa que modula a liberação de ácido e de pepsina.

1

'

o

Neurônio sensorial entérico

-/".

A

Pepsina .,.,.....;.. Pepsinogênio -

.

•

Plexo • entérico 1

1

'

1 1 1 1 1 1 1

QUESTÕES DA FIGURA

1 1

Célula ; • • pnnc1: pai li- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

• O estímulo autonômico vagai é simpático ou parassimpático? • Qual é o neurotransmissor e o receptor para esse estímulo?

FIGURA 21-26 Integração das fases cefálica e gástrica da secreção no estômago. A fase cefálica é iniciada por visão, cheiro, sons, ou pensamento sobre o alimento ou pela presença do alimento na boca. A fase gástrica é iniciada pela chegada do bolo alimentar no estômago.

sinogênio é clivado formando a pepsina ativa no lúmen do estômago por ação do H+. A pepsina é uma endopeptidase que realiza a digestão inicial das proteínas e é particularmente eficaz em digerir o colágeno, desempenhando um importante papel na digestão da carne. A lipase gástrica é cossecretada com a pepsina. Porém menos de 10% da digestão dos lípideos ocorre no estômago.

Secreção parácrina As células semelhantes às enterocromafins (ECL) secretam a substância parácrina histamina. A histamina estimula a secreção ácida pelas células parietais. As células D secretam a substância parácrina somatostatina. A somatostatina é o sinal de retroalimentação negativa primário da secreção na fase gástrica. Ela inibe a secreção de ácido direta e indiretamente e também inibe a secreção de . ,.. . peps1nogen10. Secreção hormonal As células G, situadas profundamente nas glândulas gástricas, secretam o hormônio gastrina. A liberação da gastrina é estimulada pela presença de aminoácidos e peptídeos no estômago, pela distensão do estômago e pelos reflexos neurais mediados pelo peptídeo liberador de gastrina. O café (mesmo o descafeinado) tam-

bém estimulam a liberação de gastrina - uma razão para que pessoas com síndromes de secreção ácida excessiva evitem a ingestão de café. A função coordenada da secreção gástrica é ilustrada na Figura 21-26 e: 1. Em um reflexo cefálico, os neurônios parassimpáticos do nervo vago estimulam as células G a liberarem gastrina no sangue (Fig. 21-26 CD). A presença de aminoácidos ou peptídeos no lúmen dispara um reflexo curto para a liberação de gastrina. 2. A gastrina, por sua vez, promove a liberação de ácido, tanto direta quanto indiretamente, estimulando a liberação da histamina ®. 3. A histamina é liberada pelas células ECL em resposta à gastrina e à acetilcolina do SNE CD. A histamina difundese para seus alvos, as células parietais, e estimula a secreção ácida combinando-se com receptores H2 nas células parietais. 4. O ácido no lúmen do estômago estimula a liberação do pepsinogênio pelas células principais por um reflexo curto @ . No lúmen, o ácido converte pepsinogênio em pepsina e inicia a digestão de proteínas.

Fisiologia Humana

Lúmen do estômago Suco gástrico pH - 2 A camada de muco é uma barreira física Camada de muco

O bicarbonato é uma barreira química que neutraliza o ácido pH - 7 na superfície celular

--+~ Gotícu l as (

,(

FIGURA 21-27 gástrica.

uso de fármacos anti-inflamatórios não esteroides (NSAID), como a aspirina, e a Helicobacter pylori, uma bactéria que provoca inflamação na mucosa gástrica (veja o Solucionando o Problema neste capítulo). Por muitos anos, o principal tratamento para o excesso de secreção ácida, ou dispepsia, foi a ingestão de antiácidos, que são agentes que neutralizam os ácidos no lúmen gástrico. Porém, à medida que os biólogos moleculares exploraram o mecanismo da secreção ácida pelas células parietais, o potencial para novos tratamentos tornou-se evidente. Hoje possuímos duas novas classes de fármacos para combater a hiperacidez: os antagonistas dos receptores H2 ( cimetidina e ranitidina, por exemplo), que bloqueiam a ação da histamina, e os inibidores da bomba de prótons (PPls), os quais bloqueiam a H+-K+-ATPase (omeprazol e lansoprazol, por exemplo).

de muco Célula mucosa gástrica

Capilar

e

713

Barreira muco-bicarbonato da mucosa

5. O ácido também desencadeia a liberação de somatostatina pelas células D @ . A somatostatina atua via retroalimentação negativa para inibir a secreção do ácido gástrico, da gastrina, da histamina e do pepsinogênio.

O estômago equilibra digestão e proteção Sob condições normais, a mucosa gástrica está protegida da autodigestão por uma barreira de bicarbonato e muco. As células mucosas do colo das glândulas gástricas secretam ambas as substâncias. O muco forma uma barreira física, e o bicarbonato cria uma barreira de tampão químico abaixo do muco (Fig. 21-27 e ). Os pesquisadores mostraram, usando microeletrodos, que a camada de bicarbonato logo acima das células da superfície do estômago possui um pH próximo de 7, mesmo quando o pH no lúmen é bastante ácido - próximo de 2. A secreção de muco aumenta quando o estômago é irritado, como pela ingestão de aspirina (ácido acetilsalicílico) ou álcool. Até mesmo a barreira de muco-bicarbonato pode falhar às vezes. Na síndrome de Zollinger-Ellison, os pacientes secretam níveis excessivos de gastrina, normalmente de tumores no pâncreas secretores de gastrina. Como resultado, a hiperacidez no estômago supera os mecanismos protetores normais e causa úlcera péptica. Na úlcera péptica, o ácido e a pepsina destroem a mucosa, criando orifícios que se estendem para dentro da submucosa e muscular do estômago e duodeno. (O refluxo de ácido [re-, para trás + fluxus, fluxo] para dentro do esôfago também pode provocar uma erosão na sua camada mucosa.) O excesso de secreção ácida é uma causa incomum de úlcera péptica. Sem dúvida, as causas mais comuns são o

FASE INTESTINAL O resultado final da fase gástrica é a digestão de proteínas no estômago pela pepsina; a formação do quimo por ação da pepsina, do ácido e das contrações peristálticas; e a entrada controlada do quimo no intestino delgado, para que a digestão e a absorção possam ocorrer. Assim que o quimo entra no intestino delgado, a fase intestinal da digestão inicia. A fase intestinal dispara uma série de reflexos que retroalimentam, para regular a velocidade de liberação de quimo do estômago, e atuam por antecipação, para promover a digestão, a motilidade e a utilização dos nutrientes. Os sinais de retroalimentação para o estômago são tanto neurais como hormonais (Fig. 21-28 e ); • O quimo no intestino ativa o sistema nervoso entérico, o qual reduz a motilidade e a secreção gástricas. Além disso, três hormônios reforçam o sinal de retroalimentação: secretina, colecistocinina (CCK) e peptídeo inibidor gástrico (GIP) (veja Tabela 21-1). • A secretina é liberada pela presença do quimo ácido no duodeno. Ela inibe a produção de ácido e a motilidade gástrica, reduzindo a velocidade do esvaziamento gástrico. Além disso, a secretina estimula a produção de HC0 3 - pancreático para neutralizar o quimo ácido que entrou no intestino. • Se uma refeição contém gorduras, a CCK é secretada na corrente sanguínea. A CCK também diminui a motilidade gástrica e a secreção de ácido. Como a digestão de gordura ocorre mais lentamente que a digestão de proteínas ou de carboidratos, é fundamental que o estômago permita que apenas pequenas quantidades de gordura entrem no intestino ao mesmo tempo. • Se a refeição contém carboidratos, os hormônios incretinas GIP e o peptídeo semelhante ao glucagon 1 (GLP-1) são liberados. Ambos, GIP e GLP-1, atuam por antecipação para promover a liberação da insulina pelo pâncreas endócrino, permitindo que as células se preparem para receber a glicose que está para ser absorvida. Eles também retardam a entrada do quimo no intestino, diminuindo a motilidade gástrica e a secreção ácida.

21

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Dee Unglaub Silverthorn

• FIGURA 21-28 A presença do quimo no intestino delgado inibe a motilidade e secreção gástricas.

Bolo alimentar no estômago

ESTÔMAGO

--------11

11- -------

Secreção ácida

-1

1 1 1 1 1

Secreção de pepsina e lipase

----------11

11- --------- ~

Motilidade gástrica

, Quimo no intestino delgado

INTESTINO DELGADO

Solução hiperosmótica

Proteínas e gorduras

Carboidratos

,

? Célula

1

GIP

GLP-1

1

1 1

-----------PÂNCREAS

1

Secreção de insulina

CCK 1

1

•

1

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-

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-

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-

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1 1 1 1 1 1 1

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endócrina J " -----'

Sistema nervoso entérico

--

1 1 1 1 1 1

' Acido

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Secretina - - - - 1

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1 1 -1- - - - - - - - - - - J

1 1 - - - -...... 1

Secreção de enzimas pancreáticas

1 1 - - -

• A mistura de ácidos, enzimas e alimentos digeridos no quimo normalmente formam uma solução hiperosmótica. Os osmorreceptores na parede do intestino são sensíveis à osmolaridade do quimo que entra. Quando estimulados pela alta osmolaridade, os receptores inibem o esvaziamento gástrico em um reflexo mediado por alguma substância circulante desconhecida. Uma vez que o quimo entra no intestino delgado, ele é lentamente propelido para adiante por uma combinação de ondas lentas, contrações segmentares e peristálticas. Estas ações misturam o quimo com enzimas e expõem os nutrientes digeridos à mucosa para a absorção. Movimentos para adiante do quimo ao longo do intestino devem ser suficientemente lentos para permitir que a digestão e a absorção sejam completadas. A inervação parassimpática, a gastrina e a CCK promovem a motilidade intestinal e a inervação simpática a inibe.

O bicarbonato neutraliza o ácido gástrico Aproximadamente 5,5 litros de alimento, líquido e secreções entram no intestino delgado a cada dia, e cerca de 3,5 litros de secreções hepática, pancreática e intestinal são adicionados, perfazendo uma entrada total de 9 litros para dentro do lúmen (veja a Fig. 21-1). As secreções adicionadas incluem bicarbonato, muco, bile e enzimas digestórias.

Secreção pancreática de bicarbonato

1. A secreção de bicarbonato para dentro do intestino delgado neutraliza o quimo extremamente ácido que vem doestômago. A maior parte do bicarbonato vem do pâncreas e é liberado em resposta a estímulos neurais e à secretina. 2. As células caliciformes intestinais secretam muco para proteção e lubrificação. 3. A liberação da bile no intestino ocorre quando a contração da vesícula biliar é estimulada pela CCK após a ingestão de gorduras. Os sais biliares não são alterados durante a digestão das gorduras. Quando alcançam a porção terminal do intestino delgado (o íleo), eles encontram células que os transportam de volta à circulação. De lá, eles voltam ao fígado, são capturados pelos hepatócitos e secretados novamente. Esta recirculação dos sais biliares é essencial para a digestão das gorduras porque o pool de sais biliares do corpo deve circular de duas a cinco vezes em cada refeição. A bilirrubina e outros resíduos secretados na bile não são reabsorvidos e passam para o intestino grosso para serem excretados. 4. As enzimas digestórias são produzidas pelo epitélio intestinal e pelas células acinares do pâncreas exócrino. As enzimas da borda em escova, as quais incluem peptidases, dissacaridases e uma protease chamada de enteropeptidase (antes chamada de enterocinase), são ancoradas na membrana luminal do enterócito e não são varridas para fora do intestino delgado quando o quimo é propelido para frente.

Fisiologia Humana

Lúmen do intestino delgado

Dueto pancreático

Aorta -

715

__,.

Secreções pancreáticas incluindo enzimas inativas

--

ZIMOG~NIOS • Quimotripsinogênio

Tripsinogênio A enteropeptidase +-----1 da borda em escova ativa a tripsina

• Procarboxipeptidase • Procolipase

Capilares do fígado

Tripsina

• Profosfolipase

-

ativa=da=s:...,__._..ENZIMAS ATIVADAS • Quimotripsina

Veia hepática -

Veia cava inferior

Mucosa intersticial Artéria hepática

• Carboxipeptidase • Colipase • Fosfolipase

e

Capilares do trato digestório: estômago, intestino, pâncreas e baço

FIGURA 21-29 Ativação de zimogênios pancreáticos. As enzimas inativas secretadas pelo pâncreas são ativadas em cascata. O tripsinogênio é ativado em tripsina pela enteropeptidase da borda em escova e a tripsina então ativa outras enzimas pancreáticas.

Os sinais para a liberação das enzimas pancreáticas incluem distensão do intestino delgado, presença de alimento no intestino, sinais neurais e hormônio CCK. As enzimas pancreáticas entram no intestino em um fluido aquoso que também contém bicarbonato. A maior parte é secretada como zimogênios que precisam ser ativados quando chegam no intestino. Este processo de ativação é uma cascata que inicia quando a enteropeptidase da borda em escova converte o tripsinogênio inativo em tripsina ativa (Fig. 21-29 e ). A tripsina então converte os outros zimogênios pancreáticos em suas formas ativas.

A maioria dos líquidos é absorvida no intestino delgado Dos 9 litros que entram no intestino delgado diariamente, a maior parte (7,5 litros) é reabsorvida lá. O transporte de nutrientes orgânicos e íons, que acontece principalmente no duodeno e jejuno, cria um gradiente osmótico para a absorção da água. A maioria dos nutrientes absorvidos movese para dentro dos capilares nas vilosidades e de lá para o sistema porta do fígado [ ~ p. 471]. Esta região especializada da circulação tem dois conjuntos de leitos capilares: um que capta nutrientes absorvidos no intestino e outro que leva os nutrientes diretamente para o fígado (Fig. 21-30 e ). A maioria das gorduras digeridas vai para o sistema linfático, em vez de ir para o sangue. O envio de materiais absorvidos diretamente para o fígado ressalta a importância deste órgão como um filtro biológico. Os hepatócitos contêm uma variedade de enzimas, como as isoenzimas dtocromo p450, que metabolizam fármacos e xenobióticos e os retira da circulação sanguínea antes

Veia porta do fígado

e

FIGURA 21-30 Sistema porta do fígado. A maioria dos nutrientes absorvidos pelo intestino delgado passa pelo fígado, o qual atua como um filtro que pode remover xenobióticos potencialmente nocivos antes que eles entrem na circulação sistêmica.

de eles alcançarem a circulação sistêmica. A depuração hepática é uma das razões pelas quais um fármaco administrado por via oral deve ser dado em doses mais altas do que o mesmo fármaco administrado por infusão intravenosa.

21 A maior parte da digestão ocorre no intestino delgado O quimo que entra no intestino delgado passou por uma digestão química relativamente pequena. A digestão das proteínas inicia no estômago, mas a pepsina ao entrar no intestino delgado é logo inativada pelo pH intestinal mais alto. As proteases pancreáticas e pelo menos outras 17 proteases e peptidases da borda em escova continuam a digestão das proteínas, formando pequenos peptídeos e aminoácidos livres que podem ser absorvidos. A digestão dos carboidratos no intestino delgado termina convertendo os polissacarídeos digeríveis e dissacarídeos em monossacarídeos que podem ser absorvidos. A amilase pancreática continua digerindo amido em maltose. A maltose e os dissacarídeos dos alimentos, como a sacarose e a lactose (açúcar do leite), são digeridos pelas dissacaridases apropriadas da borda em escova até seus produtos finais absorvíveis: glicose, galactose e frutose. As gorduras entram no intestino delgado na forma de uma emulsão de partículas grandes. No duodeno, os sais bi-

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Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO A

'

INTOLERANCIA A LACTOSE A lactose, ou açúcar do leite, é um dissacarídeo composto de glicose e galactose. A lactose ingerida precisa ser digerida antes de ser absorvida, uma tarefa realizada pela lactase, uma enzima da borda em escova intestina l. Gera lmente, a lactase é encontrada apenas em mamíferos jovens, exceto em alguns humanos de ascendência europeia. Essas pessoas herdaram um gene dominante que lhes permite produzir lactase após a infância. Cientistas acreditam que o gene lactase forneceu uma vantagem seletiva para os seus antepassados que desenvolveram uma cultura em que o leite e seus derivados desempenham um papel importante. Em cu lturas não ocidentais, nas quais os produtos lácteos não fazem parte da dieta após o desmame, a maioria dos adultos não tem o gene e sintetiza menos lactase intestinal. O decréscimo da atividade da lactase é associado a uma condição conhecida como intolerância à lactose. Se uma pessoa com intolerância à lactose beber leite ou ingerir seus derivados, ela pode ter diarreia. Além disso, bactérias no intestino grosso fermentam a lactose produzindo gás e ácidos orgânicos, levando ao inchaço e à f latulência. A solução mais simples é remover os produtos do leite da dieta, apesar de já estar disponível o leite pré-digerido com lactase.

liares cobrem as gotículas de gordura para estabilizá-las de modo que a digestão possa ser realizada pela lipase pancreática. O colesterol e os ácidos graxos são absorvidos conforme já descrito neste capítulo. REVISANDO CONCEITOS 1O. Os sais biliares são reabsorvidos no intestino delgado distal por um t ransportador apical de ácidos biliares dependente de Na+ (ASBT) e um transportador basolateral de ânions orgânicos (OAT). Desenhe um enterócito; indique o lúmen, o LEC, as superfícies basolateral e apical; e esquematize a reabsorção de ácidos biliares, como descrito. 11 . Liste as ações da CCK no sistema digestório e explique como essas funções são coordenadas para promover a digestão e a absorção de gorduras. Respostas: p. 723

O intestino grosso concentra os resíduos No final do íleo, resta apenas cerca de 1,5 litro de quimo não absorvido. O colo absorve a maior parte deste volume de tal forma que normalmente apenas cerca de O, l litro de água é perdido diariamente na fezes. O quimo entra no intestino grosso pelo óstio ileal (valva ileocecal). Esta é uma região de musculatura tonicamente contraída que diminui a abertura entre o íleo e o ceco, o segmento inicial do intestino grosso (Fig. 21-31 e ). A papila ileal relaxa cada vez que uma onda peristáltica a atinge. Também relaxa quando o quimo deixa o estômago, como parte do reflexo gastroileal.

O intestino grosso possui sete regiões. O ceco é uma bolsa com o apêndice vermiforme, uma pequena projeção em forma de dedo, na sua extremidade ventral. O material se move do ceco para cima ao longo do colo ascendente, horizontalmente, no colo transverso e depois para baixo no colo descendente e colo sigmoide [sigmoides, forma como sigma, L,]. O reto é a porção terminal curta (aproximadamente 12 cm) do intestino grosso, o qual é separado do meio externo pelo ânus, uma abertura fechada por dois esfincteres - um esfincter interno de músculo liso e um esfincter externo de músculo esquelético. A parede do colo difere da parede do intestino delgado em que a musculatura do intestino grosso tem uma camada interna circular, mas uma camada de músculo longitudinal descontínua concentrada em três bandas chamadas de tênias do colo. As contrações das tênias puxam a parede formando bolsas salientes chamadas de saculações do colo ou haustros. A mucosa do colo possui duas regiões, como as do intestino delgado. A superfície luminal não apresenta vilosidades e tem aparência lisa. Ela é composta de colonócitos e células caliciformes secretoras de muco. As criptas contêm células-tronco que se dividem para produzir um novo epitélio, bem como células caliciformes, células endócrinas e colonócitos maduros.

Motilidade no intestino grosso O quimo que entra no colo continua a ser misturado por contrações segmentares. O movimento para frente é mínimo durante as contrações de mistura e depende principalmente de uma única contração colônica conhecida como movimento de massa. Uma onda de contração diminui o diâmetro de um segmento do colo e manda uma quantidade substancial de material para adiante. Estas contrações ocorrem de 3 a 4 vezes ao dia e são associadas com a ingestão alimentar e a distensão do estômago por meio do reflexo gastrocólico. O movimento de massa é responsável pela distensão súbita do reto que desencadeia a defecação. O reflexo da defecação remove as fezes, material não digerido, do corpo. A defecação se assemelha à micção, pois é um reflexo espinal desencadeado pela distensão da parede do órgão. O movimento do material fecal para o reto normalmente vazio dispara o reflexo. O músculo liso do esfincter interno do ânus relaxa, e as contrações peristálticas no reto empurram o material em direção ao ânus. Ao mesmo tempo, o esfincter externo do ânus, o qual está sob controle voluntário, conscientemente é relaxado se a situação for apropriada. A defecação muitas vezes é ajudada por contrações abdominais conscientes e movimentos expiratórios forçados contra uma glote fechada (manobra de Valsalva). A defecação, assim como a micção, está sujeita à influência emocional. O estresse pode tanto aumentar a motilidade, e causar diarreia psicossomática em alguns indivíduos, como diminuir a motilidade e causar constipação em outros. Quando as fezes estão retidas no colo, ou por ignorar conscientemente o reflexo da defecação ou por redução da motilidade, a absorção contínua de água gera fezes duras

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Fisiologia Humana

Veia porta do fígado

Aorta

Tênia do colo

Glândulas intestinais

Linfonodo

l

Veia cava inferior Colo transverso

•

•

•

•

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•

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•

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mucosa

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ascendente _..-

Papila ileal -

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Apêndice _ __ ______,, vermiforme

Camada longitudinal (tênia do colo)

Colo descendente

Muscular circular

Muscular externa

-r--"'7'Saculações do colo

- ----," - - - -Colo sigmoide

-- -- -- ---- Reto ---i,_..._.,

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Esfincter interno do ânus

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.........-

e

FIGURA 21-31

Esfincter externo do ânus -r--- -- Ânus

Anatomia do intestino grosso.

e secas que são difíceis de eliminar. Um tratamento usado para constipação são supositórios de glicerina, em formato de pequenos projéteis, que são inseridos no reto pelo ânus. A glicerina atrai a água e ajuda a amolecer as fezes para facilitar a defecação. Digestão e absorção no intestino grosso De acordo com a visão tradicional do intestino grosso, nenhuma digestão significativa de moléculas orgânicas acontece ali. Entretanto, recentemente, esta visão tem sido revista. Agora sabemos que inúmeras bactérias que habitam o colo degradam uma quantidade significativa de carboidratos complexos e proteínas não digeridos por meio da fermentação. O produto final inclui lactato e ácidos graxos de cadeia curta, como o ácido butírico. Muitos destes produtos são lipofílicos e podem ser absorvidos por difusão simples. Os ácidos graxos, por exemplo, são usados pelos colonócitos como seu substrato preferencial para obtenção de energia. As bactérias colônicas também produzem quantidades significativas de vitaminas absorvíveis, especialmente vitamina K. Os gases intestinais, como o sulfeto de hidrogênio, que escapam do trato gastrintestinal, são produtos menos úteis. Alguns alimentos contendo amido, como os feijões, são notórios por sua tendência a produzir gases intestinais (flato).

A diarreia pode causar desidratação A diarreia é um estado patológico no qual a secreção intestinal de líquido não é equilibrada pela absorção, resultando em fezes aquosas. Ela ocorre se os mecanismos intestinais

O estômago de Tonya ainda dói depois daquela noite. Sua companheira de quarto sugere que ela tente um novo "antiácido" que ela viu anunciado na TV. Estes medicamentos são mais corretamente conhecidos como antagonistas do receptor H2 porque se ligam competitivamente ao receptor H2 da histamina nas células parietais. Felizmente, a colega de Tonya comprou há pouco tempo uma caixa desse medicamento. Duas horas após tomar o medicamento, Tonya sentia-se muito mel hor. Questão 6: De que maneira o bloqueio do receptor H2 interrompe a produção de ácido no estômago?

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normais de absorção de água forem alterados ou se houver solutos osmoticamente ativos não absorvidos que "seguram" a água no lúmen. Substâncias que causam diarreia osmótica incluem a lactose não digerida e o sorbitol, um açúcar do álcool de plantas. O sorbitol é usado como adoçante "artificial" em alguns chicletes e alimentos para diabéticos. Outro soluto não absorvível que pode causar diarreia osmótica, cólica intestinal e gases é a olestra, a "falsa gordura" sintetizada a partir de óleo vegetal e açúcar. No cenário clínico, pacientes que precisam ter seus intestinos limpos antes de uma cirurgia ou outro procedimento muitas vezes recebem quatro litros de uma solução isotônica de polietilenoglicol e eletrólitos para beber. Como o polietilenoglicol não pode ser absorvido, um grande volume de solução não absorvida passa para o colo, onde provoca uma intensa diarreia que remove todos os resíduos sólidos do trato GI. A diarreia secretória ocorre quando as toxinas de bactérias como a toxina da cólera do Vibrio cholerae e a entero' toxina da Escherichia coli, aumentam a secreção colônica de c1- (veja Fig. 21-9). Quando a secreção excessiva de líquido é associada ao aumento da motilidade, ocorre diarreia. A diarreia secretória em resposta a uma infecção intestinal pode ser vista como adaptativa porque ajuda a arrastar patógenos para fora do lúmen. Entretanto, também tem o potencial de causar desidratação se a perda de líquidos for excessiva. " A Organização Mundial de Saúde estima que, nos pa1ses em desenvolvimento, 4 milhões de pessoas morrem de diarreia a cada ano. Nos Estados Unidos, a diarreia em crianças causa aproximadamente 200.000 hospitalizações por ano. A reposição oral de líquidos para o tratamento da perda de sal e água pela diarreia pode evitar a morbidade (doença) e a mortalidade (morte) associadas com a diarreia. As soluções de reidratação oral normalmente contêm glicose ou sacarose, bem como Na+, K+, e c1-, pois a inclusão de um açúcar aumenta a absorção de Na+. Se a desidratação é grave, a infusão intravenosa de líquido pode ser necessária. R VISANDO CONCEITOS Na diarreia secretória, as células epiteliais das vilosidades intestinais podem ser danificadas ou perdidas. Neste caso, será melhor usar uma solução de reidratação oral contendo glicose ou sacarose? Explique seu raciocínio. Resposta: p. 723

FUNÇÕES IMUNITÁRIAS DO TRATO GASTRINTESTINAL Como você aprendeu no início deste capítulo, o trato GI é o maior órgão imunitário do corpo. Sua superfície luminal é continuamente exposta a organismos causadores de doença, e as células imunitárias do GALT precisam impedir que esses patógenos entrem no corpo através dos delicados tecidos absortivos. A primeira linha de defesa são as enzimas e imunoglobulinas da saliva e o ambiente extremamente ácido do estômago. Se patógenos ou materiais tóxicos são produzidos no intestino delgado, os receptores sensoriais e as células imunitárias do GALT respondem. Duas respostas comuns são a diarreia, recém-descrita, e o vômito.

Células M coletam conteúdos do TGI O sistema imunitário da mucosa intestinal consiste em células imunitárias espalhadas por toda a mucosa, aglomerados de células imunitárias nas placas de Peyer (veja Fig. 21-3e) e células epiteliais especializadas chamadas de células M que ficam sobre as placas de Peyer. As células M fornecem informações sobre o conteúdo do lúmen para as células imunitárias do GALT. " As microvilosidades das células M são em menor numero e mais espaçadas do que na célula intestinal típica. A superfície apical das células M contém depressões revestidas por clatrina [ $ p. 153] com receptores de membrana. Quando os antígenos se ligam a estes receptores, as células M usam transcitose para transportá-los para sua membrana basolateral, onde eles são liberados para dentro do líquido intersticial. Macrófagos e linfócitos [ $ p. 549] estão esperando no compartimento extracelular para a célula M apresentá-los aos antígenos. Se os antígenos são substâncias que ameaçam o corpo, as células imunitárias mudam sua ação. Elas secretam citocinas para atrair células imunitárias adicionais que podem atacar os invasores e citocinas que desencadeiam uma resposta inflamatória. Uma terceira resposta às citocinas é aumentar a secreção de c1-, de líquido e de muco para varrer os invasores do trato GI. Nas doenças inflamatórias do intestino (como colite ulcerativa e doença de Crohn), a resposta imunitária é desencadeada inapropriadamente pelo conteúdo normal do intestino. Um tratamento experimental aparentemente bem sucedido para esta doença envolve o bloqueio da ação de citocinas liberadas pelo tecido linfático associado ao intestino (GALT). A maneira como certas bactérias patogênicas cruzam a barreira criada pelo epitélio intestinal tem desafiado os cientistas durante anos. A descoberta das células M pode dar a resposta. Parece que algumas bactérias, como a Salmonella e a Shigella, desenvolveram moléculas de superfície que se ligam aos receptores das células M. As células M transportam então obrigatoriamente as bactérias através da barreira epitelial e as depositam dentro do corpo, onde o sistema imunitário imediatamente reage. Ambas as bactérias causam diarreia, e a Salmonella também causa febre e vômitos.

O vômito é um reflexo protetor O vômito, ou êmese, a expulsão forçada do conteúdo gástrico e duodenal pela boca, é um reflexo protetor que remove material tóxico do trato GI antes que ele possa ser absorvido. Contudo, o vômito excessivo ou prolongado, com a perda de ácido gástrico pode causar alcalose metabólica [ $ p. 673]. O reflexo do vômito é coordenado por um centro do vômito no bulbo. O reflexo inicia com a estimulação de receptores sensoriais e é muitas vezes (mas não sempre) acompanhado por náusea. Vários estímulos de todas as partes do corpo podem provocar o vômito, entre os quais estão substâncias químicas no sangue, como as citocinas e certos fármacos; dor; e perturbação do equilíbrio como acontece em um carro em movimento ou em um barco balançando. A estimulação da parede posterior da faringe pode também induzir o vômito.

Fisiologia Humana

Sinais eferentes do centro do vômito iniciam uma onda peristáltica retrógrada que inicia no intestino delgado e se move para cima. Essa onda é ajudada pela contração abdominal que aumenta a pressão intra-abdominal. O estômago relaxa de modo que a pressão aumentada force o conteúdo gástrico e intestinal de volta para o esôfago e para fora da boca.

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Durante o vômito, a respiração é inibida. A epiglote e o palato mole fecham a traqueia e a parte nasal da faringe para evitar que o vômito seja inalado (aspirado). Se o ácido ou partículas pequenas de alimento entram nas vias aéreas, podem lesar o sistema respiratório e causar pneumonia de aspiração. No próximo capítulo, vemos o destino dos nutrientes assim que são absorvidos no trato digestório.

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Ulcera Peptica Os resultados dos exames de Tonya est ão pront os. Os exames confirmam que ela tem uma infecção por H. pylori que provavelmente é a causa de sua ú lcera duodenal. O médico lhe deu antibiót icos para tomar por sete dias e mudou seu ant agonista do receptor H2 para um in ibidor da bomba de prótons. 11

11

A indigestão ácida e a azia são dois dos dist úrbios d igestórios mais comuns nos Estados Unidos. Ande pelos corredores de qualquer farmácia e o lhe o espaço dest inado para medi-

como carbonato de cálc io, b icarbonato de sódio, hidróxido de alumínio e h idróxido de magnésio, que neutralizam o H+ no lúmen do estômago. Novos tratamentos têm sido desenvolvidos com base em estudos f isiológicos da secreção ácida gástrica. Para observar a secreção ácida em ação, faça uma busca no Google por parietal cell animation. Para t estar seu conhecimento, com pare suas respostas com as informações sint etizadas na t abela a seguir.

cament os usados para esses casos que podem ser adquiridos sem receita médica. Os antiácidos tradicionais são t ampões,

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Por que as úlceras pépticas são encontradas no duodeno, em vez de no jejuno ou íleo?

As ú lceras pépticas são causadas pelo ácido gástrico e pelas enzimas do estômago. O quimo move-se para fora do estômago e passa para o duodeno.

Se os mecan ismos protetores do i ntest ino fa lham, o duodeno é a pri meira parte do intestino delgado a ser exposta ao ácido gástrico e às enzi mas.

2

Qual é o isótopo do carbono mais comum na natureza?

A massa atômica de um elemento indica o isótopo mais comum.

O isótopo mais comum do carbono é

De que maneira a conversão da ureia em amônia protege a H. pylori do ambiente hosti l do estômago?

Uma base é um ânion que se comb ina com H+. A amôn ia, uma base, se combina com H+ para criar íons amôn io, NH4 +, os quais capturam o H+ livre e aumentam o p H.

AH. pylori possui enzimas produtoras

4

Qual o componente do ar expirado de Tonya este teste determina? Qual o resultado da anál ise do ar expi rado sugere que ela tem uma infecção por H. pylori?

As ureases da H. pylori convertem ureia em dióxido de car bono e amônia. O C02 produzido pelo metabolismo normal terá 12 C, o isótopo mais comum do carbono.

O teste respiratório analisa o C02 no ar expirado. Se Tonya tem H. pylori, seu C02 expi rado i ncluirá o isótopo de carbono incomum, gerado a partir da 12 ureia ingerida, além do C.

5

Escreva as equações químicas mostrando como os antiácidos b icarbonato de sódio (NaHC03 ) e h idróxido de alumínio (Al(OH)3) tamponam o ácido clorídrico (HCI).

Os tampões são moléculas que se combinam com H+. O b icarbonato (HC03 -) e a OH- são tampões.

NaHC03 + HCI ~ NaCI + H 2 C03 Al(OH) 3 + 3HCI ~ AICl 3 + 3H2 0

6

De que maneira o bloqueio dos receptores H 2 interrompe a produção de ácido no estômago?

A histami na é uma substância parácrina que se liga aos receptores H2 e estimula a secreção ácida pelo estômago.

Se os receptores H 2 são b loqueados pelo antagonista, a h istamina não pode se ligar a eles e estimular a secreção de ácido.

3

o 12(. de amônia que se combinam com H+ para reduz ir a acidez. Dessa forma, a bactéria se protege de ser morta pelo ambiente ácido do estômago.

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RESUMO DO CAPÍTULO O sistema digestório, assim como o sistema urinário, desempenha um papel chave no balanço de massa no corpo. A maioria do material que entra no sistema, pela boca ou por secreção, é absorvida antes de alcançar o final do trato GI. Em distúrbios como a diarreia, na qual a absorção e a secreção estão desequilibradas, a perda de material pelo trato GI pode alterar gravemente a homeostase. A absorção e a secreção no trato GI fornecem inúmeros exemplos de movimento através das membranas, a maioria dos processos seguem padrões que você já encontrou no rim e em outros sistemas. Finalmente, a regulação das funções do trato GI ilustra as complexas interações que acontecem entre os sistemas de controle endócrino e neural e o sistema imunitário.

Funções e processos digestórios 1. O trato GI move os nutrientes, a água e os eletrólitos do meio externo para o meio interno. (p. 687) 2. Cerca de 2 litros de líquido por dia entram no trato GI pela boca. Outros 7 litros de água, íons e proteínas são secretados pelo corpo. Quase todo este volume é reabsorvido. (p. 687; Fig. 21-1) 3. Os quatro processos do sistema digestório são digestão, absorção, motilidade e secreção. A digestão é a degradação química e mecânica dos alimentos em unidades absorvíveis. A absorção é a transferência de substâncias do lúmen do trato GI para o LEC. A motilidade é o movimento do material ao longo do trato GI. A secreção refere-se à transferência de líquido e eletrólitos do LEC para o lúmen ou à liberação de substâncias das células. (p. 688; Fig. 21-2) 4. O trato GI contém a maior coleção de tecido linfático do corpo, o tecido linfático associado ao intestino (GALT). (p. 688)

Anatomia do sistema digestório GI: revisão de anatomia 5. O quimo é uma solução cremosa que se forma quando o alimento é degradado por digestão mecânica ou química. (p. 689) 6. O alimento entra no sistema digestório passando através da boca, faringe, esôfago, estômago (fundo, corpo, antro), intestino delgado (duodeno, jejuno, íleo), intestino grosso (colo, reto) e ânus. (p.689; Fig. 21-3a) 7. As glândulas salivares, o pâncreas e o fígado adicionam secreções exócrinas contendo enzimas e muco no lúmen. (p. 689; Fig. 21-3a) 8. A parede do trato GI consiste em quatro camadas: mucosa, submucosa, muscular externa e serosa. (p . 689; Fig. 21-3d) 9. A mucosa está voltada para o lúmen e consiste em epitélio, lâmina própria e muscular da mucosa. A lâmina própria contém células imunitárias. Pequenos vilos e invaginações aumentam a área de superfície. (p. 692; Fig. 21-3c, e) 10. A submucosa contém vasos sanguíneos e vasos linfáticos e o plexo submucoso do sistema nervoso entérico. (p. 692; Fig. 21-3c, e) 11. A muscular externa consiste em uma camada de músculo circular e uma camada de músculo longitudinal. O plexo mientérico localiza-se entre estas duas camadas de músculo. (p. 692; Fig. 21-3e) 12. A serosa é a camada externa da parede do trato GI e é uma membrana de tecido conectivo que é uma continuação da membrana peritoneal. (p. 693; Fig. 21-3d)

Motilidade GI: motilidade 13. A motilidade move o alimento da boca para o ânus e mistura mecanicamente o alimento. (p. 693) 14. As células do músculo liso GI são eletricamente conectadas por junções comunicantes. Alguns segmentos são tonicamente contraídos, mas outros apresentam contrações fásicas . (p. 693) 15. O músculo intestinal apresenta potenciais de onda lenta espontâneos. Quando uma onda lenta alcança o limiar, dispara potenciais de ação e contrai. (p. 693; Fig. 21-4) 16. As ondas lentas originam-se nas células intersticiais de Cajal. (p. 693) 17. Entre as refeições, o complexo motor migratório move o alimento restante do trato GI proximal para as regiões distais. (p. 694) 18. As contrações peristálticas são ondas progressivas de contração que ocorre principalmente no esôfago. (p.694; Fig. 21-5a) 19. As contrações segmentares são principalmente contrações de mistura. (p. 694; Fig. 21-5b) 20. A motilidade GI é mediada pelo sistema nervoso entérico e modulada por hormônios, sinais parácrinos e neuropeptídeos. (p. 694)

Secreção GI: secreção 21. As células parietais nas glândulas gástricas secretam ácido clorídrico. (p . 695; Fig. 21-6) 22. O pâncreas secreta uma solução aquosa de NaHC03 pelas células ductais. (p. 695; Fig. 21-7, 21-8) 23. As células intestinais secretam c1- usando o canal de cloreto CFTR. A água e o Na+ seguem passivamente a favor dos gradientes osmótico e eletroquímico. (p. 695; Fig. 21-9) 24. As enzimas digestórias são secretadas pelas glândulas exócrinas ou pelo epitélio intestinal e gástrico. (p. 696) 25. O muco das células mucosas e células caliciformes formam uma capa protetora e lubrificam o conteúdo do TGI. (p. 696) 26. A saliva é uma secreção exócrina que contém água, íons, muco e proteínas. A secreção salivar está sob controle autonômico. (p. 697) 27. A bile produzida pelos hepatócitos contém sais biliares, bilirrubina e colesterol. A bile é armazenada e concentrada na vesícula biliar (p. 699; Fig. 21-10)

Regulação da função gastrintestinal GI: controle do sistema digestório 28. Os reflexos curtos originam-se e são integrados no sistema nervoso entérico. Os reflexos longos são integrados no SNC. Os reflexos longos podem ser originados no SNE ou fora dele. (p. 699; Fig. 21-11) 29. Geralmente a inervação parassimpática é excitatória, e a inervação simpática é inibitória para a função GI. (p. 700) 30. Os peptídeos GI estimulam ou inibem a motilidade e a secreção. A maioria dos estímulos para a secreção de peptídeos GI vem da ingestão dos alimentos. (p. 701; Fig. 21-12) 31. Moléculas parácrinas GI, como a histamina, interagem com hormônios e reflexos neurais. (p. 700)

Fisiologia Humana

32. O SNE é chamado "o pequeno cérebro" porque ele pode integrar informações sem o estímulo do SNC. Neurônios intrínsecos estão completamente dentro do SNE. (p. 701) 33. Os hormônios digestórios são divididos na família da gastrina (gastrina, colecistocinina), família da secretina (secretina, peptídeo intestinal vasoativo, peptídeo inibitório gástrico, peptídeo semelhante ao glugacon 1) e hormônios que não se encaixam em nenhuma destas duas famílias (motilina). (p. 702; Tbl. 21-1)

Digestão e absorção GI: digestão e absorção 34. A digestão combina a degradação mecânica e enzimática dos alimentos. A digestão não é diretamente regulada, mas depende da secreção e da motilidade. (p. 703) 35. A maior parte da absorção dos nutrientes acontece no intestino delgado. O intestino grosso absorve água e íons. (p. 703) 36. A amilase digere amido em maltose. As dissacaridases digerem dissacarídeos em monossacarídeos. (pp. 703-704; Fig. 21-14) 37. A absorção da glicose usa o simportador Na+-glicose SGLT e o transportador GLUT2. A frutose usa os transportadores GLUT5 e GLUT2. (p. 704; Fig. 21-15) 38. As endopeptidases (também chamadas de proteases) quebram proteínas em peptídeos menores. As exopeptidases removem aminoácidos dos peptídeos. (pp. 704-705; Fig. 21-16) 39. Os aminoácidos são absorvidos via cotransporte dependente de Na+ ou de H+. Os dipeptídeos e tripeptídeos são absorvidos via cotransporte dependente de H+. Alguns peptídeos maiores são absorvidos intactos via transcitose. (p. 705; Fig. 21-17) 40. A digestão de gorduras requer a enzima lipase e o cofator colipase. (pp. 705-706; Figs. 21-18, 21-20) 41. A digestão de gorduras é facilitada pelos sais biliares, os quais ' emulsificam as gorduras. A medida que a digestão enzimática e mecânica prossegue, as gotículas de gordura formam micelas. (p. 706; Figs. 21-19, 21-20 CD®) 42. A absorção de gorduras ocorre principalmente por difusão simples. O colesterol é ativamente transportado. (p. 706; Fig. 21-20 @) 43. Os monoacilgliceróis e ácidos graxos recombinam-se em triacilgliceróis nas células intestinais, depois combinam-se com colesterol e proteínas formando quilomícrons. Os quilomícrons são absorvidos na linfa. (p. 706; Fig. 21-20 @ ® ) 44. Os ácidos nucleicos são digeridos e absorvidos como bases nitrogenadas e monossacarídeos. (p. 706) 45. As vitaminas lipossolúveis são absorvidas junto com as gorduras. As vitaminas hidrossolúveis são absorvidas por transporte mediado. A absorção da vitamina B12 requer o fator intrínseco secretado pelo estômago. A absorção mineral geralmente ocorre via transporte ativo. (p. 707)

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4 7. A digestão mecânica inicia com a mastigação. A saliva umedece e lubrifica o alimento. A amilase salivar digere os carboidratos. (p. 708) 48. A deglutição é um reflexo integrado por um centro bulhar. (p. 709; Fig. 21-24)

Fase gástrica 49. O estômago armazena o bolo alimentar, inicia a digestão de proteínas e gorduras e protege o corpo de patógenos deglutidos. (p. 710) 50. O estômago secreta muco e bicarbonato pelas células mucosas, ácido gástrico pelas células parietais, pepsinogênio pelas células principais, somatostatina pelas células D, histamina pelas células ECL e gastrina pelas células G. (p. 712; Fig. 21-25) 51. A função gástrica é integrada com as fases cefálica e intestinal da digestão. (p. 712; Figs. 21-26, 21-28)

Fase intestinal ,

52. Acido no intestino, CCK e secretina retardam o esvaziamento gástrico. (p. 713; Fig. 21-28) 53. O pâncreas secreta bicarbonato para neutralizar o ácido gástrico. (p. 714) 54. As enzimas intestinais são parte da borda em escova. A maioria das enzimas pancreáticas são secretadas como zimogênios que necessitam ser ativados. (p. 715; Fig. 21-19) 55. A maior parte da absorção ocorre no intestino delgado. (p. 715) 56. A digestão e a absorção de nutrientes é completada no intestino delgado. A maior parte dos nutrientes vai diretamente para o fígado via sistema porta do fígado antes de entrar na circulação sistêmica. (p. 715) 57. O intestino grosso concentra o 1,5 litro de quimo que entra nele diariamente. (p. 716) 58. O material não digerido no colo move-se para adiante pelo movimento de massa. O reflexo da defecação, um reflexo espinal sujeito a controle superior, é desencadeado pela súbita distensão do reto. (p. 716) 59. As bactérias colônicas usam a fermentação para digerir material orgânico. (p. 717) 60. As células do colo podem absorver e secretar líquido. A secreção excessiva de líquido ou a diminuição da absorção causam diarreia. (p. 717)

Funções imunitárias do trato GI 61. Os mecanismos protetores do trato GI incluem a produção de muco e ácido, vômitos e diarreia. (p. 718) 62. As células M coletam o conteúdo do TGI e apresentam antígenos para as células do GALT. (p. 718) 63. O vômito é um reflexo protetor integrado no bulbo. (p. 718)

Fase cefálica 46. Na fase cefálica da digestão, a visão, o cheiro ou o sabor da comida iniciam os reflexos GI. (p. 708; Fig. 21-23)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Defina os quatro processos básicos do sistema digestório e dê um exemplo de cada.

2. Para a maioria dos nutrientes, os processos de e _ __ não são regulados, ao passo que e são continuamente regulados. Por que você acredita que estas diferenças existem? Justifique sua resposta.

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3. Relacione cada uma das descrições que seguem com o(s) termo(s) apropriado(s): (a) o quimo é produzido aqui 1. colo (b) órgão onde a maior parte da di2. estômago gestão ocorre 3. intestino delgado (e) segmento inicial do intestino 4. duodeno delgado 5. íleo • • (d) adiciona secreção exócrina para 6. 1e1uno 7. pancreas o duodeno via um dueto (e) esfincter entre o estômago e o 8. piloro intestino 9. reto (f) são produzidas enzimas aqui 10. fígado (g) a distensão de suas paredes dispara o reflexo da defecação

16.

A

4. Liste as quatro camadas das paredes do trato GI. Que tipo de tecido predomina em cada camada? 5. Descreva o tipo funcional do epitélio que reveste o estômago e os intestinos. 6. O que são placas de Peyer? E as células M do intestino? 7. Para que propósito serve a motilidade no trato GI? Que tipo de tecido contribui para a motilidade do TGI? Que tipos de contrações os tecidos sofrem? 8. O que é um zimogênio? E uma pró-enzima? Liste dois exemplos de cada. 9. Relacione cada uma das células seguintes com seu(s) produto(s) secretado(s). Os itens podem ser usados mais de uma vez. (a) células parietais 1. enzimas (b) células caliciformes 2. histamina (e) células da borda em escova 3. muco • • (d) células pancreáticas 4. peps1nogen10 (e) células D 5. gastrina (f) células ECL 6. somatostatina (g) células principais 7. ttco3 8. HCl (h) células G 9. fator intrínseco 10. Como cada um destes fatores pode afetar a digestão? Explique brevemente como e onde cada fator exerce seus efeitos. (a) emulsificação (b) atividade neural (e) pH (d) tamanho das partículas de alimento 11. A maioria dos nutrientes digeridos é absorvida no do sistema entregando nutrientes para o (órgão). Porém, as gorduras digeridas vão para o sistema , pois os que a maioria dos capilares intestinais possuem uma lipídios é incapaz de atravessar. 12. O que é o sistema nervoso entérico e qual é a sua função? 13. O que são reflexos curtos? Que tipos de respostas eles regulam? O que quer dizer o termo reflexo longo? 14. Que papel desempenham as substâncias parácrinas na digestão? Dê exemplos específicos. A

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 15. Exercícios de mapa. Liste os três principais grupos de biomoléculas no topo de uma folha grande de papel. Abaixo, no lado esquerdo do papel, escreva, boca, estômago, intestino delgado e absorção. Para cada biomolécula em cada local, preencha com a enzima que digere a biomolécula, o produto da digestão de cada enzima e o local e mecanismos pelos quais esses produtos são absorvidos.

17.

18.

19. 20.

Mapa 2: Crie um diagrama ou mapa usando os seguintes termos relacionados à absorção do ferro: DMTl ferro heme endocitose hepcidina enterócito ferro ionizado ferroportina fígado Defina, compare e diferencie os seguintes pares ou conjuntos de termos: (a) Mastigação, deglutição (b) Microvilosidades, vilosidades (e) Peristalse, segmentação, complexo motor migratório, movimento de massa, defecação, vômito, diarreia (d) Quimo, fezes (e) Reflexos curtos, reflexos longos (f) Plexo submucoso, plexo mientérico, sistema nervoso entérico, nervo vago (g) Fases cefálica, gástrica e intestinal da digestão. Esquematize os mecanismos pelos quais Na+, K+, e c1- são transportados para fora do intestino e esquematize os mecanismos pelos quais H+ e HC0 3 - são secretados no lúmen. Compare o sistema nervoso entérico com o cérebro encefálico. Dê alguns exemplos específicos de neurotransmissores, neuromoduladores e células de sustentação dos dois. Liste e descreva brevemente as ações dos membros de cada um dos três grupos de hormônios GI. Explique como os antagonistas do receptor H 2 e os inibidores da bomba de prótons diminuem a secreção de ácido gástrico.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 21. No estado patológico chamado de hemocromatose, o hormônio hepcidina está ausente ou não funcional. Use seus conhecimentos sobre a homeostase do ferro para prever o que acontece com a captação intestinal de ferro e com os níveis plasmáticos de ferro nesta doença. 22. Desenhe e identifique duas células intestinais como você fez na questão 21. Use a descrição do texto da absorção do ferro e do cálcio na p. 698 para esquematizar a absorção destes minerais. Use setas marcadas com"?" para indicar as etapas sobre as quais os cientistas não estão seguros. 23. O bebê de Erica, Justin, teve episódios graves de diarreia e agora , está desidratado. E mais provável que seu sangue esteja em acidose ou alcalose? Por quê? 24. Mary Littlefeather chegou ao consultório do seu médico reclamando de uma dor intensa e constante no quadrante superior direito do abdome. A dor iniciou logo após ela comer um frango frito, batatas fritas e ervilhas. Exames de laboratório e ultrassom revelaram a presença de cálculos do dueto biliar comum (dueto colédoco) que vai do fígado, da vesícula biliar e do pâncreas para o intestino delgado. (a) Por que a dor de Mary é precipitada pela refeição que ela comeu? (b) Quais dos seguintes processos serão afetados pelos cálculos biliares: formação de micelas no intestino, digestão de carboidratos no intestino, absorção de proteínas no intestino. Explique suas razões. 25. Usando o que você aprendeu sobre transporte epitelial neste capítulo e nos capítulos sobre o sistema urinário, desenhe as células do dueto salivar e o lúmen. Distribua os canais e transportadores nas membranas apical e basolateral de maneira que a célula do dueto absorva Na+ e secrete K+. Com a

Fisiologia Humana

estimulação neural, a taxa do fluxo de saliva pode aumentar de 0,4 mL/min para 2 mL/min. O que você acha que acontece ao conteúdo de Na+ e K+ da saliva com uma taxa de fluxo mais alta?

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NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 26. O transporte intestinal do análogo de aminoácidos MIT (monoiodotirosina) pode ser estudado usando a preparação do "saco intestinal invertido". Uma porção do intestino é virada ao avesso e preenchida com uma solução contendo MIT, amarrado em ambas as extremidades, e então colocada em um banho contendo nutrientes, sais, e uma concentração igual de MIT. Mudanças na concentração de MIT são monitoradas no banho (lado mucoso ou apical do intestino invertido), nas células intestinais (tecido) e dentro do saco (lado seroso ou basolateral do intestino) por um período de 240 minutos. O resultado é mostrado no gráfico. (Dados de Nathans et al., Biochimica et Biophysica Acta 41:271-282, 1960.)

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1

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(a) Com base nos dados mostrados, o transporte transepitelial de MIT é um processo passivo ou ativo? (b) De que maneira o MIT se move: (1) de apical para tecido para basolateral, ou (2) de basolateral para tecido para apical? Este movimento é absorção ou secreção? (c) O transporte através da membrana apical é ativo ou passivo? Explique sua resposta. (d) O transporte através da membrana basolateral é ativo ou passivo? Explique sua resposta.

RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de ''Revisando conceitos··

Página 689 1. A digestão é a degradação química e mecânica dos alimentos em unidades absorvíveis. 2. A digestão acontece no lúmen do trato GI, o qual é externo ao corpo; o metabolismo acontece no meio interno do corpo. 3. A absorção move o material do lúmen GI para o LEC; a secreção move substâncias das células ou do LEC para o lúmen. Página 693 4. O lúmen do trato digestório está no lado apical ou mucoso do epitélio intestinal. 5. Boca--7 faringe --7 esôfago --7 estômago (fundo, corpo, antro) --7 intestino delgado (duodeno, jejuno, íleo) --7 intestino grosso (colo, reto) --7 ânus 6. Como o trato GI tem uma grande e vulnerável área de superfície voltada para o meio externo, são necessárias células imunitárias do tecido linfático para combater potenciais invasores. Página 694 7. Alguns esfincteres são tonicamente contraídos para separar o trato GI do meio externo e impedir o material de passar livremente de um segmento do trato para outro. Página 708 8. O Na+ do sal de cozinha aumenta a absorção intestinal da glicose porque a glicose precisa ser cotransportada com o Na+. 9. Os sais biliares não digerem triacilgliceróis. Eles simplesmente os emulsificam em pequenas partículas para que a lipase possa digeri-los. Página 716 10. O ASBT está voltado para o lúmen e transporta Na+ e sais biliares juntos para dentro do enterócito. O OAT transporta ácidos biliares para fora do enterócito e para o LEC.

11. A CCK diminui a motilidade gástrica e a secreção ácida, promove a liberação de enzimas pancreáticas e bile e promove a motilidade intestinal. A bile da vesícula biliar, a lipase pancreática e a colipase são necessárias para uma digestão eficiente das gorduras. A digestão de gorduras leva mais tempo do que a digestão de outros alimentos, e a diminuição da motilidade gástrica dá mais tempo ao intestino para digerir as gorduras. A redução da secreção ácida gástrica também retarda o movimento do quimo do estômago para o intestino. A promoção da motilidade intestinal assegura que os sais biliares possam emulsificar as gorduras e que as micelas terão exposição adequada à borda em escova onde elas são absorvidas.

Página 718 12. O dano das células epiteliais significa que a sacarase da borda em escova pode ser menos eficaz ou ausente. Nestes casos, como a digestão da sacarose será prejudicada, seria melhor usar uma solução contendo glicose, pois este açúcar não necessita ser digerido antes de ser absorvido.

Respostas para as questões da figura Página 699 Figura 21-11: (a) O plexo mientérico controla a contração do músculo liso; o plexo submucoso controla a contração do músculo liso e as secreções endócrina e exócrina das células secretoras. (b) Receptores de estiramento respondem ao estiramento, os osmorreceptores respondem à osmolaridade e os quimiorreceptores respondem aos produtos da digestão. Página 712 Figura 21-26: O estímulo vagal é parassimpático, o qual estimula a digestão. O neurotransmissor é a ACh e o receptor é muscarínico.

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•

•

o ismo e

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Apetite e saciedade

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Equilíbrio energético 727 A entrada de energia é igual à saída de energ ia 727 O uso da energia é expresso pelo consumo de oxigênio 729 A energia é armazenada na gordura e no glicogênio

Metabolismo 730 A energia ingerida pode ser usada ou armazenada 731 Os hormônios alteram a atividade enzimática para controlar o meta boi ismo 732 O metabolismo anabólico predomina no estado alimentado 733 Os níveis de colesterol no plasma são indicadores do risco de doença cardíaca coronariana 735 O metabolismo catabólico predomina no estado de jej um

I

Controle homeostático do metabolismo 736

O pâncreas secreta insulina e glucagon 737 A proporção entre insulina e glucagon regu la o metabolismo

738 A insul ina é o hormônio predominante no estado alimentado 739 A insul ina promove o anabolismo 741 O glucagon é predominante no estado de jejum 742 O diabete melito é uma fam íl ia de doenças 743 Os diabéticos do t ipo 1 são propensos à cetoacidose 745 Os diabéticos do t ipo 2 frequentemente têm os níveis de insulina elevados 747 A síndrome metabólica associa d iabete e doença cardiovascular

Regulação da temperatura do corpo 748 A temperatura do corpo é um balanço entre produção, ganho e perda de calor 749 A temperatura do corpo é regulada homeostaticamente 750 O movimento e o metabolismo produzem calor 751 O termostato do corpo pode ser aj ustado

CONHECIMENTOS BÁSICOS Glicogênio: 28 Gordura marrom: 82 Trabalho biológico: 95 Balanço de massa: 133

I

Metabolismo: 105 Beta-oxidação: 115 Transportadores GLUT: 146 Endocitose mediada por receptor: 153 Receptores tirosina cinase: 186 Hormônios peptídeos: 221 Controle da pressão sang uínea: 533 Limiar renal para a glicose: 639 Pâncreas exócrino: 696 CCK: 702 GIP: 702 Quilomícrons: 706

Provavelmente nenhuma anormalidade tenha contribuído mais para nosso conhecimento do metabolismo intermediário dos animais do que a doença conhecida como diabete.

-Helen R. Downes, The Chemistry of Living Cells, 1955

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Transtornos alimentares Sara lnman e Nicole Baker sempre foram as melhores amigas, mas não tinham mais se visto por vários semestres. Quando Sara ouviu que Nicole estava no hospital, foi visitar a amiga, mas não estava preparada para o que viu. Nicole, que sempre tinha sido magra, agora tinha emagrecido tanto que Sara quase não a reconheceu. Nicole foi levada à emergência após desmaiar durante uma aula de balé. Quando o Dr. Ayani viu Nicole, a preocupação com o seu peso foi maior do que a preocupação com o seu punho quebrado. Com uma altura de 1,68 m, Nicole pesava apenas 43 kg (a faixa normal para essa altura é 53-70 kg). O Dr. Ayani suspeitou da existência de um distúrbio alimentar, provavelmente anorexia nervosa, e solicitou exames de sangue para confirmar sua suspeita.

727

7. 2

'52

apas de revistas revelam muito sobre os norte-americanos. Manchetes sensacionalistas, como "Perca 5 -.....- kg por semana sem dieta" ou "CCK: o hormônio que faz você emagrecer", disputam atenção com vistosas fotografias de sobremesas gordurosas com muitas calorias, gotejadas com chocolate e chantili. Como foi publicado em um artigo de revista, somos uma sociedade obcecada em ficar em forma e em comer, duas ocupações mutuamente excludentes. Mas o que determina quando, o que e quanto comemos? Os fatores que influenciam a ingestão alimentar são uma área de intensa pesquisa, pois o ato de comer é o ponto principal no qual nossos corpos exercem controle sobre a entrada de energia.

APETITE E SACIEDADE O controle da ingestão alimentar é um processo complexo. O sistema digestório não regula a ingestão de energia; então, dependemos de mecanismos comportamentais, como a fome e a saciedade [satis, suficiente], para nos dizer quando e quanto comer. Aspectos psicológicos e sociais do comportamento alimentar, como os pais dizendo "limpe seu prato", complicam o controle fisiológico da ingestão alimentar. Consequentemente, ainda não entendemos completamente o que controla quando, o que e quanto comemos. O que se segue é uma visão geral deste tema cada vez mais complexo e constantemente em mudança. Nosso modelo atual de regulação do comportamento alimentar se baseia em dois centros hipotalâmicos [$ Fig. 11-3, p. 388]: um centro da fome, que é tonicamente ativo, e um centro da saciedade, que interrompe a ingestão alimentar inibindo o centro da fome. Sinais eferentes provenientes desses centros causam mudanças no comportamento alimentar e criam as sensações de fome e de plenitude (saciedade). Animais que tiveram o centro da fome destruído param de comer. Se o centro da saciedade é destruído, os animais comem em excesso e tornam-se obesos [obesus, gordo]. Estudos

725

usando camundongos transgênicos e knockout mostram que o controle desses centros hipotalâmicos é complexo, influenciado por sinais corticais e do sistema límbico, bem como por sinais químicos. Esses sinais químicos incluem vários neuropeptídeos, hormônios "intestino-encéfalos" e secretados, pelo trato GI, e sinais químicos chamados de adipocitocinas, os quais são secretados pelo tecido adiposo. Existem duas teorias clássicas para a regulação da ingestão alimentar: a teoria glicostática e a teoria lipostática. A teoria glicostática diz que o metabolismo da glicose pelos centros hipotalâmicos regula a ingestão alimentar. Quando a concentração de glicose no sangue diminui, o centro da saciedade é inibido e o centro da fome torna-se dominante. Quando o metabolismo da glicose aumenta, o centro da saciedade inibe o centro da fome. A teoria lipostática do equilíbrio energético propõe que um sinal dos estoques de gordura do corpo para o encéfalo modula o comportamento alimentar de modo que o corpo mantém um determinado peso. Se o armazenamento de gordura aumenta, a ingestão diminui. No jejum, a ingestão aumenta. A obesidade é o resultado da ruptura desta via. A descoberta da leptina [leptos, magro], um hormônio peptídeo sintetizado nos adipócitos, forneceu evidência para uma sinalização de retroalimentação negativa entre o tecido adiposo e o encéfalo: quanto o estoque de gordura aumenta, os adipócitos secretam mais leptina, e a ingestão alimentar diminui. A leptina é sintetizada nos adipócitos sob controle do gene da obesidade (ob). Camundongos que não possuem o gene ob (e portanto não possuem leptina) se tornam obesos, assim como os camundongos que possuem receptores de leptina defeituosos. Contudo, estes achados não são bem transpostos para os seres humanos, já que só uma pequena porcentagem dos obesos é deficiente em leptina. A maioria possui níveis elevados de leptina. Assim, estamos aprendendo que a leptina é só uma parte da história. Outra molécula sinalizadora importante é o neuropeptídeo Y (NPY), um neurotransmissor encefálico que parece ser o estímulo para a ingestão alimentar. Em animais com peso normal, a leptina inibe o NPY em uma via de retroalimentação negativa (Fig. 22-1 e ). O peptídeo grelina, secretado pelo estômago, aumenta a fome quando infundido em humanos. Outros neuropeptídeos, hormônios e adipocitocinas também influenciam o NPY e os centros hipotalâmicos ,. (Tabela 22-1 e ). E interessante observar que muitos desses peptídeos têm outras funções além do controle da ingestão alimentar. A grelina promove a liberação do hormônio do crescimento, por exemplo, e os peptídeos encefálicos chamados de orexinas parecem desempenhar um papel no controle do sono. Nosso entendimento de como todos estes fatores interagem ainda é incompleto. O apetite e a ingestão alimentar também são influenciados por estímulos sensoriais provenientes do sistema nervoso. O simples ato de mastigar e deglutir o alimento ajuda a criar uma sensação de saciedade. A visão, o cheiro e o gosto da comida podem estimular ou suprimir o apetite. Em um estudo interessante os pesquisadores tentaram determinar se o desejo de chocolate é atribuível a fatores psicológicos ou a estímulos fisiológicos, como substâncias

22

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Dee Unglaub Silverthorn

8 .. - -11

Neuropeptídeo Y

(f)/8

1 1

Outros neuropeptídeos e hormônios

BIOTECNOLOGIA

1

NOVAS ABORDAGENS PARA A , DESCOBERTA DE PEPTIDEOS

1

1 1

Centro hipotalâmico da fome

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1

t

Ingestão de alimento

t

Estoques de gordura

1

1 1 1 1 1 1 1

1 1

---

t

Secreção de leptina

• FIGURA 22-1 O papel dos peptídeos na regulação da ingestão alimentar é complexo.

Alguns peptídeos que modulam a ingestão alimentar PEPTÍDEO

ORIGEM

Aumenta a ingestão alimentar Neuropeptídeo Y {NPY)

Hipotálamo

Orexinas {também chamadas de hipocretinas)

Hipotálamo

Grelina

Estômago

Diminui a ingestão alimentar CCK

Intestino delgado, neuron1os A

•

Nos início da biologia molecular, os cientistas coletavam tecidos contendo peptídeos ativos, isolavam e purificavam os peptídeos e então analisaram as suas sequências de aminoácidos. Agora, quando entramos na era da proteômica, os pesquisadores estão usando as técnicas no sentido inverso para descobrir novas proteínas no corpo. Um grupo de pesquisadores, por exemplo, encontrou o peptídeo indutor da fome orexina (ou hipocretina) isolando o RNAm expresso em uma região particular do hipotálamo. Os pesquisadores então usaram este RNAm para determinar a sequência de aminoácidos do prepropeptídeo. Os peptídeos orexinas também foram descobertos simultaneamente por um outro grupo de cientistas que trabalhou na direção contrária, a partir de um receptor "órfão" acoplado à proteína G [ $ p. 192] para encontrar seu peptídeo ligante. O hormônio endógeno da fome, a grelina, foi descoberto por um método similar. Farmacologistas testando peptídeos sintéticos para estimular a liberação do hormônio do crescimento descobriram que seus peptídeos estavam ligados a um receptor previamente desconhecido, e a part ir deste receptor descobriram a grelina.

químicas presentes no chocolate.* Foi dado aos indivíduos chocolate preto, ou chocolate "branco" (o qual não contém os agentes farmacológicos do cacau), cápsulas com cacau ou cápsulas com placebo. O resultado mostrou que o chocolate "branco" foi o melhor substituto do chocolate real e que o aroma desempenha um papel significativo na satisfação do desejo de cholocate, sugerindo que um aspecto do desejo de comer chocolate é psicológico. Fatores psicológicos, como comer ou não comer quando se está estressado, são conhecidos por desempenhar um papel significativo na regulação da ingestão alimentar. O transtorno alimentar chamado de anorexia nervosa provavelmente tem componentes psicológicos e fisiológicos. O conceito de apetite está intimamente ligado à psicologia do comportamento alimentar, que pode explicar por que pessoas em dieta que desejam sorvete de creme não podem se satisfeitazer com um pedaço de cenoura crocante. Uma considerável quantidade de dinheiro vem sendo direcionada para a pesquisa dos comportamentos alimentares.

Leptina

Tecido adiposo

Obestatina

Estômago

Hormônio liberador de corticotrofina {CRH)

Hipotálamo

Hormônio estimulador de melanócitos-a {a-MSH)

Hipotálamo

CART {transcrito regulado por cocaína e anfetamina)

Hipotálamo

Peptídeo semelhante ao Glucagon-1 (GLP-1)

Intestino

2. Estudos mostram que a maioria das pessoas obesas apresenta níveis elevados de leptina no sangue. Com base em nosso conhecimento dos distúrbios endócrinos [ $ p. 235], sugira algumas razões pelas quais a leptina não diminui a ingestão alimentar nestas pessoas. Respostas: p. 756

pyy 3-36

Intestino

* "Pharmacological versus sensory factors in the satiation of chocolate

R VISANDO CONCEITOS Explique o papel dos centros da saciedade e da fome. Onde eles estão localizados?

craving."Physiology & Behavior 56(3):419-422,1994 Sep.

Fisiologia Humana

727

EQUILÍBRIO ENERGÉTICO Uma vez que o alimento tenho sido digerido e absorvido, as reações químicas do corpo - conhecidas coletivamente como metabolismo - determinam o que acontece com os nutrientes contidos nos alimentos. Eles são destinados a queimar produzindo calor? Tornam-se músculos? Ou se tornam os quilogramas extras que dificultam fechar o zíper do seu jeans? Nesta seção, examinamos o equilíbrio energético do corpo.

A entrada de energia é igual à saída de energia A primeira lei da termodinâmica [$ p. 97] estabelece que a quantidade total de energia no universo é constante. Por extensão, esta afirmativa significa que toda energia que entra em um sistema biológico, como o corpo humano, tem de ser contabilizada. No corpo, a energia é primariamente armazenada nas ligações químicas das moléculas, de modo que podemos aplicar o conceito de balanço de massa para o equilíbrio energético Energia do corpo

=

entrada de energia - saída de energia (1)

A entrada de energia nos humanos consiste na energia contida nos nutrientes que comemos, digerimos e absorvemos. A saída de energia é a combinação do trabalho realizado e da energia devolvida ao meio externo como calor: Saída de energia = trabalho + calor

(2)

Sara e Nicole encontraram-se pela primeira vez na aula de balé quando tinham 11 anos de idade. Ambas levaram a dança a sério e trabalharam duro para manter o magro corpo de bailarina perfeito. Elas ocasionalmente ingeriam medicamentos para emagrecer ou laxantes, e era quase uma competição para ver quem consegu ia comer menos. Sara sempre fi cava impressionada com a força de vontade de Nicole. Nicole era perfeccionista . Há dois anos, Sara encontrava-se menos interessada na dança e saiu da faculdade. Nicole foi aceita em uma respeitada companhia de balé e permaneceu focada na sua dança - e na imagem do seu corpo. O regime alimentar de Nicole tornou-se mais rígido, e, se ela percebesse que havia comido demais, ela provocava o vômito. Seu peso manteve-se baixo, mas cada vez que ela se olhava no espelho enxergava uma menina gorda. Pergunta 1: Se você quantificasse os níveis de leptina de Nico/e, o que esperaria encontrar? Pergunta 2: Você espera que Nico/e tenha níveis elevados ou baixos de neuropeptídeo Y?

'2

729

"2

74

O trabalho na equação 2 tem uma das três formas seguintes [~ p. 95]: 1. O trabalho do transporte move moléculas de um lado de uma membrana para o outro. Estes processos de trasnporte levam materiais para dentro e para fora do corpo e os transfere entre os compartimentos. 2. O trabalho mecânico usa fibras e filamentos intracelulares para criar movimento. Esta forma de trabalho inclui trabalho externo, como o movimento criado pela contração do músculo esquelético, e trabalho interno, como o movimento das vesículas citoplasmáticas e o bombeamento do coração. 3. O trabalho químico é usado para o crescimento, a subsistência e o armazenamento de informações e energia. O trabalho químico no corpo pode ser subdividido em síntese e armazenamento. O armazenamento inclui o armazenamento de energia de curto prazo em compostos fosfato ricos em energia como o ATP, e o armazenamento de energia de longo prazo nas ligações químicas do glicogênio e dos lipídeos. No corpo humano, pelo menos a metade da energia liberada nas reações químicas é perdida para o ambiente como calor "residual" não regulado. A maioria dos processos que consomem energia no corpo não está sob controle consciente. Movimentos do corpo, como caminhada e exercício, são a única forma de as pessoas voluntariamente aumentarem a saída de energia. As pessoas podem controlar sua entrada de energia, contudo, vigiando o que comem. Embora o equilíbrio energético seja um conceito muito simples, é difícil para as pessoas aceitá-lo. Mudanças de comportamento, como comer menos e exercitar-se mais, estão

entre as instruções mais frequentes que os profissionais de saúde dão aos pacientes. Estas instruções são também as mais difíceis de seguir, e a adesão dos pacientes costuma ser baixa.

O uso da energia é expresso pelo consumo de oxigênio Para estabelecer um equilíbrio de energia para o corpo humano, devemos ser capazes de estimar tanto a energia contida nos alimentos (entrada de energia) quanto a energia gasta na perda de calor e nos vários tipos de trabalho (saíd.a de energia). O modo mais direto para medir o conteúdo energético dos alimentos é por meio da calorimetria direta. Neste procedimento, o alimento é queimado (sofre combustão) em um instrumento chamado de bomba calorimétrica, e o calor liberado é retido e medido. O calor liberado é uma medida direta do conteúdo energético do alimento queimado e geralmente é medido em quilocalorias (kcal). Uma quilocaloria (kcal) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um litro de água em 1ºC. Uma quilocaloria é o mesmo que uma Caloria (com C maiúsculo). Embora a calorimetria direta seja uma maneira rápida de determinar o conteúdo total de energia dos alimentos, o conteúdo da energia metabólica dos alimentos é ligeiramente menor porque a maioria dos alimentos não pode ser totalmente digerida e absorvida. O conteúdo da energia metabólica das proteínas e dos carboidratos é 4 kcal/g. As gorduras contêm mais do que o dobro de energia- 9 kcal/g. O conteúdo calórico de qualquer alimento pode ser calculado pela multiplicação do número de gramas de cada com-

22

728

Dee Unglaub Silverthorn

ponente pelo seu conteúdo de energia metabólica. Por exemplo, se um pão contém 2 g de gordura, 7 g de proteínas e 38 g de carboidratos, seu conteúdo calórico é (2 g de gordura X 9 kcal/g) + (7 g de proteína x 4 kcal/g) + (38 g de carboidrato x 4 kcal/g) = 198 kcal. Nos Estados Unidos, você pode encontrar o conteúdo energético dos vários alimentos no rótulo Informação Nutricional* das embalagens dos alimentos.

O consumo de oxigênio reflete a taxa metabólica Estimar o gasto de energia, ou taxa metabólica de um indivíduo, é mais complexo que calcular o conteúdo calórico do alimento ingerido. O calor liberado pelo corpo pode ser determinado colocando a pessoa em um compartimento fechado. A diferença entre o calor produzido e a ingestão calórica da pessoa é a energia usada para os trabalhos químico, mecânico e de transporte. Falando de forma prática, contudo, determinar o calor total liberado pelo corpo não é um meio muito fácil de determinar a energia usada. Provavelmente o método mais comum para estimar a taxa metabólica é determinar o consumo de oxigênio da pessoa, a taxa na qual o corpo consome oxigênio à medida que metaboliza os nutrientes. No Capítulo 4 [ $ p. 113], vimos que o metabolismo da glicose para capturar energia nas ligações do ATP é mais eficaz na presença de oxigênio adequado: C6 H120 6 + 0 2 + ADP + Pi~ C02 + H20 + ATP + calor. Estudos demonstram que o consumo de oxigênio para diferentes alimentos é relativamente constante a uma taxa de 1 litro de oxigênio consumido para cada 4,5-5 kcal de energia liberada do alimento metabolizado. A medição do consumo de oxigênio é uma forma de calorimetria indireta. Outro método para estimar a taxa metabólica é a medição da produção de dióxido de carbono, sozinha ou combinada com o consumo de oxigênio. A equação acima mostra que o metabolismo aeróbio consome 0 2 e produz C02 • Contudo, a relação do C02 produzido para o 0 2 consumido varia com a composição da dieta. Esta razão C0 2 produzido para 0 2 consumido é conhecida como o quociente respiratório (QR) ou razão de troca respiratória (RER) O QR varia de 1,0 para uma dieta de carboidrato puro a 0,8 para proteína pura e 0, 7 para gordura pura. A dieta do norte-americano comum tem um QR de aproximadamente 0,82. Muitos fatores influenciam a taxa metabólica Tanto determinada pelo consumo de 0 2 quanto pela produção de C02, a taxa metabólica pode ser muito variável de uma pessoa para outra ou a cada dia em um único indivíduo. A taxa metabólica mais baixa de um indivíduo é considerada a taxa metabólica basal (TMB). A taxa metabólica seria mais baixa quando o indivíduo estivesse dormindo. Contudo, devido ao fato de ser difícil medir a TMB de uma pessoa dormindo, a taxa metabólica é muitas vezes medida após 12 horas de jejum em uma pessoa acordada, porém em repouso (taxa metabólica em repouso, TMR). A taxa metabólica (basal, em repouso ou em atividade) é calculada pela multiplicação do consumo de oxigênio pelo número de quilocalorias metabolizadas por litro de oxigênio consumido: *N. de T. No Brasil, os alimentos industrializados também apresentam informações sobre o seu conteúdo calórico e nutricional.

taxa metabólica (kcal/dia) =litros de 0 2 consumido/dia X kcal/litros de 0 2 Uma dieta mista com um QR de 0,8 requer um litro de 0 2 para cada 4,80 kcal metabolizadas. Assim, para um homem de 70 kg cujo consumo de oxigênio em repouso é 430 L/dia, temos: taxa metabólica em repouso = 430 L 0 2/dia X 4,80 kcal/L 0 2 = 2.064 kcal/dia Fatores que afetam a taxa metabólica em humanos incluem a idade, o gênero, a quantidade de massa muscular magra, o nível de atividade, a dieta, os hormônios e a genética. 1. Idade e sexo. Homens adultos possuem uma TMB média de 1,0 kcal por hora por quilograma de peso corporal. Mulheres adultas possuem uma taxa mais baixa que a dos homens: 0,9 kcal/h/kg. A diferença ocorre porque as mulheres possuem uma porcentagem de tecido adiposo maior e menos massa muscular magra. A taxa metabólica em ambos os sexos diminui com a idade. Parte deste declínio é devido à redução da massa muscular magra. 2. Quantidade de massa muscular magra. Os músculos possuem consumo de oxigênio mais alto que o do tecido adiposo, mesmo em repouso. (A maior parte do volume de uma célula do tecido adiposo está ocupada por gotas de lipídeos metabolicamente inativas.) Esta é uma razão pela qual frequentemente o aconselhamento para perda de peso inclui treinamento com pesos além dos exercícios aeróbios. O treinamento com pesos adiciona massa muscular ao corpo, a qual aumenta a TMB e resulta em mais calorias sendo queimadas em repouso. 3. Nível de atividade. A atividade física e a contração muscular aumentam a taxa metabólica acima da taxa basal. Sentar e deitar consomem relativamente pouca energia. Remo e ciclismo competitivos estão entre as atividades que gastam mais energia. 4. Dieta. A TMR aumenta após uma refeição, um fenômeno chamado de termogênese induzida pela dieta. Em outras palavras, há um custo energético para a digestão e assimilação dos alimentos. A termogênese induzida pela dieta é relacionada ao tipo e à quantidade de alimento ingerido. As gorduras provocam relativamente pouca termogênese induzida pela dieta e as proteínas aumentam ao máximo a produção de calor. Este fenômeno pode apoiar as afirmações de alguns nutricionistas de que comer uma caloria de gordura é diferente de comer uma caloria de proteína, embora elas contenham a mesma quantidade de energia quando mensuradas por calorimetria direta. 5. Hormônios. A TMB é aumentada pelos hormônios da tireoide e pelas catecolaminas (adrenalina e noradrenalina). Alguns dos peptídeos que regulam a ingestão alimentar também parecem influenciar o metabolismo. 6. Genética. O efeito de características herdadas no equilíbrio energético pode ser observado na variedade de tipos de corpos normais. Algumas pessoas possuem um metabolismo muito eficiente que converte a energia do alimento em energia armazenada no tecido adiposo com pequena perda de calor, ao passo que outros podem co-

Fisiologia Humana

Quando o resultado do exame de sangue de Nicole retornou, o Dr. Ayan i imediatamente prescreveu solicitação para iniciar uma infusão intravenosa e mon itorar o coração. O resultado do laboratório mostrou 2,5 mEq/L de potássio no plasma (normal : 3,5-5,0 mEq/L), HC03- plasmático de 40 mEq/L (normal: 24-29) e pH plasmático de 7,52 (normal: 7,38-7,42). O Dr. Ayani internou Nicole no hospital para tratamento complementar e avaliação esperando convencê-la de que ela precisava de ajuda para sua anorexia. A Anorexia, que significa " sem apetite", pode ter origem tanto fisiológica como psicológica. Questão 3: Como é chamado o distúrbio do K! de Nico/e? Qual efeito esse distúrbio do iC tem no potencial de membrana em repouso das suas células? Questão 4: Por que o Dr. Ayani quer monitorar a função cardíaca de Nico/e? Questão 5: Com base nos seus valores clínicos, como está o equilíbrio ácido-base de Nico/e?

725

727

732

745

752

mer grandes quantidades de alimento e nunca ganham peso porque seu metabolismo é menos eficiente. Dos fatores que afetam a taxa metabólica, uma pessoa pode voluntariamente controlar apenas dois: a entrada de energia (quanta comida é ingerida) e o nível de atividade física. Se a atividade física da pessoa inclui treinamento de força, que aumenta a massa muscular magra, a TMR aumenta. A adição de massa muscular magra ao corpo cria um uso adicional de energia, o qual, por sua vez, diminui o número de calorias que será armazenado.

A energia é armazenada na gordura e no glicogênio A exigência diária de energia de uma pessoa, expressa como ingestão calórica, varia com as necessidades e a atividade do corpo. Por exemplo, o campeão de natação Michael Phelps, durante os Jogos Olímpicos de 2008, consumiu mais de 12.000 kcal por dia. Por outro lado, uma mulher ocupada com atividades normais pode necessitar apenas 2.000 kcal/dia. Suponha que a exigência de energia desta mulher fosse atendida pela ingestão apenas de glicose. A glicose tem um conteúdo energético de 4 kcal/g, o que significa que para obter 2.000 kcal ela teria de consumir 500 g de glicose a cada dia. Entretanto, nosso corpo não pode absorver glicose cristalina, e então esses 500 g de glicose cristalina deveriam ser dissolvidos em água. Se a glicose fosse preparada como uma solução isosmótica a 5%, os 500 g deveriam ser dissolvidos em 10 litros de água - um volume substancial para ser bebido em um dia!

729

Felizmente, não ingerimos glicose geralmente como nosso combustível principal. As proteínas, os carboidratos complexos e as gorduras também fornecem energia. O glicogênio, polímero da glicose [ $ p. 28], é uma forma mais compacta de energia do que um número igual de moléculas individuais de glicose. O glicogênio também requer menos água para hidratação. Por essa razão, nossas células então convertem glicose em glicogênio para armazenamento. Normalmente, possuimos aproximadamente 100 g de glicogênio no fígado e 200 g no músculo esquelético. Porém, mesmo estes 300 g de glicogênio podem fornecer energia suficiente para apenas 10 a 15 horas. O encéfalo sozinho requer 150 g de glicose por dia. Consequentemente, o corpo mantém a maioria da sua energia de reserva em moléculas compactas de gordura de alta energia. Um grama de gordura possui 9 kcal, mais de duas vezes o conteúdo de energia de uma quantidade igual de carboidrato ou proteína. Esta característica torna o tecido adiposo muito eficiente para armazenar grandes quantidades de energia em um espaço mínimo. Metabolicamente, entretanto, a energia da gordura é de mais difícil acesso, e o metabolismo das gorduras é mais lento do que o dos carboidratos. R VISANDO CONCEITOS 3. Cite sete fatores que podem influenciar a taxa metabólica de uma pessoa. 4. Por que o corpo armazena a maioria da sua energia extra nas gorduras e não no glicogênio? 5. Complete e equilibre a equação que segue do metabolismo aeróbio de uma molécula de glicose: C6H12 0 6

+ 02 ~ 7 + 7

6. Qual é o QR para a equação equilibrada na questão anterior? Respostas: p. 756

METABOLISMO O Capítulo 4 introduziu o estudo das rotas metabólicas básicas do metabolismo celular. O metabolismo é a soma de todas as reações químicas do corpo. As reações que compõem estas rotas (1) extraem energia dos nutrientes, (2) usam a energia para o trabalho e (3) armazenam o excesso de energia de modo que esta possa ser usada posteriormente. As rotas metabólicas que sintetizam moléculas grandes a partir de moléculas menores são chamadas de rotas anabólicas [ana, completo; para cima + metabole, mudança]. Aquelas que quebram moléculas grandes em moléculas menores são chamadas de rotas catabólicas [cata-, para baixo ou para trás]. O que classifica uma rota é seu resultado líquido, não o que acontece em qualquer etapa particular da rota. Por exemplo, na primeira etapa da glicólise [ $ p. 107], a glicose adiciona um fosfato para tornar-se uma molécula maior, a glicose 6-fosfato. Esta reação particular é anabólica; mas no final da glicólise, a molécula de glicose inicial de 6 carbonos foi convertida em duas moléculas de piruvato de 3 carbonos, o que faz da glicólise uma rota catabólica. No corpo humano, dividimos o metabolismo em dois estados. O período que se segue a uma refeição, quando os produtos da digestão estão sendo absorvidos, usados e armazenados, é denominado estado alimentado ou estado absortivo.

22

730

Dee Unglaub Silverthorn 3. Armazenamento. Se a quantidade de alimento ingerido excede as necessidades do corpo de energia e síntese, o excesso de energia vai para armazenamento nas ligações do glicogênio e da gordura. O armazenamento torna a energia disponível para os períodos de jejum.

Este é um estado anabólico no qual a energia das biomoléculas dos nutrientes é transferida para compostos de alta energia ou armazenada em ligações químicas de outras moléculas. Uma vez que os nutrientes de uma refeição recente não estão mais na corrente sanguínea e disponíveis para uso pelos tecidos, o corpo entra no chamado estado de jejum ' ou estado pós-absortivo. A medida que o pool de nutrientes disponíveis no sangue diminui, o corpo os extrai de suas reservas armazenadas. O estado pós-absortivo é catabólico porque as células quebram grandes moléculas em moléculas menores. A energia liberada pela quebra das ligações químicas das moléculas maiores é usada para realizar o trabalho.

O destino de uma biomolécula absorvida depende se ela é um carboidrato, uma proteína ou uma gordura. A Figura 22-2 • é um diagrama esquemático que segue estas biomoléculas desde a dieta até os três pools* de nutrientes do corpo: o pool de ácidos graxos livres, o pool de glicose e o pool de aminoácidos. Os pools de nutrientes são nutrientes que estão disponíveis para uso imediato. Eles estão localizados primariamente no plasma. Os ácidos graxos livres formam o pool primário de gorduras no sangue. Eles podem ser usados como fonte de energia por muitos tecidos, mas são também facilmente armazenados como gordura (triacilgliceróis) no tecido adiposo. Os carboidratos são absorvidos principalmente como glicose. A concentração de glicose no plasma é a mais estritamente regulada dos três pools de nutrientes porque a glicose é o único combustível que o encéfalo pode metabolizar, exceto em períodos de jejum. Observe na localização dos "canos" de saída do pool de glicose na Figura 22-2 que, se o pool cai abaixo de um certo nível, apenas o encéfalo tem acesso à glicose. Esta medida

A energia ingerida pode ser usada ou armazenada As biomoléculas que ingerimos estão destinadas a atingir um destes três destinos: 1. Energia. As biomoléculas podem ser metabolizadas imediatamente, sendo que a energia liberada a partir da quebra das ligações químicas é capturada no ATP, no fosfato de creatina e em outros compostos ricos em energia. Esta energia pode então ser usada para realizar trabalho mecânico. 2. Síntese. As biomoléculas que entram nas células podem ser usadas para sintetizar componentes básicos necessários para o crescimento e a subsistência de células e tecidos.

*N. de T. Fundo de uso comum, que corresponde ao total do nutriente livre.

DIETA

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Carboidratos

Proteínas

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Lipogênese Excesso de glicose

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Lipólise

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1

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Pool de ácidos graxos livres =

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• Excesso de

nutrientes '

FIGURA 22-2

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•

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Aminoácidos

Glicogênese

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•

Glicogênio armazenado

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Pool de glicose ,

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Glicogenólise

"-

Gliconeooênese

Faixa normal de , glicose no plasma

l

t

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í ,.... \.....

Metabolismo encefálico

Resumo do metabolismo. Adaptada de L. L. Langley, Homeostasis (New York: Reinhold, 1965).

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Proteínas do corpo 1::.

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Síntese de proteínas

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Metabolismo na . . . . . _ 1 maioria dos tecidos

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Glicose 1

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Gordura armazenada

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t • Poo/de aminoácidos

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Fisiologia Humana

de preservação garante que o encéfalo tenha um suprimento adequado de energia. Da mesma maneira que o sistema circulatório dá prioridade ao suprimento de oxigênio para o encéfalo, o metabolismo também dá prioridade ao encéfalo. Se o pool de glicose do corpo está dentro de uma faixa normal, a maioria dos tecidos usa a glicose como sua fonte de energia. O excesso de glicose é armazenado como glicogênio. A síntese de glicogênio a partir da glicose é conhecida como glicogênese. Entretanto, os depósitos de glicogênio são limitados, e os excessos de glicose adicionais são convertidos em gordura (lipogênese). Se a concentração de glicose no plasma diminui, o corpo quebra glicogênio (glicogenólise) em glicose. Pelo equilíbrio do metabolismo oxidativo, da glicogênese, da glicogenólise e da lipogênese, o corpo mantém a concentração de glicose no plasma dentro de uma faixa estreita. Se a homeostase falha e a glicose no plasma excede um nível crítico, como ocorre no diabete melito, o excesso de glicose é excretado na urina. A excreção da glicose ocorre

731

apenas quando o limiar renal para a reabsorção de glicose é excedido[ $ p. 139]. O pool de aminoácidos do corpo é usado primariamente para a síntese de proteínas. Porém, se a ingestão de glicose for baixa, os aminoácidos podem ser convertidos em glicose através de rotas conhecidas como gliconeogênese. Esta palavra literalmente significa "o nascimento (genesis) da nova (neo) glicose" e se refere à síntese de glicose a partir de um precursor não carboidrato. Os aminoácidos são a principal fonte de glicose pela rota da gliconeogênese, mas o glicerol proveniente dos triacilgliceróis também pode ser usado. Tanto gliconeogênese quanto glicogenólise são fontes de reserva de glicose importantes durante os períodos de jejum.

Os hormônios alteram a atividade enzimática para controlar o metabolismo As rotas bioquímicas mais importantes para a produção de energia estão ilustradas na Figura 22-3 • . Esta figura não in-

Glicogênio

[ Glicose

J

Glicose 6-fosfato

i

Apenas fígado

QUESTÕES DA FIGURA

G L

1. Coloque as letras abaixo junto das setas que representam cada rota: a) glicogênese b) beta-oxidação c) lipogênese d) glicogenólise e) fosforilação oxidativa

1

c

ó

Glicerol

j J

L 1

s

2

ATP 2. Um aminoácido que entra no ciclo do ácido cítrico pode ser utilizado para sintetizar glicose? Explique.

E

NH3

_/

A lguns • amino- 1--------='-----___.> ácidos

I

'f

condições anaeróbiéis

Piruvato

22

Lactato

1

Condições aeróbia5

Citoplasma Mitocôndria

Piruvato

Acetil CoA CoA

1- ----:7""

Ácidos graxos

Corpos cetônicos (no f ígado)

\ Ciclo do ácido cítrico Sistema transportador de elétrons

NH3

•

"---+

2

ATP

Alguns . aminoácidos

FIGURA 22-3 Resumo das rotas bioquímicas da produção de energia. O redimento de ATP é referente à entrada de uma glicose na glicólise.

732

Dee Unglaub Silverthorn

Enzima 1

A

~

B Enzima 2

Nenhuma síntese íquida da substância Aou B

1

I

(a) Sem regulação da atividade enzimática, a rota simplesmente cicla de um lado para o outro.

e glicose ............ GLICOGÊNIO

e

Síntese líquida de glicogênio

(b) Metabolismo no estado alimentado sob influência da insulina.

e

Síntes e líquida de glicose

GLICOSE ~ glicogênio

e

(e) Metabolismo no estado de jejum sob influência do glucagon.

•

FIGURA 22-4 No controle puxa-empurra diferentes enzimas catalizam reações em uma direção e na direção • inversa.

clui todos os intermediários metabólicas de cada rota (veja o Capítulo 4 para as rotas em detalhe). Ao invés disso, enfatiza os pontos nos quais as diferentes rotas metabólicas se cruzam, porque estas intersecções são muitas vezes pontos chave nos quais o metabolismo é controlado.

Uma característica significativa da regulação metabólica é o uso de diferentes enzimas para catalisar reações nas direções direta e inversa (para frente e para trás). Este controle dual, muitas vezes chamado de controle ("push-pull" ) puxa-empurra, permite a regulação estrita de uma reação. A Figura 22-4 • mostra como os hormônios regulam o fluxo de nutrientes pelas rotas metabólicas alterando a atividade enzimática. Na figura 22-4a, a enzima 1 catalisa a reação na qual A é convertido em B, e a enzima 2 catalisa a reação inversa. Quando a atividade das duas enzimas é mais ou menos igual, assim que A é convertido em B, B é convertido novamente em A. A reciclagem (Turnover) dos dois substratos é rápida, mas aqui não existe produção líquida de A ou de B. Na Figura 22-4b, a atividade da enzima 1 é aumentada enquanto a enzima 2, que catalisa a reação inversa, é inibida. Este tipo de controle dual é exercido pelo hormônio pancreático insulina, o qual estimula enzimas da glicogênese e inibe enzimas da glicogenólise. O resultado líquido é a síntese de glicogênio a partir da glicose. O padrão inverso é mostrado na Figura 22-4c, na qual o glucagon, outro hormônio pancreático, estimula as enzimas da glicogenólise ao passo que inibe as enzimas da glicogênese. O resultado líquido é a síntese de glicose a partir do glicogênio.

O metabolismo anabólico predomina no estado alimentado Como já mencionado, o estado alimentado é anabólico: os nutrientes absorvidos estão sendo usados para gerar energia, para síntese e armazenamento. A Tabela 22-2 • sintetiza o destino dos nutrientes no estado alimentado.

Quando Nicole foi admit ida no hospital, sua pressão sanguínea era 80/50 e seu pulso era de 90 batimentos por minuto f racos e irregulares. Ela pesava menos de 85°/o do peso mínimo saudável para uma mulher da sua altura e idade. Ela t inha muito medo de ganhar peso embora este estivesse abaixo do normal. Sua menst ruação era irregular, ela tinha acabado de sofrer uma fratura no punho por uma queda que normalmente não causaria uma f ratura e seu cabelo estava ra lo. Quando o Dr. Ayani quest ionou Nicole, ela admit iu que tinha se sentido fraca durante os ensaios de dança e, às vezes, tinha dif iculdade de se concentrar. Questão 6: Com base no que você aprendeu nos Capítulos 14 e 15 sobre a frequência cardíaca e a pressão sanguínea, pense por que Nico/e tem pressão sanguínea baixa com pulso rápido. Questão 7: Você espera que os níveis de renina e aldosterona de Nico/e sejam normais, elevados ou baixos? Como esses níveis se relacionam com o seu distúrbio do lé? Questão 8: Cite algumas razões possíveis para que Nico/e tenha se sentido fraca durante os ensaios de dança.

72

7. 1

'119

'14

75

Carboidratos fornecem energia A glicose absorvida após uma refeição entra na circulação do sistema porta do fígado e é levada diretamente para o fígado, onde cerca de 30% de toda a glicose ingerida é metabolizada. Os 70% restantes continuam na corrente sanguínea para serem distribuídos para o encéfalo, para os músculos e para outros órgãos e tecidos. A glicose move-se do líquido intersticial para as células via transportadores GLUT [$ p. 146]. A maior parte da glicose absorvida de uma refeição vai imediatamente para a glicólise e para o ciclo do ácido cítrico para produzir ATP. Alguma glicose é usada pelo fígado para a síntese de lipoproteínas. A glicose que não é usada para a produção de energia e para síntese é armazenada como glicogênio ou gordura. A capacidade do corpo de armazenar glicogênio é limitada, assim a maior parte do excesso de glicose é convertida em triacilgliceróis e armazenada no tecido adiposo. REVISANDO CONCEITOS 7. Qual é a diferença entre glicogênese e gliconeogênese?

8. Os transportadores GLUT são transportadores ativos ou passivos? Respostas: p. 756

Os aminoácidos formam as proteínas A maior parte dos aminoácidos absorvidos dos alimentos vai para os tecidos para a síntese de proteínas. Como a glicose, os aminoácidos são levados primeiro para o fígado pelo sistema porta do fígado. O fígado então os utiliza para a síntese de lipopro-

Fisiologia Humana

Destino dos nutrientes no estado alimentado CARBOIDRATOS (absorvidos primariamente como glicose} 1. Utilizado imediatamente para produzir energia nas rotas aeróbias* 2. Utilizado para síntese de lipoproteína no fígado 3. Armazenado como glicogênio no fígado e no músculo 4. O excesso é convertido em gordura e armazenado no tecido adiposo {glicose~ piruvato ~ acetil CoA ~ ácidos graxos)

PROTEiNAS (absorvidas primariamente como aminoácidos} 1. A maioria dos aminoácidos vai para os tecidos para a síntese de proteínas* 2. Se necessário para produzir energia, os aminoácidos são convertidos no fígado em intermediários do metabolismo aeróbio 3. O excesso é convertido em gordura e armazenado no tecido adiposo {aminoácidos~ acetil CoA ~ácidos graxos)

GORDURAS (absorvidas primariamente como triacilgliceróis} 1. Armazenadas como gordura principalmente no fígado e no tecido adiposo* *Destino principal.

teínas e proteínas plasmáticas, como a albumina, fatores da coagulação e angiotensinogênio. Os aminoácidos não captados pelo fígado são usados pelas células para produzir proteínas estruturais ou funcionais, como os elementos do citoesqueleto, enzimas e hormônios. Os aminoácidos são também incorporados em moléculas não proteicas, como os hormônios aminas e os neurotransmissores. Se a ingestão de glicose é baixa, os aminoácidos podem ser usados para gerar energia. Contudo, se são ingeridas mais proteínas do que o necessário para a síntese e o gasto de energia, o excesso de aminoácidos é convertido em gordura. Alguns fisiculturistas gastam muito dinheiro em suplementos de aminoácidos anunciados como formadores de músculos maiores. Mas esses aminoácidos não vão automaticamente para a síntese de proteínas. Quando a ingestão de aminoácidos excede a necessidade do corpo de síntese de proteínas, o excesso é usado para gerar energia ou é armazenado como gordura.

As gorduras armazenam energia A maior parte da gordura ingerida é reunida nos quilomícrons no epitélio intestinal [ ~ p. 706] e entra na circulação venosa via vasos linfáticos (Fig. 22-5 e ). Os quilomícrons consistem em colesterol, triacilgliceróis, fosfolipídeos e proteínas ligadoras de lipídeos chamadas de apoproteínas, ou apolipoproteínas [apo-, derivado de]. Uma vez que estes complexos lipídicos come-

733

çam a circular pelo sangue, a lipoproteína lipase, ligada ao endotélio capilar dos músculos e do tecido adiposo, converte seus triacilgliceróis em ácidos graxos livres e glicerol. Estas moléculas são então usadas para produzir energia pela maioria das células ou são recombinadas formando triacilgliceróis para armazenamento no tecido adiposo. Os quilomícrons remanescentes que permanecem na circulação são captados e metabolizados pelo fígado (Fig. 22-5). O colesterol dos remanescentes se junta ao pool de lipídeos do fígado. Se o colesterol está em excesso, uma parte pode ser convertida em sais biliares e excretada na bile. O colesterol dos remanescentes é adicionado ao colesterol sintetizado e aos ácidos graxos e empacotado em complexos de lipoproteínas para secreção no sangue. Os complexos de lipoproteínas que entram novamente no sangue contêm quantidade variada de triacilgliceróis, fosfolipídeos, colesterol e apoproteínas. Quanto mais proteína um complexo contém, mais pesado ele é, sendo que os complexos de lipoproteínas do plasma variam de lipoproteínas de densidade muito baixa (very-low-density lipoprotein - VLDL) a lipoproteínas de alta densidade (high-density lipoprotein - HDL). A combinação de lipídeos com proteínas torna o colesterol mais solúvel no plasma, mas os complexos não são capazes de difundir-se através da membrana celular. Ao invés disso, eles devem ser levados para dentro da célula por endocitose mediada por receptor [i: p. 153]. As apoproteínas nos complexos são específicas para os receptores de membrana em diferentes tecidos. A maioria das lipoproteínas no sangue é o colesterol-lipoproteína de baixa densidade C-LDL [ i: p. 537] . O C-LDL é muitas vezes conhecido como "colesterol ruim" porque concentrações elevadas no plasma de C-LDL estão associadas com o desenvolvimento da aterosclerose [ i: p. 537]. O complexo C-LDL contém apoproteína B (apoB) a qual se combina com o receptor que leva C-LDL para o interior da maioria das células do corpo. Várias formas herdadas de hipercolesterolemia (níveis de colesterol elevados no plasma) têm sido relacionadas com formas defeituosas de apoB. Estas apoproteínas anormais podem ajudar a explicar o desenvolvimento acelerado de aterosclerose em pessoas com hipercolesterolemia. A segunda lipoproteína mais comum no sangue é ocolesterol-lipoproteína de alta densidade (C-HDL), algumas vezes chamado de "colesterol bom" porque o HDL é uma lipoproteína envolvida no transporte do colesterol para fora do plasma. O C-HDL contém apoproteína A (apoA), a qual facilita a captação de colesterol pelo fígado e outros tecidos.

Os níveis de colesterol no plasma são indicadores do risco de doença cardíaca coronariana Dos nutrientes no plasma, os lipídeos e a glicose recebem maior atenção dos profissionais da saúde. O metabolismo anormal da glicose é uma característica do diabete melito, descrito posteriormente neste capítulo. Lipídeos plasmáticos anormais são usados como indicadores do risco de desenvolver aterosclerose e doença cardíaca coronariana (DCC) [$ p. 536]. Os exames que dosam os lipídeos no sangue e avaliam o risco cardiovascular vão desde uma simples amostra de san-

22

734

Dee Unglaub Silverthorn

Gorduras da dieta

o

o ~

~~

·....

• ••• •

> Monoacilgliceróis Fosfolipídeos Ácidos graxos livres (AGL)

)

~

Lúmen intestinal

e:> Colesterol

Células intestinai

@> uilomícro

AGL

Linfa

Adipócitos

Sangue

Dueto biliar

@>

Li ólise

/pi

AGL

r--• Recombinados em triacilgliceróis (TG)

Glicerol

ºº

> TG Armazenado

o

QM

Remanescentes C-HDL

o

o-

C-LDL

-

r

Maioria das células

r-+----....

AGL oxidados para produzir energia Fígado

O

O

i

i

o

t

ººº

Metabolizado

Complexo de lipoproteínas Colesterol+ AGL+ lipoproteínas

• ••• ----~ : • Sais biliares ••

•

FIGURA 22-5

~Colesterol

para síntese

LEGENDA apo = apoproteínas /pi = lipoproteína lipase LDL = lipoproteína de baixa densidade HDL = lipoproteína de alta densidade e = colesterol

Transporte e destino das gorduras da dieta.

gue do dedo até exames caros de sangue venoso que quantificam as lipoproteínas de todos os tamanhos, de VLDL até .... HDL. A medida que mais dados epidemiológicos e de tratamentos são coletados, os especialistas continuam a redefinir os valores desejáveis dos lipídeos. O U.S. National Cholesterol Education Panei publicou diretrizes em 2001 e as atualizou em 2004 (www.nhlbi.nih.gov/guidelines/cholesterol). A preocupação tem se deslocado dos níveis de colesterol total (são recomendados< 200 mg/dL de plasma) para as quantidades absolutas e proporções relativas dos vários subtipos. Alguns estudos indicam que o C-LDL elevado é o principal fator de risco para a DCC (Fig. 22-6 e ), porque o C-LDL oxidado é captado pelos macrófagos e leva ao desenvolvimento de placas ateroscleróticas [ ~ Fig. 15-25, p. 538]. Os valores desejáveis de C-LDL variam de < 160 mg/dL para pessoas com baixo risco de DCC a< 100 mg/dL para aquelas consideradas de alto risco (incluindo as com diabete). Os níveis de C-HDL no plasma também têm sido utilizados para prever o risco de uma pessoa desenvolver aterosclerose. Assim como o C-LDL alto, o baixo C-HDL (< 40mg/dL) está associado com maior risco de desenvolver DCC. Mais recentemente, os profissionais da área da saúde começaram

a considerar os valores do colesterol não HDL (colesterol total C-HDL) como talvez um indicador melhor do risco de DCC . Mudanças no estilo de vida (melhorar a alimentação, parar de fumar e praticar exercícios) podem ser bastante eficazes em melhorar o perfil lipídico, mas pode ser difícil para os pacientes implementá-las e mantê-las. Todos ostratamentos farmacológicos desenvolvidos para tratar os níveis elevados do colesterol atingem algum aspecto da absorção e do metabolismo do colesterol, de acordo com o princípio do balanço de massa na homeostase do colesterol. A diminuição da captação do colesterol ou da sua síntese e o aumento da eliminação do colesterol pelo metabolismo ou excreção são mecanismos eficazes para reduzir a quantidade de colesterol no corpo. Os fármacos conhecidos como sequestradores de ácidos biliares [sequestrare, confiscar; afastar] ligam-se aos ácidos biliares no lúmen intestinal e impedem a sua reabsorção, aumentando, assim, a excreção do colesterol [ $ p. 714]. Na ausência de sais biliares, o fígado aumenta a síntese de ácidos biliares a partir do colesterol, diminuindo o colesterol plasmático quando os receptores hepáticos de LDL importam o colesterol.

Fisiologia Humana

40

70

100

130

160

190

Colesterol-LDL (mg/dL)

QUESTÃO DO GRÁFICO Qual diminuição de 30 mg/dl no C-LDL tem maior efeito na redução do risco de desenvolver doença cardíaca coronariana?

•

FIGURA 22-6 Relação entre C-LDL e o risco de desenvolver doença cardíaca coronariana. Dados obtidos de Grundy et ai., Circu/ation 110: 227-239, 2004 July 13.

Um dos mais novos agentes redutores de lipídeos, o ezetimibe, inibe o transporte do colesterol intestinal [p. 706]. Outra estratégia para reduzir a captação do colesterol intestinal é a adição de esteróis de plantas (álcool-esteroides) e estanóis (esteróis saturados [{? p. 28] à dieta comendo nozes, sementes, cereais e óleos vegetais. Esteróis e estanóis deslocam o colesterol dos quilomícrons, o que diminui a absorção do colesterol. Os demais fármacos redutores de lipídeos afetam o metabolismo do colesterol no fígado. Os fármacos chamados de estatinas inibem a enzima HMG-COA redutase, mediadora da síntese de colesterol nos hepatócitos. Os fibratos, que estimulam o fator de transcrição chamado de PPARa, e a niacina (vitamina B3 , ácido nicotínico) diminuem o C-LDL e aumentam o C-HDL por mecanismos ainda não bem entendidos. Todos esses fármacos que alteram o metabolismo hepático do colesterol possuem uma baixa incidência de toxicidade para o fígado e de outros efeitos colaterais significativos. R , VISANDO CONCEITOS Quais os efeitos colaterais predominantes dos sequestradores dos ácidos biliares e do ezetimibe? Resposta: p. 756

O metabolismo catabólico predomina no estado de jejum Uma vez que todos os nutrientes de uma refeição tenham sido digeridos, absorvidos e distribuídos para várias células, a concentração de glicose no plasma começa a cair. Isto é o sinal para o corpo mudar o metabolismo do estado alimentado (absortivo) para o estado de jejum (pós-absortivo). O objetivo do metabolismo do estado de jejum é manter a concentração

735

de glicose plasmática numa faixa aceitável de maneira que o encéfalo e os neurônios tenham combustível adequado. O fígado é a fonte primária da produção de glicose durante o estado de jejum (Fig. 22-7 • CD). O glicogênio do fígado pode fornecer glicose suficiente por meio da glicogenólise para satisfazer as necessidades de energia do corpo por 4 a 5 horas. No estado de jejum, o tecido adiposo degrada seus estoques de triacilgliceróis originando ácidos graxos e glicerol (Fig. 22-7 ®). O glicerol vai para o fígado e pode ser convertido em glicose. Os ácidos graxos são liberados na corrente sanguínea, de onde podem ser captados e usados para produzir energia por muitos tecidos. Uma vez dentro das células, os ácidos graxos de cadeias carbônicas longas são cortados em unidades acil de dois carbonos pelo processo de {3-oxidação [$ p. 115]. Na maioria dos tecidos, estas unidades acil alimentam o ciclo do ácido cítrico por meio da acetil CoA e fornecem um substrato para a síntese de ATP via fosforilação oxidativa. Se há excesso de degradação de ácidos graxos, o fígado usa a {3-oxidação para produzir corpos cetônicos ácidos (com frequência, chamados simplesmente de cetonas em fisiologia e medicina). Os corpos cetônicos entram no sangue, gerando um estado de cetose. O hálito de pessoas com cetose tem um odor de fruta causado pela acetona, uma cetona volátil cujo odor você pode reconhecer nos removedores de esmalte de unha. Normalmente, os neurônios dependem da glicose para produzir energia, mas em casos de jejum prolongado, os corpos cetônicos tornam-se uma fonte de energia significativa para o encéfalo (Fig. 22-7 ©). Os corpos cetônicos podem ser convertidos a acetil CoA, a qual então entra no ciclo do ácido cítrico. Infelizmente, os corpos cetônicos ácido acetoacético e áddo {3-hidroxibutírico são também ácidos moderadamente fortes, e a produção excessiva de corpos cetônicos leva a um estado de cetoaddose [{? p. 679]. No estado de jejum, o glicogênio do músculo esquelético pode ser metabolizado em glicose mas não diretamente (Fig. 22-7 @). As células musculares, como a maioria das outras células, não possuem a enzima que produz glicose a partir da glicose 6-fosfato. Consequentemente, a glicose 6-fosfato produzida a partir da glicogenólise no músculo esquelético é metabolizada até piruvato (condições aeróbias) ou lactato (condições anaeróbias). O piruvato e o lactato são então transportados para o fígado, que os usa para produzir glicose via gliconeogênese. Glicose adicional ou ATP também podem ser produzidos a partir de aminoácidos, particularmente aqueles das proteínas do músculo (Fig. 22-7 @).Enzimas removem grupos amino dos aminoácidos (desaminação) [$ p. 114] e convertem os grupos amino em ureia, a qual é excretada. Alguns aminoácidos desaminados se tornam intermediários do ciclo do ácido cítrico, entram no ciclo e produzem ATP (ver Fig. 22-3). Esta fonte alternativa de ATP economiza glicose do plasma para o uso do encéfalo. Outros aminoácidos são processados até piruvato, o qual vai para o fígado e é convertido em glicose, como previamente descrito. Com este resumo das rotas metabólicas como conhecimento básico, agora vamos examinar a regulação endócrina e neural do metabolismo.

22

736

Dee Unglaub Silverthorn

Os lipídeos do

O glicogênio do fígado torna-se glicose.

tecido adiposo tornam-se ácidos graxos livres e glicerol que entram no sangue.

Glicogênio armazenado no fígado

Ácidos graxos livres l+---

Produção de energia

i

Ácidos gra--,,.z__- -- - - - - ---4-\:- xos livres

[3-oxidação

glicogenólise

Triaci lgliceróis armazenados 1

Glicerol

Gliconeo ênese

i

Corpos cetônicos --------~~==-+! Produção de energia

Glicose

-

Glicogênio

Proteínas

••

Gliconeogênese

Piruvato

ou Lactato

G licose

~,

.------_::==~~oduçã:

1

Corpos cetônicos

de energia

O encéfalo pode usar apenas glicose e cetonas para gerar . ener 1a.

e

Aminoácidos

O glicogênio do músculo pode ser usado para obter energia. Os músculos também utilizam ácidos graxos e degradam suas proteínas originando am inoácidos que entram no sangue .

FIGURA 22-7 O metabolismo no estado de jejum deve manter a concentração de glicose plasmática para o uso do encéfalo. REVISANDO CONCEITOS 1O. Quando os aminoácidos são usados para gerar energia, qual rota metabólica da Figura 22-3 eles seguem? 11 . O colesterol é solúvel em lipídeos, então porque o coleste-

rol plasmático necessita da ajuda de um transportador de membrana para entrar nas células? Respostas : p. 756

CONTROLE HOMEOSTÁTICO DO METABOLISMO O sistema endócrino tem a principal responsabilidade na regulação metabólica, embora o sistema nervoso tenh a alguma influ ên cia, particularmente regulando a ingestão alimentar. A regulação h ora-a-hora depende principalm ente da proporção insulin a/glucagon, dois hormônios secretados pelas células endócrin as do pâncreas. Ambos os hormônios têm u ma m eia-vida cu rta e precisam ser contin uam ente secretados p ara que tenham um efeito su stentado .

O pâncreas secreta insulina e glucagon As células endócrin as do pâncreas constitu em menos de 2o/o da massa total do órgão. A maior parte do tecido pancreático é dedicada à produção e secreção exócrina de enzimas digestórias e bicarbonato[ ~ Fig. 21-7, p. 696]. Em 1869, o anatomista alemão Paul Lan gerhans descreveu pequenos aglomerados de células - agora conhecidos como ilhotas d e Langerhans - espalhadas por todo o corpo do pâncreas (Fig. 22-Sb e ). As

FOCO CLINICO A

DIETA CETOGENICA Algumas pessoas intencionalmente restringem ou eliminam a ingestão de carboidratos em um esforço para perder peso. Dietas muito pobres em carboidratos e ricas em gorduras e proteínas desviam o metabolismo para a fj-oxidação de gorduras e a produção de corpos cetônicos. Essas dietas são conhecidas, portanto, como dietas cetogênicas. Pessoas que fazem essas dietas têm uma rápida perda de peso inicia l, mas isso ocorre pela degradação do glicogênio e pela perda de água, não por redução de gordura do corpo. Aderir a dietas cetogênicas diminui a ingestão calórica e finalmente resulta em perda de gordura corporal, mas qualquer dieta que restrinja calorias pode fazer o mesmo. Entre os riscos associados a dietas cetogên icas estão a desidratação, a perda de eletrólitos, a ingestão inadequada de cálcio e vitaminas, a gota e os problemas renais. O único uso recomendado da dieta cetogên ica é para crianças abaixo dos 1O anos com epilepsia que não respondem completamente ao tratamento farmacológico. Por razões ainda desconhecidas, a manutenção de um estado de cetose nestas crianças diminui a incidência das convulsões.

Fisiologia Humana

Dueto -.,.-==--~1•-"" colédoco

737

Pâncreas

Dueto _/D;~~~~_L~~~~~~~~~';n pancreático

Intestino delgado -~~­ (duodeno) {a)

~?'Células

exócrinas Células endócrinas - - Ilhota - - ; de Langerhans Cé1u1as beta (!) ..-=::::::::::::::::::::::=

{b)

• FIGURA 22-8 Anatomia da pâncreas. (a) Anatomia macroscópica. (b) Células da ilhota de Langerhans, as quais constituem o pâncreas endócrino.

ilhotas contêm quatro tipos distintos de células, cada uma associada com a secreção de um ou mais hormônios peptídeos. Aproximadamente três quartos das células das ilhotas são células beta, as quais produzem insulina e um peptídeo chamado de amilina. Outros 20% são células alfa, as quais secretam glucagon. A maior parte das células restantes são as células D secretoras de somatostatina. Algumas células raras chamadas de células PP (ou células F) produzem o polipeptídeo pancreático. Como toda glândula endócrina, as ilhotas estão intimamente associadas com capilares nos quais seus hormônios são liberados. Neurônios simpáticos e parassimpáticos terminam nas ilhotas, fornecendo um meio pelo qual o sistema nervoso pode influenciar o metabolismo.

A proporção entre insulina e glucagon regula o metabolismo Como visto, a insulina e o glucagon atuam de forma antagonista para manter a concentração de glicose plasmática dentro de uma faixa aceitável. Ambos os hormônios estão presentes ,, no sangue na maior parte do tempo. E a proporção entre os dois hormônios que determina qual hormônio predomina. No estado alimentado, quando o corpo está absorvendo nutrientes, a insulina predomina, e o corpo entra em anabolismo líquido (Fig. 22-9a e ). A glicose ingerida é usada para a produção de energia e o excesso de glicose é armazenado como glicogênio ou gordura. Os aminoácidos vão primariamente para a síntese de proteínas.

No estado de jejum, a regulação metabólica impede a baixa concentração de glicose plasmática (hipoglicemia). Quando o glucagon predomina, o fígado usa glicogênio e

22 t

Oxidação da glicose Síntese de glicogênio

t

Síntese de proteínas

t t Síntese de gorduras

{a) Estado alimentado: insulina predomina c.u\\'(\?>

\'(\';;>

t

Glicogenólise

t

Cetogênese

t Gliconeogênese

{b) Estado de jejum: glucagon predomina

• FIGURA 22-9 O metabolismo é controlado pela razão insulina/glucagon.

738

Dee Unglaub Silverthorn

intermediários não glicose para sintetizar glicose para liberar no sangue (Fig. 22-9b). A Figura 22-10 • mostra o glucagon no plasma, a glicose e a concentração de insulina durante o curso de um dia. Em uma pessoa normal, a glicose plasmática no jejum é mantida em torno de 90 mg/dL de plasma. Após a absorção dos nutrientes de uma refeição, a glicose plasmática aumenta. A elevação da glicose estimula a liberação de insulina, a qual por sua vez promove o transporte da glicose para dentro das células. Consequentemente, após cada refeição a concentração de glicose plasmática cai rapidamente em direção ao nível de jejum. Durante o jejum noturno, a concentração de glicose plasmática cai para seus níveis mais baixos, e a secreção de insulina também diminui. A secreção de glucagon permanece relativamente constante durante o período de 24 horas, apoiando a teoria de que é a razão insulina/glucagon que determina a direção do metabolismo.

A insulina é o hormônio predominante no estado alimentado A insulina é um hormônio peptídeo típico (Tabela 22-3 e ). Ela é sintetizada como um pró-hormônio inativo e ativada antes da secreção [$ Fig. 7-4c, p. 223]. A glicose é um importante estímulo para a secreç.ã o da insulina, mas os fatores que seguem podem estimular, amplificar ou inibir sua secreção: 1. Aumento da concentração de glicose plasmática. O estímulo principal para liberação da insulina é a concentração plasmática de glicose maior do que 100 mg/dL. A glicose absorvida no intestino delgado chega às células beta do pâncreas, onde é captada pelo transportador GLUT2 [$ Fig. 5-35b, p. 170]. Com mais glicose disponível como substrato, a produção de ATP aumenta e os

Concentração de glucagon 100 no plasma (Pg/ ml) 50

Concentração de glicose no plasma 1 00 (mg/dl)

80

Concentração de insulina 30 no plasma (µU/ml) 10

1

--..._,,."""'-"'""-../ 1

,.......__1 1 1 '--~~~~~~~~~~~~~~

1

1

8 h meio- 16 h 20 h -dia Â

Â

2h

8h

Â

refeição refeição refeição

•

FIGURA 22-1 O Níveis de glicose, de glucagon e de insulina durante um período de 24 horas. Uma unidade internacional de insulina diminuirá a glicose plasmática para 30 a 50 mg/dL.

Insulina

Célu la de origem

Células beta do pâncreas

Natureza química

Peptídeo de 51 aminoácidos

Biossíntese

Típica de peptídeos

Transporte na circulação

Dissolvida no plasma

Meia-vida

5 minutos

Fatores que afetam a liberação

[Glicose] plasmática> 100 mg/dl; t aminoácidos no sangue; GLP-1 (reflexo de antecipação). Atividade parassimpática aumenta. Atividade simpática inibe

Célu las ou tecidos-a lvo

Principalmente fígado, músculo e tecido adiposo; encéfalo, rim e intestino não são dependentes de insulina

Receptor-alvo

Receptor de membrana com atividade t irosina cinase; via com substratos do receptor de insulina

Ação tecidual ou em todo o corpo

J.. [Glicose] plasmática por t transpor-

Ação celular

t Síntese de glicogênio; t metabolismo aeróbio da glicose; t síntese de

•

te para dentro das células ou t uso metabólico da glicose

proteínas e de triacilgliceróis Ação molecular

Inserção de transportadores GLUT no múscu lo e células adiposas; a ltera a atividade enzimática. Via de transdução de sinal complexa envolvida

Regulação por retroalimentação

J.. [Glicose] plasmática interrompe a

Outra informação

Hormônio do crescimento e cortisol são antagonistas

liberação de insul ina

canais de K+ controlados por ATP se fecham. A célula despolariza, os canais de Ca2 + controlados por voltagem 2 abrem e a entrada de Ca + inicia a exocitose da insulina. 2. Aumento da concentração de aminoácidos. O aumento da concentração de aminoácidos no plasma após uma refeição também desencadeia a secreção de insulina. 3. Efeitos antecipatórios dos hormônios GI. Recentemente tem sido demonstrado que até 50% da secreção da insulina é estimulada pelo hormônio peptídeo semelhante ao glucagon-1 (GLP-1). O GLP-1 e o GIP (peptídeo inibidor gástrico) são hormônios incretinas produzidos por células do íleo e do jejuno em resposta à ingestão de nutrientes. As incretinas vão pela circulação até as células beta pancreáticas e podem alcançá-las antes mesmo que a primeira glicose seja absorvida. A liberação antecipatória da insulina em resposta a estes

Fisiologia Humana

Líquido extracelular

A insulina liga-se ao receptor tirosina cinase.

Insulina

o

O receptor fosforila os substratos do receptor de insulina (IRS).

,)"

r'\.

739

~ Vias de segundo mensageiro alteram a síntese de proteínas e as proteínas existentes.

....

GLUT4 Atividade do ~'" transporte

O transporte de membrana

é modificado. Núcleo

Vias de segundo mensageiro

Enzimas

t

ou • O metabolismo celular é modificado.

Fatores de transcrição

Mudanças no metabolismo

•

hormônios evita um aumento súbito na concentração de glicose plasmática quando os alimentos são absorvidos. Outros hormônios GI, como CCK e gastrina, amplificam a secreção de insulina. 4. Atividade parassimpática. A atividade parassimpática para o trato GI e para o pâncreas aumenta durante e após uma refeição. O estímulo parassimpático para as células beta estimula a secreção de insulina. 5. Atividade simpática. A secreção de insulina é inibida pelos neurônios simpáticos. Em situações de estresse, estímulo simpático para o pâncreas endócrino aumenta, reforçado pela liberação das catecolaminas liberadas pela medula da suprarrenal (Tabela 22-4 e ). A adrenalina e a noradrenalina inibem a secreção de insulina e desviam o metabolismo para a gliconeogênese, a fim de fornecer combustível extra para o sistema nervoso e o músculo esquelético.

A insulina promove o anabolismo Como outros hormônios peptídeos, a insulina combinase com um receptor de membrana nas suas células-alvo (Fig. 22-11 e ). O receptor da insulina possui atividade tirosina cinase, a qual inicia cascatas intracelulares complexas cujos detalhes não estão ainda completamente entendidos. O receptor de insulina ativado fosforila proteínas que incluem um grupo conhecido como substratos do receptor de insulina (IRS). Estas proteínas atuam por vias complicadas para influenciar o transporte e o metabolismo celular. As enzimas que regulam as rotas metabólicas podem ser inibidas ou ativadas diretamente, ou sua síntese pode ser influenciada indiretamente por fatores de transcrição. Os tecidos-alvo primários para a insulina são o fígado, o tecido adiposo e o músculo esquelético. A resposta normal da célula-alvo é aumentar o metabolismo da glicose. Em al-

FIGURA 22-11 Mecanismo celular de ação da insulina.

Catecolaminas da suprarrenal (adrenalina e noradrenalina) Origem

Medula da suprarrenal (90% adrenalina e 10% noradrenalina)

Natureza , . qu 1m1ca

Aminas produzidas a partir da tiro• sina

Biossíntese

Típica de peptídeos

Transporte na circulação

Parte ligado a sulfato

Meia-vida

2 minutos

Fatores que afetam a liberação

Principalmente a reação luta-ou-fuga via SNC e sistema nervoso autônomo; hipoglicemia

Células ou tecidos-alvo

Principalmente neurônios, células endócrinas pancreáticas, coração, vasos sanguíneos, tecido adiposo

Receptor alvo

Receptores acoplados à proteína G; subtipos a e 13

Segundo • mensageiro

AMPc (a2 e todos os receptores 13); IP3 (receptores a,)

Ação tecidual ou em todo corpo

t [glicose] plasmática; ativa reações

Início e duração da ação

Rápida e breve

de estresse e de luta-ou-fuga; t secreção de glucagon e-!. secreção de insulina

22

740

Dee Unglaub Silverthorn

guns tecidos-alvo, a insulina também regula os transportadores GLUT. Outros tecidos, incluindo o encéfalo e o epitélio de transporte dos rins e intestinos, não requerem insulina para a captação e o metabolismo da glicose. A insulina diminui a glicose plasmática de quatro maneiras:

transportadores GLUT4 por exocitose (Fig. 22-12b). As células então captam glicose do líquido intersticial por difusão facilitada. Curiosamente, o músculo esquelético em exercício não é dependente da atividade da insulina para sua captação de glicose. Quando os músculos contraem, os transportadores GLUT4 são inseridos na membrana mesmo na ausência de insulina, e a captação da glicose aumenta. O sinal intracelular para isso ainda não está totalmente claro, mas parece envolver Ca2 + e a diminuição do fosfato inorgânico (PJ. O transporte da glicose para as células do fígado (hepatócitos) não é diretamente dependente de insulina, mas é influenciado pela presença ou ausência de insulina. Os hepatócitos possuem transportadores GLUT2 que estão sempre presentes na membrana celular. No estado alimentado (Fig. 22-13a e ), a insulina ativa a hexodnase, a enzima que fosforila a glicose em glicose 6-fosfato

1. A insulina aumenta o transporte de glicose na maioria, mas não em todas as células sensíveis à insulina. O tecido adiposo e o músculo esquelético em repouso requerem insulina para captar a glicose. Sem insulina, seus transportadores GLUT4 são retirados da membrana e armazenados em vesículas citoplasmáticas (Fig. 22-12a e ). Quando a insulina se liga ao receptor e o ativa, a cascata de transdução de sinal resultante faz com que as vesículas se movam para a membrana celular e insiram os

Líquido extracelular

Glicose

(--)

CJ

CJ

CJ LEC

Receptor de insulina Insulina

CJ CJ CJ CJ CJ CJ [Glicose] alta CJ CJ

ºº

GLUT 2 -----......_,.,.....J.......

y

Músculo esquelético Vesícula em repouso ou secretória célula adiposa

CJ [ Glicose] baixa

Proteína - --..___... transportadora GLUT4

Cascata de sinalização ADP

CJ-®

(a) Na ausência de insulina a glicose não pode entrar na célula. Célula do fígado (hepatócito)

o A insulina liga-se ao receptor

GI icose

(

CJ CJ ) CJ

CJ Exocitose

A conversão da glicose em G-6-P mediada pela hexocinase mantém a [glicose] intracelular baixa.

(a) Hepatócitos. No estado alimentado, as células do fígado captam a glicose.

CJ [Glicose] baixa

CJ

A glicose entra na célula

Baixa insulina

\------::::::~ GLUT2

Cascata de transdução de sinal

o o

ºo o [ Glicose] alta

CJ

CJ CJ

Glicogênio armazenado e gl iconeogênese (b) A insulina sinaliza para a célula inserir transportadores GLUT4 na membrana, permitindo que a glicose entre na célula.

(b) Hepatócito. No estado de jejum, as células do fígado

sintetizam glicose e as transportam para o sangue.

•

FIGURA 22-12 A insulina permite a captação da glicose pelo tecido adiposo e pelo músculo esquelético em repouso.

•

FIGURA 22-13 A insulina altera indiretamente o transporte de glicose nos hepatócitos.

Fisiologia Humana

LEGENDA

t

Glicose plasmática

Estímulo

'

te ',, e ' Células~

r----11

do pâncreas

~

-

Células a do pâncreas

Centro de integração

O

Via eferente

O

Efetor

O O

Resposta tecidual Resposta sistêmica

1 1 1 1

t

Insulina

1 1

'

1

1

Músculo, tecido adiposo e outras células

Fígado

1 1

_/

___...,.....__ ·

t t

t

Glicólise Glicogênese Lipogênese

•

t

Transporte de glicose

741

a produção de energia, o excesso é convertido em glicogênio ou ácidos graxos. 3. A insulina aumenta a utilização de aminoácidos. A insulina ativa enzimas para a síntese de proteínas e inibe enzimas que promovem a quebra de proteínas. Se uma refeição inclui proteína, os aminoácidos do alimento ingerido são usados para a síntese de proteínas pelo fígado e pelo músculo. O excesso de aminoácidos é convertido em ácidos graxos. 4. A insulina promove a síntese de lipídeos. A insulina inibe a f3-oxidação dos ácidos graxos e promove a conversão do excesso de glicose ou de aminoácidos em triacilgliceróis (lipogênese). Os triacilgliceróis em excesso são armazenados como gotículas de lipídeos no tecido adiposo. Em resumo, a insulina é um hormônio anabólico porque promove a síntese de glicogênio, de proteínas e de gorduras . Quando a insulina está ausente ou deficiente, as células vão para o metabolismo catabólico. R VISANDO CONCEITOS Quais são os tecidos-alvo primários da insulina?

1

13 . Por que o metabolismo e o transporte da glicose independem da insulina no epitélio renal e intestinal e nos neurônios?

1

1 1 1

Retroalimentação negativa

- -- ---------

1

e

'Glicose plasmática

FIGURA 22-14 Metabolismo no estado alimentado sob influência da insulina estimula o metabolismo da glicose pelas células.

[;::: p . 107]. Esta reação de fosforilação mantém a concentração de glicose livre intracelular baixa em relação à concentração do plasma, de maneira que a glicose se difunde continuamente para dentro do hepatócito via transportador GLUT2. No estado de jejum, quando os níveis de insulina estão baixos, a glicose move-se para fora do fígado e para o sangue, a fim de ajudar a manter a homeostase da glicose. Neste processo (Fig. 22-13b), os hepatócitos estão convertendo o glicogênio armazenado e aminoácidos em glicose. A glicose recém-formada se move a favor do seu gradiante de concentração para fora da célula usando os mesmos transportadores GLUT2 funcionando na direção inversa. Se os transportadores GLUT fossem retirados da membrana durante o estado de jejum, como ocorre no músculo e no tecido adiposo, a glicose não teria como deixar o hepatócito. 2. A insulina aumenta a utilização celular e o armazenamento da glicose (Fig. 22-14 e ). A insulina ativa enzimas para a utilização da glicose (glicólise) e para a síntese de glicogênio e de gorduras (glicogênese e lipogênese). A insulina simultaneamente inibe enzimas da quebra do glicogênio (glicogenólise), da síntese de glicose (gliconeogênese) e da quebra de gorduras (lipólise) para garantir que o metabolismo se mova na direção anabólica. Se for ingerida mais glicose do que é necessário para a síntese e

14. Qual é a vantagem para o corpo de inibir a liberação de insulina durante uma resposta de luta-ou-fuga mediada pelo simpático? Respostas: p. 756

O glucagon é predominante no estado de jejum O glucagon, secretado pelas células alfa do pâncreas, é geralmente antagonista da insulina em seus efeitos sobre o metabolismo (Tabela 22-5 e ). Quando a concentração da glicose no plasma diminui após uma refeição, a secreção de insulina diminui e os efeitos do glucagon sobre o metabolismo tecidual assumem um significado maior. Como observado, é a proporção de insulina em relação ao glucagon (razão insulina/glucagon) que determina a direção do metabolismo, em vez da quantidade absoluta de qualquer dos dois hormon1os. A função da ação do glucagon é impedir a hipoglicemia, e o estímulo primário para a liberação do glucagon é a concentração de glicose no plasma. Quando a concentração de glicose cai abaixo de 100 mg/dL, a secreção de glucagon aumenta drasticamente. Em concentrações de glicose acima de 100 mg/dL, quando a insulina está sendo secretada, a secreção do glucagon é inibida e permanece em um nível baixo, mas relativamente constante (ver Fig. 22-10). A forte relação entre a secreção de insulina e a inibição de glucagon tem levado à especulação de que as células alfa são reguladas por algum fator associado à insulina, em vez de diretamente pela concentração da glicose no plasma. O fígado é o tecido-alvo primário do glucagon (Fig. 22-15 e ). O glucagon estimula a glicogenólise e a gliconeogênese para aumentar a produção de glicose. Estimase que, durante o jejum noturno, 75o/o da glicose produzida pelo fígado é proveniente das reservas de glicogênio, e os 25o/o restantes, da gliconeogênese. A

'

22

742

Dee Unglaub Silverthorn

A liberação do glucagon também é estimulada por aminoácidos plasmáticos. Esta via evita a hipoglicemia após a ingestão de uma refeição com proteína pura. Veremos como ocorreria hipoglicemia na ausência de glucagon. Se uma refeição contém proteínas, mas não carboidratos, os aminoácidos absorvidos causam a secreção da insulina. Embora nenhuma glicose tenha sido absorvida, a captação de glicose estimulada pela insulina aumenta, e a concentração de glicose no plasma cai. A não ser que algo se oponha a este processo, o suprimento de combustível para o encéfalo é ameaçado pela hipoglicemia. A cossecreção de glucagon nesta situação evita a hipoglicemia pela estimulação da produção de glicose hepática. Deste modo, embora apenas aminoácidos tenham sido ingeridos, ambos, glicose e aminoácidos, tornam-se disponíveis para os tecidos periféricos.

Glucagon Célula de origem

Células alfa do pâncreas

Natureza química

Peptídeo de 29 aminoácidos

Biossíntese

Típica de peptídeos

Transporte na circulação

Dissolvido no plasma

Meia-vida

4-6 minutos

Fatores que afetam a liberação

Secreção estimulada pela [glicose] plasmática< 65-70 mg/dl; aminoácidos do sangue

t

•

Célu las ou tecidos-alvo

Principalmente o f ígado

Receptor-alvo/ segundo mensageiro

Receptor acoplado à proteína G associado ao AM Pc

Ação tecidual ou em todo corpo

t

REVISANDO CONCEITOS 15. No que a glicogenólise e a gliconeogênese são similares e no que são diferentes? Respostas: p. 756

[Glicose] plasmática pela glicogenólise e gliconeogênese; t lipólise leva à cetogênese no fígado

Ação molecular

Altera enzimas existentes e estimula a síntese de novas enzimas

Regulação por retroa 1i mentação

t

Outras informações

Membro da família da secretina (junto com VIP, GIP e GLP-1)

O diabete melito é uma família de doenças A patologia mais comum do sistema pancreático endócrino é uma família de distúrbios metabólicas conhecida como diabete melito. O diabete é caracterizado pela concentração de glicose plasmática anormalmente elevada (hiperglicemia) resultante da secreção inadequada de insulina, da resposta a.n ormal das células-alvo [$ p. 235], ou de ambas. A hiperglicemia crônica e suas anormalidades metabólicas associadas causam as muitas complicações do diabete, incluindo lesões nos vasos sanguíneos, nos olhos, nos rins e no sistema nervoso.

[Glicose] plasmática inibe a secreção do glucagon

FIGURA 22-15 Resposta endócrina à hipoglicemia. O glucagon ajuda a manter níveis adequados de glicose no plasma promovendo glicogenólise e gliconeogenese.

•Glicose plasmática ..

.. .. ..

. . ..

A

1 -

-

-

-

-

-

-

-

-

1

-

-

-

-

8

.. .. ..

li

.. ..

,,

. . . . . . 8..

1

Células p do pâncreas

1 1

1

t

1 1

Glucagon

•Insulina

1

1 1

Fígado ,, ,, _ -1·..:+-- Lactato, piruvato, ........... / aminoácidos

1 1

,

I

1 I

1

1 •

1

(

'

·~-­

Acides graxos

Músculos e tecido adiposo

1

Hipog/icemia prolongada

1 1

~

1 1

1 1

Glicogenólise

Gliconeogênese

Cetonas

1 1 1 1

Retroalimentação

-- ----- --- --negativa

1

t Glicose

plasmática

--------~Para uso pelo encéfalo

e tecidos periféricos

Fisiologia Humana

O diabete está alcançando proporções epidêmicas nos Estados Unidos. Em 2007, o U.S. Centers for Disease Control estimou que 8% da população têm diabete e que outros quase 20% têm pré-diabete, uma condição que provavelmente se tornará diabética se essas pessoas não alterarem seus hábitos alimentares e de exercícios. Os especialistas atribuem a causa da epidemia ao estilo de vida sedentário, à comida abundante, ao sobrepeso e à obesidade, os quais afetam mais de 50% da população. O diabete é conhecido por afetar os humanos desde os tempos antigos e é descrito como a doença responsável pelas consequências calamitosas da deficiência de insulina. Aretaeus, da Capadócia (81-138 d.C.), escreveu sobre a "espantosa" natureza desta doença que consiste no "derretimento da carne ... em urina", acompanhado por uma sede terrível que não pode ser saciada. A produção copiosa de urina carregada de glicose deu a esta doença o seu nome. Diabetes, que se refere ao fluxo de líquido por um sifão, e melittus, que se origina da palavra que significa mel. Na Idade Média, o diabete era conhecido como "o mal de urinar". O tipo grave descrito por Aretaeus é o diabete melito do tipo 1. Esta é uma condição de deficiência de insulina em consequência da destruição das células beta do pâncreas. O diabete do tipo 1 é mais comumente uma doença autoimune na qual o corpo falha em reconhecer as células beta como "próprias" e as destrói com anticorpos e leucócitos. A outra principal variante do diabete é o diabete melito do tipo 2. Este tipo de diabete é também conhecido como diabete resistente à insulina, porque na maioria dos pacientes os níveis de insulina no sangue são normais ou até elevados inicialmente. Mais tarde, no processo da doença, muitos diabéticos tipo 2 tornam-se deficientes de insulina e passam a necessitar de injeções de insulina. O diabete do tipo 2 é na verdade uma família inteira de doenças determinadas por causas variadas.

Os diabéticos do tipo 1 são propensos à cetoacidose O diabete do tipo 1 é um distúrbio complexo cujo início em indivíduos geneticamente suscetíveis é algumas vezes precedido por uma infecção virai. Muitos diabéticos do tipo 1 desenvolvem a doença na infância, dando origem ao antigo nome diabete juvenil. Cerca de 10% de todos os diabéticos têm diabete do tipo 1. Pelo fato de os indivíduos com diabete do tipo 1 serem deficientes em insulina, o único tratamento são injeções deste hormônio. Até a chegada da engenharia genética, a maior parte da insulina farmacêutica era proveniente do pâncreas de suínos, de bovinos e de ovinos. Contudo, uma vez que o gene da insulina humana foi clonado, as indústrias biotecnológicas iniciaram a fabricação artificial da insulina humana para uso terapêutico. Além disso, cientistas estão desenvolvendo técnicas para implantar no corpo células beta encapsuladas, na esperança de que indivíduos com diabete do tipo 1 não precisem mais contar com injeções de insulina regular. Os eventos que seguem a ingestão de carboidratos em diabéticos com deficiência de insulina dão uma ideia do que acontece ao metabolismo na ausência de insulina (Fig. 22-16 e ). Após uma refeição, a absorção de nutrientes

743

pelo intestino ocorre normalmente porque este processo é independente da insulina. Contudo, a captação dos nutrientes do sangue e o metabolismo celular em muitos tecidos são dependentes de insulina e, consequentemente, bastante diminuídos na ausência de insulina. Sem nutrientes para metabolizar, as células vão para o metabolismo do estado de jejum: 1. Metabolismo das proteínas. Sem glicose para produzir energia e aminoácidos para a síntese de proteínas, os músculos degradam suas proteínas para fornecer substrato para a produção de ATP. Os aminoácidos deixam os músculos e são transportados para o fígado. 2. Metabolismo das gorduras. O tecido adiposo no metabolismo do estado de jejum degrada sua gordura armazenada. Os ácidos graxos entram no sangue para serem transportados para o fígado. O fígado usa a í3-oxidação para quebrar os ácidos graxos. Contudo, este órgão é limitado na sua capacidade de enviar ácidos graxos para o ciclo do ácido cítrico, e o excesso de ácidos graxos é convertido em cetonas. Os corpos cetônicos entram novamente na circulação e podem ser usados por outros tecidos (como músculo e encéfalo) para a síntese de ATP. (A degradação de músculos e do tecido adiposo na ausência de insulina leva à perda de tecido e ao "derretimento da carne" descrita por Aretaeus). 3. Metabolismo da glicose. Na ausência de insulina, a glicose permanece no sangue causando hiperglicemia. O fígado, incapaz de captar e metabolizar esta glicose, inicia as rotas do estado de jejum, como a glicogenólise e a gliconeogênese. Estas rotas produzem glicose adicional a partir de glicogênio, de aminoácidos e do glicerol. Quando o fígado envia esta glicose para o sangue, a hiperglicemia piora. 4. Metabolismo do encéfalo. Tecidos que não são dependentes de insulina, como a maioria dos neurônios do encéfalo, continuam o metabolismo normalmente. Contudo, os neurônios do centro da saciedade no encéfalo são sensíveis à insulina. Consequentemente, na ausência de insulina, o centro da saciedade é incapaz de captar a glicose do plasma. Este centro percebe a ausência de glicose intracelular como inanição e permite que o centro da fome aumente a ingestão alimentar. O resultado é a polifagia (ingestão alimentar excessiva), um sintoma clássico associado com diabete melito do tipo 1 sem tratamento. 5. Diurese osmótica e poliúria. Se a hiperglicemia (aumento na concentração de glicose plasmática) do diabete ultrapassa o limiar renal para a glicose, a reabsorção da glicose no túbulo proximal do rim torna-se saturada [ ~ p. 151]. Consequentemente, parte da glicose filtrada não é reabsorvida e é excretada na urina (glicosúria). A presença de mais solutos no lúmen do dueto coletor faz com que menos água seja reabsorvida e mais seja excretada (ver Capítulo 20, questão 31, p.684). Isso produz um grande volume de urina (poliúria) e, se não for corrigido, causará desidratação. A perda de água na urina devido a solutos não reabsorvíveis é conhecida como diurese osmótica. 6. Desidratação. A desidratação resultante da diurese osmótica leva à redução do volume de sangue circulante e da

22

744

Dee Unglaub Silverthorn

FISIOPATOLOGIA DO DIABETE MELITO DO TIPO 1 AGUDO METABOLISMO DAS GORDURAS

METABOLISMO DA GLICOSE

METABOLISMO DAS PROTEÍNAS

Alimento - absorvido 1

t Ácidos graxos do plasma

-

-

,

-

t Glicose no plasma 1

-

-

t Aminoácidos no plasma 1

- -

~1-:..i11l ne1-:..i~t:::t·1•J [tr:::l ll1J...'ttlll1r.I ..:...

'

,

tDegradação da gordura

•Captação da glicose (músculo e tec. adiposo)

•Gordura armazenada

•Aminoácidos captados pela maioria das células

• Utilização da glicose

\ '

'

-

t Ácidos graxos no plasma

Fígado t Produção

~ deceton~s

,

Substrato para a ,_ produção de ATP

_;.--

,

~

-

~-

-

t Gliconeogênse '

Perda tecidual

'

Substrato para a produção deATP

'

Hiperglicemia

/

t Aminoácidos no Plasma

O encéfalo interpreta . . como 1nan1çao

t Glicogenólise

t Degradação de proteínas, especialmente no músculo

Polifagia

Perda tecidual

-

DESIDRATAÇAO

ACIDOSE METABÓLICA Excede o limiar renal para a glicose '

Glicosúria

Diurese osmótica e poliúria

t Ventilação

Acidificação da . unnae hipercalemia

,

-

Acidose metabólica

t Desidratação

( t Sede )

.

-

t

>

Polidipsia

1

Secreção deADH

'

Produção de ácido láctico

+Volume dee sangue

~pressão do sangue

-

Tentativa de compensação pelo centro de controle cardiovascular

... Metabolismo anaeróbio

Insuficiência circulatória

--

falha da compensação

t -

•

Coma ou morte

FIGURA 22-16 Fisiopatologia do diabete melito do tipo 1 agudo. Diabete tipo 1 não tratado é caracterizado por degradação tecidual, glicosúria, poliúria, polidipsia, polifagia e cetoacidose metabólica.

pressão sanguínea. A queda da pressão sanguínea desencadeia mecanismos homeostáticos para a manutenção da pressão sanguínea, incluindo a secreção de vasopresina (ADH), aumento da sede (polidipsia), e compensações cardiovasculares[ ~ Fig. 20-17, p. 670].

7. Acidose metabólica. A acidose metabólica no diabete tem duas origens potenciais: o metabolismo anaeróbio e a produção de corpos cetônicos. Os tecidos usam a glicólise anaeróbia (a qual produz lactato) caso a compensação cardiovascular falhe e a pressão sanguínea diminua

Fisiologia Humana

a ponto de a perfusão dos tecidos periféricos tornar-se inadequada. O lactato deixa as células e entra no sangue, contribuindo para o estado de acidose metabólica. Observe que o metabolismo anaeróbio é apenas uma causa secundária da acidose metabólica no diabete com deficiência de insulina descompensado. A causa primária é a produção de corpos cetônicos ácidos pelo fígado. Pacientes em cetoacidose diabética apresentam os sinais de acidose metabólica discutidos no Capítulo 20: aumento da ventilação, acidificação da urina e hipercalemia [ $ p. 673]. Se não for tratada, a combinação de cetoacidose e hipoxia devido ao colapso circulatório pode causar coma e mesmo a morte. O tratamento para o paciente em cetoacidose diabética é a reposição de insulina, acompanhada por terapia líquida e eletrolítica para repor a perda de volume e de íons.

Os diabéticos do tipo 2 frequentemente têm os níveis de insulina elevados Os diabéticos do tipo 2 representam 90o/o de todos os diabéticos. Existe uma significativa predisposição genética para desenvolver a doença em certos grupos étnicos. Por exemplo, aproximadamente 25% dos hispânicos com mais de 45 anos têm diabete. A doença é mais comum em pessoas com idade acima de 40 anos, mas há uma preocupação crescente em relação ao aumento do diagnóstico de diabete do tipo 2 em crianças e adolescentes. Aproximadamente 80% dos diabéticos do tipo 2 são obesos. Uma característica comum do diabete do tipo 2 é aresistência à insulina, demonstrada pelo retardo da resposta à ingestão de uma carga de glicose. Esta resposta pode ser detectada por um procedimento conhecido como teste de tolerânda à glicose (Fig. 22-17 e ). Primeiro, a concentração da glicose plasmática da pessoa em jejum é determinada (tempo O). Depois, a pessoa consome uma bebida especial de glicose ou uma refeição típica. A glicose plasmática é mensurada periodicamente por duas horas ou mais. Indivíduos normais têm uma glicose plasmática em jejum de 109 mg/dL, ou menos. Eles apresentam um aumento leve na concentração da glicose plasmática logo após uma refeição, mas o nível retoma rapidamente para o normal após a secreção de insulina. No paciente diabético, entretanto, a concentração da glicose plasmática em jejum geralmente está acima do normal, e ela sobe ainda mais à medida que a glicose é absorvida. Como as células do corpo são lentas para remover a glicose do sangue, a glicose plasmática permanece elevada por duas horas ou mais. Esta resposta lenta , . sugere que a insulina, mesmo presente no sangue, e incapaz de executar sua função normal. Um teste de tolerância à glicose anormal simplesmente mostra que a resposta do corpo a uma carga de glicose ingerida não é normal. O teste não pode distinguir entre problemas relacionados à síntese de insulina, à liberação de insulina ou à responsividade dos tecidos-alvo à insulina. AIguns diabéticos do tipo 2 possuem tanto res1stenc1a a açao da insulina quanto secreção de insulina diminuída. Outros possuem secreção de insulina normal a alta, mas responsividade da célula-alvo diminuída. •

A

•

'

'l' "'O ........

200

Indivíduo diabético

C)

E

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•CU

745

150

E (/)

cu -e. 100 Q)

(/)

Indivíduo normal

ou

(!J

50

o _.. Concentração da glicose plasmática em jejum

e

1 Tempo após a glicose oral (h)

2

FIGURA 22-17 Testes de tolerância à glicose normal e anormal. No tempo O, o sujeito consome uma bebida com glicose ou uma refeição. No indivíduo diabético, a concentração da glicose no plasma permanece acima de 200 mg/dl após duas horas. Indivíduos com glicose plasmática de 140-199 mg/dl após duas horas têm tolerância à glicose diminuída. Pessoas normais possuem uma concentração de glicose abaixo de 140 mg/dl dentro de duas horas.

Além disso, embora os diabéticos do tipo 2 sejam hiperglicêmicos, eles frequentemente também apresentam níveis de glucagon elevados. Isso parece contraditório até você compreender que as células alfa do pâncreas, assim como as células musculares e adiposas, requerem insulina para a captação da glicose. Isso significa que, no diabete, as células alfa não captam a glicose, o que as estimula a secretar glucagon.

A equipe médica e a família de Nicole decidiram falar com ela sobre seu peso e seus hábitos alimentares. O distúrbio de que o Dr. Ayani suspeita, anorexia nervosa (AN), pode ter sérias consequências fisiológicas. Consequentemente, a AN tem a maior taxa de mortalidade de todas as doenças psiquiátricas, e a taxa de mortalidade de meninas com idade entre 15 e 24 anos com AN é 12 vezes maior do que a da população em geral. As causas mais comuns de morte são parada cardíaca, desequilíbrio de eletrólitos e suicídio. A AN afeta até 3º/o das mulheres nas nações industrializadas em algum momento das suas vidas. (Enquanto 90% dos casos de AN são mulheres, o número de casos em homens está aumentando.) O tratamento bem-sucedido da AN inclui nutrição, psicoterapia e terapia familiar. Pesquisas atuais estão investigando a utilidade do neuropeptídeo Y e de outros peptídeos encefálicos no tratamento da anorexia. Questão 9: Por que um agonista do NPY pode ajudar nos casos de anorexia?

-

lZS

7. 7

729

135

22

746

Dee Unglaub Silverthorn

O glucagon então contribui para a hiperglicemia por promover a glicogenólise e a gliconeogênese. No diabete do tipo 2, os sintomas agudos da doença não são tão graves quanto no diabete do tipo 1, porque a insulina é geralmente presente, e as células, apesar de resistentes à ação da insulina, são capazes de realizar parte do metabolismo da glicose. O fígado, por exemplo, não aumenta a produção de cetonas; por isso, a cetose é incomum no diabete do tipo 2. Contudo, o metabolismo global não é normal, e os pacientes com esta condição desenvolvem vários problemas relacionados ao diabete devido ao metabolismo anormal das gorduras e da glicose. Complicações do diabete do tipo 2 incluem aterosclerose, alterações neurológicas, insuficiência renal e cegueira causada por retinopatia diabética. Cerca de 70% dos diabéticos do tipo 2 morrem por doenças cardiovasculares. Como muitas pessoas com diabete do tipo 2 são assintomáticas quando diagnosticadas, elas podem ser muito difíceis de tratar. Pessoas que fazem sua revisão anual e sentemse bem, mas têm diagnóstico de diabete podem resistir em fazer mudanças drásticas no seu estilo de vida já que não se sentem doentes. Infelizmente, quando os sintomas de diabete aparecem, os danos nos tecidos e órgãos já estão avançados. A cooperação do paciente neste momento pode reduzir a progressão da doença, mas não pode reverter as alterações patológicas. O objetivo do tratamento é corrigir a hiperglicemia para impedir as complicações descritas antes. A primeira recomendação para a maioria dos diabéticos do tipo 2, pré-diabéticos e para aqueles com alto risco de desenvolver a doença é a diminuição do peso e a prática de exercícios. Para alguns pacientes, a simples perda de peso elimina sua resistência à insulina. Os exercícios diminuem a hiperglicemia porque o músculo esquelético em exercício não requer insulina para captar glicose.

Os medicamentos usados para tratar o diabete tipo 2 podem (1) estimular a secreção de insulina pelas células beta, (2) retardar a digestão ou absorção de carboidratos no intestino, (3) inibir a produção de glicose hepática ou (4) tornar os tecidos-alvo mais responsivos à insulina (Tabela 22-6 e ). Muitos dos medicamentos antidiabete mais novos imitam hormônios endógenos. Por exemplo, a pramlintida, aprovada pelo U .S. Food and Drug Administration (FDA) em março de 2005, é um análogo da amilina, um hormônio peptídeo que é cossecretado com a insulina. A amilina ajuda a regular a homeostase da glicose após uma refeição por retardar a digestão e a absorção de carboidratos. A amilina também diminui a ingestão alimentar por um efeito central sobre o apetite, e diminui a secreção de glucagon. Outro tratamento com base nos hormônios, recentemente aprovado pelo FDA, são os miméticos das incretinas (agonistas). A exendina-4 (Byetta®) é um mimético do GLP-1, derivado de um composto encontrado na saliva venenosa de um lagarto chamado de monstro-de-gila. A exendina-4 tem quatro efeitos primários: aumento da produção de insulina, diminuição da produção de glucagon, retardo da digestão e aumento da saciedade. Ela também tem sido associada com perda de peso. Na fisiologia normal, as ações combinadas de amilina, GIP e GLP-1 criam um ciclo de autorregulação para a absorção da glicose e o metabolismo da glicose no estado alimentado. A glicose presente no intestino após uma refeição causa liberação antecipatória de GIP e GLP-1. As duas incretinas vão pela circulação até o pâncreas, onde estimulam a secreção de insulina e amilina. A amilina então age no trato GI para diminuir a velocidade com que o alimento entra no intestino, enquanto a insulina age nos tecidos-alvo para promover a captação e utilização da glicose.

Fármacos para o tratamento do diabete FÁRMACO

EFEITO

MECANISMO DE AÇÃO

Sulfonilureias e meglitinidas

Estimula a secreção de insu lina

Fecha os canais de polariza a célula

Inibidores da a-glicosidase

Diminui a captação intestina l de glicose

Bloqueia enzimas intestinais que d igerem os carboidratos complexos

Biguanidas (p. ex., metforminas)

Reduz a glicose plasmática por diminuir a g liconeogênese hepática

Não esclarecido

Ativadores PPAR (" glitazonas")

Aumenta a transcrição de genes que codificam proteínas que promovem a utilização da g licose e o metabolismo dos ácidos graxos

Ativa PPAR'Y, um ativador

Aná logos da amilina (pramlintida)

Reduz a glicose plasmática

Retarda o esvaziamento gástrico, reduz a secreção de g lucagon, e promove a saciedade

Análogos incretina (GLP-1) (exendina-4)

Reduz a glicose plasmática e induz a perda de peso

Estimula a secreção de insulina, reduz a secreção de glucagon, retarda o esvaziamento gástrico e promove a saciedade

Inibidores da DPP-4 (sitagli pti na)

Aumenta a secreção de insu lina e diminui o esvaziamento gástrico

Inibe d ipeptidi l peptidase-4, a qual degrada GLP-1 e GIP

KATP

das células beta e des-

do receptor nuclear

Fisiologia Humana

ENTRADA DE ENERGIA DIETA • Fome/apetite •Saciedade •Fatores sociais e psicológicos

747

SAÍDA DE ENERGIA

CALOR (- 50%) • Não regulado • Termorregulação

TRABALHO (- 50%) •Transporte através das membranas • Trabalho mecânico Movimento • Trabalho químico • Síntese para crescimento e subsistência • Armazenamento de energia • Ligações fosfato de alta energia (ATP, fosfato de creatina) • Ligações químicas (glicogênio, lipídeos)

e

FIGURA 22-18 Equilíbrio energético do corpo.

A síndrome metabólica associa diabete e doença cardiovascular Os médicos sabem há anos que pessoas com excesso de peso são propensas a desenvolver diabete do tipo 2, aterosclerose e pressão sanguínea alta. A combinação destas três condições foi formalizada em um diagnóstico de síndrome metabólica, a qual ressalta a natureza integrativa das vias metabólicas. Pessoas com síndrome metabólica apresentam pelo menos três destes cinco critérios: obesidade (visceral) central, pressão sanguínea> 130/85 mmHg, glicose plasmática de jejum> 110 mg/dL, níveis elevados de triacilgliceróis no plasma em jejum e baixos níveis de C-HDL. A obesidade central é definida como a circunferência da cintura maior do que 120 cm em homens e 89 cm em mulheres. Mulheres com o corpo em forma de "maçã" (cintura mais larga) são mais propensas a desenvolver síndrome metabólica do que mulheres que têm forma de "pêra" (quadris mais largos). A associação entre obesidade, diabete e doença cardiovascular ilustra os distúrbios fundamentais do metabolismo celular que ocorrem com a obesidade. Um mecanismo comum conhecido por desempenhar um papel no metabolismo da glicose e dos lipídeos envolve uma família de receptores nucleares chamada de receptores ativados por proliferadores de peroxissomos (peroxisome proliferator-activated receptors PPARs). Lipídeos e moléculas derivadas de lipídeos ligam-se aos PPARs, os quais então ativam vários genes. O subtipo PPAR chamado PPAR'Y tem sido relacionado à diferenciação dos adipócitos, ao diabete do tipo 2 e às células espumosas, os macrófagos endoteliais que ingeriram colesterol oxidado. O PPARa, mencionado na discussão do metabolismo do colesterol, é importante no metabolismo hepático do colesterol. Os PPARs podem ser uma pista importante da ligação entre a obesidade, o diabete do tipo 2 e a aterosclerose que por muito tempo passou despercebido pelos cientistas.

REVISANDO CONCEITOS 16. Por que a insulina precisa ser administrada como injeção e não como comprimidos? 17. Pacientes admit idos no hospita l com cetoacidose diabética aguda e desidratação recebem insulina e líquidos que contêm potássio e outros íons. A acidose é geralmente acompanhada por hipercalem ia. Então por que o K+ é incluído no líquido de reidratação 7 (Dica: pacientes desidratados podem ter alta concentração de K+, mas seu volume de líquido tota l é baixo.) 18. Em 2006, a FDA aprovou a sitagliptina (Januvia®), um inibidor da DPP-4. Este fármaco bloqueia a ação da enzima dipeptidil peptidase-4, a qual degrada GLP-1 e GIP. Explique como a sitagliptina é útil para o tratamento do diabete. Respostas : p. 756

REGULAÇÃO DA TEMPERATURA DO CORPO O diabete do tipo 2 é um excelente exemplo de associação entre o peso do corpo e o metabolismo. O desenvolvimento da obesidade pode estar associado à eficiência com a qual o corpo converte a energia dos alimentos em componentes celulares e teciduais. De acordo com uma teoria, as pessoas que são mais eficientes na transferência de energia dos alimentos para a gordura são os que ganham peso. Em contrate, pessoas que são metabolicamente menos eficientes podem comer o mesmo número de calorias e não ganhar peso porque mais energia dos alimentos é liberada como calor. A Figura 22-18 • sintetiza os fatores que contribuem para o equilfbrio energético do corpo. Muito do que sabemos sobre a regulação do equilíbrio energético vem de estudos sobre a regulação da temperatura do corpo.

22

748

Dee Unglaub Silverthorn

ENTRADA DE CALOR EXTERNO + PRODUÇÃO INTERNA DE CALOR = PERDA DE CALOR

Evaporação

""'

I rrad i ação~

Condução

Irradiação

Calor do corpo

---":"-~

Condução Convecção

Produção interna de calor

Do metabolismo

"Calor desperdiçado"

Termogênese sem tremor

Da contração muscular

Termogênse com tremor

"Calor desperdiçado"

Processos regulados da homeostase da temperatura

•

FIGURA 22-19

Equilíbrio do calor no corpo.

A temperatura do corpo é um balanço entre produção, ganho e perda de calor A regulação da temperatura em humanos está associada à produção de calor metabólico (termogênese). Humanos são animais homeotérmicos, o que significa que nosso corpo regula a temperatura interna dentro de uma faixa relativamente estreita. A temperatura média do corpo é 37ºC com uma faixa normal de 35,5 a 37,7ºC. Estes valores estão sujeitos a uma variação considerável, tanto entre indivíduos como em um único indivíduo ao longo do dia. O lugar no qual a temperatura é mensurada também faz diferença porque a temperatura do centro do corpo pode ser maior do que a temperatura da superfície da pele. A temperatura oral é cerca de 0,5° C mais baixa do que a temperatura retal. Vários fatores afetam a temperatura do corpo em um determinado indivíduo. A temperatura do corpo aumenta com o exercício ou após uma refeição (devido à termogênese induzida pela dieta). A temperatura também varia ao longo do dia: a temperatura mais baixa (basal) do corpo ocorre de manhã cedo, e a temperatura mais alta ocorre no início da noite. Mulheres em idade reprodutiva também apresentam um ciclo mensal de temperatura: a temperatura basal do corpo é aproximadamente 0,5ºC maior na segunda metade do ciclo menstrual (depois da ovulação) do que antes da ovulação.

O ganho e a perda de calor são equilibrados

o equi-

líbrio da temperatura no corpo, como o equilíbrio energético, depende de um equilíbrio dinâmico entre a entrada e a saída de calor (Fig. 22-19 e ). A entrada de calor tem dois

componentes: produção interna de calor, que inclui o calor do metabolismo normal e o calor liberado durante a contração muscular, e a entrada de calor externo a partir do ambiente por radiação ou condução. Todos os objetos com uma temperatura acima do zero absoluto emitem energia radiante (irradiação) com comprimentos de onda visível ou infravermelho. Esta energia pode ser absorvida por outros objetos e constitui ganho de calor por irradiação para esses objetos. Você absorve energia radiante cada vez que senta ao sol ou em frente ao fogo. O ganho de calor por condução é a transferência de calor entre objetos que estão em contato um com o outro, como a pele e uma almofada térmica ou a pele e a água quente. Nós perdemos calor do corpo por quatro vias: condução, radiação, convecção e evaporação. Perda de calor por condução é a perda do calor do corpo para um objeto mais frio que está tocando o corpo, como um saco de gelo ou um banco de pedra frio. Estima-se que a perda de calor radiante do corpo humano é aproximadamente a metade do calor perdido por uma pessoa em repouso em uma sala normal. A termografia é uma técnica de diagnóstico por imagem que mede a perda de calor radiante. Alguns tumores cancerígenos podem ser visualmente identificados porque eles têm atividade metabólica mais alta e emitem mais calor do que os tecidos vizinhos. A perda de calor condutivo e radiante é aumentada pela perda de calor por convecção, processo pelo qual o calor é carregado pelo ar aquecido que sobe a partir da superfície do corpo. Correntes de ar convectivas são criadas onde quer que haja diferença de temperatura no ar: o ar quente sobe e é substituído pelo ar mais frio. A convecção ajuda a afastar o ar aquecido da superfície da pele. As roupas, as quais retêm o ar e evitam correntes de ar convectivas, ajudam a reter o calor próximo ao corpo. O quarto tipo de perda de calor do corpo é a perda de calor por evaporação, que ocorre quando a água evapora na superfície da pele e no trato respiratório. A conversão da água do estado líquido para o gasoso requer a entrada de uma quantidade substancial de energia térmica. Quando a água do corpo evapora, ela remove calor do corpo. Você pode demonstrar o efeito do resfriamento por evaporação molhando um braço e deixando a água evaporar. Quando o braço molhado seca, ele é percebido como muito mais frio que o resto do corpo porque o calor está sendo deslocado do braço para vaporizar a água. Da mesma maneira, o meio litro de vapor de água que deixa o corpo pelos pulmões e pela pele a cada dia leva junto uma significativa quantidade de calor do corpo. A perda de calor evaporativo é afetada pela umidade do ar circundante: menos evaporação ocorre em umidades maiores. A perda de calor do corpo por condução, convecção e evaporação é aumentada pelo fiuxo de massa do ar ao longo do corpo, como o ar movido sobre a pele por um ventilador ou brisa. O efeito do vento na regulação da temperatura do corpo no inverno é descrito pela sensação térmica, uma combinação da temperatura ambiental absoluta e o efeito da perda de calor por convecçao.

Fisiologia Humana

749

Mudança na temperatura central do corpo

Mudança na temperatura ambiental

i

r

r

Termorreceptores periféricos

Termorreceptores centrais

Centro termorregulatório hipotalâmico

Respostas ao aumento - - - - - - - - - ' - - - - - Respostas à diminuição da temperatura da temperatura

Neurônio simpa'tice adrenérgico

Neurônio simpático colinérgico J

Neurônio somático motor

I

'

1

? Em humanos

Glândulas sudoríferas

Secreção de suor

Vasos sanguíneos cutâneos

Vasodilatação

Vasos sanguíneos cutâneos

Vasoconstrição

t

'

Gordura marrem

Músculos esquelétices

'

'

Termogênese sem tremor

Termogênese com tremor

'

Perda de calor pelo resfriamento evaporativo

•

FIGURA 22-20

Perda de calor para o ambiente

Calor conservado

Produção metabólica de calor

22

Reflexos termorregulatórios.

A temperatura do corpo é regulada homeostaticamente O corpo humano é normalmente mais aquecido do que seu ambiente e, portanto, perde calor. Contudo, o metabolismo normal gera calor suficiente para manter a temperatura do corpo quando a temperatura ambiental fica entre 27,8° e 30º C. Esta faixa é conhecida como zona termoneutra. Em temperaturas acima da zona termoneutra, o corpo tem um ganho líquido de calor, porque a produção de calor excede a perda de calor. Abaixo da zona termoneutra, a perda de calor excede a produção. Em ambos os casos, o corpo deve utilizar a compensação homeostática para manter a temperatura interna constante. Uma pessoa sem roupa pode regular a sua temperatura quando a temperatura do ar ambiente está entre 10° e SSºC. Como raramente somos expostos a temperaturas mais altas do que esta faixa de temperatura, o nosso principal desafio fisiológico está na regulação térmica em ambientes frios.

Os humanos têm sido descritos por alguns fisiologistas como animais tropicais porque somos geneticamente adaptados para viver em climas quentes. Porém, mantivemos uma certa flexibilidade genética e os mecanismos fisiológicos pelos quais a nossa termorregulação tem alguma capacidade de adaptar-se a mudanças de condições ambientais. O controle autonômico da regulação da temperatura do corpo é geralmente considerada uma função dos centros termorregulatórios do hipotálamo. Neurônios sensoriais conhecidos como termorreceptores são localizados perifericamente na pele e centralmente no hipotálamo anterior. Estes sensores monitoram a temperatura da pele e a temperatura do centro do corpo, respectivamente, e mandam esta informação para o centro termorregulatório. O "termostato" hipotalâmico então compara o sinal de entrada com a temperatura desejada ecoordena a resposta fisiológica adequada para aumentar ou baixar a temperatura central (Fig. 22-20 e ). A perda de calor do corpo é promovida pela dilatação dos vasos sanguíneos na pele

750

Dee Unglaub Silverthorn

e pela sudorese. O ganho de calor é gerado pela termogênese com tremor e possivelmente pela termogênese sem tremor.

Alterações no fluxo de sangue cutâneo conservam ou liberam calor A perda de calor através da superfície da pele é regulada pelo controle do fluxo de sangue nos vasos sanguíneos cutâneos [cutis, pele] (vasos próximos à superfície da pele). Estes vasos sanguíneos podem captar calor doambiente por convecção e transferi-lo para o centro do corpo, ou podem perder calor para o ar circundante. O fluxo de sangue pelos vasos sanguíneos cutâneos varia desde próximo de zero, quando o calor precisa ser conservado, até quase um terço do débito cardíaco, quando o calor precisa ser liberado para o ambiente. O controle local influencia o fluxo de sangue cutâneo até certo ponto, possivelmente por meio de vasodilatadores produzidos pelo endotélio vascular. Contudo, a regulação neural é o fator determinante primário. A maioria das arteríolas no corpo está sob controle simpático tônico [$ p. 196]. Se a temperatura central do corpo cai, o hipotálamo seletivamente ativa neurônios simpáticos que inervam as arteríolas cutâneas. As arteríolas se contraem, aumentando sua resistência ao fluxo do sangue e desviando o sangue para vasos sanguíneos de menor resistência no interior do corpo. Esta resposta mantém o sangue central mais quente afastado da superfície da pele mais fria, reduzindo assim a perda de calor. Em temperatura quentes, o oposto acontece: as arteríolas cutâneas dilatam para aumentar o fluxo sanguíneo próximo da superfície da pele e aumentar a perda de calor. Na pele das extremidades, a vasodilatação resulta da redução da estimulação simpática. Na pele fora das extremidades, a vasodilatação é mediada por neurônios simpáticos especializados que secretam acetilcolina. Ainda permanece não esclarecido se o efeito é direto ou mediado pela bradicinina ou por outras substâncias vasodilatadoras parácrinas. REVISANDO CONCEITOS 19. Qual o neurotransmissor e o receptor do neurotransmissor que medeia a vasoconstrição cutânea? 20. Quais observações poderiam ter indicado aos pesquisadores que descobriram os neurônios simpáticos que secretam Ach para que fossem classificados como simpáticos, em vez de parassimpáticos? (Dica: $ p. 389.) Respostas: p. 756

A sudorese contribui para a perda de calor A perda de calor da superfície é aumentada pela evaporação do suor. Segundo algumas estimativas, o tegumento humano possui entre 2 e 3 milhões de glândulas sudoríferas. As concentrações mais altas são encontradas na testa, no couro cabeludo, nas axilas, nas palmas das mãos e nas solas dos pés. As glândulas sudoríferas são constituídas de epitélio transportador. As células profundas da glândula secretam .... uma solução isotônica similar ao líquido intersticial. A medida que este líquido percorre o dueto em direção à pele, o NaCl é reabsorvido resultando em suor hipotônico. Um valor típico para a produção de suor é 1,5 L/h. Com a aclimatação ao clima quente, algumas pessoas suam a taxas de 4 a 6 L/h. Contudo, elas podem manter esta alta taxa apenas por curtos períodos a não ser que estejam ingerindo líquidos

para repor o volume de líquido perdido. A produção de suor é regulada pelos neurônios simpáticos colinérgicos. O resfriamento pela perda de calor evaporativo depende da evaporação da água do suor na superfície da pele. Como a água evapora rapidamente em ambientes secos, mas lentamente ou não evapora em ambientes úmidos, a capacidade do corpo de suportar as altas temperaturas está diretamente relacionada à umidade relativa do ar. A combinação de calor e umidade é expressa pelos meteorologistas como índice de calor ou humidex. O ar movendo-se por uma superfície da pele suada aumenta a evaporação mesmo com umidade alta, e é uma das razões pelas quais os ventiladores são úteis em climas quentes.

O movimento e o metabolismo produzem calor A produção de calor pelo corpo é classificada em duas categorias: (1) produção de calor não regulada devido à contração dos músculos voluntários e das rotas metabólicas normais, e (2) produção de calor regulada para a manutenção da homeostase da temperatura corporal quando em temperaturas ambientais baixas. A produção de calor regulada é subdividida em termogênese com tremor e termogênese química (sem tremor) (Fig. 22-19). Na termogênese com tremor, o corpo usa o calafrio (tremor rítmico causado pela contração do músculo esquelético) para gerar calor. Sinais do centro termorregulador hipotalâmico iniciam esses tremores do músculo esquelético. O tremor do músculo gera cinco ou seis vezes mais calor do que o músculo em repouso. O tremor pode ser parcialmente suprimido por controle voluntário. A termogênese sem tremor é a produção de calor metabólico por outros meios que não o tremor. Em animais de laboratório como os ratos, a exposição ao frio aumenta significativamente a produção de calor pela gordura marrom [ ~ p. 82]. O mecanismo da produção de calor pela gordura marrom é o desacoplamento mitocondrial. Neste processo, a energia que flui pelo sistema transportador de elétrons [$ p. 111] é liberada como calor, ao invés de ser retida no ATP. O desacoplamento mitocondrial em resposta ao frio é promovido pelos hormônios da tireoide e pelo aumento da atividade simpática. A importância da termogênese sem tremor em humanos adultos ainda não está clara. Os humanos nascem com significativa quantidade de gordura marrom, encontrada principalmente na área interescapular (entre as escápulas). Em recémnascidos, a termogênese sem tremor nesta gordura marrom contribui significativamente para elevar e manter a temperatu, ra do corpo. A medida que as crianças crescem, contudo, a gordura branca gradualmente substitui a maior parte da gordura marrom. A gordura marrom que permanece é muito difícil de ser estudada porque a metodologia experimental necessária para fazê-lo requer que a gordura seja extraída do corpo. As respostas do corpo às altas e baixas temperaturas são resumidas na Figura 22-21 e . Em ambientes frios, o corpo tenta reduzir a perda de calor enquanto aumenta a produção de calor interno. Em temperaturas quentes, ocorre o oposto. Observe na Figura 22-21 que respostas comportamentais voluntárias desempenham um papel significativo na regulação da temperatura. Nós reduzimos nossa atividade no clima quente, diminuindo a produção de calor pelos músculos.

Fisiologia Humana

Temperatura ambiental alta

Temperatura ambiental baixa

Maximizar a perda de calor

,_

-

,_

• Vasodilatação dos vasos sanguíneos cutâneos • Sudorese aumentada • Uso de ventiladores para aumentar a perda de calor por convecção • Imersão em água para aumentar a perda de calor por condução • Manter-se longe do sol para evitar ganho de calor radiante • Remoção de roupas ,_

·-•

FIGURA 22-21

Maximizar a produção de calor -

• Termogênese com tremor

-

Diminui r a ingestão de alimentos para diminuir a produção obrigatória de calor

• Respostas comportamentais • Diminuição da atividade física

•

M inimizar a perda de calor • Vasoconstrição dos vasos sanguíneos cutâneos • Diminuição da sudorese • Respostas comportamentais • Adicionar camadas de roupa protetora • Enroscar-se para diminuir a superfície exposta • Ficar próximo de uma fonte de calor para aumentar o ganho de calor rad iante

• Respostas comportamentais

Minimizar a produç ão de calor

751

• Termogênese sem tremor (não comprovada em humanos) • Respostas comportamentais • Aumento da atividade voluntária (bater os pés, etc.)

Respostas homeostáticas para extremos de temperatura ambiente.

Em clima frio, usamos roupas extras, colocamos as mãos nas axilas, ou nos enroscamos como uma bola para diminuir a perda de calor.

O termostato do corpo pode ser ajustado As variações na regulação da temperatura do corpo podem ser fisiológicas ou patológicas. Exemplos de variações fisiológicas incluem o ritmo circadiano da temperatura do corpo, variações durante o ciclo menstrual, fogachos na pós-menopausa e febre. Estes processos compartilham um mecanismo comum: o reajuste do termostato hipotalâmico. Os fogachos parecem ser uma diminuição transitória do ponto de ajuste do termostato causada pela ausência de estrogênio. Quando o ponto de ajuste é mais baixo, uma temperatura ambiente que antes era confortável subitamente é percebida como muito quente. Este desconforto dispara a resposta termorreguladora usual para o calor, incluindo sudorese e vasodilatação cutânea, o que leva à ruborização da pele. Por muitos anos, a febre foi considerada uma resposta patológica à infecção, mas agora é considerada parte da resposta imunitária normal do corpo. As toxinas provenientes de bactérias e de outros patógenos desencadeiam a liberação de substâncias químicas conhecidas como pirogênios fpiro, fogo] a partir de vários imunócitos. Os pirogênios são citocinas produtoras de febre que também têm muitos outros efeitos. Experimentalmente, algumas interleucinas (IL-1, IL-6), alguns interferons e o fator de necrose tumoral são indutores de febre. Eles induzem a febre por reajustar o termostato hipotalâmico em um ponto superior. A temperatura ambiente normal é percebida como muito fria e o paciente começa a tremer, gerando calor adicional. Os pirogênios podem tam-

bém aumentar a termogênese sem tremor, provocando aumento da temperatura do corpo. O significado adaptativo da febre ainda não está claro, mas ela parece aumentar a atividade dos leucócitos envolvidos na resposta imunitária. Por esta razão, algumas pessoas questionam se pacientes com febre devem tomar aspirina e outros antitérmicos simplesmente por uma questão de conforto. Entretanto, a febre alta pode ser perigosa, uma vez que uma febre de 41 ºC por mais do que um breve período causa danos ao encéfalo. Condições patológicas nas quais a temperatura do corpo sai da faixa normal incluem diferentes estados de hiperterrnia e hipoterrnia. A exaustão por calor e o choque por calor são as formas mais comuns de hipertermia, uma condição na qual a temperatura do corpo aumenta para valores anormalmente altos. A exaustão por calor é caracterizada por grave desidratação e temperatura central do corpo de 37,5 a 39ºC. Os pacientes podem apresentar câimbras musculares, náuseas e dor de cabeça. Eles geralmente estão pálidos e suando profusamente. A exaustão por calor muitas vezes ocorre em pessoas que estão fisicamente ativas em climas úmidos e quentes, para os quais elas não estão aclimatadas. Ela também ocorre em idosos, nos quais a capacidade de termorregulação está diminuída. Choque por calor é a forma mais grave de hipertermia, com temperatura central do corpo mais alta. A pele geralmente se torna ruborizada e seca. O resfriamento imediato e rápido destes pacientes é importante, uma vez que as enzimas e outras proteínas começam a desnaturar em temperaturas acima de 41 ºC. A mortalidade do choque por calor é de aproximadamente 50%. Hipertermia maligna, na qual a temperatura do corpo se torna anormalmente elevada, é uma condição determinada geneticamente. Um defeito nos canais de Ca2 + do múscu-

22

752

Dee Unglaub Silverthorn

lo esquelético libera muito mais Ca2 + para o citoplasma. Enquanto os transportadores celulares trabalham para mover o Ca2 + de volta para as mitocôndrias e o retículo sarcoplasmático, o calor liberado da hidrólise do ATP aumenta substancialmente a temperatura do corpo. Alguns investigadores têm sugerido que uma versão leve deste processo desempenha um papel na termogênese sem tremor em mamíferos. A hipotermia, uma condição na qual a temperatura do corpo cai anormalmente, também é uma condição perigosa. Quando a temperatura central do corpo cai, as reações enzimáticas ficam mais lentas e a pessoa perde a consciência. Quando o metabolismo diminui, o consumo de oxigênio também diminui. Vítimas de afogamento em águas frias podem algumas vezes ser recuperadas sem dano ao encéfalo se elas entraram

num estado de hipotermia. Esta observação levou ao desenvolvimento de hipotermia induzida em certos procedimentos cirúrgicos, como as cirurgias do coração. O paciente é resfriado para 21 a 24ºC, de maneira que a demanda tecidual por oxigênio pode ser atendida pela oxigenação artificial do sangue quando ele passa por uma bomba de circulação extracorpórea. Após a cirurgia ter sido finalizada, o paciente é gradualmente reaquecido. REVISANDO CONCEITOS Por que uma cama d'água deve ser aquecida para permitir que uma pessoa durma confortavelmente? 22. Uma pessoa que está se exercitando ao ar livre vai se superaquecer mais rap idamente quando a umidade do ar é baixa ou alta? Respostas: p. 756

Transtornos alimentares Nicole f inalmente concordou em ter um aconselhamento e entrar em um programa de tratamento da anorexia nervosa (AN). Ela teve sorte - o seu punho iria melhorar, e as suas complicações clín icas poderiam ter sido bem piores. Após ter visto Nicole e discutido a sua anorexia, Sara também percebeu que precisaria ter um aconselhamento. Embora já não estivesse dançando, Sara ainda usava medicamentos para emagrecer, diuréticos e laxantes, quando ficava incomodada com seu peso, e tinha iniciado uma fase de excessos e purificação - comendo muito mais que o normal quando estava estressada e depois forçando o vômito para evitar qualquer

ganho de peso. Este é o comportamento-padrão da bulimia nervosa (BN), uma condição tão séria quanto a AN, e se est ima que afeta 4o/o das mulheres. Seus efeitos f isiológicos e tratamentos são similares aos da AN. Para aprender mais sobre anorexia e bulimia, busque a página da Nacional Association of Anorexia Nervosa e Associated Disorders em www.anad.org ou www.nationaleatingdisor-

ders.org. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Se você quantificasse os níveis de leptina de Nicole, o que esperaria encontrar?

A leptina é um hormônio secretado pelo tecido ad iposo.

Nicole tem pouco tecido adiposo, de modo que ela teria baixos níveis de leptina.

2

Você espera que Nicole tenha níveis elevados ou baixos de neuropeptídeo Y?

O NPY é in ibido pela leptina. O NPY estimu la o centro da fome .

Como seu nível de leptina é baixo, você pode prever que o NPY estará elevado e estimulará a ingestão. Contudo, o centro da fome é afetado por outros fatores além do NPY (Figura 22-1). Estudos do encéfalo de pacientes com anorexia mostraram altos níveis de CRH (Tabela 22-1), o qua l se opõe ao NPY e dim inui a ingestão alimentar.

3

Como é chamado o distúrbio do K+ de Nicole? Qual efeito esse distúrbio do K+ tem no potencia l de membrana em repouso das suas célu las?

O K+ de Nicole é 2,5 mEq/L, e o normal é 3,5 a 5 mEq/L.

Baixo K+ no plasma é chamado de h ipocalem ia. A hipocalemia faz com que o potencial de membrana hiperpolarize [ $ p. 272).

4

Por que o Dr. Ayani quer monitorar a função cardíaca de Nicole?

O múscu lo cardíaco é um tecido excitável cuja atividade depende de mudanças no potencial de membrana.

A hipocalemia pode alterar o potencial de membrana das células cardíacas marcapasso e das células contráteis e causar uma arritmia cardíaca potencialmente fatal.

Fisiologia Humana

753

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

5

Com base no seus valores clínicos, como está o equiíbrio ácido-base de Nicole?

O pH de Nicole é 7,52, e seu HC03- p lasmático está elevado (40 mEq/L).

O pH normal é 7,38-7,42, de modo que ela está em alcalose. Seu HC0 3- e levado indica alcalose metabólica. A causa provavelmente é a indução do vômito e a perda de HCI do estômago.

6

Com base no que você aprendeu nos Capítulos 14 e 15 sobre a frequência cardíaca e pressão sanguínea, pense por que Nicole tem pressão sanguínea baixa com um pu lso rápido.

Sua pressão sanguínea é 80/50 (baixa) e seu pulso é 90 (a lto).

Normalmente, o aumento da frequência cardíaca aumentaria a pressão do sangue. Neste caso, o aumento do pu lso é uma tentativa compensatória de aumentar sua baixa pressão sanguínea. A baixa pressão do sangue provavelmente resulta da desidratação.

7

Você espera que os níveis de ren ina e aldosterona de Nicole sejam nor mais, e levados ou baixos? Como esses níveis se relacionam com seu distúrbio de K+?

Todos os estímu los primários para a secreção de renina são associados com a baixa pressão sanguínea. A ren ina inicia a via RAA que estimula a secreção de aldosterona.

Pelo fato de a pressão sanguínea de Nicole ser baixa, você esperaria níveis e levados de renina e de aldosterona. A aldosterona promove a secreção renal de K+, o que diminuiria sua carga corporal de K+. Ela provavelmente também tem baixa ingestão de K+ na dieta, o que contribui para sua hipocalemia.

8

Cite algumas possíveis razões para que Nicole tenha se sentido fraca durante os ensaios de dança.

No metabolismo do estado de jejum, o corpo degrada o múscu lo esquelético.

A perda de proteínas do músculo esquelético, a hipoca lemia e a possível hipoglicemia podem ser causas da fraqueza de Nicole.

9

Por que um agonista do NPY pode ajudar nos casos de anorexia?

O NPY estimu la o centro da fome.

Um agonista do NPY pode estimu lar o centro da fome e ajudar Nicole a querer se alimentar.

22 RESUMO DO CAPÍTULO O equilíbrio energético no corpo significa que a entrada de energia é igual à sua saída. O mesmo princípio de equilíbrio se aplica ao metabolismo: a quantidade do nutriente em cada pool de nutrientes do corpo depende da sua entrada e saída. A homeostase da glicose é um dos objetivos mais importantes da regulação do metabolismo, pois sem glicose adequada, o encéfalo é incapaz de funcionar. O fluxo de material por rotas bioquímicas do metabolismo depende das interações moleculares de substratos e de enzimas.

Apetite e saciedade 1. O hipotálamo contém um centro da fome tonicamente ativo e um centro da saciedade que inibe o centro da fome. (p. 725) 2. A concentração de glicose plasmática (teoria glicostática) e o conteúdo de gordura do corpo (teoria lipostática) influenciam a ingestão alimentar. (p. 725)

3. A ingestão alimentar é influenciada por vários peptídeos, incluindo leptina, neuropeptídeo Y e grelina. (p. 725; Fig. 22-1)

Equilíbrio energético 4. No equilíbrio energético, a entrada de energia é igual à saída de energia. (p. 727) 5. O corpo usa energia para trabalho de transporte, movimento e químico (p. 727) 6. O conteúdo de energia dos alimentos é mensurado pela calorimetria direta. (p. 727) 7. A medida do consumo de oxigênio é o método mais comum de estimar o gasto de energia. (p. 728) 8. O quociente respiratório (QR) ou razão de troca respiratória (RER) é a razão entre a produção de C02 e o consumo de 0 2 • O QR varia com a dieta. (p. 728)

754

Dee Unglaub Silverthorn

9. A taxa metabólica basal (TMB) é a taxa metabólica mais baixa do indivíduo. Taxa metabólica (kcal/dia) = L de 0 2 consumido/ dia x kcal/L de 0 2 • (p. 728) 10. A termogênese induzida pela dieta é um aumento na produção de calor após uma refeição. (p. 728) 11. Glicogênio e gordura são as duas formas primárias de armazenamento de energia no corpo humano. (p. 729)

23.

24.

Metabolismo 12. Metabolismo é toda reação química que extrai, usa ou armazena energia. (p. 729; Figs. 22-2, 22-3) 13. Rotas anabólicas combinam pequenas moléculas para sintetizar moléculas maiores. Rotas catabólicas quebram moléculas grandes em moléculas menores. (p. 729) 14. O metabolismo é dividido em estado alimentado (absortivo) e estado de jejum (pós-absortivo). O estado alimentado é anabólico; o estado de jejum é catabólico. (p. 729)

25. 26.

27.

15. A glicogênese é a síntese de glicogênio. A glicogenólise é a quebra do glicogênio. (p. 730; Fig. 22-4)

28.

16. A gliconeogênese é a síntese da glicose a partir de precursores não carboidratos, especialmente aminoácidos. (p. 731)

29.

17. A gordura ingerida entra na circulação como quilomícrons. A lipoproteína lipase remove triacilgliceróis, deixando os quilo, m1crons remanescentes para serem capturados e metabolizados pelo fígado. (p. 734; Fig. 22-5) 18. O fígado secreta complexos de lipoproteína, tais como C-LDL e CHDL. Apoproteínas A e B são ligantes para a endocitose mediada por receptor dos complexos de lipoproteína. (p. 734; Fig. 22-5) 19. C-LDL elevado e baixo C-HDL no sangue são fatores de risco para doença cardíaca coronariana. Os tratamentos para baixar o colesterol diminuem a absorção ou a síntese do colesterol ou aumentam a eliminação do colesterol. (p. 734) 20. A função do metabolismo do estado de jejum é manter a concentração de glicose plasmática adequada, porque a glicose é normalmente o único combustível que o encéfalo pode metabolizar. (p. 735; Fig. 22-7) 21. No estado de jejum, o fígado produz glicose a partir do glicogênio e de aminoácidos. A beta oxidação dos ácidos graxos forma corpos cetônicos ácidos. (p. 736; Fig. 22-7).

30.

31.

diminui a glicose plasmática. O glucagon predomina no estado de jejum e aumenta a glicose plasmática. (p. 736; Figs. 22-9, 2210) As ilhotas de Langerhans secretam insulina e amilina a partir das células beta, glucagon das células alfa e somatostatina das células D. (p. 736; Fig. 22-8) O aumento da glicose plasmática e dos níveis de aminoácidos estimula a secreção de insulina. Os hormônios GI e o estímulo parassimpático amplificam sua secreção. Sinais simpáticos inibem a secreção de insulina. (p. 738) A insulina liga-se a um receptor tirosina dnase e ativa múltiplos substratos do receptor de insulina. (p. 739; Fig. 22-11) Os principais tecidos-alvo da insulina são o fígado, o tecido adiposo e o músculo esquelético. Alguns tecidos são independentes da insulina. (p. 739) A insulina aumenta o transporte da glicose para o músculo e o tecido adiposo, bem como a utilização e o armazenamento da glicose e da gordura. (pp. 739-741; Figs. 22-12, 22-14) O glucagon estimula a glicogenólise e a gliconeogênese. (p. 742; Figs. 22-15) O diabete melito é uma família de distúrbios caracterizados pela secreção ou atividade anormal da insulina que causam hiperglicemia. No diabete do tipo 1, as células beta pancreáticas são destruídas por anticorpos. No diabete do tipo 2, os tecidosalvo não respondem normalmente à insulina. (p. 742-743) O diabete do tipo 1 é caracterizado por catabolismo do músculo e do tecido adiposo, glicosúria, poliúria e cetoacidose metabólica. O diabete do tipo 2 tem menos sintomas agudos. Em ambos os tipos, as complicações incluem aterosclerose, alterações neurológicas e problemas com os olhos e os rins. (pp. 743, 745; Fig. 22-16) Síndrome metabólica é uma condição na qual a pessoa tem obesidade central, níveis elevados de glicose em jejum e lipídeos elevados. Estas pessoas apresentam alto risco de desenvolver doença cardiovascular. (p. 74 7)

Regulação da temperatura do corpo 32. A homeostase da temperatura do corpo é controlada pelo hipotálamo. (p. 749)

Controle homeostático do metabolismo

33. A perda de calor do corpo ocorre por irradiação, condução, convecção e evaporação. A perda de calor é promovida pela vasodilatação cutânea e pela sudorese. (p. 748; Fig. 22-19)

22. A regulação do metabolismo hora-a-hora depende da razão insulina/glucagon. A insulina predomina no estado alimentado e

34. O calor é gerado por termogênese com tremor e termogênese sem tremor. (p. 750; Fig. 22-19, 22-20)

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Defina rota metabólica, anabólica e catabólica. 2. Liste e explique brevemente as três formas de trabalho biológico.

3. Defina uma quilocaloria. O que é calorimetria direta? 4. O que é o quociente respiratório (QR)? Qual é o valor típico de QR para a dieta norte-americana? 5. Defina taxa metabólica basal (TMB). Sob que condições ela é mensurada? Por que a TMB média difere em homens e mulheres adultos? Liste pelo menos outros quatro fatores além do sexo que podem afetar a TMB em humanos. 6. Quais são os três destinos gerais das biomoléculas no corpo?

7. Quais são as principais diferenças entre o metabolismo nos estados absortivo e pós-absortivo? 8. O que é um pool de nutrientes? Quais são os três pools de nutrientes primários do corpo? 9. Qual é o principal objetivo do metabolismo no estado de jejum? 10. De que forma o excesso de energia é armazenado no corpo? 11. Quais são os três possíveis destinos para as proteínas ingeridas? E para as gorduras ingeridas? 12. Cite os dois hormônios que regulam o metabolismo da glicose e explique qual o efeito que cada hormônio tem na concentração da glicose sanguínea.

Fisiologia Humana

13. Quais moléculas não carboidrato podem ser transformadas em glicose? Como são chamadas as rotas pelas quais estas moléculas são convertidas em glicose? 14. Sob quais circunstâncias os corpos cetônicos são formados? A partir de qual biomolécula os corpos cetônicos são formados? Como eles são usados no corpo e por que a sua formação é potencialmente perigosa? 15. Cite dois estímulos que aumentam a secreção da insulina e um estímulo que inibe a secreção de insulina. 16. Quais são os dois tipos de diabete melito? Em que suas causas e sintomas básicos diferem? 17. Quais fatores liberam glucagon? Qual órgão é o principal alvo do glucagon? Qual(is) efeito(s) o glucagon produz? 18. Defina os termos que seguem e explique o significado fisiológico de cada um: (a) Lipoproteína lipase (e) Apoproteína (b) Amilina (f) Leptina (c) Grelina (g) Diurese osmótica (h) Resistência à insulina (d) Neuropeptídeo Y 19. Que efeitos a insulina tem sobre a: (d) Lipogênese (a) Glicólise (e) Síntese de proteínas (b) Gliconeogênese (c) Glicogênese

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 20. Mapa conceitual. Desenhe um mapa conceitual que compare o estado alimentado e o estado em jejum. Para cada estado, compare o metabolismo no músculo esquelético, no encéfalo, no tecido adiposo e no fígado. Indique quais hormônios são ativos em cada estado e em que pontos eles exercem sua influência. 21. Examine os gráficos da secreção de insulina e de glucagon na Figura 22-10. Por que alguns pesquisadores concluem que a razão destes dois hormônios determina se a glicose é armazenada ou removida do armazenamento? 22. Defina, compare e diferencie ou relacione os termos em cada um dos seguintes conjuntos: (a) Glicose, glicogenólise, glicogênese, gliconeogênese, glucagon, glicólise (b) Termogênese com tremor, termogênese sem tremor, termogênese induzida pela dieta (c) Lipoproteínas, quilomícrons, colesterol, C-HDL, C-LDL, apoproteínas (d) Calorimetria direta e indireta (e) Perda de calor condutiva, perda de calor radiante, perda de calor convectiva, perda de calor evaporativa (f) Estado absortivo e estado pós-absortivo 23. Descreva (ou mapeie) os eventos fisiológicos que levam aos seguintes sinais ou sintomas em um diabético do tipo 1: (a) Hiperglicemia (b) Glicosúria (c) Poliúria

755

(d) Cetose (e) Desidratação (f) Sede intensa 24. Insulina e glucagon são liberados após a ingestão de uma refeição proteica que aumenta os níveis de aminoácidos no plasma. Por que a secreção de ambos os hormônios é necessária? 25. Explique a teoria atual do controle da ingestão alimentar. Use os seguintes termos na sua explicação: hipotálamo, centro da fome, centro da saciedade, apetite, leptina, NPY neuropeptídeos. 26. Compare a termorregulação humana em um ambiente quente e em um ambiente frio.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 27. Scott é um fisiculturista que consome grande quantidade de suplementos de aminoácidos por acreditar que eles aumentarão sua massa muscular. Ele acredita que os aminoácidos que consome serão armazenados no seu corpo até que sejam necessários. Scott está correto? Explique. 28. Desenhe e identifique um gráfico mostrando o efeito da secreção de insulina na concentração da glicose plasmática. 29. Um dos debates na terapia de reposição de líquidos para a cetoacidose diabética é se deve ser administrado bicarbonato. Embora geralmente seja aceito que o bicarbonato deve ser dado se o pH do sangue do paciente é< 7,1 (ameaça à vida), a maioria das autoridades não dá bicarbonato em outra circunstância. Uma razão para não administrar bicarbonato se relaciona à capacidade de ligação do oxigênio à hemoglobina. Na cetoacidose diabética, os pacientes têm baixos níveis de 2,3-DPG [$ p. 608]. Quando a acidose é corrigida rapidamente, o 2,3-DPG é muito mais lento para se recuperar e pode levar 24 horas ou mais para retornar ao normal. Desenhe e identifique um gráfico da curva normal de dissociação do oxigênio [ $- p. 607]. Explique brevemente e desenhe linhas no mesmo gráfi.co para mostrar:

(a) O que acontece com a liberação de oxigênio durante a cetoacidose diabética devido à acidose e aos baixos níveis de 2,3-DPG. (b) O que acontece com a liberação do oxigênio quando a acidose metabólica é corrigida rapidamente com bicarbonato.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 30. Um modo de estimar a obesidade é calcular o índice de massa corporal (IMC) da pessoa. Um índice de massa corporal maior do que 25 (para homens) ou 30 (para mulheres) é considerado um sinal de obesidade. Calcule seu IMC dividindo seu peso em quilogramas pelo quadrado de sua altura em metros: kg/m 2• 31. Qual é o conteúdo calórico de uma porção de espaguete e almôndegas que contém 6 g de gordura, 30 g de carboidratos e 8 g de proteínas? Qual a porcentagem de calorias que vem da gordura?

22

756

Dee Unglaub Silverthorn

RESPOSTAS . /Respostas para as questões de ••Revisando conceitos·· Página 726 1. O centro da fome faz com que o animal coma, e o centro da saciedade faz com que o animal pare de comer. Ambos os centros estão localizados no hipotálamo. 2. O problema pode envolver responsividade anormal do tecido - uma célula-alvo sem receptores de leptina ou receptores defeituosos. Também pode haver um problema na via de segundo mensageiro/transdução de sinal. Página 729 3. Os sete fatores são idade, sexo, massa muscular magra, atividade, dieta, hormônios e genética. 4. Um grama de gordura contém duas vezes mais energia do que 1 grama de glicogênio. 5. C6H 120 6 + 6 0 2 ~ 6 C02 + 6 H 20 6. QR = C02 /0 2 = 6/6 = 1 Página 732 7. Glicogênese é a síntese de glicogênio; gliconeogênese é a síntese de glicose a partir de aminoácidos ou glicerol. 8. Os transportadores GLUT são transportadores passivos de difusão facilitada. Página 735 9. Os sequestradores de ácidos biliares e ezetimibe deixam sais biliares e colesterol no lúmen do intestino para serem excretados; assim, os possíveis efeitos colaterais são fezes gordurosas e moles e absorção inadequada de vitaminas lipossolúveis. Página 736 10. Os aminoácidos usados para gerar energia tornam-se piruvato ou entram no ciclo do ácido cítrico. 11. O colesterol plasmático é ligado a uma proteína carreadora e não pode difundir-se através da membrana celular. Página 741 12. Os tecidos-alvo primários da insulina são o fígado, o músculo e o tecido adiposo. 13. Se a captação da glicose dependesse da insulina, o intestino, o túbulo renal e os neurônios não poderiam absorver a glicose no estado de jejum. Os neurônios usam exclusivamente glicose para o metabolismo e sempre devem ser capazes de captá-la. 14. Durante a resposta de luta-ou-fuga, o músculo esquelético necessita de glicose para gerar energia. A inibição da secreção de insulina faz o fígado liberar glicose no sangue e impede as células adiposas de removê-la, deixando mais glicose disponível para o músculo em exercício, o qual não requer insulina para a captação da glicose.

Página 742 15. Glicogenólise e gliconeogênese produzem glicose, mas a glicogenólise faz isso via quebra do glicogênio, e a gliconeogênese usa aminoácidos ou glicerol para sintetizar nova glicose. Página 747 16. A insulina é uma proteína e é digerida se administrada por via oral. 17. Embora pacientes desidratados possam ter elevada concentração plasmática de K+, sua quantidade total de K+ está abaixo do normal. Se o volume de líquido é restaurado até o normal sem adição de K+, resultará em uma concentração de K+ abaixo do normal. 18. A sitaglipina inibe a DPP-4, a enzima que degrada o GLP-1 e o GIP. Prolongando a ação desses dois hormônios intestinais, a liberação de insulina aumenta e a digestão toma-se mais lenta, o que dá mais tempo às células para captarem e usarem a glicose absorvida. Página 750 19. A noradrenalina liga-se ao receptor-a para provocar vasoconstrição. 20. Os pesquisadores provavelmente classificaram os neurônios como simpáticos por causa do local de onde eles saem da medula espinal. Página 752 , 21. Agua mais fria do que a temperatura corporal retira calor do corpo por transferência de calor condutiva. Se esta perda excede a produção de calor do corpo, a pessoa sente frio.

22. Uma pessoa se exercitando em um ambiente úmido perde o benefício do resfriamento evaporativo e é provável que superaqueça mais rapidamente.

Respostas para as questões da figura e do gráfico Página 731 Figura 22-3: 1. (a) próximo da seta para cima de G-6-P para glicogênio, (b) próxima à seta de ácidos graxos para acetil CoA, (c) próximo à seta de acetil CoA para ácidos graxos, (d) próximo à seta para baixo do glicogênio para G-6-P, (e) no sistema de transporte de elétrons. 2. Não, os aminoácidos que entram no ciclo do ácido cítrico não podem ser usados para fazer glicose porque a etapa do piruvato a acetil CoA não é reversível. Página 735 Figura 22-6: A redução de 190 para 160 mg/dL tem o maior efeito.

. ocr1no ,

•

o ismo

Revisão de princípios endócrinos

770

Glicocorticoides suprarrenais (adrenais)

771

759

O córtex suprarrena l secreta hormônios esteroides 760 A secreção de cortisol é controlada pelo ACTH 761 O cortisol é essencial para a vida 762 O cortisol é um medicamento útil 762 As disfunções do cortisol resultam de excesso ou falta do hormônio 763 O CRH e o ACTH possuem outras funções fisiológ icas

Hormônios da tireoide 764 766 767

Os hormônios da t ireoide contêm iodo Os hormônios da t ireoide af etam a qualidade de vida O TSH controla a glândula tireoide

Hormônio do crescimento 769

O hormônio do crescimento é essencial para o crescimento normal O hormônio do crescimento humano produzido geneticamente levanta questões éticas

Crescimento dos tecidos e dos ossos 771 771

O crescimento dos tecidos requer hormônios e substâncias parácrinas O crescimento ósseo requer quantidades adequadas de cálcio na dieta

Equilíbrio do cálcio 773

As concentrações de cá lcio no plasma são rigorosamente regu ladas 774 Três hormônios controlam o equi líbrio do cálcio 777 As homeostases do cá lcio e do fosfato estão associadas 777 A osteoporose é uma doença de perda óssea

O hormônio do crescimento é anabólico

CONHECIMENTOS BÁSICOS Matriz:

80 Metabolismo intermediário: 105 Hormônios peptídeos: 221 Hormônios esteroides: 222 Vias de controle dos hormônios hipofisários: 229 Permissividade: 234 Disfunções endócrinas primárias e secundárias:

237

Medula suprarrenal:

394

Distúrbios da ação dos hormônios serão causas mais comuns de endocrinopatias do que os estados de excesso ou deficiência de hormônios combinados. -Jean D. Wilson Endocrinology: Survival as a discipline in the 21st century? Annual Reviews of Physiology 62:947-950, 2000

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Hiperparatireoidismo "Ossos quebrados, pedras nos rins, desconforto abdom inal e queixas psíquicas".* Estudantes de medicina memorizam estas palavras quando estudam hiperparatireoidismo, uma doença em que as glândulas paratireoides [ $ Fig. 7-2, p. 21 8] produzem excesso do hormônio paratireoide (PTH). A Dra. Adiaha Spinks recorda o ditado à medida que examina o Prof. Bob Magruder, que chegou ao seu consultório com dor devido a um cálcu lo renal alojado no ureter. Quando questionado sobre seus sintomas, o Prof. Magruder também mencionou dor nos ossos da canela, fraqueza muscular, indisposição estomacal e um vago sentimento de depressão. "Eu pensei que isso tudo fosse estresse devido à publicação do meu livro", disse ele. Para a Dra. Spinks, entretanto, a combinação de sintomas do prof. Magruder faz suspeitar que ele esteja sofrendo de hiperparatireoidismo.

1.60

763

771

717

178

m 1998, Mark McGwire foi notícia quando rebateu 70 home runs, ultrapassando o recorde de Roger Maris -..estabelecido em 1961. McGwire também criou uma tempestade de controvérsias quando admitiu tomar androstenediona, um pró-hormônio esteroide que aumenta o desempenho e que foi banido pelo Comitê Olímpico Internacional e outros grupos, mas não pelo beisebol profissional. Como resultado da controvérsia, o Congresso aprovou o Ato dos Esteroides Anabólicos de 2004, que torna a androstenediona e alguns outros pró-hormônios esteroides substâncias controladas disponíveis apenas por prescrição médica. O que é este pró-hormônio e por que é tão controverso? Você aprenderá mais sobre androstenediona neste capítulo quando discutirmos os hormônios que desempenham um papel na regulação a longo prazo do metabolismo e do crescimento. Em indivíduos normais, esses hormônios podem ser difíceis de serem estudados porque seus efeitos são sutis, e suas interações uns com os outros são complexas. Consequentemente, muito do que conhecemos sobre endocrinologia vem dos estudos das condições patológicas nas quais um hormônio é hipersecretado ou subsecretado. Atualmente, contudo, avanços na biologia molecular e no uso de modelos animais transgênicos têm permitido aos cientistas aprender mais sobre a ação dos hormônios em nível celular.

REVISÃO DE PRINCÍPIOS ENDÓCRINOS Antes de estudarmos os diferentes hormônios, vamos revisar brevemente alguns princípios básicos e padrões da endocrinologia que foram introduzidos no Capítulo 7. * N. de R. T. Na tradução para o português, perde-se a rima que facilita a

memorização: "stones, bones, abdominal groans, psychic moans".

1. Sistema de controle hipotalâmico-hipofisário [ $ p. 228]. Vários dos hormônios descritos nesse capítulo são controlados por hormônios tróficos hipotalâmicos e da adeno-hipófise. 2. Padrões de retroalimentação [ $ p. 230]. O sinal de retroalimentação negativa para uma via endócrina simples é a resposta sistêmica ao hormônio. Por exemplo, a secreção de insulina é interrompida quando a concentração de glicose no sangue diminui. Em vias complexas que usam o sistema de controle hipotalâmico-hipofisário, o sinal de retroalimentação pode ser o próprio hormônio. Em estados patológicos, as células endócrinas podem não responder adequadamente aos sinais de retroalimentação. 3. Receptores hormonais [ ~ p. 222]. Os receptores hormonais podem estar na superfície da célula ou no interior da célula. 4. Resposta celular [ ~ p. 222]. Geralmente, as célulasalvo dos hormônios respondem alterando proteínas existentes ou produzindo novas proteínas. A distinção histórica entre as ações dos hormônios peptídeos e os hormônios esteroides não é mais válida. Alguns hormônios esteroides exercem efeitos rápidos não genômicos e alguns hormônios peptídeos alteram a transcrição e a tradução. 5. Modulação da resposta da célula-alvo [ $ p. 194]. A quantidade de hormônio ativo disponível para a célula, e o número e a atividade dos receptores da célula-alvo, determinam a magnitude da resposta da célula-alvo. A célula pode regular para cima ou regular para baixo seus receptores para alterar sua resposta. As células que não possuem receptores hormonais são não responsivas. 6. Disfunções endócrinas[ $ p. 235]. As disfunções endócrinas resultam de (a) excesso de secreção hormonal, (b) secreção hormonal inadequada e (c) resposta anormal da célula-alvo ao hormônio. Parece que a falha da célula-alvo em responder apropriadamente ao seu hormônio é a principal causa dos distúrbios endócrinos. Nas seções seguintes, primeiro examinaremos os corticosteroides da suprarrenal e hormônios da tireoide, dois grupos de hormônios que influenciam o metabolismo a longo prazo. Consideraremos depois o controle endócrino do crescimento.

GLICOCORTICOIDES SUPRARRENAIS {AD RENAIS) A glândula adrenal ou suprarrenal, assim como a hipófise, é constituída de dois tecidos embriologicamente distintos que se juntam durante o desenvolvimento. Este órgão complexo secreta múltiplos hormônios, tanto neuro-hormônios como hormônios clássicos (Fig. 23-1 e ). A medula suprarrenal ocupa um pouco mais de um quarto da massa interna e é composta por um gânglio simpático modificado que secreta catecolaminas (principalmente adrenalina) para mediar respostas rápidas em situações de luta-ou-fuga [~ p. 386]. O córtex suprarrenal forma os outros três quartos da glândula e secreta vários hormônios esteroides.

Fisiologia Humana

(a)

Córtex suprarrenal

759

Região

Secreta

Medula suprarrenal

Catecolaminas

Zona reticular

Hormônios sexuais

Zona fasciculada

Glicocorticoides

Zona glomerulosa

Aldosterona

(b) (e)

•

FIGURA 23-1

O córtex da suprarrenal secreta hormônios esteroides.

zona reticular, secreta principalmente androgênios, os hor-

O córtex suprarrenal secreta hormônios esteroides

mônios sexuais dominantes no homem. A camada média, zona fasciculada, secreta principalmente glicocorticoides, assim chamados devido à sua capacidade de aumentar a concentração de glicose no plasma. O cortisol é o principal glicocorticoide secretado pelo córtex suprarrenal. Uma rota geral da síntese dos hormônios esteroides é mostrada na Figura 23-2 e . A síntese de todos os hormônios esteroides inicia com o colesterol, o qual é modificado por

O córtex suprarrenal secreta três tipos principais de hormônios esteroides: aldosterona (algumas vezes denominada mineralocorticoide, devido ao seu efeito nos minerais sódio e potássio) [ ~ p. 662], glicocorticoides e hormônios sexuais. Histologicamente, o córtex suprarrenal é dividido em três camadas, ou zonas (Fig. 23-lc). A camada externa, zona glomerulosa, secreta apenas aldosterona. A camada interna,

eColesterol

LEGENDA DHEA = desidroepiandrosterona ----->

!

'

~rogesteronal--> 1

DHEA

> 1

Androstenediona

, ( Testosterona) 1

1

21-hidroxilase

21-hidroxilase

aromatase

aromatase

t

t

t

t

Estrona

! Corticosterona

1- . . . i

, Estradiol •

Di-hidrotestosterona (DHl)

"'

( Cortisol )

QUESTÕES DA FIGURA

Aldosterona

•

• Um bebê nasceu com uma mutação genética que resulta na deficiência da enzima 21-hidroxilase. Com base no papel desta enzima ilustrada na rota que sintomas você pode prever que o bebê apresentará? • Um homem ou uma mulher teriam maior atividade da aromatase?

FIGURA 23-2 Rotas de síntese dos hormônios esteroides. Todos os hormônios esteroides são sintetizados a partir do colesterol. Os quadros em branco representam compostos intermediários cujos nomes foram omitidos, a fim de simplificar o esquema. Cada passo é catalisado por uma enzima, mas apenas duas enzimas são mostradas nesta figura.

23

760

Dee Unglaub Silverthorn

Ritmo c ircadiano

Estresse

/

Hipotálamo

11-----

CRH

~

o

~

(ij

Neste exemplo, as células do túbulo renal com MRs também possuem uma enzima que converte o cortisol para uma forma menos ativa com baixa especificidade para o MR. Inativando o cortisol, essas células bloqueiam os efeitos cruzados da ligação do cortisol aos MRs. A atividade cruzada e a estreita ligação das rotas sintéticas dos hormônios esteroides faz com que, em muito distúrbios endócrinos, os pacientes possam apresentar sintomas relacionados a mais de um hormônio.

Q)

"O

co

y

Adeno- --+---- - ----~ -hipófise

> ·-

11----- ~e

ACTH

o

lt'O

g-

e

Q)

E

2. De quais hormônios a androstenediona é um pró-hormônio? (Ver Figura 23-2) Por que este pró-homôn io pode trazer uma vantagem a um atleta? Respostas: p. 781

co

Córtex - .......:.,r:...., suprarrenal '

Cortisol

Sistema imunitário

Fígado

i

i

Função suprimida

Gliconeogenese

•

REVISANDO CONCEITOS 1. Cite as duas partes da glândula suprarrenal e os principais hormônios secretados por cada parte.

FIGURA 23-3

A

e -------

1

+""

~

Músculo

Tecido adiposo

Catabolismo de proteínas

Lipólise

Eixo HPA para o controle da secreção de

cortisol. múltiplas enzimas, e termina como aldosterona, glicocorticoides ou esteroides sexuais (androgênios, bem como estrogênios e progesterona, os hormônios sexuais dominantes nas mulheres). As rotas são as mesmas no córtex suprarrenal, nas gônadas e na placenta; o que difere de tecido para tecido é a distribuição das enzimas que catalisam as diferentes reações. Por exemplo, a enzima que sintetiza a aldosterona é encontrada em apenas uma das três zonas do córtex suprarrenal. Este capítulo iniciou com a história do jogador de beisebol Mark McGwire e seu uso controverso do suplemento de androstenediona. A Figura 23-2 mostra que este pró-hormônio é um intermediário na síntese da testosterona e da di-hidrotestosterona. Um precursor da androstenediona, a desidroepiandrosterona (DHEA), é usado como suplemento alimentar. Nos Estados Unidos, a compra de DHEA não é regulamentada, apesar de esta substância ser metabolicamente convertida em androstenediona e testosterona, substâncias controladas cujo uso é amplamente proibido por associações esportivas. A grande semelhança estrutural entre os hormônios esteroides faz com que os sítios de ligação nos seus receptores também sejam similares, levando a efeitos cruzados quando um esteroide se liga ao receptor de uma molécula similar. Por exemplo, receptores mineralocorticoides (MRs) para aldosterona são encontrados no néfron distal. Os MRs também se ligam e respondem ao cortisol, o qual pode ser 100 vezes mais concentrado no sangue que a aldosterona. O que impede o cortisol de ligar-se a um MR e influenciar a excreção de Na+ e K+?

A secreção de cortisol é controlada pelo ACTH A via de controle para a secreção do cortisol é conhecida como eixo hipotalâmico-hipofisáro-adrenal (HPA) (Fig. 23-3 e ). A via HPA inicia com o hormônio liberador de corticotrofina (CRH) hipotalâmico, que é secretado no sistema porta hipotálamo-hipofisário e transportado para a adeno-hipófise. O CRH estimula a liberação do hormônio adrenocorticotrófico (ACTH ou corticotrofina) pela adeno-hipófise. O ACTH, por sua vez, atua no córtex suprarrenal para promover a síntese e a liberação de cortisol. O cortisol então atua como um sinal de retroalimentação negativa, inibindo a secreção de ACTH e de CRH. A secreção do cortisol é contínua e tem um forte ritmo circadiano (Fig. 23-4 e ). O pico da secreção geralmente ocorre pela manhã e diminui durante a noite. A secreção de cortisol também aumenta com o estresse. O cortisol segue o padrão de hormônio esteroide típico para síntese, liberação, transporte e ação [ $ Fig. 7-7, p. 225]. Uma vez sintetizado, ele se difunde para fora das célu-

O hiperparatireoidismo causa a degradação dos ossos e a libera2 ção de fosfato de cálcio no sangue. A elevação de Ca + no plasma pode afetar a função de tecidos excitáveis, como múscu los e neurôn ios. Surpreendentemente, entretanto, a maioria das pessoas com hiperparatireoidismo não tem sintomas. A condição é geralmente descoberta durante um exame de sangue para uma avaliação de saúde rotineira. Questão 1: 2 Qual é o papel do Ca + no funcionamento normal dos músculos e neurônios? Questão2: Qual é o termo técnico para concentrações elevadas de cálcio no sangue ? (Use seu conhecimento das raízes das palavras para construir este termo.) 11

11

758

765

771

777

178

Fisiologia Humana

~

-

761

Cortisol

·rn E cn_

mo

C.. .!a

ot 1rn o u-U rn o !:; -o e Q) (.)

e

o

Origem

Córtex suprarrenal

Natureza Química

Esteroide

Biossíntese

A partir do colesterol; sintetizado conforme a demanda, não é armazenado

Transporte na circulação

Com uma globulina ligadora de corticosteroides (sintetizada no fígado)

Meia-vida

60 a 90 minutos

Fatores que afetam a liberação

Ritmo circadiano de secreção tôn ica; estresse aumenta a liberação

Via de controle

(CRH) (hipotálamo)~ ACTH (adeno-h ipófise) ~ cortisol (córtex suprarrenal)

()

Meio-dia

•

18 h

Meia-noite

6h

Meio-dia

FIGURA 23-4 As concentrações sanguíneas do cortisol variam ao longo do dia.

las suprarrenais e entra no plasma, onde na maioria das vezes é transportado por uma proteína carreadora chamada de globulina ligadora de corticosteroides (CBG ou transcortina). O hormônio não ligado está livre para difundir-se para dentro das células-alvo. Todas as células nucleadas do corpo possuem receptores glicocorticoides citoplasmáticos. O complexo receptor-hormônio entra no núcleo, liga-se ao DNA com a ajuda de um elemento responsivo ao hormônio e altera a expressão gênica, a transcrição e a tradução. Em geral, uma resposta do tecido aos hormônios glicocorticoides não é evidente antes de 60 a 90 minutos. Contudo, o efeito da retroalimentação negativa do cortisol na secreção do ACTH ocorre dentro de alguns minutos.

Célu las ou tecido-alvo A maioria dos tecidos Receptor-alvo

Intracelular

Ação em todo corpo ou nos tecidos

t [gl icose] plasmática; ..1- atividade

Ação em nível celular

t gliconeogênese e g licogenólise; t catabolismo de proteínas; b loqueia a produção de citocinas pelos imunócitos

O cortisol é essencial para a vida Os glicocorticoides suprarrenais são muitas vezes chamados de hormônios do estresse devido ao seu papel de mediador do estresse em longo prazo. As catecolaminas suprarrenais, particularmente a adrenalina, são responsáveis por respostas metabólicas rápidas necessárias em situações de luta-ou-fuga. O cortisol é essencial para a vida. Animais cujas glândulas suprarrenais tenham sido removidas morrem se expostos a qualquer estresse ambiental significativo. O efeito metabólico mais importante do cortisol é seu efeito protetor contra a hipoglicemia. No Capítulo 22, você aprendeu que o glucagon pancreático é secretado em resposta à redução da glicose no sangue. Na ausência de cortisol, entretanto, o glucagon é incapaz de responder adequadamente a um desafio hipoglicêmico. Como o cortisol é necessário para a plena atividade do glucagon e das catecolaminas, diz-se que ele tem um efeito permissivo em relação a estes hormônios [$- p. 234]. Os receptores de cortisol são encontrados em todos os tecidos do corpo, mas para muitos alvos não entendemos plenamente a ação fisiológica do cortisol. Contudo, podemos especular sobre estas ações com base nas respostas dos tecidos a níveis altos (doses farmacológicas) de cortisol administrado por razões terapêuticas ou associado com a hipersecreção. Todos os efeitos metabólicas do cortisol têm o objetivo de prevenir a hipoglicemia. O efeito global do cortisol é catabólico (Fig. 23-3, Tabela 23-1 e ). 1. O cortisol promove a gliconeogênese no fígado. Uma parte da glicose produzida no fígado é liberada para o sangue e o restante é estocado como glicogênio. Como

imunitária; perm issivo para o glucagon e as catecolaminas

Ação em nível molecular

Inicia a transcrição, a tradução e a síntese de novas proteínas

Regulação por retroa i i mentação

Retroal imentação negativa para a adeno-hipófise e o hipotálamo

2.

resultado, o cortisol aumenta a concentração de glicose no sangue. O cortisol causa a degradação de proteínas do músculo esquelético para fornecer substrato para a gliconeogenese. O cortisol aumenta a lipólise disponibilizando ácidos graxos aos tecidos periféricos para a produção de energia. O glicerol pode ser usado para a gliconeogênese. O cortisol inibe o sistema imunitário por meio de múltiplas vias. Este efeito é discutido em maiores detalhes a seguir. O cortisol causa balanço negativo do cálcio. Ele diminui a absorção intestinal do Ca2 + e aumenta a excreção renal de Ca2 +, resultando em uma perda líquida de Ca2 + do corpo. Além disso, o cortisol é catabólico no tecido ósseo, causando a degradação da matriz óssea calcificada. Consequentemente, as pessoas que tomam cortisol para tratamento por longos períodos têm uma incidência mais alta de fratura dos ossos. O cortisol influencia a função cerebral. Estados de excesso ou deficiência de cortisol causam mudanças de A

3.

4.

5.

6.

23

762

Dee Unglaub Silverthorn

(a) Face de lua cheia.

e

(b) Gordura abdominal com estrias.

FIGURA 23-5 Hipercortisolismo (Síndrome de Cushing). (a} A "face de lua cheia" com bochechas vermelhas é típica desta condição. (b} A gordura também se deposita no tronco. As estrias escuras resultam da degradação de proteínas da pele.

humor e alterações na memória e aprendizagem. Alguns desses efeitos podem ser mediados por hormônios da via deliberação do cortisol, como o CRH. Este efeito do cortisol é discutido em mais detalhes a seguir. REVISANDO CONCEITOS 3. O que as abreviaturas ACTH, CRH, HPA e CBG representam? Se existe um nome alternativo para cada termo, qual é 7 4. Você está praticando mountain bike no Canadá e encontra um urso, o que faz você subir correndo em uma árvore Sua resposta ao estresse é mediada pelo cortisol? Explique. 5. O uso ilegal de esteroides anabólicos por fisiculturistas e atletas periodicamente recebe muita atenção. Esses esteroides ilegais incluem o cortisol? Explique. Respostas: p. 781

O cortisol é um medicamento útil O cortisol suprime o sistema imunitário evitando a liberação de citocinas e a produção de anticorpos pelos leucócitos. Também inibe a resposta inflamatória pela diminuição da motilidade e migração dos leucócitos. Estes efeitos imunossupressores do cortisol fazem dele um fármaco útil no tratamento de várias condições, inclusive reação alérgica a picadas de abelhas, à hera venenosa e ao pólen. O cortisol também ajuda a evitar a rejeição de órgãos transplantados. Entretanto, os glicocorticoides também têm efeitos colaterais potencialmente graves devido a suas ações metabólicas. Quando os anti-inflamatórios não esteroides (AINEs) como o ibuprofeno foram desenvolvidos, a utilização de glicocorticoides para tratar problemas inflamatórios menos importantes foi abandonada. A administração exógena de glicocorticoides tem um efeito de retroalimentação negativa na adeno-hipófise e pode interromper a produção de ACTH [$ Fig. 7-19, p. 235]. Sem a estimulação do ACTH, as células da suprarrenal que produzem cortisol atrofiam. Por esta razão, é essencial que os pacientes que tomam esteroides diminuam as suas doses gradualmente, dando à hipófise e à glândula suprarrenal uma chance de se recuperar, ao invés de interromper o tratamento abruptamente.

As disfunções do cortisol resultam de excesso ou falta do hormônio As disfunções mais comuns do HPA resultam da deficiência ou do excesso hormonal. A responsividade anormal do tecido é uma causa incomum de distúrbios esteroides suprarrenais.

Hipercortiso/ismo O excesso de cortisol no corpo é denominado hipercortisolismo. Ele pode ocorrer devido a hormônios secretados por tumores ou pela administração exógena do hormônio. O tratamento com altas doses de cortisol por mais de uma semana tem o potencial de causar hipercortisolismo, também conhecido como síndrome de Cushing, já que foi o Dr. Harvey Cushing quem primeiro descreveu esta condição em 1932. Muitos sinais de hipercortisolismo podem ser previstos a partir das ações normais do hormônio. O excesso de gliconeogênese causa hiperglicemia, o que imita o diabete. A degradação de proteínas musculares e a lipólise causam perda de tecido. Paradoxalmente, o excesso de cortisol deposita gordura extra no tronco e na face, talvez em parte por causa do aumento do apetite e da ingestão alimentar. A aparência clássica de pacientes com hipercortisolismo é de pernas e braços finos, obesidade no tronco e uma "face de lua cheia" com bochechas rechonchudas (Fig. 23-5a e ). Os efeitos no SNC do excesso de cortisol incluem euforia inicial seguida de depressão, bem como comprometimento da aprendizagem e da memória. O hipercortisolismo tem três causas comuns:

1. Um tumor suprarrenal que secreta cortisol de modo autônomo. Estes tumores não estão sob controle do ACTH hipofisário. Esta condição é um exemplo de hipercortisolismo primário [ ~ p. 235]. 2. Um tumor hipofisário que secreta ACTH de modo autônomo. O excesso de ACTH induz a glândula suprarrenal a hipersecretar cortisol (hipercortisolismo secundário). O tumor não responde à retroalimentação negativa. Esta condição também é chamada de doença de Cushing

763

Fisiologia Humana

porque foi a doença real descrita pelo Dr. Cushing. (O hipercortisolismo devido a qualquer causa é denominado síndrome de Cushing). 3. Hipercortisolismo iatrogênico (causado pelo médico) ocorre secundariamente ao tratamento com cortisol para alguma outra condição clínica.

Hipocortisolismo Disfunções por hipossecreção são menos comuns que a síndrome de Cushing. A doença de Addison é a hipossecreção de todos os hormônios esteroides da suprarrenal, geralmente após a destruição autoimune do córtex suprarrenal. Defeitos hereditários de enzimas necessárias para a produção de esteroides suprarrenais causam várias síndromes relacionadas (veja Questões da Figura na Fig. 232). Esses distúrbios herdados são muitas vezes marcados pelo excesso de secreção de androgênios, pois o substrato que não pode ser transformado em cortisol ou aldosterona é convertido em androgênios. Em meninas recém-nascidas, o excesso de androgênios causa a masculinização da genitália externa, uma condição denominada síndrome adrenogenital. R VISANDO CONCEITOS 6. Para hipercortisolismo primário, secundário e iatrogênico, indique se o nível de ACTH é normal, mais alto que o normal ou mais baixo que o normal. 7. Alguém com a doença de Addison tem níveis de ACTH no sangue normais, baixos ou altos? Respostas: p. 781

!

o

)

)

)

Pró-opiomelanocortina (POMC)

,

'

()

Hipófise

) ACTH

Tecidos nao hipofisá• nos

-

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o

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+

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) Fragmentos

i

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)

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1

i

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1

'Y-MSH Fragmentos

' ,

Síntese de melanina

•

Resposta imunitária

°"Ingestão alimentar

FIGURA 23-6 O processamento pós-tradução da POMC pode gerar vários peptídeos ativos.

ção para produzir vários peptídeos biologicamente ativos além do ACTH (Fig. 23-6 e ). Na hipófise, os produtos da POMC incluem a í3-endorfina, um opioide endógeno que se liga a receptores que bloqueiam a percepção da dor [ $ p . 348]. A PMOC também é processada em tecidos fora da hipófise, onde seus produtos podem ser bem diferentes daqueles produzidos na hipófise. O processamento adicional da POMC pode gerar o hormônio estimulador de melanódtos (MSH). O a-MSH é produzido no encéfalo, onde inibe a ingestão alimentar, e na pele, onde atua sobre os melanócitos. Estas células contêm

O CRH e o ACTH possuem outras funções fisiológicas Atualmente, o interesse da pesquisa tem mudado dos glicocorticoides para o CRH e o ACTH, os hormônios tróficos do eixo HPA. Ambos os peptídeos são agora conhecidos por pertencer a uma família maior de moléculas relacionadas, com múltiplos tipos de receptores encontrados em inúmeros tecidos. Experimentos com camundongos knockout deficientes em um receptor em particular têm revelado algumas das funções fisiológicas de peptídeos relacionados a CRH e ACTH. Dois achados interessantes destas pesquisas são que as citocinas secretadas pelo sistema imunitário podem estimular o eixo HPA e que as células imunitárias possuem receptores para ACTH e CRH. A associação entre estresse e função imunitária parece ser mediada por CRH e ACTH, e esta associação dá uma explicação para as interações mente e corpo nas quais o estado mental influencia funções fisiológicas.

A Família CRH A família CRH inclui CRH e um neuropeptídeo encefálico do relacionado chamado de urocortina. Além do seu envolvimento na inflamação e na resposta imunitária, o CRH é conhecido por diminuir a ingestão alimentar[ $ Tabela 22-1, p. 726] e tem sido associado com sinais que marcam o início do trabalho de parto em mulheres grávidas (discutido no Capítulo 26). Evidências adicionais associam o CRH à ansiedade, à depressão e a outros transtornos do humor. ACTH e melanocortinas O CRH atua na adeno-hipófise estimulando a secreção de ACTH. O ACTH é sintetizado a partir de uma grande glicoproteína chamada de pró-opiomelanocortina (POMC). A POMC sofre processamento pós-tradu-

~, CONCEITOS

EMERGENTES

MELANOCORTINAS E O CAMUNDONGO AGOUTI Muito do que se sabe sobre as funções do eixo hipotalâmico-h ipofisário-adrenal (HPA) vem de pesquisas em camundongos mutantes. Um destes an imais é o camundongo agouti, uma linhagem que resultou de uma mutação espontânea descrita pela primeira vez em 1905. O camundongo agouti com um gene mutado hiperproduz uma proteína (denominada proteína agouti) que lhe confere uma característica cor amarela da pelagem. A proteína agouti é um antagon ista do receptor de melanocortina MCR1, o qual controla a síntese de melan ina no cabelo. O mais interessante para os f isiologistas, entretanto, é o fato de que o camundongo agouti come demais e desenvolve obesidade de início na idade adulta, hiperglicemia e resistência à insulina. Em outras palavras, estes camundongos são um modelo de diabete t ipo 2 associado à obesidade. Sua proteína agouti bloqueia o receptor MC4R no encéfalo, o receptor que normalmente dim inui o comportamento al imentar. Se o receptor não está funcional, o an imal come demais e torna-se obeso. Esta ligação entre receptores de melanocortina, comportamento alimentar e diabete tem aberto uma nova área de pesquisas sobre tratamentos para a prevenção do diabete do t ipo 2.

23

764

Dee Unglaub Silverthorn

H 1

H

O

1

~ 7

1

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HO ~ - C-C

~'íH

NH

2

I

I

I

1

OH

I

1

I

H

1

H0 -0-tlC-C- C 1

H

e

(a} A glândula tireoide é uma glândula em forma de borboleta, localizada abaixo da laringe.

Folículo da tireoide

' 2

OH

I

(D) H 1

1

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1

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H

e - e- e

'

I

1

H NH

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OH

Triiodotironina (T~

FIGURA 23-8 Os hormônios da tireoide são sintetizados a partir do iodo e da tirosina.

Os hormônios da tireoide contêm iodo

______;::~~

-~

Capilar

--

Cápsula de tecido conectivo (b} Secção da glândula tireoide.

e

1

H NH

hormônio regulador do cálcio denominado caldtonina, e as células foliculares, que secretam os hormônios da tireoide. A calcitocina é discutida mais adiante com a homeostase do cálcio.

As células ~ foliculares secretam os hormônios da t ireoide

O coloide é uma glicoproteína

~

(2 tirosinas + 3(D)

Traqueia

As células C secretam cacitonina

1

~ 7

O

NH 2 OH

Tirosina

O

1

Tiroxina (T.J (2 tirosinas + 4

1

H

e-e- e

Tirosina

H

H

FIGURA 23-7 A glândula tireoide secreta os hormônios da tireoide e a calcitonina.

pigmentos chamados de melaninas que influenciam a cor da pele nos humanos e a cor da pelagem em roedores (veja o quadro Conceitos Emergentes, na página anterior). Os hormônios MSH mais o ACTH receberam o nome de família melanocortinas. Cinco receptores de melanocortinas (MCRs) foram identificados. O MCR2 responde apenas ao ACTH e é o receptor do córtex suprarrenal. O MCRl é encontrado nos melanócitos da pele e responde igualmente a a-MSH e ACTH. Quando o ACTH está elevado na doença de Addison, a ação do ACTH sobre o MCRl leva ao aumento da produção de melanina e ao aparente "bronzeado", ou escurecimento da pele, característico desta doença. REVISANDO CONCEITOS 8. Qual seria a vantagem para o corpo cossecretar ACTH e ~-endorfina?

Resposta: p. 781

HORMÔNIOS DA TIREOIDE A glândula tireoide tem a forma de uma borboleta e situa-se sobre a traqueia na base do pescoço, logo abaixo da laringe (Fig. 23-?a e ). Ela é uma das maiores glândulas endócrinas, pesando 15-20 g. A glândula tireoide tem dois tipos distintos de células endócrinas: as células C ("claras"), que secretam um

Os hormônios da tireoide, assim como os glicocorticoides, têm efeitos de longo prazo no metabolismo. Diferente dos glicocorticoides, contudo, os hormônios da tireoide não são essenciais à vida. Entretanto, eles são essenciais para o crescimento e o desenvolvimento normal das crianças, e bebês que nascem com deficiência na tireoide terão o desenvolvimento atrasado a não ser que sejam tratadas rapidamente. Por causa da importância dos hormônios da tireoide nas crianças, os Estados Unidos e o Canadá fazem testes em todos os recém-nascidos para verificar deficiência dos hormônios da tireoide. * Os hormônios da tireoide são aminas derivadas do aminoácido tirosina, e eles são incomuns porque contêm o elemento iodo (Fig.23-8 e ). Atualmente, os hormônios da tireoide são o único uso conhecido do iodo no corpo, embora outros poucos tecidos também concentrem este mineral. A síntese dos hormônios tireóideos acontece nos folículos da tireoide (também chamados de ácinos), estruturas esféricas cujas paredes são constituídas por uma única camada de células epiteliais (Fig. 23-?b). O centro oco de cada folículo é preenchido com uma mistura pegajosa de glicoproteínas denominada coloide. O coloide mantém um suprimento de 2-3 meses de hormônios tireóideos. A Figura 23-9 • dá uma visão geral do funcionamento da glândula e da síntese dos hormônios da tireoide. As células foliculares fabricam enzimas para a síntese de hormônios tireóideos como também uma glicoproteína chamada de tireoglobulina (Fig. 23-9 CD). Estas proteínas são empacotadas em vesículas e secretadas no centro do folículo. As células foliculares também concentram ativamente iodeto da dieta, 1- , usando o simporte sódio-iodeto (NIS) @. O transporte do 1- para dentro do coloide é mediado por um transportador de ânions conhecido como pendrina (SLC26A4). Quando o 1- entra no coloide, a enzima tireoide peroxidase remove um elétron do íon e adiciona iodo à tirosina na *N. de T. Atualmente no Brasil, o teste do pezinho detecta precocemente o hipotireoidismo e outras doenças.

Fisiologia Humana

765

Sangue A célula folicular sintetiza enzimas e tireoglobulina e libera para o coloide.

o~ Síntese de proteínas

O simporte Na+ - 1- leva o 1- para dentro da célula. O transportador pendrina leva o i- para o coloide.

® •

\

1 ...

1

tO

Enzimas adicionam iodo à tirosina para sintetizar T3 e T4 •

Enzimas

Enzimas, tireoglobulina

·1 1 1 1 t A tireoglobulina é capturada de volta para dentro da célula em vesículas.

t

Células fo/iculares

As enzimas intracelulares separam T3 e T4 da proteína (tireoglobulina).

Tireoperoxidase

•

T3 e T4 livres entram na circulação.

eJ Tireoglobulina

G)

j ,___ MIT ""' -

Coloide

DIT""'

G) + tirosina G) + MIT

QUESTÕES DA FIGURA

LEGENDA

t-- T3 ""'

MIT + DIT

MIT = monoiodotirosina

..,_ T4 ""'

DIT + DIT

DIT = di-iodotirosina T3 = tri-iodotironina T4 = tiroxina

•

• Identifique as membranas apical e basolateral da célula folicular. • Que tipo de transporte t raz o i-para dentro das células foliculares? •Como a tireoglobulina entra no coloide? • Como a célula traz de volta a tireoglobulina para dentro? • Como o T3 e o T4 deixam a célula?

FIGURA 23-9 A síntese dos hormônios da tireoide acontece no coloide do folículo da tireoide.

molécula de tireoglobulina @. A adição de um iodo à tirosina produz a monoiodotirosina (MIT) e a adição de um segundo iodo produz di-iodotirosina (DIT). MIT e DIT então sofrem reações de acoplamento. Um MITe um DITcombinam-se para produzir o hormônio da tireoide tri-iodotironina ou T3 • Dois DITs acoplam-se para formar tetraiodotironina (T4 , também conhecido como tiroxina). (Observe a mudança no nome de tirosina para tironina.) Neste ponto, os hormônios ainda estão ligados à tireoglobulina. Quando a síntese hormonal está completa, o complexo tireoglobulina-T3 /T4 retorna para as células foliculares em vesículas ©. Ali, enzimas intracelulares liberam T 3 e T 4 da proteína tireoglobulina @.Como ambos os hormônios são lipofílicos, quando livres da proteína, eles se difundem para fora das células foliculares e entram no plasma @ . Pelo fato de T3 e T4 serem moléculas lipofílicas, apresentam solubilidade limitada no plasma. Consequentemente, os hormônios da tireoide se ligam a proteínas do plasma, como a globulina ligadora de tiroxina (TBG). A maior parte dos hormônios tireoidianos no plasma está na forma de T4 e durante anos pensou-se que T4 era o hormônio ativo. Todavia, sabemos agora que o T3 é de três a cinco vezes mais ativo biologicamente e que ele é o hormônio ativo nas células-alvo.

23 Níveis elevados de Ca + no sangue levam a altas concentrações de Ca + no filtrado renal. Os cálculos renais de cálcio formam-se quando cristais de fosfato de cálcio ou oxalato de cálcio se formam e se agregam com material orgânico no lúmen dos túbulos renais. Uma vez que os cálculos renais do Prof. Magruder passaram para a urina, a Dra. Spinks os enviou para análise química. Questão 3: Apenas o Ca +i livre no sangue é filtrado para a cápsula de Bowman do néfron. Uma significativa porção do Ca2 + plasmático não pode ser filtrada. Use o que você aprendeu sobre filtração glomerular para especular por que uma parte do Ca2 + plasmático não pode ser filtrada [ ~ p. 631].

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760

171

777

l.18

Aproximadamente 85% do T3 ativo é produzido nas células-alvo que usam a enzima deiodinase para remover um iodo do T4 • A ativação do hormônio no tecido-alvo acrescen-

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Dee Unglaub Silverthorn

(a) Mixedema

•

(b) Bócio

(e) Exoftalmia

FIGURA 23-1 O Modificações físicas evidentes nas doenças da tireoide. (a) Em indivíduos com mixedema hipotireóideo, depósitos de mucopolissacarídeos sob a pele causam bolsas debaixo dos olhos. (b) Um homem com bócio devido à estimulação excessiva pelo TSH. (c) Em estados de hipertireoidismo, a deposição excessiva de mucopolissacarídeos na cavidade orbital pode tornar os bulbos dos olhos salientes, o que é chamado de exoftalmia.

ta outro nível de controle, pois os tecidos-alvo individualmente podem controlar sua exposição ao hormônio ativo, regulando sua síntese enzimática tecidual. Os receptores dos hormônios da tireoide, com múltiplas isoformas, estão no núcleo das células-alvo. A ligação do hormônio inicia a transcrição, a tradução e a síntese de ,. novas prote1nas.

Os hormônios da tireoide afetam a qualidade de vida Os hormônios da tireoide não são essenciais para a vida, mas afetam a qualidade de vida. Pacientes com excesso ou deficiência dos hormônios da tireoide podem apresentar diminuição da tolerância ao calor ou ao frio e distúrbios de humor, além de outros sintomas. A principal função dos hormônios da tireoide nos adultos é fornecer substratos para o metabolismo oxidativo (Tabela 23-2 e ). Os hormônios da tireoide são termogênicos [ ~ p. 750] e aumentam o consumo de oxigênio na maioria dos tecidos. O mecanismo exato não está claro, mas é parcialmente relacionado às mudanças no transporte de íons através das membranas mitocondrial e celular. Os hormônios da tireoide também interagem com outros hormônios para modular o metabolismo das proteínas, dos carboidratos e das gorduras. Nas crianças, os hormônios da tireoide são necessários para a expressão plena do hormônio do crescimento, o que significa que eles são essenciais para o crescimento e desenvolvimento normais, especialmente do sistema nervoso. Nos primeiros anos após o nascimento, a formação de sinapses e de mielina requer T3 e T4• Estudos citológicos sugerem que os hormônios da tireoide regulam a montagem dos microtúbulos, uma parte essencial do crescimento neuronal. As ações dos hormônios da tireoide são mais observáveis em pessoas que sofrem de hipersecreção ou de hipossecreção. Os efeitos fisiológicos que são sutis em pessoas normais

frequentemente se tornam exagerados em pacientes com distúrbios endócrinos.

Hipertireoidismo Uma pessoa cuja glândula tireoide secreta excesso de hormônios sofre de hipertireoidismo, o que causa mudanças no metabolismo, no sistema nervoso e no coração. 1. O hipertireoidismo aumenta o consumo de oxigênio e a produção metabólica de calor. Devido ao calor interno gerado, esses pacientes têm pele quente e suada e podem queixar-se de intolerância ao calor. 2. O excesso de hormônios da tireoide aumenta o catabolismo das proteínas e pode causar fraqueza muscular. Os pacientes muitas vezes relatam perda de peso. 3. Os efeitos do excesso de hormônios da tireoide sobre o sistema nervoso incluem reflexos hiperexcitáveis (hiperreflexia) e transtornos psicológicos, desde irritabilidade e insônia até psicose. O mecanismo dos transtornos psicológicos não está claro, mas alterações morfológicas no hipocampo e efeitos nos receptores adrenérgicos-~ têm sido sugeridas. 4. Os hormônios da tireoide são conhecidos por influenciar os receptores adrenérgicos-~ no coração, e esses efeitos tornam-se acentuados com a hipersecreção. Um sinal comum de hipertireoidismo é o batimento cardíaco rápido e o aumento da força de contração devido à regulação para cima dos receptores-~ 1 no miocárdio [ ~ p. 503].

Hipotireoidismo A hipossecreção de hormônios da tireoide afeta os mesmos sistemas alterados no hipertireoidismo. 1. A diminuição da secreção dos hormônios da tireoide diminui a taxa metabólica e o consumo de oxigênio. Os pacientes tornam-se intolerantes ao frio porque eles estão gerando menos calor interno. 2. O hipotireoidismo diminui a síntese de proteínas. Em adultos, isso produz unhas quebradiças, queda de cabelos e pele fina e seca. O hipotireoidismo também causa

Fisiologia Humana

Hormônios da tireoide Célu la de origem

Célu las fol iculares da t ireoide

Natureza química

Amina iodada

767

Liberação tônica

Hipotálamo

TRH

11- -',

\

1

Biossíntese

A partir do iodo e da tirosina; formados e armazenados na tireoglobul ina no coloide do folícu lo

Transporte na circulação

Ligados à globulina ligadora da tiroxina e à albumina

Meia-vida

1

Liberação tônica

Via de controle

Hormônio liberador da tireotrofina (TRH) (hipotálamo)~ hormônio estimulador da tireoide (TSH) (adeno-hipófise) ~ T3 + T4 (tireoide) ~ T4 desiodado nos tecidos para formar mais T3

1 JJ 1 (l)

Adeno-hipófise

6-7 dias para a tiroxina (T4); cerca de um d ia para a triiodotironina (T3)

Fatores que afetam a liberação

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

11 ...... -

· =ºD> 1

13

1 (l) 1 ::::s

11-----------,

TSH

S-

•°21 1 0

'-- - . J

1

::::s

1 1

!:!:

:~

Célu las ou tecidos-alvo

A maioria das células do corpo

Receptor-a Ivo

Receptor nuclear

Ação em todo corpo ou nos tecidos

t Consumo de oxigênio (termogêne-

D>

: ~

Glândula tireoide

se); catabolismo proteico em adultos e anabolismo em crianças; desenvolvimento norma l do sistema nervoso

1 1 1 1 1

J - ----\.--'-

~- --- ,

1 1 1 1 1 1 I

LEGENDA Estímulo Centro de integração

Ação em nível celular

Aumenta a atividade de enzimas metabólicas e da Na+-K+-ATPase

O O

Ação em nível molecular

Produção de novas enzimas

O

Regulação por retroa limentação

T3 tem efeito de retroa limentação negativa na adeno-hipófise e no hipotálamo

o acúmulo de mucopolissacarideos sob a pele. Essas moléculas atraem água e causam a aparência de inchaço do mixedema (Fig. 23-lüa e ). Crianças com hipotireoidismo têm crescimento atrasado dos ossos e tecidos e são mais baixas do que o normal para sua idade. 3. Alterações do sistema nervoso em adultos incluem reflexos lentos, lentidão da fala e dos processos do pensamento e sensação de fadiga. A deficiência da secreção de hormônios da tireoide na infância causa cretinismo, uma condição marcada por capacidade mental diminuída. 4. A principal alteração cardiovascular no hipotireoidismo é a bradicardia (diminuição da frequência cardíaca).

O TSH controla a glândula tireoide Problemas com a secreção dos hormônios da tireoide podem surgir na própria glândula tireoide ou ao longo da via de controle descrita na Figura 23-11 e. O hormônio liberador

•

Via eferente

Efeitos metabólicos sistêmicos

Efetor Resposta sistêmica

FIGURA 23-11 reoide.

Via de controle dos hormônios da ti-

de tireotrofina (TRH) proveniente do hipotálamo controla a secreção do hormônio da adeno-hipófise tireotrofina, também conhecido como hormônio estimulador da tireoide (TSH). O TSH, por sua vez, atua na glândula tireoide para promover a síntese hormonal. Os hormônios da tireoide geralmente atuam como um sinal de retroalimentação negativa para evitar a hipersecreção. A ação trófica do TSH na glândula tireoide causa aumento, ou hipertrofia, das células foliculares. Em condições patológicas com níveis elevados de TSH, a glândula tireoide pode aumentar seu peso em centenas de gramas, formando uma enorme massa chamada de bócio. Um grande bócio pode quase circundar o pescoço e estender-se para baixo por trás do esterno (Fig. 23-lüb e ). O bócio é o resultado do excesso de estimulação da glândula tireoide pelo TSH, mas saber apenas que uma pessoa tem um bócio não nos diz qual é a doença. Vamos ver como tanto o hipotireoidismo como o hipertireoidismo podem estar associados ao bócio.

23

768

Dee Unglaub Silverthorn

Nosso primeiro exemplo é o hipotireoidismo primário [ ~ p. 237], causado por falta de iodo na dieta. Sem iodo, a glândula tireoide não pode produzir os hormônios da tireoide (Fig. 23-12a e ). As baixas concentrações de T3 e T4 no sangue não promovem retroalimentação negativa sobre o hipotálamo e a hipófise. Na ausência da retroalimentação negativa, a secreção do TSH aumenta drasticamente, e o estímulo do TSH aumenta a glândula tireoide (bócio). Apesar da hipertrofia, a glândula não pode obter iodo para produzir hormônios, e assim o paciente permanece com hipotireoidismo. Esses pacientes apresentam os sinais de hipotireodismo previamente descritos. Uma glândula tireoide aumentada pode também ser indicativo de hipersecreção. Na doença de Graves, o corpo produz anticorpos chamados de imunoglobulinas estimulantes da tireoide, ou TSI (Fig. 23-12b). Esses anticorpos imitam a ação do TSH combinando-se com os receptores do TSH na glândula tireoide e ativando-os, aumentando a glândula (bócio) e hiperestimulando a produção de hormônios da tireoide.

A retroalimentação negativa pelos hormônios da tireoide interrompe a secreção de TSH e TRH, mas não bloqueia a atividade do TSI semelhante à do TSH na glândula tireoide. O resultado é o bócio, hipersecreção de T3 e T4 e sintomas de excesso hormonal. A doença de Graves é frequentemente acompanhada por exoftalmia (Fig. 23-lOc e), uma aparência de olhos saltados causada pelo aumento dos músculos e tecidos na órbita mediado por reação imunitária. O tratamento para os distúrbios da tireoide depende da causa do problema. O hipotireoidismo é tratado com tiroxina (T4) oral. O hipertireoidismo pode ser tratado por meio da remoção cirúrgica de toda ou de parte da glândula, por destruição das células da tireoide com iodo radioativo ou por fármacos que bloqueiam a síntese hormonal (tioureias) ou a conversão periférica de T4 em T3 (propiltiouracil). R VISANDO CONCEITOS 9. Uma mulher que t eve a glândula tireoide removida devido a um câncer está recebendo pílulas contendo apenas T4 .

-t lodo na

8 Ir-----------

Hipotálamo

dieta

.TRH 1

Sem estímulo

Hipotálamo Hipófise anterior

11·0 __________ _

tTRH

t

• TSH

Adeno-hipófise

1

lmunoglobulinas estimulantes da tireoide tTSH

Retroalimentação negativa intensa Glândula tireoide aumenta

l Glândula tireoide aumenta

sem iodo

T3, T4

permanecem ~ ---baixos

QUESTÕES DA FIGURA Sem retroalimentação negativa

(a) Hipotireoidismo decorrente da baixa quantidade de iodo

•

Desenhe a via de regulação para uma pessoa com um tumor na hipófise que hipersecreta TSH. Esta pessoa teria hipotireoidismo ou hipertireoidismo? Esta pessoa teria bócio?

(b) Hipertireodismo decorrente da doença de Graves

FIGURA 23-12 O bócio pode ocorrer no hipertireoidismo e no hipotireioidismo. (a) No hipotireoidismo causado por deficiência de iodo, a ausência de retroalimentação negativa aumenta a secreção de TSH e resulta no bócio. (b) Na doença de Graves, imunoglobulinas estimulantes da tireoide (TSI) ligam-se aos receptores de TSH na glândula tireoide e causam hipertrofia da glândula.

Fisiologia Humana

Por que esta forma menos ativa do hormônio é um tratamento eficaz para seu hipotireoidismo? 1O. Por que a produção excessiva de hormônios da tireoide, o que desacopla a produção de ATP mitocondrial do transporte de prótons [ $ p. 111 ], torna uma pessoa intolerante ao calor? Respostas: p. 781

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO O crescimento em humanos é um processo contínuo que inicia antes do nascimento. Entretanto, a taxa de crescimento em crianças não é estável. Os dois primeiros anos de vida e a adolescência são marcados por picos de crescimento e desenvolvimento rápidos. O crescimento normal é um processo complexo que depende de inúmeros fatores: 1. Hormônio do crescimento e outros hor111ônios. Sem quantidades adequadas de hormônio do crescimento, as crianças simplesmente deixam de crescer. Os hormônios da tireoide, a insulina e os hormônios sexuais na puberdade também desempenham papéis diretos e permissivos. Uma deficiência em qualquer destes hormônios leva ao crescimento e desenvolvimento anor• mais. 2. Uma dieta adequada que inclua proteínas, energia (ingestão calórica) suficiente, vitaminas e minerais. Muitos aminoácidos podem ser produzidos no corpo a partir de outros precursores, mas os aminoácidos essenciais [~ p. 31] precisam vir da dieta. Entre os minerais, o cál-

FOCO CLINICO ,

NOVOS GRAFICOS DE CRESCIMENTO Enquanto você estava crescendo seus pais marcavam seu crescimento a cada ano em um gráfico especial na parede? O monitoramento do crescimento é uma parte importante dos cuidados da saúde de crianças e adolescentes, particularmente à medida que observamos um problema crescente de obesidade na infância nos Estados Un idos. Em 2000, o U.S. Centers for Disease Control and Prevention (C DC) publicou novos gráficos de crescimento pela primeira vez desde 1977. Os gráficos antigos se baseavam em dados obtidos entre 1929 e 1979, principalmente a partir de crianças brancas da classe méd ia alimentadas com mamadeiras. Hoje nós sabemos que bebês al imentados com leite materno crescem mais rapidamente do que os que tomam mamadeira nos dois primeiros meses, e depois mais lentamente no restante do primeiro ano de vida. Os dados também mostram que bebês de grupos socioeconom icamente inferiores crescem mais lentamente. Os gráficos novos levam em consideração essas diferenças e também incluem o índice de massa corporal (IMC) até a idade de 20 anos. (ver Capítulo 22, questão 30 na p. 755). Para ver os novos gráficos e aprender mais sobre o mon itoramento do crescimento de bebês e de crianças, visite o site do CDC, www.cdc.gov/growthcharts.

769

cio em particular é necessário para a formação adequada dos ossos. 3. Ausência de estresse crônico. O cortisol proveniente do córtex da suprarrenal é liberado nos períodos de estresse e tem significativos efeitos catabólicos que inibem o crescimento. Crianças que estão sujeitas a ambientes estressantes podem apresentar uma condição conhecida como falha no crescimento*, que é marcada pelo crescimento anormalmente lento. 4. Genética. O tamanho adulto potencial de cada pessoa é determinado geneticamente na concepção.

O hormônio do crescimento é anabólico O hormônio do crescimento (GH ou somatotrofina [$ p. 229]) é liberado por toda a vida, embora seu maior papel seja na infância. O pico de secreção do GH ocorre durante a adolescência. Os estímulos para a liberação do hormônio do crescimento são complexos e não são bem compreendidos, mas incluem nutrientes circulantes, estresse e outros hormônios que interagem com um ritmo circadiano de secreção (Fig. 23-13 e ). Os estímulos para a secreção de GH são integrados no hipotálamo, o qual secreta dois neuropeptídeos no sistema porta hipotalâmico-hipófisário: o hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) e o hormônio inibidor do hormônio do cresdmento, mais conhecido como somatostatina. Os pulsos do GHRH proveniente do hipotálamo estimulam a liberação de GH. Em adultos, o maior pulso deliberação do GH ocorre nas duas primeiras horas do sono. Especula-se que o GHRH tenha propriedades indutoras do sono, mas o papel do GH nos ciclos do sono não está claro. O GH é secretado por células da adeno-hipófise e é um hormônio peptídeo típico na maioria dos aspectos, com exceção de que quase metade do GH do sangue está ligado a uma proteína ligadora do hormônio do crescimento. A ligação com as proteínas protege o GH plasmático de ser filtrado para a urina e estende a sua meia-vida para 12 minutos. Os pesquisadores têm sugerido que a concentração das proteínas ligadoras determinada geneticamente exerce um papel na determinação da estatura do adulto. Os tecidos-alvo para o GH incluem tanto células endócrinas como não endócrinas. O GH atua como um hormônio trófico para estimular a secreção dos fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGFs; inicialmente chamados de somatomedinas) pelo fígado e por outros tecidos. Os IGFs têm um efeito de retroalimentação negativa na secreção do hormônio do crescimento atuando na adeno-hipófise e no hipotálamo. Os IGFs atuam junto com o hormônio do crescimento para estimular o crescimento dos ossos e de tecidos moles (Tabela 23-3 e ). Metabolicamente, o hormônio do crescimento e os IGFs são anabólicos para as proteínas e promovem a síntese de proteínas, uma parte essencial do crescimento dos tecidos. O hormônio do crescimento também atua com os IGFs para estimular o crescimento ósseo. Os IGFs são res*N. de R. T. Também chamada de déficit não orgânico do crescimento {FfF = failure-to-thrive).

23

770

Dee Unglaub Silverthorn

Ritmo circadiano Estresse e cortisol Jejum

Hormônio do crescimento Origem

Adeno-h ipófise

Natureza química

Peptídeo de 191 am inoácidos; várias formas re lacionadas

Biossíntese

Típica de peptídeos

Transporte na circulação

Metade está dissolvida no plasma e a outra metade está ligada a uma proteína ligadora cuja estrutura é idêntica à do receptor de GH

Meia-vida

18 minutos

Fatores que afetam a liberação

Ritmo circadiano de secreção tônica; influenciada por nutrientes circulantes, pelo estresse e por outros hormôn ios em um padrão complexo

Célu las ou tecidos-alvo

Trófico no f ígado para a produção de fatores de crescimento simi lares à i nsu lina; também atua d iretamente em muitas células

Via de controle

GHRH, somatostatina (hipotálamo); ---+ hormônio do crescimento (adenohi pófise)

Receptor-alvo

Receptor de membrana com atividade tirosina cinase

Ação em todo o corpo ou nos tecidos (com IGFs)

Crescimento dos ossos e cartilagens; crescimento de tecidos moles; [glicose] plasmática

Ação em n ível celular

Receptor ligado a cinases que fosfor ilam proteínas para iniciar a t ranscrição*

Hipotálamo GHRH G)

1 1 1 1 1 1

SomatostatinaE))

1 1 1

1 1 1 1 1

1 1

~- -- ~ 1 1

Adeno1 -hipófise

GH

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Fígado e outros tecidos

Fatores de cresci- - - - - - - - - mento semelhan- ----~ tes à insulina

Crescimento das cartilagens

e

FIGURA 23-13 cimento.

tGlicose , sangu1nea

Crescimento de ossos e tecidos

Via de controle do hormônio do cres-

ponsáveis pelo crescimento das cartilagens. O GH aumenta as concentrações plasmáticas de ácidos graxos e de glicose por promover a degradação dos lipídeos e a produção de glicose hepática. REVISANDO CONCEITOS 11 . Qual hormônio da adeno-hipófise além do GH possui dois fatores hipotalâmicos que regulam a sua liberação? Resposta: p. 781

O hormônio do crescimento é essencial para o crescimento normal Os distúrbios que refletem as ações do hormônio do crescimento são mais evidentes em crianças. Deficiências graves do hormônio do crescimento na infância levam ao nanismo, o qual pode resultar de um problema com a síntese do hormônio do crescimento ou com receptores de GH defeituosos. Infelizmente, o hormônio do crescimento de bovinos e de suínos não são eficazes como terapia de reposição, e somente o hormônio do crescimento de primatas é ativo em humanos. Até 1985, quando o hormônio do

t

crescimento humano produzido por engenharia genética se tornou disponível, as hipófises humanas doadas coletadas em autópsias eram a única fonte de hormônio do crescimento. Felizmente, a deficiência grave de hormônio do crescimento é relativamente rara. No extremo oposto, a hipersecreção do hormônio de crescimento em crianças leva ao gigantismo. Uma vez que o crescimento ósseo para no final da adolescência, o hormônio do crescimento não pode aumentar mais a estatura. Contudo, o GH e os IGFs podem continuar atuando na cartilagem e nos tecidos moles. Adultos com secreção excessiva de hormônio do crescimento desenvolvem uma condição conhecida como acromegalia, caracterizada pelo alongamento da mandíbula, os traços faciais tornam-se grosseiros e pelo crescimento das mãos e dos pés (Fig. 23-14 e ). André, o Gigante, um lutador francês que também fez um papel no clássico filme A Princesa Prometida, apresentava sinais tanto de gigantismo (ele tinha 2,25 m) quanto de acromegalia, antes da sua morte aos 47 anos. * N. de R. T. O GH também usa a via JAK-STAT.

Fisiologia Humana

O resultado dos exames de sangue do Prof. Magruder mostraram que os níveis de Ca + 2 eram de 12,3 mg/dl no plasma (normal: 8,5 a 10,5 mg/dl). Estes resultados reforçam a suspeita do diagnóstico de hiperparatireoidismo. "Você toma vitamina O ou usa uma grande quantidade de antiácidos? " Perguntou a Ora. Spinks. " Isso aumentaria seu cálcio plasmático. " O Prof. Magruder negou usar qualquer substância. " Bem, nós necessitamos de mais um exame antes de concluirmos que você tem hiperparatireoidismo ", disse a Ora. Spinks. Questão 4: Que exame poderia provar definitivamente que o Prof. Magruder tem hiperparatireoidismo?

158

760

1.65

771

78

O hormônio do crescimento humano produzido geneticamente levanta questões éticas Quando o hormônio do crescimento humano (hGH) produzido geneticamente se tornou disponível na metade da década de 1980, a medicina enfrentou um dilema. Obviamente o hormônio seria utilizado para tratar crianças que de outra forma seriam anãs, mas e o que fazer a respeito daquelas com deficiência somente parcial de GH ou com secreção normal de GH e geneticamente baixas? Estas questões são complicadas pela dificuldade em identificar precisamente as crianças com deficiência parcial do hormônio do crescimento. E o que dizer sobre crianças cujos pais gostariam que fossem mais altas para praticarem esportes? O hormônio do crescimento deveria ser dado a estas crianças saudáveis? Em 2003 o FDA aprovou o uso de hormônio do crescimento humano recombinante* para tratamento de crianças não deficientes de GH com baixa estatura, definida como estando mais que 2,25 desvios-padrão abaixo da estatura média para sua idade e sexo. (Isto significa crianças com estatura correspondente a 1% na margem inferior da curva do seu grupo de idade-sexo.) Em ensaios clínicos, a injeção diária do medicamento por dois anos resulta em um aumento na estatura média de 3,3 cm. A um custo médio de U$ 22.000** por ano para as injeções de hGH, isso corresponde a mais que U$ 13.000 por centímetro ganho na estatura. Os efeitos colaterais relatados durante os estudos com hGH incluem intolerância à glicose [ $ p. 745] e pancreatite (inflamação do pâncreas). A longo prazo, os riscos associados com o tratamento com o hGH são desconhecidos, e os pais devem estar cientes de que o tratamento com hGH tem o potencial para gerar problemas psicológicos nas crianças se os resultados não forem ótimos.

*N.de T. No Brasil, este tipo de hormônio também é liberado para a comercialização pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) do Ministério da Saúde. ** U$ = dólares americanos.

771

\

•

FIGURA 23-14 Progressão da acromegalia em uma mulher. Excesso de secreção de hormônio do crescimento em adultos causa alongamento da mandíbula, feições grosseiras e crescimento das mãos e dos pés.

CRESCIMENTO DOS TECIDOS E DOS

ossos

O crescimento pode ser dividido em duas áreas gerais: o crescimento dos tecidos moles e o crescimento ósseo. Em crianças, o crescimento ósseo é geralmente avaliado pela determinação da estatura, e o crescimento dos tecidos, pelo peso. Múltiplos hormônios têm efeitos diretos ou permissivos sobre o crescimento. Além disso, estamos apenas começando a entender como os fatores de crescimento parácrinos interagem com os hormônios clássicos, influenciando o desenvolvimento e a diferenciação tecidual.

O crescimento dos tecidos requer hormônios e substâncias parácrinas O crescimento dos tecidos moles exige quantidades adequadas de hormônio do crescimento, dos hormônios da tireoide e de insulina. O hormônio do crescimento e os IGFs são necessários para a síntese de proteínas e a divisão celular nos tecidos. Sob a influência desses hormônios, as células sofrem hipertrofia (aumento do tamanho celular) e hiperplasia (aumento do número de células). Os hormônios da tireoide têm um papel permissivo no crescimento e contribuem diretamente para o desenvolvimento do sistema nervoso. No tecido-alvo, os hormônios da tireoide interagem sinergicamente com o hormônio do crescimento para a síntese proteica e o desenvolvimento do sistema nervoso. Crianças com hipotireoidismo não tratado (cretinismo) não crescem até uma estatura normal, mesmo que secretem uma quantidade normal de hormônio do crescimento. A insulina sustenta o crescimento dos tecidos estimulando a síntese de proteínas e fornecendo energia na forma de glicose. Como a insulina é permissiva para o hormônio do crescimento, as crianças que têm deficiência de insulina não terão crescimento normal, mesmo que tenham concentrações normais de hormônio do crescimento e dos hormônios da tireoide.

O crescimento ósseo requer quantidades adequadas de cálcio na dieta O crescimento ósseo, assim como o desenvolvimento dos tecidos moles, requer os hormônios apropriados e as quantida-

23

772

Dee Unglaub Silverthorn

desadequadas de proteínas e de cálcio. O osso contém uma matriz extracelular calcificada formada quando os cristais de fosfato de cálcio precipitam e se fixam a uma rede de suporte constituída de colágeno. A forma mais comum de fosfato de cálcio é a hidroxiapatita, Ca10(P04) 6 (0H)2 • Embora a grande quantidade de matriz inorgânica no osso faça algumas pessoas pensarem nele como algo não vivo, o osso é um tecido dinâmico, sendo constantemente formado e degradado (reabsorvido). Os espaços na matriz de cálcio e colágeno são ocupados por células vivas, que são bem supridas com oxigênio e nutrientes pelos vasos sanguíneos que correm pelos canais adjacentes. Os ossos geralmente possuem duas camadas: uma camada externa de osso compacto denso e uma camada interna de osso esponjoso trabecular (Fig. 23-15 e ). Em alguns ossos, a cavidade central é preenchida com medula óssea [i: Fig. 16-4, Foco na Medula Ossea, p . 554]. O osso compacto fornece força e é mais espesso onde é necessário a sustentação (como os ossos longos das pernas) ou no local onde se prendem os músculos. O osso esponjoso é menos resistente e tem espaços abertos preenchidos por células entre as trabéculas da rede calcificada. O crescimento ósseo ocorre quando a matriz é depositada mais rapidamente do que é reabsorvida. Células formadoras de osso especializadas, denominadas osteoblastos, produ.z em enzimas e osteoide, uma mistura de colágeno e outras proteínas na qual a hidroxiapatita se liga. Pesquisas recentes identificaram duas outras proteínas, osteocaldna e osteonectina, que parecem ajudar na deposição da matriz calcificada. O diâmetro do osso aumenta quando a matriz se deposita na superfície externa do osso. O crescimento linear dos ossos longos ocorre em regiões especializadas chamadas de placas epifisárias, encontradas em cada extremidade do corpo do osso (diáfi.se) (Fig. 23-16 e ). A superfície da placa mais próxima da extremidade do osso (epífi.se) contém colunas de condrócitos, células produtoras de colágeno da cartilagem, con, tinuamente em divisão. A medida que a camada de colágeno se espessa, a cartilagem mais velha calcifica e os condrócitos mais velhos degeneram, deixando espaços que os osteoblastos invadem. Os osteoblastos então depositam matriz óssea sobre a base de cartilagem. Como osso novo é adicionado nas extremidades, a diáfise alonga. O crescimento do osso longo continua enquanto a placa epifisária estiver ativa. Qu.a ndo os osteoblastos completam o seu trabalho, eles se convertem em uma forma menos ativa conhecida como osteócitos. O crescimento do osso longo está sob influência do hormônio do crescimento e dos fatores de crescimento semelhantes à insulina. Na ausência destes hormônios, o crescimento ósseo normal não ocorre. O crescimento do osso longo é também influenciado pelos hormônios esteroides sexuais. O estirão do crescimento nos meninos adolescentes é atribuído ao aumento da produção de androgênios. Para as meninas, o quadro é menos claro. Em experimentos, os estrogênios podem estimular ou inibir o crescimento linear. Em todos os adolescentes, os hormônios sexuais finalmente inativam a placa epifisária de modo que os ossos longos não crescem mais. Como as placas epifisárias de vários ossos se fecham em uma sequência regular e ordenada, os /

Osso esponjoso trabecular

Osso compacto

e

FIGURA 23-15

Osso compacto e osso esponjoso.

raios X que mostram as placas que estão abertas e as que estão fechadas podem ser utilizados para calcular a "idade óssea" de uma criança. O crescimento ósseo linear cessa nos adultos, mas os ossos são tecidos dinâmicos que sofrem remodelamento contínuo por toda a vida, controlados por hormônios que regulam o metabolismo do cálcio no corpo. REVISANDO CONCEITOS 12. Quais hormônios são essenciais para o desenvolvimento e o crescimento normais? 13. Por que os adu ltos com hipersecreção do hormônio do crescimento não crescem tornando-se mais altos? Respostas: p. 781

EQUILÍBRIO DO CÁLCIO A maior parte do cálcio do corpo - 99o/o, ou aproximadamente 1, 1 kg - é encontrada nos ossos. Entretanto, este pool é relativamente estável e a pequena fração de cálcio que não está no osso é a mais crítica para o funcionamento do corpo (Tabela 23-4 e ). Como você aprendeu, o Ca2 + tem muitas funções fisiológicas: 1. O Ca2 + é uma importante molécula sinalizadora. O movimento de Ca2 + de um compartimento do corpo para outro gera sinais de Ca2 +. O cálcio que entra no citoplasma inicia a exocitose de vesículas sinápticas e secretoras, a contração de fibras musculares, ou altera a atividade de enzimas e transportadores. A remoção de Ca2 + do citoplasma requer transporte ativo. 2. O Ca2 + é parte do cemento intercelular que mantém as células unidas nas junções oclusivas. 3. O Ca 2 + é um cofator na cascata da coagulação [ ~ p. 560]. Embora o Ca2 + seja essencial para a coagulação do sangue, a concentração de Ca2 + no sangue nunca diminui a ponto de inibir a coagulação. Porém, 2 remover o Ca +de uma amostra de sangue evitará que a amostra coagule no tubo de ensaio. 2 4. A concentração plasmática de Ca + afeta a excitabilidade dos neurônios. Esta função do Ca2 + não foi

Fisiologia Humana

•

773

FIGURA 23-16 O crescimento linear dos ossos longos ocorre nas placas epifisárias.

Epífise é a extremidade de um osso longo Diáfase é o corpo de um osso longo

-----------

- - - - - - - - - - - - - - - - - - -,...--- -- --- Crescimento do osso

-------------------

-,-- Osso _....,.---;;;r compacto

.9 e: Q)

A placa epifisária -------..~, é o local de crescimento do osso Diáfise

mencionada antes neste texto, mas é a função mais 2 2 evidente nos distúrbios relacionados ao Ca +. Se o Ca + plasmático cai muito (hipocalcemia), a permeabilidade neuronal ao Na+ aumenta, os neurônios despolarizam e o sistema nervoso se torna hiperexcitável. Na sua forma mais extrema, a hipocalcemia causa contração sustentada (tetania) dos músculos respiratórios, resultando em asfixia. A hipercalcemia tem o efeito oposto, causando uma diminuição da atividade neuromuscular.

E o

~

o o 'U o l (U

Osteoblasto Os osteoblastos depositam osso sobre a cartilagem

Osso recém-calcificado

(,)!

·-~

º

(e) Matriz extracelular (osso). O osso é o maior reservatório de Ca2 + no corpo; a maioria do Ca2 + ósseo está na forma de cristais de hidroxiapatita. o Ca2 + do osso forma um reservatório que pode ser usado para manter a homeostase do Ca2 + plasmático. Normalmente apenas uma pequena fração do Ca2 + do osso é ionizada e prontamente permutável, e este pool permanece em equilíbrio com o Ca2 + do líquido intersticial. 2. Entrada, é o Ca2 + ingerido na dieta e absorvido no intestino delgado. Apenas cerca de um terço do Ca2 + in-

As concentrações de cálcio no plasma são rigorosamente reguladas Como o cálcio é crítico para muitas funções fisiológicas, a 2 concentração plasmática de Ca + do corpo é rigorosamente regulada. A homeostase do cálcio segue o princípio de balanço de massa: Cálcio total do corpo= entrada - saída 2

1. O Ca + total do corpo é todo o cálcio presente no corpo distribuído entre três compartimentos (Fig. 23-17 e ): (a) Líquido extracelular. O Ca2 + ionizado é concentrado no LEC, com uma concentração média de 2,SmM. No plasma, aproximadamente metade do Ca2 + está ligado a proteínas plasmáticas e a outras moléculas. O Ca2 + não ligado é livre para difundir-se através das membranas por canais de Ca2 + abertos ou de vazamento. (b) Ca 2 + intracelular. A concentração de Ca2 + livre no 2 citosol é cerca de 0,001 mM. Além disso, o Ca + é concentrado dentro das mitocôndrias e do retículo sarcoplasmático. Os gradientes eletroquímicas favorecem o movimento do Ca2 + para o interior do citosol quando os canais de Ca2 + abrem.

Funções do cálcio no corpo PORCENTAGEM DO CÁLCIO COMPARTIMENTO CORPORAL FUNÇÃO Matriz extracelular

99%

Matriz óssea calcificada

Líquido extracelular

0,1%

"Cemento" das junções oclusivas; papel na contração muscular miocárdica e lisa; liberação de neurotransmissores nas sinapses; papel na excitabilidade dos neurônios; cofator na cascata da coagulação

Intracelular

0,9%

Sinal nas vias de segundo mensageiro; papel na contração muscular

23

774

Dee Unglaub Silverthorn

Intestino delgado Cálcio da dieta-------+

c:

Cálcio --- ---- -------------->-nas fezes

2+

1 1

:*

Calcitriol {PTH, prolactina)

Os osteoclastos secretam ácido e enzimas

Um pouco de cálcio é secretado para o intestino delgado Núcleos

Osso

LEC Calcitonina

Ca2 +

[Ca PTH Calcitriol Cortisol

i

2

2,5mM

Rins

Filtração • ass1va PTH

Ca2+ nos túbulos • renais

(B

CalcitoninaG

Gradiente eletroquím ico

Membrana basolateral

- " fa
' Area de reabsorção ' ossea

Transporte ativo

Membrana apical

Enzimas, H+ dissolvem o osso

Matriz óssea [ Ca2+ livre]

0,001 mM

Ca2+ na urina

Células

Legenda PTH

e

FIGURA 23-17

= hormônio da paratireoide

Equilíbrio do cálcio no corpo.

gerido é absorvido e, ao contrário dos nutrientes orgânicos, a absorção do Ca2 + é hormonalmente regulada. Contudo, muitas pessoas não ingerem alimentos que contenham Ca2 + suficiente, e a entrada pode não se igualar à saída. 3. Saída, ou eliminação de Ca2 + do corpo, ocorre primariamente pelos rins, com uma pequena quantidade excretada nas fezes. O Ca2 + ionizado é filtrado livremente nos glomérulos e depois reabsorvido ao longo do néfron. A reabsorção regulada hormonalmente ocorre apenas no néfron distal. Nessa parte do túbulo, a reabsorção é realizada pelo movimento dos íons através de um canal apical de Ca2+ (ECaC) e pelos transportadores antiporte basolateral Na+-Ca2 + e da Ca2 +-ATPase. Os osteoblastos controlam a deposição de Ca2 + nos ossos, como previamente discutido. O movimento de Ca2 + para fora da hidroxiapatita e para o pool de Ca2 + ionizado é controlado pelos osteoclastos, células grandes, móveis, multinucleadas derivadas de células-tronco hematopoiéticas [~ p. 549]. Eles são responsáveis por dissolver o osso. Os osteoclastos se fixam a uma parte da matriz na sua periferia, como uma ventosa (Fig. 23-18 e ). A região central do osteoclasto secreta ácido (com a ajuda da H+-ATPase) e enzimas proteases que funciona.m em pH baixo. A combinação de ácido e enzimas dissolve a matriz calcificada e seu suporte de colágeno liberando Ca2 +, o qual pode entrar no sangue.

e

Os osteoclastos são responsáveis pela reabsorção óssea. Os osteoclastos secretam ácido que dissolve o fosfato de cálcio no osso.

FIGURA 23-18

REVISANDO CONCEITOS 14. O que a hipercalcemia faz ao potencial de membrana neuronal, e por que este efeito deprime a excitabilidade neuromuscular? 15. Faça um desenho de uma célula t ubular distal e ident ifique as membranas apical e basolateral, o lúmen e o LEC. Utilize a descri ção da reabsorção do Ca2 + no túbulo distal no item 3 (saída) e desenhe os transportadores apropriados. 16. Classifique o transporte de Ca 2 + da célula tubular para o LEC como ativo, passivo, difusão facilitada, etc. Respostas: p. 781

Três hormônios controlam o equilíbrio do cálcio Três hormônios regulam o movimento de Ca2 + entre osso, rim e intestino: o hormônio da paratireoide, o calcitriol (vitamina D3) e a calcitonina (Fig. 23-17). Destes, o hormônio da paratireoide e o calcitriol são os mais importantes em humanos adultos. Quatro pequenas glândulas paratireoides no pescoço (Fig. 23-19 e ) secretam hormônio em resposta à redução de Ca2+ no plasma. As glândulas paratireoides são encontradas na superfície dorsal da glândula tireoide (Fig. 23-19), e a sua importância foi reconhecida pela primeira vez na década de 1890 por fisiologistas que estudavam o papel da glândula tireoide. Esses cientistas observaram que cães e gatos morriam poucos dias depois da remoção total da tireoide. Em contraste, os coelhos morriam se fossem removidas apenas as pequenas "glândulas" paratireoides situadas junto da tireoide. Os cientistas então procuraram as glândulas paratireoides em cães e gatos e as encontraram escondidas atrás da glândula maior tireoide. Se as paratireoides eram mantidas quando a tireoide era cirurgicamente removida, os animais

775

Fisiologia Humana

As quatro glândulas paratireoides situam-se atrás da glândula tireoide

~- Veia

Artéria ---+tireóidea superior esquerda

~~1

Tireoide ---+-;...:-~ Glândulas paratireoides esquerdas

-----i__

Artéria - tireóidea inferior esquerda

Faringe

jugular interna direita !""t'"-:1---- Artéria carótida comum direita

H

Artéria subclávia esquerda - - - - - -Traqueia

• FIGURA 23-19

Glândulas paratireoides. Esta ilustra-

ção mostra a superfície dorsal da glândula tireoide. (Compare com a visão ventral na Fig. 23-7a.)

sobreviviam. Os cientistas concluíram que as paratireoides continham uma substância que era essencial à vida, embora a glândula tireoide não fosse.

Hormônio da paratireoide Tal substância essencial é o hormônio da paratireoide (PTH, também chamado de paratormônio), um peptídeo cujo principal efeito é aumentar as concentrações plasmáticas de Ca2 + (Tabela 23-5 e ). O estímulo para a liberação de PTH é a redução de Ca2 + no plasma, monitorada por um receptor sensível ao Ca2 + (CaSR) localizado na membrana celular. O CaSR, um receptor acoplado à proteína G, foi o primeiro receptor de membrana identificado cujo ligante era um íon em lugar de uma molécula organ1ca. Agindo no osso, no rim e no intestino, o PTH aumenta a concentração plasmática de Ca2 +. O aumento de Ca2+ plasmático atua como retroalimentação negativa e interrompe a secreção de PTH. O hormônio da paratireoide aumenta as concentrações de Ca2 + no plasma de três maneiras: A

fatores parácrinos estão sendo intensamente investigados como agentes farmacológicos em potencial. 2. O PTH aumenta a reabsorção renal de cálcio. Como 2 mencionado antes, a reabsorção regulada de Ca + ocorre no néfron distal. O PTH aumenta simultaneamente a excreção renal do fosfato reduzindo sua reabsorção. Os efeitos opostos do PTH sobre o cálcio e o fosfato são necessários para manter suas concentrações combinadas abaixo de um nível crítico. Se as concentrações excedem tal nível, formam-se cristais de fosfato de cálcio que precipitam fora da solução. As elevadas concentrações de fosfato de cálcio na urina são uma das causas da forma-

•

1. O PTH mobiliza cálcio dos ossos. O aumento da reabsorção óssea pelos osteoclastos leva aproximadamente 12 horas para tornar-se mensurável. Curiosamente, embora os osteoclastos sejam responsáveis por dissolver a matriz calcificada e seriam um alvo lógico para o PTH, eles não possuem receptores para PTH. Em vez disso, os efeitos do PTH são mediados por uma coleção de substâncias parácrinas, incluindo a osteoprotegerina (OPG) e um fator de diferenciação dos osteoclastos chamado de RANKL. Esses

Hormônio da paratireoide (PTH) Célula de origem

Glândulas paratireoides*

Natureza química

Peptídeo de 84 am inoácidos

Biossíntese

Produção contínua, pouco armazenamento

Transporte na circulação

Dissolvido no p lasma

Meia-vida

Menos de 20 minutos

Fatores que afetam a liberação

,J.. Ca2 + no plasma

Células ou tecidos-alvo

Rim, osso e intestino

Receptor-a lvo

Receptor de membrana atua via AMPc

Ação em todo corpo ou nos tecidos

t Ca 2+ no plasma

Ação em nível celular

t

Ação em nível molecular

Rapidamente altera o transporte 2 do Ca +, mas também inicia a síntese de proteínas no osteoclastos

Início da ação

2 a 3 horas para os ossos; 1 a 2 horas para o aumento da atividade dos osteoclastos; 1 a 2 dias para a absorção intestinal; alguns minutos para o transporte renal

Regulação por retroai i mentação

Retroalimentação negativa por Ca2 + p lasmático

Outras informações

Os osteoclastos não possuem receptores para PTH e são regu lados por substâncias parácrinas induzidas pelo PTH. O PTH é essencial para a vida; sua ausência causa tetania hipocalcêmica

Síntese de vitamina D, t reabsorção rena l do Ca 2 +; t reabsorção , ossea

* N. de R. T. Célula principal.

t

23

776

Dee Unglaub Silverthorn

ção de cálculos renais. Outros aspectos da homeostase do fosfato são discutidos a seguir. 3. O PTH aumenta indiretamente a absorção intestinal do cálcio por sua influência na vitamina D 3, um processo descrito a seguir.

"

Luz do sol na pele I

Vitamina D

ação do hormônio conhecido como 1,25-di-hidroxicolecalciferol (1,25(0H) 2 D 3), também conhecido como calcitriol ou vitamina D 3 (Tabela 23-6 e ). O corpo produz calcitriol a partir da vitamina D que foi obtida pela dieta ou produzida na pele pela ação da luz solar sobre um precursor sintetizado a partir da acetil CoA (Fig. 23-20 e ). A vitamina D é modificada em dois passos - primeiro no fígado e depois nos rins para produzir calcitriol. 2 O calcitriol reforça o efeito do PTH de aumentar o Ca + 2 no plasma, aumentando a absorção do Ca + no intestino delgado. Além disso, o calcitriol facilita a reabsorção renal do Ca2+ e ajuda a mobilizar o cálcio do osso. A produção de calcitriol é regulada no rim por ação do PTH. A redução das concentrações de Ca2 + plasmático aumenta a secreção de PTH, o qual estimula a síntese de calcitriol. A absorção intestinal e a reabsorção renal de Ca2 + aumentam as concentrações de Ca2 + no sangue, inibin-

Fígado

_ _i_ 25-hidroxicolecalciferol (25(0H)03)

----© Rim

Natureza química

Esteroide

Biossíntese

Vitamina D formada por moléculas precursoras ativadas pela luz do sol ou ingerida na dieta; convertida em dois passos (fígado e rim) em 1,25(0H)2 D3

• Ca2+ Hormônio da ·~­ plasmático paratireoide

-8 Calcitriol (1,25-di-hidroxicolecalciferol)

Osso, néfron distal e intestino

t

Ca2+ plasmático

Vitamina 0 3 (calcitrol, 1,25-di-hidroxicolecalciferol) Biossíntese complexa; ver abaixo

/

~

Calcitriol A absorção intestinal de cálcio é aumentada pela

Célula de origem

Dieta (leite enriquecido, óleo de peixe, gema de ovo)

Precursor endógeno

e

©

,I

---------

FIGURA 23-20 Controle endócrino do equilíbrio do cálcio. O PTH trabalha junto com o calcitriol para promover 2 a reabsorção do osso, a absorção intestinal do Ca + e a 2 reabsorção do Ca + no néfron distal, todas as qua is ten2 dem a elevar as concentrações plasmáticas de Ca + .

Transporte na circulação

Ligada a proteínas plasmáticas

Estímulo para a síntese

.!.. Ca 2 +. Indiretamente via PTH. A prolactina também estimula sua síntese

do o PTH em uma alça de retroalimentação negativa que também diminui a síntese de calcitriol. A prolactina, o hormônio responsável pela produção do leite em mulheres (lactantes) que estão amamentando, também estimula a síntese de calcitriol. Esta ação assegura 2 a absorção máxima de Ca + da dieta no período em que as demandas metabólicas por cálcio são altas.

Células ou tecidos-alvo

Intestino, osso e rim

Calcitonina O terceiro hormônio envolvido com o meta-

Receptor-alvo

Nuclear

Ação em todo o corpo ou nos tecidos

t Ca 2+ plasmático

Ação em nível molecular

Estimula a produção de calbindina, uma proteína ligadora de Ca 2 + , e de CaRS na glândula paratireoide. Associada ao transporte intestinal por um mecanismo desconhecido

Regulação por retroa 1i mentação

O Ca 2 + plasmático inibe a secreção de PTH

bolismo do cálcio é a calcitonina, um peptídeo produzido pelas células C da glândula tireoide (Tabela 23-7 e ). Suas ações são opostas às do hormônio da paratireoide. A calcitonina é liberada quando o Ca2 + plasmático aumenta. Experimentos realizados em animais mostram que a calcitonina diminui a reabsorção óssea e aumenta a excreção renal de cálcio. A calcitonina aparentemente desempenha um papel secundário no equilíbrio diário do cálcio em humanos adultos. Pacientes cujas glândulas tireoides foram removidas não mostram nenhum distúrbio no equilíbrio do cálcio e pessoas com tumores na tireoide que secretam grandes quantidades de calcitonina também não apresentam efeitos nocivos. A calcitonina tem sido usada para tratar pacientes com doença de Paget, uma doença genética em que os osteoclastos

Fisiologia Humana

777

Calcitonina Célula de origem

Células C da g lândula tireoide (células parafoliculares)

Natureza química

Peptídeo de 32 aminoácidos

Biossíntese

Típica de peptídeos

Transporte na circu lação

Dissolvida no plasma

Meia-vida

< 10 minutos

Fatores que afetam a liberação

t [Ca +] plasmática

Células ou tecidosalvo

Osso e rim

Receptor-alvo

Receptor de membrana acoplado à proteína G

Ação em todo corpo ou tecidual

Impede a reabsorção óssea; aumenta a excreção rena l

Ação em nível molecular

Vias de transdução de sinal parecem variar durante o ciclo celular

Outras informações

Experimentalmente diminui a [Ca 2 +] no plasma, mas tem pouco efeito fisiológico aparente em humanos adultos. Possível efeito no desenvolvimento esquelético; possível proteção dos estoques de cálcio nos ossos durante agestação e a lactação

Os resultados dos últimos exames do professor Magruder confirmaram que ele t inha hiperparatireoidismo. Ele iniciou uma dieta pobre em cálcio, evitando leite, queijo e outros produtos lácteos, mas vários meses depois ele retornou à emergência com dor decorrente de outra pedra nos rins. A Dra. Spinks o encaminhou a um endocrinologista, que recomendou a remoção cirúrgica das glândulas paratireoides hiperativas. Não podemos dizer quais das glândulas paratireoides é mais ativa disse o especialista, e queremos deixar você com um pouco do seu próprio hormônio da paratireoide.Vamos retirar as quatro glândulas e reimplantar duas delas no músculo do seu antebraço. Em muitos pacientes, as glândulas implantadas secretam apenas o PTH necessário para manter a homeostase do cálcio. Mas se elas secretarem muita quantidade de PTH, elas poderão ser retiradas mais facilmente do antebraço do que fazer uma cirurgia maior no pescoço novamente. 11

11

11

,

2

11

Questão 5: Por que o Prof. Magruder não pode simplesmente repor o PTH por via oral? (Dica: o PTH é um hormônio peptídeo.)

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760

765

771

178

fosfato. A excreção renal é afetada pelo PTH (que promove a excreção do fosfato) e pela vitamina D 3 (que promove a reabsorção do fosfato).

Quais as diferenças entre uma cinase, uma fosfatase e uma fosfori lase? Respostas: p. 781

estão hiperativos e o osso é enfraquecido pela reabsorção. A calcitonina nesses pacientes estabiliza a perda óssea anormal, levando os cientistas a especularem que este hormônio é mais importante durante o crescimento na infância, quando uma deposição óssea líquida é necessária, e durante a gravidez e a lactação, quando o corpo da mãe precisa de suprimento de cálcio para ela e para o seu filho.

As homeostases do cálcio e do fosfato estão associadas A homeostase do fosfato é intimamente relacionada com a homeostase do cálcio. O fosfato é o segundo ingrediente chave para a hidroxiapatita do osso, Ca 10 (P0 4) 6 (0H) 2 , e a maior parte do fosfato no corpo é encontrada no osso. Contudo, o fosfato possui outros papeis fisiológicos significativos, incluindo transferência e armazenamento de energia em ligações fosfato ricas em energia, ativação ou desativação de enzimas, transportadores e canais iônicos. Os fosfatos também fazem parte da estrutura do DNA e do RNA. A homeostase do fosfato é paralela à do Ca2 +. O fosfato é absorvido no intestino, filtrado e reabsorvido nos rins e distribuído entre o osso, o LEC e os compartimentos intracelulares. A vitamina D 3 aumenta a absorção intestinal do

A osteoporose é uma doença de perda óssea Uma das alterações da função óssea mais conhecida é a osteoporose, um distúrbio metabólico no qual a reabsorção óssea excede a deposição óssea. O resultado é a fragilidade e a fraqueza dos ossos, que são mais facilmente fraturados (Fig. 23-21 e ). A maior parte da reabsorção óssea acontece no osso trabecular esponjoso, particularmente nas vértebras, nos quadris e nos punhos. A osteoporose é mais comum em mulheres após a menopausa, quando a concentração de estrogênio cai. No entanto, homens mais velhos também desenvolvem osteoporose. A perda óssea e pequenas fraturas e a compressão da coluna vertebral levam à cifose (corcunda), encurvamento característico da osteoporose avançada nos idosos. A osteoporose é uma doença complexa com componentes genéticos e ambientais. Os fatores de risco incluem tipo corporal pequeno e magro, período pós-menopausa, fumo e dieta com baixa ingestão de Ca2 +. Por muitos anos, a terapia de reposição hormonal (HRT) com estrogênio ou, estrogênio/progesterona foi usada para prevenir a osteoporose. Contudo, a terapia apenas com estrogênio aumenta o risco de câncer endometrial e passivei-

23

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•

Dee Unglaub Silverthorn

FIGURA 23-21 Osso normal (esquerda) e perda óssea na osteoporose (direita). Estas fotografias ilustram significativamente porque pessoas com osteoporose apresentam alta incidência de fratura nos ossos.

mente outros cânceres, e estudos recentes sugerem que a HRT com estrogênio/progesterona pode aumentar o risco de ataque cardíaco e AVC. Um modulador seletivo do receptor de es-

trogênio (SERM) chamado de raloxifeno, tem sido usado para tratar a osteoporose, mas não é tão eficaz quanto os fármacos que atuam mais diretamente no metabolismo do osso. Esses fármacos inclui os bifosfonatos, que induzem a apoptose dos osteoclastos e suprimem a reabsorção do osso, e a teriparatida, um derivado do PTH, que estimula a formação de osso novo. A teriparatida consiste nos primeiros 34 aminoácidos dos 84 aminoácidos que formam a molécula de PTH e precisa ser injetada, em vez de ser ingerida por via oral. Atualmente estudos clínicos estão investigando se alguma combinação de bifosfonatos e teriparatida é mais eficaz no combate à osteoporose do que a ação individual desses fármacos. Para evitar a osteoporose na idade avançada, as mulheres jovens precisam manter uma dieta adequada em cálcio e realizar exercícios com sustentação do peso do corpo, como corrida ou aeróbios que aumentam a densidade óssea. A perda de massa óssea inicia por volta dos 30 anos de idade - muito antes da maioria das mulheres começarem a pensar que estão em risco-, e muitas mulheres apresentam pouca massa óssea (osteopenia) muito tempo antes de elas estarem conscientes de algum problema. O exame da massa óssea (densitometria óssea) pode ajudar no diagnóstico precoce da osteopenia.

Hiperparatireoidismo O professor Magruder fez a cirurgia, e as glândulas implantadas passaram a produzir quantidades adequadas de PTH. As concentrações de Ca 2 + precisarão ser verificadas regularmente por toda sua vida para garantir que as glândulas cont inuam f uncionando adequadamente. Para aprender mais sobre hi-

perparatireoidismo, veja este art igo no The American Family Physician, www.aafp.org/afp/20040115/333 .html. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Qual é o papel do Ca 2 + no funcionamento normal dos músculos e neurônios?

O cálcio dispara a liberação de neurotransmissores [ $ p. 274) e expõe os sítios de ligação da miosina nos filamentos de actina no músculo [ $ p. 415).

A fraqueza muscular no hiperparat ireoidismo é o oposto ao que você poderia esperar conhecendo o papel do Ca 2 + nos múscu los e neurônios. No entanto, o cálcio também afeta a permeabilidade dos neurônios ao Na+, e isto é o que leva à fraqueza muscular e aos efeitos no sistema nervoso central.

2

Qual é o termo técnico para "concentrações elevadas de cá lcio no sangue"?

Prefixo para concentrações e levadas: hiper-. Sufixo para "no sangue" -emia.

A hipercalcemia é o termo técnico para concentrações elevadas de cálcio no sangue.

3

Especule por que uma parte do Ca2 + plasmático não pode ser filtrada para a cápsula de Bowman.

A filtração no gloméru lo é um processo seletivo que exclui as células sanguíneas e a maioria das proteínas plasmáticas [ $ p. 631 ] .

Uma quantidade significativa de Ca 2 + p lasmático liga-se a proteínas plasmát icas e, por isso, não pode ser filtrada.

4

Que exame poderia provar definitivamente que o Prof. Magruder tem hiperparatireoidismo?

O hiperparatireoidismo é uma condição em que são secretadas quantidades excessivas de PTH.

Um exame para verificar a quant idade de PTH no sangue poderia confirmar o diagnóstico de hi perparat i reoidismo.

779

Fisiologia Humana

5

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Por que o professor Magruder não pode simplesmente repor o PTH por via oral?

O PTH é um hormônio peptídeo.

Peptídeos ingeridos são digeridos por enzimas proteolíticas. Isto significa que o PTH administrado por via oral não pode ser absorvido intacto pelo corpo e consequentemente não seria eficaz.

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765

771

] 7

RESUMO DO CAPÍTULO A endocrinologia baseia-se nos princípios fisiológicos da homeostase e dos sistemas de controle. Cada hormônio possui estímulos que iniciam a sua secreção, e sinais de retroalimentação que modulam a sua liberação. Interações moleculares e comunicação através da membrana também são essenciais para a atividade hormonal. Em muitos casos, como na homeostase do cálcio e do fosfato, o princípio do equilwrio de massa é o objetivo da regulação hormonal.

Revisão dos princípios endócrinos 1. Componentes básicos das vias endócrinas incluem receptores hormonais, alças de retroalimentação e respostas celulares. (p. 758)

Glicocorticoides adrenais (suprarrenais) 2. O córtex da suprarrenal secreta glicocorticoides, esteroides sexuais e aldosterona. (p. 758-759; Figs. 23-1, 23-2) 3. A secreção do cortisol é controlada pelo CRH hipotalâmico e pelo ACTH da hipófise. O cortisol é o sinal de retroalimentação. O cortisol é um típico hormônio esteroide na sua síntese, secreção, transporte e ação. (p. 760; Fig. 23-3) 4. O cortisol é catabólico e essencial à vida. Ele promove a gliconeogênese, a quebra das proteínas do músculo esquelético e a degradação do tecido adiposo, a excreção de Ca2 + e a supressão do sistema imunitário. (p. 761; Tabela 23-1) 5. O hipercortisolismo geralmente resulta de um tumor ou da administração terapêutica do hormônio. A doença de Addison é uma hipossecreção de todos os hormônios esteroides suprarrenais. (p. 762-7 63) 6. O CRH e as melanocortinas possuem outras ações fisiológicas além da liberação do cortisol. (p. 763; Fig. 23-6)

Hormônios da tireoide 7. O folículo da tireoide possui um centro oco preenchido com coloide contendo tireoglobulina e enzimas. (p. 764; Fig. 23-7) 8. Os hormônios da tireoide são sintetizados a partir da tirosina e do iodo. A tetraiodotironina (tiroxina, T4 ) é convertida nos tecidos-alvo no hormônio mais ativo triiodotironina (T3). (p. 764; Figs. 23-8, 23-9, 23-10) 9. Os hormônios da tireoide não são essenciais para a vida, mas influenciam a taxa metabólica, bem como o metabolismo das proteínas, dos carboidratos e das gorduras. (p. 766; Tabela. 23-2) 10. A secreção dos hormônios da tireoide é controlada pela tireotrofina (hormônio estimulador da tireoide, TSH) e pelo hormônio liberador da tirotrofina (TRH). (p. 767; Figs. 23-11, 23-12)

Hormônio do crescimento 11. O crescimento normal requer o hormônio do crescimento, os hormônios da tireoide, a insulina e os hormônios sexuais na puberdade. O crescimento também requer dieta adequada e ausência de estresse crônico. (pp. 768-7 69) 12. O hormônio do crescimento é secretado pela adeno-hipófise e estimula a secreção de fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGFs) liberados a partir do fígado e outros tecidos. Esses hormônios promovem o crescimento dos ossos e dos tecidos moles. (p. 769; Tabela 23-3) 13. A secreção do hormônio do crescimento é controlada pelo hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) e pelo hormônio inibidor do hormônio do crescimento (somatostatina). (p. 769; Fig. 23-13)

Crescimento dos tecidos e dos ossos 14. O osso é composto de cristais de hidroxiapatita fixados a uma base de colágeno. O osso é um tecido dinâmico que contém células vivas. (p. 771; Fig. 23-15) 15. Os osteoblastos sintetizam o osso. O crescimento dos ossos longos ocorre nas placas epifisárias, onde os condrócitos produzem cartilagem. (pp. 771-772; Fig. 23-16)

Equilíbrio do cálcio

Líquidos & eletrólitos: homeostase eletrolítica 16. O cálcio atua como um sinal intracelular nas vias de segundo mensageiro, na exocitose e na contração muscular. Também desempenha um papel nas junções celulares, na coagulação e na função neural. (pp. 772-773; Tabela. 23-4) 17. A homesostase do Ca2 + equilibra a entrada na dieta, a eliminação urinária e a distribuição do Ca2 + entre os ossos, as células e o LEC. (p. 773; Fig. 23-17) 18. A diminuição do Ca2 + no plasma estimula a secreção do hormônio da paratireoide (PTH) pelas glândulas paratireoides. (p. 774; Tabela. 23-5) 19. O PTH promove a reabsorção do Ca2+ dos ossos, aumenta areabsorção renal do Ca2 + e aumenta a absorção intestinal do Ca2 + por seu efeito sobre o calcitriol. (p. 775; Figs. 23-17, 23-20; Tabela 23-6) 20. A calcitonina proveniente da glândula tireoide tem um papel secundário no balanço diário do cálcio dos humanos adultos. (p. 776; Tabela 23-7)

23

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Dee Unglaub Silverthorn

QUESTÕES DE REVISÃO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Nomeie as zonas do córtex da suprarrenal e os principais hormônios secretados em cada zona. 2. Para (a) cortisol, (b) hormônio do crescimento, (c) hormônio da paratireoide, e (d) T3 e T4, desenhe toda a via de controle e mostre a retroalimentação quando apropriado. Não use abreviações. 3. Cite quatro condições que são necessárias para a pessoa alcançar seu pleno crescimento. Inclua cinco hormônios específicos que tenham efeito sobre o crescimento. 4. Dê o nome dos hormônios da tireoide. Qual possui maior atividade? Como e onde a maior parte deles é produzida? 5. Defina cada termo que segue e explique seu significado fisiológico. (a) Melanocortinas (e) Osso trabecular (b) Osteoporose (f) POMC (c) Hidroxiapatita (g) Placas epifisárias (d) Mineralocorticoide 6. Liste sete funções do cálcio no corpo. 7. Faça uma tabela mostrando os efeitos do cortisol, dos hormônios da tireoide, do hormônio do crescimento, da insulina e do glucagon sobre o metabolismo das proteínas, dos carboidratos e dos lipídeos.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 8. Mapeamento: Crie um mapa reflexo para cada situação que se segue: (a) Hipercortisolismo devido a um tumor na suprarrenal (b) Hipercortisolismo devido a um tumor na hipófise (c) Hipotireoidismo devido a um tumor na tireoide secretor de hormônio (d) Hipotireoidismo devido a um tumor na hipófise que diminui a síntese de TSH. 9. Defina, compare e diferencie ou relacione os termos em cada conjunto: (a) Cortisol, glicocorticoides, ACTH, CRH (b) Tireoide, célula C, folículo, coloide (c) Tireoglobulina, tirosina, iodeto, TBG, deiodinase, TSH, TRH (d) Somatotrofina, IGF, GHRH, somatostatina, proteína ligadora do hormônio do crescimento (e) Gigantismo, acromegalia, nanismo (f) Hiperplasia, hipertrofia (g) Osteoblasto, osteoclasto, condrócito, osteócito (h) Vitamina D, calcitriol, 1,25-di-hidroxicolecalciferol, calcitonina, estrogênio, PTH 10. Com base no que você conhece sobre os mecanismos celulares de ação do T3 , você esperaria ver a resposta a este hormônio no tecido em alguns minutos ou em mais de uma hora? 11. Se o valor médio da [Ca2 +] plasmática é 2,5 mmol/L, qual é a concentração em mEq/L? 12. Os osteoclastos produzem ácido (H+) a partir de C02 e H20. Eles secretam o ácido em sua membrana apical e colocam bicarbonato no LEC. Desenhe um osteoclasto e esquematize este processo, incluindo enzimas e transportadores apropriados em cada membrana. Quantos transportadores diferentes você acha que podem ser usados para a reabsorção do bicarbonato?

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 13. Recomenda-se que pacientes diabéticos que fizeram cirurgia, ficaram doentes, ou estão sob outro estresse fisiológico monitorem cuidadosamente seu nível de açúcar no sangue, porque eles podem precisar aumentar a dose de insulina temporariamente. Qual é a explicação fisiológica para esta recomendação?

14. Um teste diagnóstico para determinar a causa do hipercortisolismo é o teste de supressão por dexametasona. A dexametasona bloqueia a secreção de ACTH pela adeno-hipófise. A tabela que segue mostra os resultados de dois pacientes nos quais foi aplicado o teste da supressão por dexametasona.

Concentração de cortisol plasmático Antes do teste Paciente A Alta Paciente B Alta

Depois do teste Alta Baixa

A partir desses resultados você pode dizer onde as doenças dos pacientes se originaram? Explique para cada paciente. 15. Quando os resultados dos exames de sangue chegaram na última semana, alguém no escritório derramou uma xícara de café sobre eles, cobrindo o nome dos pacientes e alguns números. Um resultado mostra níveis elevados de TSH, mas os níveis dos hormônios da tireoide são ilegíveis. Você tem três gráficos que esperam pelos resultados dos níveis dos hormônios da tireoide. Suas hipóteses diagnósticas com base em sinais físicos e sintomas, para estes três pacientes são: Sr. A: Hipotireoidismo primário Sra. B: Hipertireoidismo primário Sra. C: Hipertireoidismo secundário (a) Você pode dizer quais resultados estão nos dados manchados, com base nos resultados do TSH e na hipótese diagnóstica? (b) Você pode excluir qualquer uma das três pessoas com base nos mesmos critérios? Explique. 16. O gráfico a seguir mostra os resultados de um estudo feito em Boston que compara os níveis de vitamina D no sangue durante o verão e o inverno. Boston está localizada a 42 graus de latitude norte, e a fraca luz do sol no inverno não possibilita a síntese de vitamina D na pele. (Dados do Am. f. Med. 112-659-662, 2002 Junl)

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Fisiologia Humana

(a) Resuma os resultados mostrados no gráfico. Quantas variáveis que são mostradas no gráfico você precisa mencionar em seu resumo? (b) Com base no que você conhece, como você explicaria os resultados do estudo? (c) Tomar um suplemento de multivitaminas afetaria os resultados?

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NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 17. O Ca2 + plasmático filtrável é de aproximadamente 5 mg/L. Considere que um homem tem uma TFG de 125 mL de plasma filtrado por minuto. (a) Quanto Ca2 + ele filtra por dia? (b) A ingestão líquida de Ca2 + na dieta é de 170 mg/dia. Para manter o Ca2 + em equilíbrio, quanto Ca2 + precisa ser excretado? (c) Qual porcentagem de Ca2 + filtrado é reabsorvida pelo túbulo renal?

RESPOSTAS

ti'Respostas para as questões de

11

Revisando

conceitos·' Página 760 1. A medula da suprarrenal secreta catecolaminas (adrenalina, noradrenalina), e o córtex da suprarrenal secreta aldosterona, glicocorticoides e hormônios sexuais. 2. A androstenediona é um pró-hormônio da testosterona. Atestosterona é anabólica para o músculo esquelético, o que pode dar a um atleta uma vantagem de força. Página 762 3. ACTH = hormônio adrenocorticotrófico ou corticotrofina. CRH = hormônio liberador de corticotrofina. HPA = eixo hipotalâmico-hipofisário-adrenal. CBG = globulina ligadora de corticosteroides ou transcortina. 4. Esta resposta imediata ao estresse é muito rápida para ser mediada pelo cortisol e deve ser uma resposta de luta-ou-fuga mediada pelo sistema nervoso simpático e pelas catecolaminas. 5. Não, porque o cortisol é catabólico para as proteínas musculares. Página 763 6. Hipercortisolismo iatrogênico e primário: o ACTH é mais baixo que o normal devido à retroalimentação negativa. Hipercortisolismo secundário: o ACTH é mais alto porque é secretado pelo tumor. 7. Doença de Addison: alto ACTH devido à redução da produção de corticosteroides e à falta de retroalimentação negativa. Página 764 8. O ACTH é secretado durante o estresse. Se o estresse é físico provocado por uma lesão, o opiode endógeno [3-endorfina pode diminuir a dor e ajudar o corpo a continuar funcionando. Página 768 9. Nos tecidos periféricos, o T4 é convertido em T3, que é a forma mais ativa do hormônio. 10. Quando as mitocôndrias estão desacopladas, a energia normalmente capturada no ATP é liberada como calor. Isso aumenta a temperatura do corpo da pessoa e causa intolerância ao calor. Página 770 11. A prolactina também tem dois fatores hipotalâmicos que regulam sua liberação [ ~ 233]. Página 772 12. O crescimento e o desenvolvimento normais requerem hormônio do crescimento, hormônios da tireoide, insulina e fatores de crescimento semelhantes à insulina.

13. Adultos que hipersecretam hormônio do crescimento não crescem mais porque suas placas epifisárias estão fechadas. Página 774 14. A hipercalcemia hiperpolariza o potencial de membrana, tornando mais difícil para o neurônio disparar um potencial de ação. 15. A figura deve assemelhar-se à Figura 20-12. Em vez de um canal de Na+ na membrana apical, a figura deve ter um canal de Ca2+ que permite ao Ca2 + entrar na célula. A superfície basolateral deve mostrar a ATPase movendo o Ca2+ do citoplasma para o líquido intersticial, e um transportador mostrando o Na+ entrando na célula em troca pelo Ca2 + que está saindo. 16. O antiportador Na+-Ca2 + realiza transporte ativo secundário, e a Ca2+- ATPase realiza transporte ativo. Página 777 17. O ATP e o fosfato de creatina armazenam energia em ligações fosfato ricas em energia. 18. Uma cinase transfere um grupo fosfato de um substrato para outro. Uma fosfatase remove um grupo fosfato e uma fosforilase adiciona um.

Respostas para as questões das figuras Página 759 Figura 23-2: (a) Um bebê que nasce com deficiência da 21-hidroxilase terá baixos níveis de aldosterona e de cortisol e um excesso de esteroides sexuais, particularmente androgênios. Baixo cortisol diminuiria a capacidade da criança de responder ao estresse. O excesso de androgênios causaria masculinização em bebês do sexo feminino. (b) Mulheres que sintetizam mais estrogênios teriam mais aromatase. Página 765 Figura 23-9: A membrana apical está voltada para o coloide e a membrana basolateral para o LEC. O 1- entra na célula por transporte ativo secundário (cotransporte com Na+). A tireoglobulina move-se entre o coloide e o citoplasma por exocitose e endocitose. Os hormônios da tireoide deixam a célula por difusão simples. Página 768 Figura 23-12: Um tumor na adeno-hipófise hipersecreta TSH, o que causa hipertireoidismo e aumenta a glândula tireoide. A via deve mostrar a redução de TRH resultando de uma alça curta de retroalimentação negativa do TSH para o hipotálamo, aumento do TSH causado pelo tumor, hormônios da tireoide elevados, mas nenhuma retroalimentação negativa dos hormônios da tireoide para a adeno-hipófise, porque o tumor não responde a sinais de retroalimentação.

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Visão geral Patógenos do corpo humano 784 785

Bactérias e vírus requerem mecanismos de defesa d iferentes Vírus podem replicar-se somente no interior das células hospedeiras

Resposta imunitária Anatomia do sistema imunitário 787 788

Os tecidos linfáticos estão distribuídos por todo o corpo Os leucócitos med iam a imunidade

Imunidade inata: Respostas inespecíficas 790

As barreiras são a primeira linha de defesa do corpo 791 Os fagócitos ingerem material estranho 792 As células natural killer el iminam célu las infectadas e células tumorais 792 As citocinas geram a resposta inflamatória

795

Os linfócitos B tornam-se p lasmócitos e célu las B de memória 795 Os anticorpos são proteínas secretadas pelos plasmócitos 798 Os linfócitos T usam a sinalização dependente de contato

Vias da resposta imunitária 800 800

A invasão bacteriana causa inflamação As infecções vira is requerem defesa intracelular 803 Respostas alérgicas são desencadeadas por antígenos específ icos 804 As proteínas do MHC permitem o reconhecimento de tecido estranho 805 O sistema imunitário precisa reconhecer o que é próprio" 806 A vigilância imunitária remove célu las anormais do corpo 11

Interações neuroimunoendócrinas 808

O estresse altera a função do sistema imunitário 808 A medicina moderna inclu i terapias corpo-mente

Imunidade adquirida: Respostas a antígenos específicos 794 Os linfócitos são mediadores da resposta imunitária adqu irida

CONHECIMENTOS BÁSICOS Leucócitos: 549 Pirogênios: 751 Fagocitose: 152 Sistema linfático: 530 Fatores estimulantes de colônia: 551 Pele: 86 DNA, RNA: 34 Transcrição e transdução: 120 Coagulação: 560 Citocinas: 180 Movimento mucociliar: 574 Ligantes: 40 Tipos de epitélio: 74

Embora, à primeira vista, o sistema imunitário possa parecer autônomo, ele é conectado por inúmeras pontes estruturais e {Uncionais com os sistemas nervoso e endócrino, constituindo um multissistema. -Branislav D. jankovic, Neuroimmunomodulation: The State of the Art, 1994

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Tratamento da AIDS Em 1996, pesquisadores desenvolveram uma estratégia que poderia suprimir por um longo período o HIV, o vírus que causa a síndrome de imunodeficiência adquirida (AIOS). Naquele ano, os cientistas confirmaram que um coquetel consistindo em vários fármacos, incluindo um inibidor de protease, poderia ser eficaz contra o HIV. Entretanto, questões permaneceram em aberto. Por quanto tempo a nova combinação de medicamentos manteria o vírus sob controle? Eles funcionariam para todos os portadores da infecção? George, 28 anos, afastou essas questões para o fundo da sua mente. Após três anos com uma saúde relativamente boa após o seu teste positivo de HIV, ele soube que sua contagem de linfócitos T começou a diminuir. Sem tratamento, seria uma questão de tempo até George f icar gravemente doente. 11

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esde a década de 1980, a frequência de doenças infecciosas tem aumentado. Algumas delas, como a tuberculose e a raiva, são velhos inimigos que julgávamos estarem sob controle. Outras, como é o caso da gripe aviária, da síndrome respiratória aguda grave (SARS), da varíola, do Hantavírus, do vírus ebola, parecem ter surgido subitamente do nada. O conflito entre os humanos e seus invasores que causam doenças tem sido sempre uma luta pela sobrevivência de ambos os lados. Os agentes infecciosos precisam de um hospedeiro, como o corpo humano, para se reproduzirem. Entretanto, se matarem todos os seus hospedeiros, eles também morrerão. No lado humano da equação, devemos lutar contra os invasores para sobrevivermos como espécie. A capacidade do corpo de se autoproteger de vírus, de bactérias e de outros microrganismos que causam doenças é conhecida como imunidade, que vem da palavra em latim immunis, que significa isento, dispensado. O sistema imunitário humano é constituído pelos tecidos linfáticos do corpo, as células imunitárias e as substâncias químicas (tanto as intracelulares quanto as secretadas) que coordenam e executam as funções imunitárias. Todas as funções imunitárias dependem muito da comunicação célula-a-célula, particularmente a comunicação local por citocinas e a sinalização dependente do contato [ ~ p. 180].

VISAO GERAL As características-chave do sistema imunitário são especifiddade e memória. Juntos estes processos são capazes de distinguir o que é "próprio" do corpo do que é "não próprio" e organizar uma resposta direcionada para invasores específicos. O sistema imunitário tem três funções principais: 1. Protege o corpo de invasores causadores de doenças que são conhecidos como patógenos. Os microrganismos (micróbios) que agem como patógenos incluem

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bactérias, vírus, fungos e protozoários unicelulares. Patógenos maiores incluem parasitas multicelulares, como ancilóstomos e tênias. Além disso, praticamente qualquer molécula ou célula exógena tem o potencial de desencadear uma resposta imunitária. Pólen, substâncias químicas e corpos estranhos são exemplos de substâncias às quais o corpo pode reagir. Substâncias que desencadeiam a resposta imunitária e podem reagir com produtos dessa resposta são conhecidas como antígenos. 2. Remove células mortas ou danificadas, como os eritrócitos. Células fagocitárias do sistema imunitário patrulham o compartimento extracelular, engolfando e digerindo as células mortas ou que estão morrendo. 3. Reconhece e remove células anormais, geradas quando o crescimento e o desenvolvimento celulares estão incorretos. Por exemplo, as doenças que chamamos de câncer resultam de células anormais que se multiplicam incontrolavelmente, comprimindo as células normais e alterando suas funções. Os cientistas acreditam que as células cancerígenas são regularmente formadas, mas são geralmente detectadas e destruídas pelo sistema imunitário antes que fiquem fora de controle. Algumas vezes, o sistema imunitário do corpo falha em executar suas funções normais. Disfunções do sistema imunitário em geral são classificadas em uma de três categorias: respostas incorretas, respostas exageradas ou falta de resposta. 1. Respostas incorretas. Se os mecanismos que distinguem o próprio do não próprio falham e o sistema imunitário ataca as células normais do corpo, ocorre uma doença autoimune. O diabete melito tipo 1, no qual proteínas produzidas pelo sistema imunitário destroem as células í3 do pâncreas, é um exemplo de uma doença autoimune humana. 2. Respostas exageradas. Alergias são condições nas quais o sistema imunitário gera uma resposta que é fora de proporção em relação à ameaça representada pelo antígeno. Em casos extremos, os efeitos sistêmicos das respostas alérgicas podem ameaçar a vida. 3. Falta de resposta. Doenças por imunodeficiência ocorrem quando componentes do sistema imunitário não funcionam adequadamente. A imunodefidência primária é uma família de distúrbios herdados geneticamente que variam de leves a graves. As imunodefidências adquiridas podem ocorrer como resultado de uma infecção, como a síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS) causada pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV). As imunodeficiências adquiridas também podem surgir como efeito colateral de tratamentos medicamentosos ou com radiação, como os utilizados no tratamento do câncer.

PATÓGENOS DO CORPO HUMANO Nos Estados Unidos, as doenças infecciosas mais prevalentes são as de origem virai e as bacterianas. Mundialmente, os parasitas constituem uma preocupação adicional significativa para a saúde pública. Por exemplo, estima-se que a malária,

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Dee Unglaub Silverthorn

Invasão virai da célula hospedeira

Síntese de novos ácidos nucleicos e proteínas virais

Montagem das novas macromoléculas virais em novas partículas virais

·

(a} lnfluenza, um vírus de RNA

•

FIGURA 24-1

Liberação de partículas virais da célula hospedeira

(b} Passos gerais da replicação virai

Estrutura e replicação virai.

um protozoário patogênico que alterna o seu ciclo de vida nos seus hospedeiros, os seres humanos e o mosquito, infecte até 100 milhões de pessoas. Muitos parasitas, como o protozoário da malária, são introduzidos no organismo pela picada de insetos. Outros entram no corpo através do trato digestório trazidos pela água ou alimentos contaminados. Alguns são inalados, como os fungos que causam a febre do fen o e a histoplasmose. Uns poucos, como o Schistosoma, entram através da pele do hospedeiro. Uma vez dentro do corpo, os microrganismos e os parasitas podem entrar nas células hospedeiras para escapar da resposta imunitária, ou podem permanecer no compartimento extracelular.

Bactérias e vírus requerem mecanismos de defesa diferentes

corpo requer mecanismos de defesa diferentes para cada comportamento. 3. Suscetibilidade a medicamentos. A maioria das bactérias pode ser morta por medicamentos denominados antibióticos, que atuam diretamente nas bactérias e as destroem ou inibem seu crescimento. Os vírus não podem ser mortos por antibióticos. Algumas infecções virais podem ser tratadas com antivirais, que têm como alvo estágios específicos da replicação do vírus.

Vírus podem replicar-se somente no interior das células hospedeiras O ciclo de replicação de um vírus começa quando ele invade a célula hospedeira (Fig. 24-lb). Para cruzar a membrana da célula hospedeira humana, o vírus se liga a receptores da membrana, induzindo a endocitose de toda a partícula vi-

Bactérias e vírus diferem entre si em vários aspectos (Tabela 24-le ). Essas diferenças fazem com que o corpo tenha várias respostas imunitárias. 1. Estrutura. As bactérias são células com uma membrana celular que em geral está circundada por uma parede celular. Algumas bactérias encapsuladas também produzem uma camada protetora adicional externa conhecida como cápsula. Vírus não são células. Eles consistem em um ácido nucleico (DNA ou RNA) envolto por uma capa de proteínas virais denominada capsídeo. Alguns vírus adicionam um envelope de fosfolipídeos e proteínas feito a partir da membrana da célula hospedeira e incorporam proteínas virais ao envelope (Fig. 24-lae ). 2. Condições de vida e reprodução. A maioria das bactérias pode sobreviver e se reproduzir fora de um hospedeiro se possuir nutrientes, temperatura, pH, etc. necessários.Já os vírus predsam usar a maquinaria intracelular de uma célula hospedeira para replicar-se. A localização dos patógenos nos dois principais compartimentos do

Diferenças entre vírus e bactérias BACTÉRIAS

VÍRUS

Estrutura

Célu las. Gera lmente circundadas por parede celular.

Não são células. Ácidos nucleicos envoltos por uma capa de proteína.

Condições de vida

A maioria pode reproduzir-se e sobreviver fora de um hospedeiro.

Parasitas. Precisam de uma célula hospedeira para se reproduzir.

Suscetibilidade a medicamentos

A maioria pode ser morta ou inibida por antibióticos.

Não podem ser mortos por antibióticos. Alguns podem ser inibidos por antivirais.

Fisiologia Humana

ral. Em um cenário alternativo, o envelope virai se funde à membrana da célula hospedeira, permitindo que o cerne do vírus entre no citoplasma. Uma vez no interior da célula hospedeira e livre do capsídeo, o ácido nucleico do vírus toma conta dos recursos da célula hospedeira a fim de produzir novo ácido nucleico e proteínas virais. Estes componentes se juntam em partículas virais adicionais que são liberadas da célula hospedeira para infectar outras células. Os vírus podem ser liberados das células hospedeiras de duas maneiras. (1) Os vírus causam a ruptura da célula hospedeira, liberando as partículas virais no LEC, ou (2) as partículas virais se revestem com uma camada de membrana da célula hospedeira e então brotam da superfície de célula hospedeira. Outros tipos de danos são causados pelos vírus nas células hospedeiras. Quando eles invadem uma célula, podem interromper totalmente o metabolismo celular e levar à morte da célula. Alguns vírus (Herpes simples tipo I e Varicela-zóster, que causam herpes labial e varicela, respectivamente) ficam "escondidos" na célula hospedeira e se replicam somente de forma esporádica. Outros vírus incorporam o seu DNA no DNA da célula hospedeira. Vírus com esta característica incluem o HIV e os vírus oncogênicos, que causam câncer. R VISANDO CONCEITOS 1. Explique as diferenças entre vírus e bactérias. 2. Liste a sequência de passos pelos quais um vírus se autorreplica. Respostas: p. 812

A RESPOSTA IMUNITÁRIA O corpo possui duas linhas de defesa. Barreiras físicas e químicas, como pele, muco e ácido do estômago, são a primeira

O HIV é um vírus conhecido como retrovírus. Estes vírus não possuem DNA que possa atuar como molde para a síntese do RNAm [$ p. 120]. Em vez disso, eles produzem uma enzima denominada transcriptase reversa que permite ao RNA virai produzir uma fita complementar de DNA. Este DNA virai serve então como molde para o RNAm virai, o qual por sua vez usa os ribossomos da célula hospedeira para produzir proteínas virais. O médico de George deu a ele dois fármacos antirretrovirais que atuam inibindo a transcriptase reversa: o AZT e o ddC. O outro fármaco do coquetel que o Dr. Mckinght quer adicionar é um inibidor da protease. A protease é uma enzima necessária para clivar proteínas chave durante um passo da replicação do HIV.

Questão 1: Por que a replicação do retrovírus não pode ocorrer sem a transcriptase reversa?

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tentativa de deixar os patógenos fora do meio interno do corpo. Se esta primeira linha de defesa falha, então a resposta imunitária interna assume. Qualquer que seja a natureza do material estranho que entra no corpo, a resposta imunitária interna inclui os mesmos passos básicos: (1) detecção e identificação da substância estranha; (2) comunicação com outras células imunitárias para desencadear uma resposta organizada; (3) recrutamento de ajuda e coordenação da resposta de todos os participantes; e (4) destruição ou supressão do invasor. Nem todos os invasores podem ser destruídos pelo sistema imunitário do corpo. Em alguns casos, o melhor que o corpo consegue fazer é controlar o dano e evitar a disseminação do invasor. Exemplos de patógenos que são suprimidos pelo sistema imunitário, ao invés de serem destruídos, incluem a bactéria que causa a tuberculose; o parasita que causa a malária, que se esconde dentro das células do fígado; e o vírus do herpes, que causa erupções ocasionais de herpes labial ou lesões genitais. O sistema imunitário se caracteriza pelo extenso uso de sinalização química. A detecção, a identificação, a comunicação, o recrutamento, a coordenação e o ataque dos invasores dependem de moléculas sinalizadoras como os anticorpos e as citocinas. Os anticorpos são proteínas secretadas por determinadas células imunitárias, que se ligam a antígenos e os tornam mais visíveis para o sistema imunitário. As citocinas são proteínas mensageiras liberadas por uma célula que afeta o crescimento ou a atividade de outra célula[$ p. 180]. A resposta imunitária humana em geral é dividida em duas categorias: imunidade inata não espeáfica e imunidade adquirida específica. A imunidade inata está presente desde o nascimento [inatus, no nascimento] e é a resposta imunitária não específica do corpo à invasão. Os receptores da membrana da célula imunitária que media a imunidade inata têm ampla especificidade e respondem a sinais moleculares que são únicos e comuns a microrganismos patogênicos, como componentes da parede celular bacteriana. Como a resposta inata não específica não está direcionada para um patógeno em particular, ela começa dentro de minutos ou horas. A inflamação, que se apresenta na pele como uma área vermelha, quente e inchada, é uma reação característica da imunidade inata. A imunidade adquirida (também chamada de imunidade adaptativa) é direcionada a invasores específicos, e por isso é a resposta imunitária específica. Os receptores da membrana da célula imunitária que media a imunidade adquirida são bastante específicos e podem distinguir diferentes patógenos. Uma característica da imunidade adquirida é que uma resposta imunitária específica à primeira exposição a um patógeno pode levar dias. Entretanto, na exposição repetida, o sistema imunitário "lembra" da exposição anterior ao patógeno e reage mais rapidamente. A imunidade adquirida pode ser dividida em imunidade mediada por células e imunidade humoral. A imunidade mediada por células usa a sinalização dependente do contato, na qual um receptor da célula imunitária se liga a um receptor na sua célula-alvo. A imunidade humoral, também conhecida

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O SISTEMA LINFÁTICO

ESTRUTURA DE UM LINFONODO

Artéria e veia do linfonodo As tonsilas são um tecido linfático difuso

- - -----P-....:.,_,..

Vaso linfático - - eferente

O ti mo -+----::::~'---....:......t,.::. ' produz linfócitos T

1

Cápsula------.,,,.~-· Linfonodos Tecidos linfáticos encapsulados ~~::::_==~ O tecido linfático

.~-..

associado ao intestino (GALl) é um tecido linfático difuso

{b)

Vaso linfático _ _____.. aferente

A medula óssea - - ---T-....P.,:-+-"-\\,.-;1----+--c:-*"'1111 produz a maioria das células sanguíneas Vasos ..:;..__----+--~ linfáticos

,

Agrupamentos de células imunitárias interceptam patógenos que invadem o líquido intersticial

•

FIGURA 24-2

Anatomia do sistema imunitário.

como imunidade mediada por anticorpo, usa proteínas secretadas, conhecidas como anticorpos, para realizar a resposta imunitária. (O termo humoral se refere ao sangue, e é proveniente da antiga escola de medicina hipocrática, que classifica os líquidos do corpo em quatro humores: sangue, fleuma, bile negra e bile amarela.) Como veremos neste capítulo, as respostas imunitárias não específicas e específicas se sobrepõem. Ainda que as descrevamos separadamente, elas são duas partes interconectadas de um único processo. A resposta inata é a resposta mais

rápida, mas não está direcionada a um invasor específico. Ela é reforçada pela resposta adquirida específica ao antígeno, a qual amplifica a eficácia da resposta inata. A comunicação e a coordenação entre todas as diferentes vias da imunidade são vitais para um efeito protetor máximo. Em virtude do grande número de moléculas envolvidas na imunidade humana, e por causa das interações complexas entre os diferentes componentes do sistema imunitário, a área da imunologia está em contínua expansão. Neste capítulo, apresentamos os seus fundamentos.

Fisiologia Humana

O baço é o maior órgão linfático do corpo, localizado no quadrante superior esquerdo do abdome perto do estômago.

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A superfície externa do baço possui uma cápsula de tecido conectivo que se estende para dentro e cria uma estrutura que sustenta os vasos sanguíneos e o tecido linfático.

,___...- As regiões mais escuras da polpa vermelha estão intimamente ----- associadas com grande quantidade de vasos sanguíneos e seios venosos. A polpa vermelha contém muitos macrófagos que agem como um filtro, capturando e destruindo material estranho circulante no sangue. Além disso, os macrófagos ingerem eritrócitos velhos, danificados ou anormais, degradando suas moléculas de hemoglobina em aminoácidos, ferro e bilirrubina que é transportada ao fígado para excreção.

t';--:"~~ [ ---:>'" As

regiões da polpa branca se parecem com o interior dos linfonodos e são compostas principalmente de linfócitos

..,__-t---

Cápsula

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FIGURA 24-3

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ANATOMIA DO SISTEMA IMUNITÁRIO Provavelmente o sistema imunitário seja o sistema do corpo menos identificável anatomicamente por estar, em sua maior parte, integrado dentro dos tecidos de outros órgãos, como a pele e o trato gastrintestinal. Contudo, a massa de todas as células imunitárias do corpo equivale à massa do encéfalo! O sistema imunitário tem dois componentes anatômicos: os tecidos linfáticos e as células responsáveis pela resposta imunitária.

Os tecidos linfáticos estão distribuídos por todo corpo Os tecidos linfáticos são encontrados em todo o corpo. Os dois tecidos linfáticos primários são o timo [ver Em Foco: Timo, Fig. 24-14, p. 798] e a medula óssea[ $ Fig. 16-4, p. 554], ambos locais onde as células envolvidas na resposta imunitária se formam e amadurecem (Fig. 24-2a e ). Alguns tipos de células imunitárias maduras não se especializam até sua pri-

meira exposição ao patógeno. Essas células imunitárias maduras mas não especializadas são chamadas de células "naive" [naif, natural], ou virgens. Nos tecidos linfáticos secundários para as células imunitárias maduras interagem com os patógenos e iniciam uma resposta. Os tecidos secundários são divididos em tecidos encapsulados e tecidos linfáticos difusos não encapsulados. Os tecidos linfáticos encapsulados são o baço (Figs. 24-2a e 24-3 e ) e os linfonodos (Fig. 24-2b). Ambos têm uma parede externa formada por cápsulas de fibras colágenas. O baço contém células imunitárias posicionadas para monitorar o sangue contra invasores estranhos. As células fagocitárias no baço também aprisionam e removem eritrócitos velhos. Os linfonodos estão associados com a circulação linfática. Recorde do Capítulo 15 que existe um fluxo resultante de líquido para fora dos capilares e para dentro do espaço intersticial [$ p. 528]. Este líquido filtrado é captado pelos capilares linfáticos e passa através dos linfonodos encapsulados na sua viagem de volta à circulação.

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No lado de dentro dos linfonodos, agrupamentos de células imunitárias interceptam patógenos que entraram no líquido intersticial através de rupturas na pele ou das membranas mucosas. Uma vez que estes microrganismos tenham sido arrastados para a linfa, as células imunitárias dos linfonodos ajudam a impedir que eles se espalhem para todo corpo. Provavelmente você já observou que, se você tem uma infecção dos seios da face ou uma dor de garganta, os linfonodos do seu pescoço incham. Estes linfonodos inchados e doloridos resultam da presença de células imunitárias ativas que se acumularam nos linfonodos para combater a infecção. Os tecidos linfáticos difusos não encapsulados são agregados de células imunitárias que aparecem em outros órgãos do corpo (Fig. 24-2). Eles incluem as tonsilas na nasofaringe posterior; o tecido linfático associado ao intestino (GALT) que se situa debaixo do epitélio do esôfago e dos intestinos [$ p. 688]; e agrupamentos de tecidos linfáticos associados com a pele e os tratos respiratório, urinário e genital. Em cada caso, estes tecidos contêm células imunitárias posicionadas para interceptar patógenos invasores antes que eles cheguem à circulação geral. Por causa da grande área de superfície do epitélio do trato digestório, alguns especialistas consideram o GALT o maior órgão imunitário do corpo. Anatomicamente, as células do sistema imunitário podem ser encontradas em concentrações mais altas onde quer que seja mais provável de encontrar antígenos que penetrem no epitélio.

Os leucócitos mediam a imunidade As células principais responsáveis pela resposta imunitária são as células brancas do sangue, ou leucócitos, que foram apresentados no Capítulo 16 [ ~ p. 549]. Em sua maioria, os leucócitos são muito maiores do que os eritrócitos e são bem menos numerosos. Um microlitro (µL) de sangue total contém cerca de 5 milhões de eritrócitos, mas apenas cerca de 7.000 leucócitos. Embora a maior parte dos leucócitos circule no sangue, eles geralmente deixam os capilares e atuam extravascularmente (fora dos vasos sanguíneos). Alguns tipos de leucócitos podem sobreviver nos tecidos por vários meses, mas outros podem sobreviver somente horas ou dias. Os leucócitos são divididos em seis tipos básicos: (1) eosinófilos, (2) basófilos, no sangue e os mastódtos relacionados nos tecidos, (3) neutrófilos, (4) monódtos e seus derivados macrófagos (5) linfócitos e seus derivados plasmódtos e (6) células dendríticas. (Como as células dendríticas não são geralmente encontradas no sangue não as incluímos na discussão sobre os leucócitos do Capítulo 16.) Os leucócitos podem ser distinguidos uns dos outros em tecidos corados pela forma e tamanho do seu núcleo, pelas características de coloração do citoplasma, por inclusões citoplasmáticas e pela regularidade das bordas da célula. Nome das células imunitárias A terminologia associada com as células imunitárias pode ser muito confusa. Alguns tipos de células têm diversas variantes, e outras receberam vários nomes (Fig. 24-4 e ). Além disso, as células imunitárias podem ser agrupadas funcional ou morfologicamente. Um grupo morfológico é o dos granulócitos, leucócitos cujo citoplasma contém grânulos proeminentes. Os nomes dos diferentes tipos celulares resultam das propriedades de

coloração dos grânulos. Os grânulos dos basófilos se coram de azul-escuro com corante básico (alcalino) e os grânulos dos eosinófilos se coram de rosa-escuro com o corante ácido eosina [Eos, deusa grega da aurora]*. Em todos os três tipos de granulócitos, o conteúdo dos grânulos é liberado da célula por exocitose, um processo conhecido como degranulação. Os grânulos dos neutrófilos não ficam escuros com corantespadrão de sangue e, portanto, são "neutros". Um grupo funcional de leucócitos são os fagócitos, leucócitos que engolfam e ingerem seus alvos por fagocitose [$ p. 152]. Este grupo inclui os neutrófilos, os macrófagos, os monócitos (que são precursores dos macrófagos) e os eosinófilos. Um segundo grupo funcional é o das células citotóxicas, assim denominadas porque matam as células que atacam. Este grupo inclui os eosinófilos e alguns tipos de linfócitos. Um terceiro grupo é constituído por células apresentadoras de antígeno (APCs), que exibem fragmentos das proteínas estranhas na sua superfície celular. Este grupo inclui certos linfócitos, células dendríticas, macrófagos e monócitos. A terminologia associada com os macrófagos tem mudado ao longo da história da histologia e da imunologia. Por muitos anos, os macrófagos teciduais foram conhecidos como sistema reticuloendotelial e não eram associados com os leucócitos. Para confundir o assunto, as células foram denominadas ao serem primeiramente descritas em diferentes tecidos, antes de todas terem sido identificadas como macrófagos. Por essa razão, os histiódtos na pele, as células de Kupffer no fígado, os osteoclastos nos ossos, a microglia no encéfalo e as células reticuloendoteliais no baço são todos nomes de macrófagos especializados. O novo nome para o sistema reticuloendotelial é sistema fagocitário mononuclear, um termo que se refere tanto aos macrófagos nos tecidos quanto aos seus monócitos precursores circulantes. Nas seções seguintes, vemos com mais detalhes os seis tipos básicos de leucócitos. Eosinófilos Os eosinófilos são facilmente reconhecidos pelos grânulos corados de rosa presentes no seu citoplasma. Estas células imunitárias estão associadas com reações alérgicas e parasitoses. Normalmente, poucos eosinófilos são encontrados na circulação periférica, onde representam apenas 1 a 3% de todos os leucócitos. A duração de um eosinófilo no sangue é estimada em somente 6 a 12 horas. A maioria dos eosinófilos funcionais é encontrada no trato digestório, nos pulmões, nos epitélios genital e urinário e no tecido conectivo da pele. Essa localização reflete o seu papel na defesa do organismo contra invasores parasitas. Os eosinófilos são conhecidos por atacarem parasitas grandes cobertos com anticorpos, como o Schistosoma, e liberarem substâncias dos seus grânulos que danificam ou matam os parasitas. Como os eosinófilos matam os patógenos, eles são classificados como células citotóxicas. Os eosinófilos também participam das reações alérgicas, onde contribuem para a inflamação e o dano tecidual liberando enzimas tóxicas, substâncias oxidativas e uma proteína denominada neuro toxina derivada de eosinófilos. Embora tenha sido mostrado in vitro que os eosinófilos ingerem par*N. de R. T. Cor avermelhada semelhante à cor da aurora.

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Tipos de células Monócitos

Linfócitos

••• •

Neutrófilos

••

Eosinófilos

•

• •

• • • • ...

Células dendríticas Plasmócitos

Macrófagos

Mastócitos Fagócitos

Classificações Granulócitos

Células citotóxicas (alguns tipos)

Células citotóxicas

Células apresentadoras de antígeno 0

/o dos leucócitos circulantes Subtipos e apelidos

Funções principais

• FIGURA 24-4

Raro

50 a 70%

1a3%

Denominados polimorfonucleares (PMNs ou "polis") ou "segmentados" As formas imaturas são os "bastonetes" Ingerem e Liberam substâncias químicas que medeiam destroem • respostas inflamatórias invasores e alérgicas

.Destroem invasores, particularmente parasitas recobertos com anticorpos

1a6%

20 a 35%

Ausentes

Denominado sistema fagocitário mononuclear

Linfócitos B Plasmócitos Células de memória Linfócitos T Células T citotóxicas Células T auxiliares Células natural kil/er

Também denominadas células de Langerhans, células indeterminadas (veladas)

Ingerem e destroem invasores Apresentação de antígeno

Respostas específicas a invasores, incluindo produção de anticorpos

Reconhecem patógenos e ativam outras células imunitárias pela apresentação de antígenos

•

Células do sistema imunitário.

tículas estranhas, como o pólen, não existem evidências de que eles façam isso no corpo.

Basófilos Os basófilos são raros na circulação, mas são facilmente reconhecidos em um esfregaço de sangue corado pela presença de grandes grânulos azul-escuros no seu citoplasma. Eles são similares aos mastócitos dos tecidos, e ambos os tipos de célula liberam mediadores que contribuem para a inflamação. Os grânulos destas células contêm histamina, heparina (um anticoagulante que inibe a coagulação do sangue), citocinas e outras substâncias químicas envolvidos nas respostas imunitária e alérgica. Os mastócitos estão concentrados no tecido conectivo da pele, nos pulmões e no trato gastrintestinal. Nestes locais, os mastócitos estão situados de forma ideal para interceptar os patógenos que são inalados ou ingeridos, ou aqueles que entram através de rupturas na epiderme. Neutrófilos Os neutrófilos são as células fagocíticas que tipicamente ingerem e matam de 5 a 20 bactérias durante sua duração programada de 1 ou 2 dias. Eles são os leucócitos mais abundantes (50 a 70% do total) e são facilmente identificados por terem um núcleo segmentado constituído por 3 a 5 lobos conectados por fitas finas de material nuclear. Por causa do núcleo segmentado, os neutrófilos também são denominados leucócitos polimorfonucleares ("polis") e "segmentados". Neutrófilos imaturos, ocasionalmente encontra-

dos na circulação, podem ser identificados por seus núcleos em forma de ferradura. Estes neutrófilos imaturos são conhecidos pelo apelido de "bastonetes" ou bastões. Os neutrófilos, como outras células do sangue, são formados na medula óssea e liberados na circulação. A maioria dos neutrófilos permanece no sangue, mas podem sair da circulação se forem atraídos para um local extravascular de dano ou infecção. Além de ingerir bactérias e partículas estranhas, os neutrófilos liberam várias citocinas, incluindo pirogênios causadores da febre [ $- p. 751] e mediadores químicos da resposta inflamatória.

Monócitos e macrófagos Os monócitos são as células precursoras dos macrófagos teciduais. Os monócitos não são muito comuns no sangue (1 a 6% de todos os leucócitos). Em algumas estimativas, eles levam somente oito horas no trânsito da medula óssea até suas posições permanentes nos tecidos. Uma vez fora do sangue, os monócitos ficam maiores e se diferenciam em macrófagos fagocíticos. Alguns macrófagos teciduais patrulham os tecidos, deslizando por movimento ameboide. Outros encontram uma localização e permanecem fixos no local apropriado. Em ambos os casos, os macrófagos são os principais fagócitos dentro dos tecidos. Eles são maiores e mais eficazes do que os neutrófilos, ingerindo até 100 bactérias durante a sua vida. Os macrófagos

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Lisossomo Proteínas de membrana

Antígeno

•

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Núcleo

•

•

•

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•

FIGURA 24-5

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Macrófago

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O macrófago d igere o antígeno no lisossomo

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•

O macrófago apresentador de antígeno expõe fragmentos do antígeno nos receptores da superfície

As células apresentadoras de antígeno (APCs) expõe fragmentos do antígeno.

também removem partículas maiores, como eritrócitos velhos e neutrófilos mortos. Como são células apresentadoras de antígeno, os macrófagos exercem um importante papel no desenvolvimento da imunidade adquirida. Após ingerirem e digerirem antígenos moleculares e celulares, fragmentos do antígeno processado são inseridos na membrana do macrófago como parte dos complexos de proteínas da superfície (Fig. 24-5 e ). Além disso, as células dendríticas e os linfócitos conhecidos como linfócitos B também funcionam como células apresentadoras de antígeno.

Linfócitos Os linfócitos e seus derivados são as células-chave que medeiam a resposta imunitária adquirida do corpo. Estima-se que o corpo adulto contém um trilhão de linfócitos. Desses, somente 5% são encontrados na circulação, onde constituem de 20 a 35% de todos os leucócitos. A maioria dos linfócitos é encontrada nos tecidos linfáticos, onde provavelmente encontrem invasores. Ainda que a maioria dessas células seja semelhante ao microscópio, há três principais subtipos que possuem importantes diferenças em sua função e especificidade, como você aprenderá neste capítulo. Os linfócitos B e seus derivados são responsáveis pela produção de anticorpos. Os linfócitos T é as células NK ("natural killer") são importantes na defesa contra patógenos intracelulares, como os vírus. Células dendríticas As células dendríticas são células apresentadoras de antígeno caracterizadas por processos longos e delgados que se assemelham aos dendritos neuronais. As células dendríticas são encontradas na pele (onde são chamadas de células de Langerhans) e em vários órgãos. Quando as células dendríticas reconhecem e capturam antígenos, elas migram para tecidos linfáticos secundários, onde elas apresentam os antígenos aos linfócitos. A ligação com o antígeno ativa os linfócitos.

IMUNIDADE INATA: RESPOSTAS INESPECÍFICAS A primeira linha de defesa do corpo é a exclusão dos patógenos pelas barreiras físicas e químicas. Se estas barreiras não puderem manter os invasores fora do corpo, o sistema imunitário inato fornece a segunda linha de defesa. A resposta imunitária inata consiste em leucócitos estacionários e de patrulhamento que atacam e destroem os invasores. Estes

leucócitos são programados para responder a qualquer material identificado como estranho, sendo, por esta razão, que a imunidade inata é considerada inespecífica. A imunidade inata termina com a infecção ou a contém até que a resposta imunitária adquirida seja ativada.

As barreiras são a primeira linha de defesa do corpo Barreiras físicas do corpo incluem a pele [$ p. 86], o muco protetor que reveste os tratos gastrintestinal e urogenital e o epitélio ciliado do trato respiratório. Os sistemas digestório e respiratório são mais vulneráveis à invasão microbiana porque estas regiões possuem áreas extensas de epitélio fino em contato direto com o meio externo. Na mulher, o trato genital também é vulnerável, mas em menor grau. A abertura do útero é normalmente fechada por um tampão de muco que impede que as bactérias da vagina subam para a cavidade uterina. No sistema respiratório, partículas inaladas são aprisionadas no muco que reveste o sistema respiratório superior. O muco é então transportado para cima pelo movimento mucociliar para ser expelido ou deglutido [ $ p. 574]. Os patógenos deglutidos podem ser destruídos pela acidez do estômago. Além disso, as secreções do trato respiratório contêm lisozima, uma enzima com atividade antibacteriana. A lisozima ataca componentes da parede celular das bactérias não encapsuladas e os degrada. Entretanto, ela não consegue digerir as cápsulas das bactérias encapsuladas.

Os fagócitos ingerem material estranho Os patógenos que conseguem atravessar as barreiras físicas da pele e do muco são atacados primeiro pela resposta imunitária inata. Um elemento-chave da resposta imunitária inata é a capacidade de certos leucócitos de reconhecer moléculas que são únicas dos microrganismos (pathogen-associated molecular patterns, ou PAMPs) e iniciar uma resposta apropriada. Os PAMPs se ligam aos receptores de reconhecimento dos leucócitos, pattern recognition receptors (PRRS), que ativam a resposta imunitária inespecífica. A resposta inicial dessas células imunitárias aos invasores é matá-los ou ingeri-los. Primeiro, os fagócitos estacionários e de patrulhamento são atraídos para as áreas de invasão por sinais químicos conhecidos como quimiotaxinas. As quimiotaxinas incluem toxinas bacterianas ou componentes da parede celular que

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Receptor na membrana

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Patógeno •

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Fagócito (a) O patógeno liga-se diretamente com receptores do fagócito. Molécula de anticorpo

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~ Cápsulade

polissacarídeos ~L....IL..JI.......

Patógeno

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Receptor do anticorpo

Fagócito (b) A bactéria com cápsula deve ser recoberta com anticorpos antes que os fagócitos possam ingeri-la.

•

FIGURA 24-6

A fagocitose leva os patógenos para dentro das células imunitárias.

atuam como PAMPs, bem como produtos do dano tecidual (fragmentos de fibrina e de colágeno) que identificam um local que precisa de defesa. Uma vez no local, os leucócitos ativados lutando com os invasores secretam suas próprias quimiotaxinas para atrair mais leucócitos ao local da infecção. Se um patógeno está em um tecido, fagócitos circulantes deixam o sangue (extravasamento) espremendo-se através dos poros do endotélio capilar. Se uma área de infecção atrai um grande número de fagócitos, pode se formar o material que conhecemos como pus. Esta substância espessa, de cor esbranquiçada a esverdeada, é uma coleção de neutrófilos e macrófagos vivos e mortos junto com líquido tecidual, fragmentos de células e outros compostos remanescentes do processo imunitário. Os macrófagos teciduais e os neutrófilos são as principais células fagocíticas responsáveis pela defesa. As membranas dos fagócitos contêm receptores que reconhecem muitos tipos diferentes de partículas estranhas, tanto orgânicas como inorgânicas. Nos macrófagos, os PRRs conhecidos como receptores toll-like (TLRs) ativam as células a secretarem citocinas inflamatórias (veja a seguir). Os fagócitos ingerem bactérias não encapsuladas, fragmentos celulares, partículas de carbono e de amianto (asbesto), entre outros materiais. No laboratório, os cientistas usam a taxa de ingestão de partículas de poliestireno como um indicador de atividade fagocítica. A fagocitose é um evento mediado por receptores, o que assegura que somente partículas indesejadas sejam ingeridas. Nas reações mais simples, moléculas da superfície dos patógenos atuam como ligantes, que se ligam diretamente a PRRs de membrana dos fagócitos (Fig. 24-6a e ). Em uma sequência que lembra um zíper fechando, os receptores e os

ligantes se combinam sequencialmente, de tal forma que o fagócito envolve a partícula estranha indesejada. O processo é auxiliado por filamentos de actina que emitem projeções do fagócito ao redor do invasor. A partícula ingerida acaba em uma vesícula citoplasmática denominada fagossomo (Fig. 24-7 e ). Os fagossomos se fundem com lisossomos intracelulares [ $ p. 69], os quais contêm substâncias químicas poderosas que destroem os patógenos ingeridos. O conteúdo dos lisossomos inclui enzimas e agentes oxidantes, como peróxido de hidrogênio (H2 0 2), óxido nítrico (NO) e ânion superóxido (0 2 -). Porém, nem toda substância estranha pode ser imediatamente reconhecida pelos fagócitos, pois em alguns patógenos faltam os marcadores que reagem com os seus receptores. Por exemplo, certas bactérias desenvolveram uma cápsula polissacarídica que esconde os seus marcadores de superfície. Estas bactérias encapsuladas não são rapidamente reconhecidas pelos fagócitos e consequentemente são mais patogênicas porque podem crescer sem serem reprimidas até que o sistema imunitário finalmente as reconheça e produza anticorpos contra elas. Quando isso acontece, as bactérias são "rotuladas" com uma cobertura de anticorpos para que os fagócitos as reconheçam como algo a ser ingerido (Fig. 24-6b). Os anticorpos que marcam bactérias encapsuladas, junto com proteínas plasmáticas adicionais, são coletivamente conhecidos como opsoninas [opsonin, comprar provisões]. No corpo, as opsoninas convertem partículas não reconhecíveis em "comida" para os fagócitos. As opsoninas atuam como pontes entre os patógenos e os fagócitos ligando-se com receptores dos fagócitos.

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O fagossomos contêm o patógeno ingerido

O lisossomo contém enzimas e oxidantes

•

•

-• • Macrófago

e

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Antígeno ingerido Antígeno digerido

FIGURA 24-7 Enzimas lisossomais digerem patógenos que tenham sido encerrados nos fagossomos.

As células NK eliminam células infectadas e células tumorais Uma classe de linfócitos - células natural killer ("assassinas naturais") ou células NK-participam da resposta inata contra infecções virais. As células NK atuam mais rapidamente do que outros linfócitos em uma resposta que pode ser mensurada dentro de horas após uma infecção viral primária. As células NK reconhecem células infectadas por vírus e as induzem a cometer suicídio por apoptose [ $ p. 85] antes que o vírus se replique. A eliminação completa do vírus requer a ativação de uma resposta imunitária específica. As células NK também atacam algumas células tumorais. As células NK e outros linfócitos secretam diversas citocinas antivirais, incluindo interferons, assim denominados por sua capacidade de interferir na replicação viral. O interferon a (IFN-a) e o interferon ~ (IFN-~) atuam em células hospedeiras e promovem a sintese de proteínas antivirais que impedem a replicação viral. O interferon 'Y (IFN-'Y) ativa os macrófagos e outras células imunitárias. As citocinas geram a resposta inflamatória A inflamação é uma reação característica da imunidade inata que tem três papéis importantes na luta contra a infecção em tecidos lesados: (1) atrai células imunitárias e mediadores químicos para o local; (2) produz uma barreira física que retarda a disseminação da infecção; (3) promove o reparo tecidual, uma vez que a infecção esteja sob controle (uma função não imunológica). A resposta inflamatória é gerada quando macrófagos teciduais ativados liberam citocinas. Estas substâncias químicas atraem outras células imunitárias, aumentam a permeabilidade capilar e causam febre. Por sua vez, as células imunitárias são atraídas para o local liberam suas próprias citocinas. Alguns exemplos representativos de substâncias químicas envolvidas na resposta imunitária inata são descritos a seguir e listados na Tabela 24-2 e. Proteínas da fase aguda No momento que imediatamente se segue a uma lesão ou invasão por patógeno (fase aguda), o corpo responde aumentando a concentração de várias proteínas plasmáticas. Algumas destas proteínas, em

grande parte produzidas no fígado, são denominadas proteínas da fase aguda. Elas incluem moléculas que atuam como opsoninas, moléculas antiproteases que ajudam a impedir o dano tecidual e a proteína C reativa. Normalmente, os níveis das proteínas da fase aguda voltam ao normal à medida que a resposta imunitária avança, mas em doenças inflamatórias crônicas, como a artrite reumatoide, os níveis elevados de proteínas da fase aguda podem persistir. Um dado interessante é que níveis aumentados de proteína C reativa estão associados com maior risco de desenvolver doença coronariana. Esta associação existe porque a aterosclerose é um processo inflamatório que começa quando os macrófagos dos vasos sanguíneos ingerem o excesso de colesterol e se tornam células espumosas [ $ p. 53 7] que secretam proteína C reativa, outras citocinas e fatores de crescimento. Entretanto, o aumento da proteína C reativa não é um indicador específico de aterosclerose, pois os níveis de proteína C reativa também podem estar elevados em outras condições inflamatórias agudas e crônicas.

Histamina A histamina é encontrada principalmente nos grânulos dos mastócitos e dos basófilos e é a molécula ativa que ajuda a iniciar a resposta inflamatória quando ocorre degranulação dos mastócitos. As ações da histamina traz mais leucócitos ao local da lesão para matar bactérias e remover fragmentos celulares. A histamina abre poros nos capilares, permitindo que proteínas plasmáticas escapem para dentro do espaço intersticial. Este processo causa edema local, ou inchaço. Além disso, a histamina dilata os vasos sanguíneos, aumentando o fluxo de sangue para a área. O resultado da liberação da histamina é uma área quente, vermelha e inchada ao redor de um ferimento ou no local da infecção. A degranulação dos mastócitos é desencadeada por diferentes citocinas na resposta imunitária. Como os mastócitos estão concentrados sob as membranas mucosas que revestem as vias áreas e o trato digestório, a inalação ou ingestão de certos antígenos pode desencadear a liberação de histamina. O edema resultante nas vias nasais leva a um sintoma desagradável das alergias sazonais ao pólen: nariz entupido. Felizmente, farmacologistas desenvolveram uma série de fármacos chamados de anti-histamínicos que bloqueiam a ação da histamina no seu receptor. Os cientistas acreditavam que a histamina era a principal substância química responsável pela broncoconstrição da asma e pela reação alérgica sistêmica grave denominada choque anafi.lático [$ p . 521]. Entretanto, agora sabe-se que os mastócitos liberam poderosos mediadores lipídicos além da histamina, incluindo leucotrienos, fator ativador de plaquetas e prostaglandinas. Estes mediadores trabalham com a histamina para gerar a broncoconstrição e a hipotensão característica do choque anafilático. lnterleucinas As interleucinas são citocinas que inicialmente se pensava que eram mediadoras da comunicação entre os diferentes tipos de leucócitos do corpo. Os cientistas descobriram que muitos tecidos diferentes no corpo respondem às interleucinas. A interleucina 1 (IL-1) é secretada por macró-

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Substâncias químicas da resposta imunitária CLASSES FUNCIONAIS Proteínas da fase aguda: proteínas hepáticas que atuam como opsoninas e que aumentam a resposta inflamatória. Quimiotaxinas: moléculas que atraem os fagócitos para o local da infecção. Citocinas: proteínas liberadas por uma célu la que afeta o crescimento ou atividade de outra célula. Opsoninas: proteínas que recobrem os patógenos para os fagócitos os reconhecerem e ingerirem. Pirogênios: substâncias que produzem febre. SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS ESPECÍFICAS E SUAS FUNÇÕES Anticorpos (imunog lobu linas, gamaglobul inas): proteínas secretadas pelos linfócitos B que lutam contra invasores específicos. Bradicinina: estimula os receptores da dor; vasodi latador. Complemento: proteínas plasmáticas e da membrana celular que atuam como opsoninas, agentes citolíticos e mediadores da inflamação. Proteína C reativa: opsonina que ativa a cascata do complemento. Granzimas: enzimas citotóxicas que iniciam a apoptose. Heparina: anticoagulante. Histamina: vasodilatador e broncoconstritor liberado por mastócitos e basófilos. lnterferons {IFN): citocinas que inibem a replicação virai e modulam a resposta imunitária. lnterleucinas {IL): citocinas secretadas por leucócitos para atuar primariamente em outros leucócitos; a IL-1 medeia aresposta inflamatória e induz a febre. Cininas: proteínas plasmáticas que são ativadas para formar bradicinina. Lisozima: enzima extracelular que ataca as bactérias. Complexo principal de histocompatibilidade {MHC): complexos proteicos de membrana envolvidos no reconhecimento celu lar. Complexo de ataque à membrana: proteína de poro da membrana produzida na cascata do complemento. Perforina: proteína de poro da membrana que permite que granzimas entrem na célu la; produzida por células NK e células T citotóxicas. Ânion superóxido (02 -): poderoso oxidante presente nos lisossomos dos fagócitos. Receptores das células T: receptores dos linfócitos T que se ligam ao antígeno apresentado pelos receptores do MHC. Fator de necrose tumoral {TNF): citocinas que promovem a inflamação e podem fazer as células se autodestruírem por apoptose.

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fagos ativados e outras células imunitárias. O seu principal papel é mediar a resposta inflamatória, mas também possui efeitos sistêmicos e generalizados sobre a função imunitária e o metabolismo. A interleucina 1 modula a resposta imunitária: 1. Alterando o endotélio dos vasos sanguíneos para facilitar a passagem dos leucócitos e das proteínas durante a resposta inflamatória. 2. Estimulando a produção de proteínas da fase aguda pelo fígado. 3. Induzindo a febre por ação no termostato hipotalâmico [ $ p. 749]. A IL-1 é um conhecido pirogênio. 4. Estimulando a secreção endócrina e de citocinas por várias outras células.

Bradicinina Cininas são um grupo de proteínas plasmáticas inativas que participam de uma cascata similar à cascata da coagulação [ $ p. 562]. O produto final da cascata da cinina é a bradicinina, uma molécula que tem os mesmos efeitos vasodilatadores que a histamina. Abradicinina também estimula os receptores da dor, criando a sensação dolorosa associada à inflamação. A dor chama a atenção do cérebro à lesão.

Proteínas do complemento Complemento é um termo coletivo para um grupo de mais de 25 proteínas p lasmáticas e proteínas da membrana celular. A cascata do complemento é similar à cascata da coagulação sanguínea. Vários intermediários da cascata do complemento atuam como opsoninas, como substâncias químicas que atraem leucócitos e como agentes que causam a degranulação dos mastócitos. A cascata do complemento termina com a formação do complexo de ataque à membrana, um grupo de proteínas lipossolúveis que se inserem na membrana celular do patógeno e das células infectadas por vírus e formam poros (Fig. 24-8 e ). Estes poros permitem que entrem íons na célula patógena, e a água segue por osmose. Como resultado, a célula incha e se rompe (lisa). R

VISANDO CONCEITOS 3. Por que a ação da histamina sobre a permeabilidade do capilar resu lta em edema? Respost a: p. 812

IMUNIDADE ADQUIRIDA: RESPOSTAS A ANTÍGENOS ESPECÍFICOS As respostas imunitárias adquiridas são respostas a antígenos espedficos pelas quais o corpo reconhece uma substância estranha em particular e reage seletivamente a ela. A imunidade adquirida é mediada primariamente por linfócitos. Existem três tipos principais de linfócitos: linfócitos B, linfócitos Te células natural killer (NK). Os linfócitos B ativados desenvolvem-se formando plasmócitos, que secretam anticorpos. Os linfócitos T ativados se desenvolvem em células que atacam e destroem células infectadas

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Dee Unglaub Silverthorn

~

(J~--- Proteínas do comple"-J mento se inserem na membrana do patógeno criando poros ~-

~~

Patógeno

Um clone é um grupo de linfócitos que são específicos para um dado antígeno

Poro do complexo de ataque à membrana

H 20 e íons

o

o o

Água e íons entram na célula patôgenica através de poros dos complexos de ataque à membrana Clone 1

Clone 2

Clone 3

QUESTÃO DA FIGURA ) A célula incha e se rompe

•

FIGURA 24-8 O complexo de ataque à membrana cria poros nos patógenos.

por vírus ou em células que regulam outras células imunitárias. As células NK atacam e destroem células infectadas por vírus e células tumorais. Todos os linfócitos secretam citocinas que atuam sobre células imunitárias, não imunitárias e, algumas vezes, patógenos. O processo da imunidade adquirida se sobrepõe ao processo da imunidade inata. As citocinas liberadas pela resposta inflamatória atraem linfócitos para o local de uma reação imunitária. Os linfócitos liberam citocinas adicionais que aumentam a resposta inflamatória. A imunidade adquirida pode ser subdividida em imunidade ativa e imunidade passiva. A imunidade ativa ocorre quando o corpo é exposto a um patógeno e produz seus próprios anticorpos. Ela pode ocorrer naturalmente, quando um patógeno invade o corpo, ou artificialmente, quando recebemos uma vacina que contém patógenos mortos ou inativados. A imunidade passiva ocorre quando adquirimos anticorpos produzidos por outro animal. A transferência de anticorpos da mãe para o feto através da placenta é um exemplo. Injeções que contêm anticorpos é um outro exemplo. Viajantes que vão ao exterior podem receber injeções de gamaglobulina (anticorpos extraídos do plasma de doadores humanos), mas esta imunidade passiva dura somente cerca de três meses.

Os linfócitos são mediadores da resposta imunitária adquirida Em nível microscópico, todos os linfócitos são parecidos. Em nível molecular, entretanto, as células podem ser distinguidas umas das outras por seus receptores de membrana, que fazem com que cada linfócito seja específico para um determinado ligante. Todos os linfócitos específicos para um dado ligante formam um grupo conhecido como clone [klon, um ramo] (Fig. 24-9 e ).

Que clone este antígeno ativará?

•

FIGURA 24-9 Os clones de linfócitos são distinguidos por seus receptores na superfície.

Se um tipo específico de linfócito luta contra cada patógeno que entra no corpo, milhões de tipos diferentes de linfócitos devem estar prontos para combater milhões de patógenos diferentes. Contudo, de onde vêm todos esses linfócitos? Quando um indivíduo nasce, cada clone de linfócito é representado por somente umas poucas células, denominadas linfócitos naive ou virgens. Como o pequeno número de células de cada clone virgem não é suficiente para lutar contra os invasores, a primeira exposição a um antígeno ativa o clone apropriado e estimula sua divisão (Fig. 24-10 e ). Este processo, denominado expansão clonai, cria células adicionais no clone. Células virgens continuam a ser geradas pelo indivíduo durante toda sua vida. Os novos linfócitos formados em um clone se diferenciam em células efetoras e células de memória. As células efetoras executam a resposta imediata e depois morrem dentro de poucos dias. As células de memória, em contraste, possuem uma vida longa e continuam se autorreproduzindo. Uma segunda exposição ao antígeno e exposições subsequentes ativam as células de memória e causam uma rápida expansão clonai, criando uma resposta secundária mais rápida e mais forte ao antígeno.

Os linfócitos B tornam-se plasmócitos e células de memória Os linfócitos B (também denominados células B) desenvolvem-se na medula óssea. Os linfócitos B ativados se diferenciam primariamente em células especializadas que secretam anticorpos. A palavra anticorpo descreve o que as moléculas fazem: trabalham contra corpos estranhos. Os anticorpos também são chamados de imunoglobulinas, e este nome alternativo descreve o que as moléculas são: proteínas globulares que participam na resposta imunitária humoral.

Fisiologia Humana

RESPOSTA IMUNITÁRIA PRIMÁRIA

Na primeira exposição ao antígeno, os linfócitos virgens se reproduzem

Expansão clonai

As células efet oras têm vida curta e executam a resposta imediata As células de memória possuem vida longa e continuam a se reproduzir

RESPOSTA IMUNITÁRIA SECUNDÁRIA

Quando as células de memória são reexpostas ao antígeno apropriado, o clone se expande mais rapidamente e prod uz mais células efetoras e de memória

\

•

FIGURA 24-10 Como a expansão clonal leva à memória imunológica.

Os linfócitos B maduros inserem moléculas de anticorpo em suas membranas celulares, de modo que os anticorpos se tornam receptores de superfície que identificam os membros de cada clone (Fig. 24-9). Qu.a ndo um clone de células B é ativado em resposta à exposição a um antígeno, algumas destas células se diferenciam em plasmócitos, que são as células efetoras dos linfócitos B. Os plasmócitos não têm anticorpos ligados às suas membranas. Em vez disso, eles sintetizam e secretam moléculas adicionais de anticorpos em taxas inacreditáveis, estimadas em cerca de 2.000 moléculas por segundo. Os anticorpos dos plasmócitos formam a imunidade humoral, os anticorpos solúveis do plasma. Após cada invasor ter sido expulso com sucesso, algumas células de memória do clone permanecem "escondi-

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das 11 1 esperando para responder à próxima exposição ao mesmo antígeno. A Figura 24-11 • compara as respostas do anticorpo - expressas como concentração de anticorpos no plasma - após a primeira e segunda exposições a um antígeno. A resposta imunitária primária, que ocorre após a exposição inicial é mais lenta e menor em magnitude, pois o corpo ainda não tinha se encontrado previamente com o antígeno. A resposta imunitária secundária, que ocorre após a segunda e as subsequentes exposições é mais rápida e maior, pois é aumentada pelos linfócitos que carregam a memória molecular da primeira exposição ao antígeno. A existência de uma resposta imunitária secundária é o que faz as vacinas funcionarem. Uma vacina contém um patógeno alterado que não prejudica o hospedeiro, mas que pode ser reconhecido como estranho pelas células imunitárias. O patógeno alterado desencadeia a produção de células de memória específicas para esse patógeno. Se a pessoa vacinada é posteriormente infectada pelo patógeno, ocorre uma resposta imunitária secundária mais rápida e mais forte. Agora sabemos, entretanto, que a imunidade produzida pela imunização pode não durar por toda vida da pessoa.

Os anticorpos são proteínas secretadas pelos plasmócitos Os anticorpos estão entre os primeiros fatores do sistema imunitário a serem descobertos, e tradicionalmente seus nomes - aglutininas, precipitinas, hemolisinas, entre outros indicavam o que eles fazem. Hoje, entretanto, os anticorpos ou imunoglobulinas (lg) são divididos em cinco classes gerais: IgG, IgA, IgE, IgM e IgD. Os anticorpos são coletivamente chamados de gamaglobulinas. As IgGs produzem cerca de 75% dos anticorpos plasmáticos nos adultos porque são produzidas a partir de respostas imunitárias secundárias. A IgG materna cruza a membrana placentária e dá ao bebê imunidade nos primeiros meses de vida. As IgGs ativam o complemento. Os anticorpos IgAs são encontrados em secreções externas, como saliva, lágrimas, muco intestinal e dos brônquios e leite materno, onde eles neutralizam os patógenos antes que estes alcancem o meio interno. As IgEs estão associadas às respostas alérgicas. Quando receptores dos mastócitos se ligam com as IgEs e os antígenos, os mastócitos sofrem degranulação e liberam mediadores químicos, como a histamina. Os anticorpos IgMs estão associados com respostas imunitárias primárias e com os anticorpos que reagem com antígenos dos grupos sanguíneos. As IgMs também ativam o complemento. Os anticorpos IgDs são proteínas que aparecem na superfície dos linfócitos B junto com as IgMs, mas o seu papel fisiológico ainda não está claro.

Proteína dos anticorpos A molécula básica do anticorpo tem quatro cadeias polipeptídicas ligadas em forma de Y (Fig. 24-12 e ). Os dois lados do Y são idênticos, com uma cadeia leve ligada a uma cadeia pesada. Os dois braços, ou regiões Fab, formam sítios de ligação com o antígeno que conferem a especificidade do anticorpo. O tronco da molé-

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Dee Unglaub Silverthorn

RESPOSTA IMUNITÁRIA PRIMÁRIA

RESPOSTA IMUNITÁRIÁ SECUNDÁRIA

,,,.,-~.....---- Concentração

1 -- Concentração de anticorpos

de anticorpos

•

Primeira 1 exposição ao antígeno

•

2 3 Tempo (semanas)

4

>

2 3 Tempo (semanas)

4 >

FIGURA 24-11 Memória no sistema imunitário. A produção de anticorpos em resposta à primeira exposição a um antígeno é mais lenta e mais fraca do que a produção de anticorpos que segue exposições subsequentes ao mesmo antígeno.

cula do anticorpo em forma de Y é conhecido como região Fc. A região Fc determina a classe de Ig à qual o anticorpo pertence. Uma região flexível (dobradiça) entre os braços e o tronco permite o posicionamento flexível dos braços. Em qualquer molécula de anticorpo, as duas cadeias leves são idênticas e as duas cadeias pesadas também são idênticas. Entretanto, as cadeias variam amplamente entre os diferentes anticorpos e são específicas para o clone do qual o anticorpo é proveniente. Duas classes de imunoglobulinas (IgM e IgA) são secretadas como polímeros: a IgM é constituída por até cinco moléculas de anticorpo em forma de Y e a IgA tem de uma a quatro moléculas de anticorpo.

Funções dos anticorpos A maioria dos anticorpos é encontrada no sangue, onde eles representam cerca de 20% das proteínas plasmáticas em um indivíduo saudável. Esses anticorpos são mais eficazes contra patógenos extracelulares (como as bactérias), alguns parasitas, macromoléculas antigênicas e vírus que ainda não tenham invadido suas células hospedeiras. A função dos anticorpos é resumida na Figura 24-13 e. Embora os anticorpos não sejam tóxicos e não possam destruir os antígenos, eles podem fazer com que os antígenos fiquem mais visíveis para o sistema imunitário de três maneiras:

Região flexível que ~ permite o movimento dos braços Cadeia pesada - -

Uma molécula de anticorpo é composta por duas cadeias leves idênticas e duas cadeias pesadas idênticas, ligadas por pontes dissulfídicas.

•

•

Segunda 1 exposição ao antígeno

FIGURA 24-12 Os anticorpos possuem sítios de ligação para os antígenos nas regiões Fab.

1. Atuando como opsoninas ®.Anticorpos solúveis cobrem os antígenos para facilitar seu reconhecimento e a fagocitose pelas células imunitárias. 2. Aglomerando antígenos @.A agregação dos antígenos causada pelos anticorpos aumenta a fagocitose. 3. Inativando toxinas bacterianas @. Os anticorpos se ligam a algumas toxinas produzidas pelas bactérias e as inativam. Os anticorpos também aumentam a inflamação atuando, no mínimo, de duas maneiras: 4. Ativando o complemento @. Anticorpos ligados a antígenos usam a extremidade Fc da molécula do anticorpo para ativar o complemento. 5. Ativando mastócitos ®. Os mastócitos possuem anticorpos IgE na sua superfície. Qu.a ndo os antígenos ou as proteínas do complemento se ligam à IgE, os mastócitos sofrem degranulação, liberando substâncias químicas que medeiam a resposta inflamatória. O papel final dos anticorpos é ativar células imunitárias: 6. A ligação do antígeno ao anticorpo ativa células imunitárias CD. Nas primeiras três funções listadas, o anticorpo se liga primeiro ao antígeno, depois aos receptores das células imunitárias. As células fagocíticas e algumas células citotóxicas têm receptores de membrana que atraem a região Fc dos anticorpos ligados ao antígeno. A presença de um único receptor Fc elimina a necessidade de se ter milhões de diferentes receptores para reconhecer diferentes antígenos. Em vez disso, com um único tipo de receptor, as células imunitárias são ativadas por qualquer antígeno ligado a anticorpo. Se a célula imunitária é um fagócito, a ligação da Fc inicia a fagocitose (Fig. 24-13, @). Se a célula imunitária é uma célula citotóxica (células NK e eosinófilos), a ligação à Fc inicia as respostas para matar a célula ligada ao anticorpo (Fig. 24-13, @). Esta resposta não específica das células citotóxicas é denominada citotoxicidade mediada por células dependentes de anticorpo.

Fisiologia Humana

'

Sítio de ligação ao antígeno

Ativa o complemento

Complemento

797

Ativa 1infócitos B Antígeno liga-se 1 ao anticorpo JI.

r .1~' -~ ,,1~ ,, .

,,,,1

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Desencadeia a degranulação dos mastócitos ,___ ____.

1\

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Anticorpo

_____ •. .• . . . •

•

Células de Plasmómemória citos

i Secretam

• •

Células NK ou eosinófilos -----

anticorpos

.....•••• •

•

Ativa a atividade celular dependente de anticorpo

• ••

••• • •••• • • ••

.... ..•••••,.·.

.....

Atua como • opson1na

. .. ~

::· Toxinas :(~ bacterianas •

Causa agregação dos antígenos e inativação de toxinas bacterianas

Fagocitose aumentada •

•

FIGURA 24-13 Funções dos anticorpos. Adaptada de B. Davey, lmmunology: A Foundation Text (Englewood Cliffs NJ: Prentice Hall, 1990).

No caso dos linfócitos B, os anticorpos já são uma parte integrante do linfócito (Fig. 24-13, ©). Neste caso, a ligação do antígeno mais as citocinas provenientes de outras células imunitárias ativam a célula para que ela produza células de memória e plasmócitos. R VISANDO CONCEITOS Por serem proteínas, os anticorpos são muit o grandes para cruzar a membrana celular por meio de proteínas de transporte ou canais. Como as lgAs e out ros anticorpos se tornam parte das secreções externas, como saliva, lágrimas e muco? 5. Uma criança é picada por uma abelha pela primeira vez. Por que seus pais deveriam ficar particularmente alertas quando Respostas: p. 812 a criança é picada pela segunda vez?

Ativação da célula B A superfície de cada linfócito B é recoberta com até 100.000 moléculas de anticorpo, cujas extremidades Fc são inseridas na membrana do linfócito (Fig. 24-13, ©).As regiões Fab dos anticorpos podem então se ligar a antígenos extracelulares livres, como toxinas virais e bacterianas. A ligação com a célula B neutraliza o patógeno

ou a toxina. Algumas células B então se diferenciam em células de memória que aguardam uma invasão subsequente. Por exemplo, a Corynebacterium diphtheriae é a bactéria que causa difteria, uma infecção respiratória das vias aéreas superiores. Nesta doença, a toxina bacteriana mata as células hospedeiras, deixando úlceras que têm uma membrana acinzentada característica. A imunidade natural à doença ocorre quando o hospedeiro desenvolve anticorpos que inativam a toxina. Para desenvolver uma vacina contra a difteria, os pesquisadores criaram uma preparação de toxina inativada que não afeta as células vivas. Quando administrada em uma pessoa, a vacina desencadeia a produção de anticorpos sem causar qualquer sintoma da doença. Como resultado, a difteria tem sido praticamente eliminada nos países que possuem um bom programa de imunização.

Os linfócitos T usam a sinalização dependente de contato Os anticorpos são eficazes somente contra patógenos extracelulares. Uma vez que o patógeno entre em uma célula hospedeira, ele não pode mais ser "visto" pelo sistema imunitário humoral.

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O timo é um órgão bilobado localizado no tórax logo acima do coração

---~

,,----Glândula t ireoide ~--Traq ueia

O timo atinge seu maior tamanho durante a adolescência. Então ele começa a encolher e é em grande parte substituído por tecido adiposo à medida que a idade da pessoa avança. A produção de novos linfócitos T no timo é baixa nos adultos, mas o número de linfócitos T no sangue não diminui, sugerindo que os linfócitos T maduros têm uma longa duração ou podem se autorreproduzir.

As células epiteliais do timo secretam fatores peptídicos que influenciam o desenvolvimento dos linfócitos T, incluindo interleucinas, timosinas, timopoetina e timuli na. Embora estes peptídeos algumas vezes sejam classificados como hormônios, existe pouca evidência de que eles sejam liberados na circulação e atuem em tecidos fora do timo.

Durante o desenvolvimento embrionário, os linfócitos T sintetizam seus receptores de células Te os inserem na membrana. Aquelas células q ue seriam autorreativas são eliminadas, ao passo que aquelas que não reagem com seus próprios tecidos se multiplicam formando clones.

e

FIGURA 24-14

Os linfócitos T têm o papel de defender o corpo contra patógenos intracelulares pela imunidade mediada por células. Neste processo, as células T ligam-se às células que possuem fragmentos do antígeno estranho como parte de um complexo principal de histocompatibilidade (MHC) na sua superfície. Os linfócitos T se desenvolvem no timo a partir de células precursoras imaturas que migram a partir da medula

Complexo antígeno-MHC

----1[

A célula se liga ao linfócito T.

~------

A transdução do sinal ativa o linfócito T.

=--- Receptor

da célula T

Receptor-MHC

Linfócito T

QUESTÃO DA FIGURA Que tipo de célula T é exposta se o receptor MHC for MHC-1 ? E MHC-11?

•

FIGURA 24-15 Os linfócitos T são ativados quando os receptores da célula T se ligam ao antígeno apresentado pelos receptores MHC.

óssea (Fig. 24-14 e ). As células T maduras ligam-se às células apresentadoras do complexo MHC-antígeno com o auxílio dos receptores de células T, que estão na membrana das células T (Fig. 24-15 e ). Os receptores de células T não são anticorpos (como os receptores das células B), embora as proteínas dos dois tipos de receptores estejam intimamente relacionadas. As células T não podem ligar-se a antígenos livres como as células B fazem. Em vez disso, as células T somente podem ligar-se ao complexo MHC-antígeno na superfície da célula-alvo (Fig. 24-15).

MHC e antígeno O complexo principal de histocompatibilidade é uma família de proteínas de membrana codificada por um conjunto específico de genes. (Estas proteínas foram assim denominadas quando foi descoberto que elas têm um papel na rejeição de tecidos estranhos após transplantes de órgãos ou tecidos.) Sabe-se agora que toda célula nucleada do corpo possui MHC na sua membrana. Proteínas do MHC se combinam com fragmentos de antígenos que tenham sido digeridos na célula, e o complexo MHC-antígeno é inserido na membrana celular por exocitose (ver Fig. 24-5 para um exemplo). O antígeno livre presente no líquido extracelular não pode simplesmente se ligar a receptores não ocupados do MHC presentes na superfície celular. Existem dois tipos de moléculas do MHC: as moléculas do MHC de classe 1 são encontradas em todas as células hospedeiras nucleadas. Quando vírus e bactérias invadem a célula, eles são digeridos formando fragmentos peptídicos e carregados em "plataformas" de MHC-1. Se uma célula T citotóxica

Fisiologia Humana

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Células cobertas com anticorpos

-matam ?•

Células natural killer

.

migra para >

Célula-tronco multi potente na, medula ossea

Precursor da célula T

Células-alvo MHCde classe 1

- - matam

Timo

Células T citotóxicas

Citocinas _ _s_e_cn_e_ta_m_ _~ que ativam outras células imunitárias

••

•

FIGURA 24-16

Os linfócitos T auxiliares, os citotóxicos e as células NK se desenvolvem a partir do mesmo precursor de células-T. Os passos necessários para ativar esses linfócitos não são mostrados.

(célula Te) encontra uma célula hospedeira com um fragmento de um antígeno estranho nas células apresentadoras de antígenos seu MHC-1, a célula Te reconhece o alvo como uma célula infectada por vírus ou como uma célula tumoral, e a mata, para impedir que ela se reproduza (Fig. 24-16 e ). As moléculas do MHC de classe II são encontradas primariamente nas células apresentadoras de antígenos (APCs): macrófagos, linfócitos B e células dendríticas. Quando uma célula imunitária engolfa e digere um antígeno, os fragmentos retornam para a membrana da célula imunitária combinados com proteínas MHC de classe II. Se uma célula T auxiliar (célula T8 ) se encontra com uma APC com um fragmento de antígeno estranho no seu complexo MHC-11, a célula T auxiliar responde secretando citocinas que aumentam a resposta imunitária. Todas as proteínas do MHC estão relacionadas, mas variam de pessoa para pessoa devido ao grande número de alelos (variantes de um gene) que uma pessoa pode herdar. Existem tantos alelos que é improvável que duas pessoas que não sejam gêmeos idênticos herdem exatamente o mesmo conjunto de alelos. Os MHCs são uma das razões porque os tecidos não podem ser transplantados de uma pessoa para outra sem que primeiro se estabeleça a compatibilidade.

Células T cito tóxicas As células T citotóxicas (Te) atacam e destroem células que apresentam complexos MHC-1 ligados a antígenos. Embora possa ser uma resposta extrema, isto impede a reprodução de invasores intracelulares como vírus, alguns parasitas e bactérias. Como as células T citotóxicas matam seus alvos? Elas fazem isso de duas maneiras. Primeiro, elas podem liberar uma molécula citotóxica formadora de poros denominada perforina junto com granzimas, que são enzimas relacionadas com enzimas digestórias como a tripsina e a quimotripsina.

Células T auxiliares

Liga as células apresentadoras de antígeno -MHC li

- , . ... •

•

•

• •

•

•

•

•

Quando as granzimas entram nas células-alvo pelos canais de perforina, elas ativam uma cascata enzimática que induz a célula a cometer suicídio (apoptose). Segundo, as células T citotóxicas podem induzir apoptose pela ativação da Fas, uma proteína "receptor da morte" que fica na membrana da célula-alvo que está associada com a cascata enzimática.

Células T auxiliares (TJ As células T auxiliares (T8 ) não atacam diretamente os patógenos e as células infectadas, mas têm um papel essencial na resposta imunitária pela secreção de citocinas que influenciam outras células. As citocinas secretadas pelas células T auxiliares incluem: (1) interferon--y

24

No início da epidemia da AIDS, os pesquisadores estudaram a eficácia de um medicamento feito com CD4 - uma proteína que existe naturalmente na superfície das células T auxi liares, sendo o principal alvo do HIV. Quando o HIV se liga ao CD4, o vírus entra na célula e começa a se repl icar. Pesquisadores descobriram que a adição de grandes quantidades de CD4 a tubos de ensaio contendo HIV e células T auxilares reduziu a taxa de replicação do HIV. Entretanto, em seres humanos, os resultados dos ensaios clín icos usando um medicamento com CD4 foram desapontadores, pois não houve a diminuição da taxa na qual as células T auxi liares eram infectadas pelo HIV.

Questão2: Qual a explicação para inundar o corpo com a proteína CD4 para impedir a replicação do HIV?

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(IFN--y) que ativa macrófagos; (2) interleucinas que ativam a produção de anticorpos e linfócitos T citotóxicos; (3) fatores estimuladores de colônia que aumentam a produção dos leucócitos; e (4) interleucinas que estimulam as ações dos mastócitos e eosinófilos. As células T auxiliares também se ligam às células B e promovem sua diferenciação em plasmócitos e em células B de memória. O vírus HIV que causa a AIOS preferencialmente infecta e destrói as células T auxiliares, tornando o hospedeiro incapaz de responder a patógenos que poderiam ser facilmente suprimidos.

VIAS DA RESPOSTA IMUNITÁRIA Como o corpo responde aos diferentes tipos de desafios imunitários? Embora os detalhes dependam do desafio particular, o padrão básico é o mesmo. A resposta inata começa primeiro e é reforçada por uma resposta adquirida mais específica. As duas vias estão interconectadas, de modo que a cooperação e a comunicação são essenciais. Nas seções seguintes, examinamos as respostas do corpo a quatro situações: uma infecção bacteriana extracelular, uma infecção viral, uma resposta alérgica ao pólen e a transfusão de sangue incompatível.

A invasão bacteriana causa inflamação O que acontece quando bactérias invadem o corpo? Como vimos, se as barreiras passivas da pele e das membranas mucosas falham, as bactérias chegam ao líquido extracelular. Lá elas geralmente causam uma resposta inflamatória que representa os efeitos combinados de muitas células trabalhando para combater o invasor. Se a bactéria entra na linfa, a luta contra a infecção acontece também nos linfonodos. A inflamação é caracterizada por uma área vermelha, inchada e quente, que é sensível ou dolorida. Além da resposta inflamatória inespecífica, os linfócitos atraídos para a área produzem anticorpos específicos para o tipo de bactéria. A entrada da bactéria desencadeia várias reações inter-relacionadas (Fig. 24-17 e ). 1. Atividade do sistema do complemento. Componentes da parede celular bacteriana ativam o sistema do complemento. Algumas proteínas do complemento são sinais químicos (quimiotaxinas) que atraem leucócitos da circulação para ajudar a lutar contra a infecção. Outros atuam como opsoninas para aumentar a fagocitose. O complemento também causa a degranulação dos mastócitos e dos basófilos. As citocinas secretadas pelos mastócitos atuam como quimiotaxinas adicionais, atraindo mais células imunitárias. Substâncias químicas vasoativas, como a histamina, dilatam os vasos sanguíneos e aumentam a permeabilidade capilar. O aumento do suprimento sanguíneo no local gera a vermelhidão e o calor da inflamação. As proteínas plasmáticas que escapam para dentro do espaço intersticial puxam água, levando ao edema tecidual (inchaço). A cascata do complemento finaliza com a formação de moléculas do complexo de ataque à membrana que se inserem na parede de bactérias não encapsuladas. A entrada subsequente de íons e água rompe (lisa) a bactéria,

com auxílio da enzima lisozima. Este é um processo puramente químico que não envolve células imunitárias. 2. Atividade dos fagócitos. Se as bactérias não são encapsuladas, os macrófagos podem começar a ingerir as bactérias imediatamente. Porém, se as bactérias são encapsuladas, os anticorpos devem cobrir a cápsula antes de as bactéria poder ser ingerida por fagócitos. As opsoninas aumentam o processamento de bactérias que não são encapsuladas. Moléculas que atuam como opsoninas incluem proteínas do complemento, proteínas da fase aguda e anticorpos. 3. Papel da resposta imunitária adquirida. Alguns elementos da resposta imunitária adquirida são convocados nas infecções bacterianas. Se os anticorpos contra a bactéria já estão presentes, eles aumentam a resposta inata agindo como opsoninas e neutralizando as toxinas bacterianas. As células B de memória são atraídas até o local da infecção, onde serão ativadas se encontrarem um antígeno que elas reconheçam. Contudo, este processo é muito mais lento do que a resposta inata recém-descrita, e pode levar vários dias até que os plasmócitos comecem a secretar anticorpos contra o invasor. As células apresentadoras de antígeno que digerem as bactérias podem então se deslocar para os tecidos linfáticos secundários, onde elas apresentam o antígeno às células de memória para iniciar maior produção de anticorpos. Se a infecção é nova, algumas bactérias ativam células B virgens, e as APCs apresentam fragmentos bacterianos às células T auxiliares para ativá-las. Isso desencadeia a secreção de citocinas pelas células T auxiliares, a expansão clonai das células B, a produção de anticorpos pelos plasmócitos e a formação de células B de memória e células T auxiliares. 4. Início do reparo. Se a lesão inicial causa danos aos vasos sanguíneos debaixo da pele, as plaquetas e as proteínas da cascata da coagulação também são recrutadas para minimizar o dano[ ~ p. 560]. Uma vez que as bactérias sejam removidas pela resposta imunitária, o local lesado é reparado sob o controle de fatores de crescimento e outras citocinas.

As infecções virais requerem defesa intracelular O que acontece quando vírus invadem o corpo? Primeiro, eles passam por uma fase extracelular da resposta imunitária similar à descrita para as bactérias. Nos estágios iniciais da infecção viral, respostas imunitárias inatas e anticorpos podem ajudar a controlar a invasão do vírus. Uma vez que o vírus entra nas células do hospedeiro, a imunidade humoral na forma de anticorpos não é mais eficaz. Os linfócitos T citotóxicos (e, em menor extensão, as células NK) são a principal defesa contra vírus intracelulares. Quando essas células reconhecem as células hospedeiras infectadas, eles as destroem. Durante anos, a imunidade mediada por linfócitos Te a imunidade humoral controlada por linfócitos B era.m consideradas processos independentes. Agora sabemos que os dois tipos de imunidade estão associados. A Figura 24-18 • mostra como esses dois tipos de linfócitos trabalham juntos

801

Fisiologia Humana

As bactérias entram no líquido extracelular a partir do exterior <::::::>

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Pele ou membrana mucosa

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1

secretam 1

Células T auxiliares

Fagócitos

, ____, Proteínas da

fase aguda

Quimiotaxinas

1

Histamina

ativam )

aumenta a permeabilidade

Linfócitos B 1

tornam-se

i Plasmócitos

atuam como

-------....a-----~lc----_:_ti_.. !_:_~==~r~-:::::::~::~.~::::::::::::::::.:3>~=====3.~:j Proteínas plasmáticas

Capilar

•

FIGURA 24-17

Leucócitos circulantes +----atraem----- - - -- -- -

Resposta imunitária a bactérias extracelulares.

para destruir os vírus e as células infectadas pelos vírus. Nesta figura, assumimos a exposição prévia ao vírus e a presença de anticorpos preexistentes na circulação. Os anticorpos podem ter um papel defensivo importante nos estágios extracelulares iniciais de uma infecção virai. 1. Os anticorpos atuam como opsoninas CD, recobrindo as partículas virais e tornando-as alvos melhores para os macrófagos. Os vírus ligados aos anticorpos são impedidos de entrar nas suas células-alvo. Porém, uma vez que o vírus esteja dentro da célula hospedeira, os anticorpos não são mais eficazes. 2. Os macrófagos que ingerem vírus inserem fragmentos dos antígenos virais nas moléculas do MHC-11 nas suas membranas ®. Os macrófagos também secretam várias citocinas. Algumas dessas citocinas iniciam a resposta inflamatória. Eles produzem interferon a., que faz com que as células hospedeiras produzam proteínas antivirais que não deixam os vírus se replicarem. Outras citocinas dos macrófagos estimulam as células NK e as células T auxiliares. As células T auxiliares se ligam ao antígeno virai nas moléculas do MHC-11 dos macrófagos @.As cé-

lulas TH ativadas então secretam citocinas para estimular os linfócitos B e as células citotóxicas. 4. A exposição prévia ao vírus criou linfócitos B de memória com o anticorpo virai na sua superfície. Esta segunda exposição ao vírus ativa as células de memória e promove o desenvolvimento de plasmócitos, resultando em produção de anticorpos adicional ©. 5. As células T citotóxicas usam complexos MHC-1 antígeno virai para reconhecer as células hospedeiras infectadas. Quando as células T citotóxicas se ligam às células hospedeiras infectadas, elas secretam o conteúdo de seus grânulos na superfície celular @ . As moléculas de perforina inserem poros na membrana das células hospedeiras de modo que as granzimas possam entrar na célula, induzindo-a a cometer suicídio e sofrer apoptose. A destruição das células hospedeiras infectadas é um passo-chave para deter a replicação dos vírus invasores. As células NK reconhecem células infectadas por vírus por um processo diferente. Alguns vírus fazem com que suas células hospedeiras retirem os receptores MHC-1 da superfície da célula, em um esforço para tentar se esconder do siste-

24

802

Dee Unglaub Silverthorn

Anticorpos preexistentes - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Vírus

•

invadeohospedeiro • •

O ,_ /'

· -----~ ' ~ ~ __ ~

•

•

•

•

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•

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Os macrófagos ingerem o vírus

.

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, o ç ()

01(}

,,.- Antígeno virai •

•

•

•

, .. . •

Célula hospedeira não infectada

•

•

Os macrófagos apresentam fragmentos do antígeno

MHC-11 secreta

MHC-1 - -

Célula T auxiliar ativada

O interferon a ativa a resposta antivirai

Antígeno viral

,,-(": .

Citocinas

#

I .

. .. . •

I

#

•

•

•

Célula hospedeira infectada

•

•

t

••

•

Resposta

•

Célula T auxiliar

inflamatória ativa

ativa

! o Atacada por células T citotóxicas e natural killer

Vírus __,

-

- Receptor de células T

Linfócitos B

/ /

""' - - ~ .... Perforinas, granzimas

Célula T citotóxica

QUESTÃO DA FIGURA Identifique os passos da imunidade humoral e da imunidade mediada por células neste esquema.

Plasmócitos 1

secretam

i { A célula infectada sofre apoptose e morre

•

Anticorpos ~

)-)-.. Y)-~~ ·-

FIGURA 24-18 Resposta imunitária aos vírus. Esta figura assume uma exposição prévia ao vírus e anticorpos preexistentes.

ma imunitário. As células NK reconhecem as células hospedeiras infectadas sem os complexos MHC-1 e as mata por um processo similiar ao descrito para as células Te·

Anticorpos e vírus Embora a Figura 24-18 mostre anticorpos provenientes de uma infecção prévia protegendo o corpo, não existem garantias de que anticorpos produzidos durante uma infecção serão eficazes contra a próxima invasão pelo mesmo vírus. Por que isto acontece? Muitos vírus

sofrem mutações constantemente, e as proteínas que recobrem o antígeno primário podem mudar de forma significativa com o tempo. Se a cobertura proteica muda, o anticorpo pode não reconhecê-lo mais. O vírus influenza (da gripe) é um dos vírus que muda anualmente. Como consequência, as vacinas anuais contra o vírus influenza devem ser desenvolvidas com base nas previsões dos virologistas de quais mutações ocorrerão. Se as

Fisiologia Humana

previsões não coincidem com as mutações ou com as cepas prevalentes, a vacina para aquele ano não impedirá ninguém de contrair a gripe. A rápida mutação dos vírus também é uma razão pela qual pesquisadores ainda não desenvolveram uma vacina eficaz contra o HIV, o vírus que causa a síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS). O HIV infecta células do sistema imunitário, particularmente linfócitos T, monócitos e macrófagos. Quando o HIV elimina as células T auxiliares, a imunidade mediada por células contra o vírus é perdida. A perda geral da resposta imunitária na AIDS torna os pacientes suscetíveis a uma variedade de infecções virais, bacterianas, fúngicas e parasitárias.

Primeira exposição •

Alérgeno -

i)

• •

*

~.-A.

• • •

Alérgeno ingerido e processado pela célula apresentadora de antígeno

• •

•

'

.

•

•

..

•

•

•

A célula apresentadora de antígeno ativa células T auxiliares

•

•

"

•

Respostas alérgicas são desencadeadas por antígenos específicos Uma alergia é uma resposta imunitária inflamatória a um antígeno não patogênico. Isolado, o antígeno não é nocivo ao organismo. Porém, se um indivíduo é sensível ao antígeno, o corpo produz uma resposta inflamatória para eliminálo. As respostas inflamatórias alérgicas podem variar desde um dano tecidual leve até reações fatais. A resposta imunitária nas alergias é denominada sensibilidade ou hipersensibilidade ao antígeno. As reações de hipersensibilidade imediatas são mediadas por anticorpos e ocorrem minutos após a exposição aos antígenos, que são denominados alérgenos. As reações de hipersensibilidade tardias são mediadas por células T auxiliares e macrófagos e podem levar vários dias para se desenvolverem. Os alérgenos podem ser praticamente qualquer molécula exógena: natural ou sintética, orgânica ou inorgânica. Certos alimentos, venenos de insetos e pólen, todos desencadeiam reações de hipersensibilidade imediata. Os alérgenos podem ser ingeridos, inalados, injetados ou simplesmente entrar em contato com a pele. As reações de hipersensibilidade tardias incluem alergias de contato ao cobre e a outros metais básicos. Estas alergias são comuns em pessoas que costumam usar jóias. Plantas como a hera venenosa e o carvalho venenoso também causam alergia de contato. As alergias possuem um forte componente genético, assim se os pais têm uma determinada alergia, existe boa chance de que seus filhos também tenham. O desenvolvimento da alergia requer a exposição ao alérgeno, um fator que é afetado por condições geográficas, culturais e sociais. A Figura 24-19 • mostra o que acontece durante uma reação de hipersensibilidade imediata ao pólen. O passo inicial - a primeira exposição ou fase de sensibilização CD - é equivalente à resposta imunitária primária discutida previamente: o alérgeno é ingerido e processado por uma célula apresentadora de antígeno como um macrófago, que por sua vez ativa uma célula T auxiliar (ver o lado direito da Fig. 24-18). As células T auxiliares ativam os linfócitos B que se ligam ao alérgeno. Isto resulta na produção pelos plasmócitos de anticorpos (IgE e IgG) contra o alérgeno. Os anticorpos IgE são imediatamente ligados por suas extremidades Fc na superfície dos mastócitos e dos basófilos. As células Te as células B de memória guardam o registro da exposição inicial ao alérgeno.

•

803

•

•

-

•

.• ' .

.•

- Células T auxiliares

ativa

i

~-Linfóc ito

B

toma-se

i Células B e células T de memória retêm a memória da exposição ao alérgeno

1

secreta

t

Reexposição

•

•

----···

24 ~ lgG

•• ••••• • • Degranulação •

J--

Células T ativadas

Mastócito ,

Ativação de prote1nas do complemento

Citocinas

Citocinas, histamina, etc.

i Vasodilatação t •

Broncoconstrição > Permeabilidade vascular

FIGURA 24-19

Inflamação

--

-

Respostas alérgicas.

Na reexposição ®, que equivale à resposta imunitária secundária (ver Figs. 24-10 e 24-11), o corpo reage com mais força e mais rapidamente. Os alérgenos se ligam à IgE já pre-

804

Dee Unglaub Silverthorn

sente nos mastócitos, desencadeando a liberação imediata de histamina, citocinas e outros mediadores que causam os sintomas alérgicos. O t ipo de reação alérgica depende do anticorpo ou da célula imunitária envolvida. A ligação do alérgeno à IgE é a resposta mais comum à inalação, à ingestão e à injeção de alérgenos. Quandos os alérgenos se ligam aos anticorpos IgE nos mastócitos, as células sofrem degranulação e liberam histamina e outras citocinas. O resultado é uma reação inflamatória. A gravidade da reação varia desde reações localizad as próximo ao local onde o alérgeno entrou até reações sistêmicas como uma erupção cutânea em todo o corpo. A reação alérgica mais grave mediada pela IgE é chamada de anafilaxia [ana, sem + phylax, proteção]. Em uma reação anafilática, ocorre liberação maciça de histamina e outras citocinas que causam vasodilatação generalizada, colapso circulatório e broncoconstrição grave. Se não for tratado imediatamente, o choque anafilático pode levar à morte.

(a)

Tipo sanguíneo

Antígeno no erib'ócito

Anticorpos no plasma

Sem antígenos A ou B

"Anti-A" e "anti-B"

o f------A "Anti-B"

Antígenos A

~------------~

B "Anti-A"

Antígenos B

As proteínas do MHC permitem o reconhecimento de tecido estranho Desde que os cirurgiões desenvolveram técnicas para transplantar órgãos entre seres humanos ou de animais para seres humanos, os médicos têm se deparado com o problema da rejeição do tecido do doador pelo sistema imunitário do receptor. As proteínas ambíquas do complexo principal de histocompatibilidade (MHC) são os antígenos teciduais primários que determinam se o tecido doado é reconhecido como estranho pelo sistema imunitário do receptor. As proteínas do MHC também são conhecidas como antígenos leucocitários humanos (HLA) e são classificadas de acordo com um sistema internacional HLA. Um enxerto d e

Antígenos A e B

Quando os eritrócitos com antígenos do grupo A nas suas membranas se misturam com o plasma contendo anticorpos para o grupo A, os anticorpos fazem com que os eritrócitos se agreguem, ou aglutinem.

(b)

e George lembrou o dia em que seu teste do HIV deu positivo. Ele pensou que tinha sido exposto ao vírus mas seu primeiro teste do HIV foi negativo. O médico pediu que ele repetisse o exame seis semanas depois, e neste tempo seu sangue tornou-se posit ivo para os anticorpos contra o HIV. Um teste positivo indica que partículas de HIV circularam no seu corpo e que seu sistema imunit ário respondeu produzindo anticorpos contra o vírus. Após o choque inicial, George perguntou ao seu médico uma questão astuta: "Se estou produzindo anticorpos contra o HIV, por que esses anticorpos não podem matar o vírus?" Questão 3: Responda à pergunta feita por George. Dica: lembre-se de que por fim o HIV destrói as células T auxiliares. Observe a Figura 24-18 para ver que consequências isso teria. Questão4: Por que demorou seis semanas até que os anticorpos fossem detectados no sangue de George?

783

785

7 9

801

Sem anti-A ou anti-B

AB

Uma mistura de sangue do tipo O e do t ipo A

FIGURA 24-20 Grupos sanguíneos ABO. São mostrados os antígenos e os anticorpos característ icos de cada t ipo sanguíneo.

tecido ou um transplante de órgão tem maior probabilidade de ser bem-sucedido se o doador compartilhar antígenos HLA com o receptor. A incompatibilidade desencadeia a produção de anticorpos e ativa células T citotóxicas e células T auxiliares. Geralmente, as células T são as responsáveis pela rejeição aguda dos enxertos de tecidos sólidos. Um dos exemplos mais comun s de doação de tecido é a transfusão de sangue. A membrana dos erit rócitos humanos cont ém proteínas an tigênicas e glicoproteínas, mas faltam nestas células marcadores das proteínas d o MHC que são encontradas em células nucleadas e qu e reconhecem tecidos estranhos. Na ausência das proteínas do MHC, duas proteínas de superfície - os antígenos do grupo sanguíneo ABO e os antígenos Rh* - tornam-se a causa mais importante da reação de rejeição após uma transfusão de sangue.

809

*Rh é abreviatura de Rhesus, um tipo de macaco no qual o antígeno foi descoberto. Antígenos Rh também são denominados antígenos D.

Fisiologia Humana

805

REVISANDO CONCEITOS Frequência do grupo sanguíneo ABO nos Estados Unidos POPULAÇÃO DOS ESTADOS UNIDOS{%) TIPO SANGUÍNEO BRANCOS NEGROS

ASIÁTICOS NATIVOS

o

45

49

40

79

A

40

27

28

16

B

11

20

27

4

AB

4

4

5

<1

Os grupos sanguíneos ABO consistem em quatro tipos de sangue criados pela combinação de dois antígenos glicoproteicos (designados A e B) diferentes encontrados na membrana dos eritrócitos (Fig. 24-20a). Cada pessoa herda dois alelos (um de cada progenitor) a partir de três possíveis alelos ABO: A, B e O (nem o antígeno A nem o B são produzidos). Como os alelos A e B são dominantes em relação ao O, as diversas combinações dos dois alelos produzem quatro tipos sanguíneos: A (AA ou AO), B (BB ou BO), O (00) e AB (Tabela 24-3 e ). Problemas com transfusões de sangue ocorrem porque o plasma normalmente contém anticorpos para o(s) antígeno(s) do grupo ABO. Acredita-se que estes anticorpos sejam estimulados nos primeiros meses de vida por substâncias comuns como bactérias e componentes dos alimentos. Eles podem ser medidos no sangue de bebês já na idade de 3 a 6 meses. As pessoas expressam anticorpos para os antígenos dos eritrócitos que elas não possuem. Portanto, as pessoas com tipo sanguíneo A têm anticorpos anti-B no seu plasma, pessoas com tipo sanguíneo B possuem anticorpos anti-A no seu plasma, as pessoas que não possuem nenhum antígeno em seus eritrócitos (sangue do tipo O) apresentam anticorpos anti-A e anti-B e aquelas que possuem ambos os antígenos em seus eritrócitos (sangue do tipo AB) não têm anticorpos para os antígenos A ou B. Como o corpo responde à transfusão de sangue incompatível? Por exemplo, se uma pessoa com sangue do tipo O receber por engano uma transfusão de sangue do tipo A, acontecerá uma reação imunitária (Fig. 24-20b). Os anticorpos anti-A do receptor que tem sangue tipo O vão se ligar aos eritrócitos transfundidos do tipo A formando grumos (aglutinação). Esta reação é facilmente observável em uma amostra de sangue e é a base dos exames de tipagem sanguínea que com frequência são realizados em laboratórios de ensino. A ligação do anticorpo também ativa o sistema de complemento, resultando na produção de complexos de ataque à membrana que fazem com que as células transfundidas inchem e liberem hemoglobina. A hemoglobina livre que é liberada no plasma pode resultar em insuficiência renal aguda à medida que os rins tentam filtrar estas moléculas grandes do sangue. A identificação do tipo de sangue do doador e do receptor é crítica antes de realizar uma transfusão de sangue.

6. Uma pessoa com sangue do tipo AB é transfundida com sangue do tipo O. O que acontece? Por quê? 7. Uma pessoa com sangue do tipo O é transfundida com sangue do tipo A. O que acontece? Por quê? Respostas: p. 812

O sistema imunitário precisa reconhecer o que é "próprio" Uma propriedade surpreendente da imunidade é a capacidade do corpo de distinguir suas próprias células das células estranhas. A falta de resposta imunitária dos linfócitos às células do corpo é conhecida como autotolerância e parece ocorrer pela eliminação de linfócitos autorreativos em um processo conhecido como deleção clonal. Durante o desenvolvimento, alguns clones de linfócitos se desenvolvem com anticorpos que podem se combinar com complexos MHC-antígenos próprios. Os tecidos linfáticos primários contêm auto-antígenos que podem se combinar com esses linfócitos autorreativos e eliminá-los induzindo apoptose. Quando a autotolerância falha, o corpo produz anticorpos contra seus próprios componentes via linfócitos B ativados por células T. O ataque do organismo às suas próprias células leva a doenças autoimunes [auto, próprio]. Os anticorpos produzidos nas doenças autoimunes são específicos contra um antígeno particular e em geral são restritos a um órgão ou um tipo de tecido. A Tabela 24-4 e lista algumas doenças autoimunes comuns nos seres humanos. Por que a autotolerância falha subitamente? Ainda não sabemos. Sabe-se que doenças autoimunes frequentemente

Algumas doenças autoimunes comuns nos seres humanos

DOENÇA

ANTICORPOS PRODUZIDOS CONTRA

Doença de Graves (hipertireoidismo)

Receptores nas células da tireoide para o TSH

Diabete melito dependente de insulina

Antígenos das célu las 13 do pâncreas

Esclerose múltipla

Mielina dos neurônios do sistema nervoso central

Miastenia grave

Receptor de acetilcolina da placa motora

Artrite reumatoide

Colágeno

Lúpus eritematoso sistê• m1co

Complexos proteína-ácido nucleico intracelulares (anticorpos antinucleares)

Síndrome de Guillain-Barré (polineuropatia desmielinizante inflamatória aguda)

Miel ina dos nervos periféricos

24

806

Dee Unglaub Silverthorn

BIOTECNOLOGIA

ANTICORPOS SINTETIZADOS POR , ENGENHARIA GENETICA Um dos objetivos do tratamento do câncer é destruir as células cancerígenas minim izando danos às células normais do corpo. Os cientistas têm usado quimioterapia e radiação, mas têm obtido resultados confusos. Um dos mais novos tratamentos de câncer têm como base anticorpos sintetizados por engenharia genética contra proteínas da superfície tumoral, como o receptor do fator de crescimento HER2 que existe em alta densidade em algumas células do câncer de mama. O anticorpo construído então se liga ao seu antígeno na célula tumoral. No caso do receptor HER2, o anticorpo anti-HER2 bloqueia a ação de um fator de crescimento necessário para a célu la tumoral se reproduzir. Outros anticorpos têm sido construídos para transportar quimioterápicos ou moléculas radiativas que atingem especificamente as células cancerígenas. Uma estratégia para o desenvolvimento desses tratamentos com anticorpos envolve a injeção do antígeno em um camundongo, que então produz anticorpos contra este antígeno. Anticorpos murinos (de camundongos) injetados em seres humanos normalmente desencadeiam uma resposta imunitária contra a proteína do camundongo, então os cientistas têm utilizado a engenharia genética para criar anticorpos humanizados Neste procedimento, a porção ligadora ao antígeno da região Fab do camundongo é integrada na região Fab de um anticorpo humano, resultando em uma proteína que tem menor probabilidade de ser rejeitada pelo corpo humano. 11

11

•

iniciam associadas a uma infecção. Um desencadeador potencial para uma doença autoimune são os antígenos estranhos que são similares a antígenos humanos. Quando o corpo produz anticorpos contra o antígeno estranho, aqueles anticorpos que apresentam suficiente reatividade cruzada com tecidos humanos provocam danos. Um exemplo de doença autoimune é o diabete melito do tipo 1, em que o sangue produz anticorpos contra as células da ilhota que destroem as células ~ pancreáticas, mas preserva outras células endócrinas [ $ p. 736]. Outra condição autoimune discutida no Capítulo 23 é o hipertireoidismo da doença de Graves [ $ p. 767]. O corpo produz imunoglobulinas estimulantes da tireoide que mimetizam o hormônio estimulante da tireoide e fazem com que a glândula tireoide hipersecrete hormônios. Doenças autoimunes graves são algumas vezes tratadas pela administração de glicocorticoides, como o cortisol e seus derivados. Os glicorcoticoides deprimem a função do sistema imunitário pela supressão da produção de leucócitos pela medula óssea e diminuindo a atividade das células imunitárias circulantes. Embora ajude a diminuir os sintomas da doença autoimune, grandes doses de esteroides podem desencadear os mesmos sinais e sintomas de hipersecreção

hormonal, o que faz com que os pacientes desenvolvam obesidade central e face de lua cheia que são características da síndrome de Cushing [ $ p. 762].

A vigilância imunitária remove células anormais do corpo Qual o papel do sistema imunitário humano na proteção do organismo contra o câncer? Esta questão tem trazido considerável interesse para os cientistas. Uma teoria, conhecida como vigilância imunitária, propõe que embora as células cancerígenas se desenvolvam regularmente, elas são detectadas e destruídas antes que possam se disseminar. Algumas evidências apoiam esta teoria, mas não explicam por que muitos tumores cancerígenos se desenvolvem a cada ano ou por que pessoas com a função imunitária deprimida não desenvolvem tumores cancerígenos em todos os tipos de tecidos. Entretanto, a vigilância imunitária parece reconhecer e controlar alguns tumores associados com vírus. Além disso, alguns tipos de tumores endógenos não apresentam antígenos na superfície, o que permite que as células NK reconheçam essas células como anormais e as destruam. Uma área ativa da pesquisa do câncer é a investigação de como ativar o sistema imunitário para combater células tumorais cancerígenas.

INTERAÇOES NEUROIMUNOENDÓCRINAS Na fisiologia, uma das áreas mais fascinantes e que está se desenvolvendo rapidamente envolve a relação entre a mente e o corpo. Embora muitos cientistas renomados tenham zombado deste tópico durante muitos anos, a interação entre emoções e doenças somáticas tem sido descrita há séculos. O Velho Testamento diz: "Um coração alegre faz bem como um remédio, mas um espírito abatido seca os ossos" (Provérbios, 17:22). Muitas sociedades contam histórias de pessoas que perderam a vontade de viver e subsequentemente morreram sem causa aparente, ou de pessoas que desistiram da morte e tiveram uma recuperação notável. Hoje em dia, a medicina está começando a reconhecer a realidade da conexão mente-corpo. Doenças psicossomáticas e o efeito placebo são aceitas há muitos anos. Por que não deveríamos então investigar a possibilidade de que pacientes com câncer podem aumentar sua função imunitária visualizando suas células imunitárias devorando as células cancerígenas anormais? O estudo das interações encéfalo-imunitárias é agora um campo reconhecido chamado de neuroimunomodulação. Atualmente, este campo ainda está em sua infância, e os resultados de muitos estudos trazem mais questões que respostas. Em um experimento, por exemplo, um composto químico que suprimia a atividade dos linfócitos foi repetidamente injetado em camundongos. Durante cada injeção, eles também foram expostos ao cheiro de cânfora, uma substância química que não afeta o sistema imunitário. Após um período de condicionamento, os camundongos foram expostos somente ao cheiro de cânfora. Quando

Fisiologia Humana

os pesquisadores investigaram a função linfocitária dos camundongos, verificaram que o odor de cânfora tinha suprimido a atividade das células imunitárias, exatamente como a substância química supressora tinha feito anteriormente. A via pela qual este condicionamento ocorreu ainda é bastante inexplicada. O que conhecemos neste momento sobre a relação entre os sistemas imunitário, nervoso e endócrino?

1. Os três sistemas compartilham moléculas sinalizadoras e receptores para estas moléculas. Pensava-se que as substâncias químicas eram exclusivas de uma única célula ou tecido, contudo estão sendo descobertas em todo o organismo. As células imunitárias secretam hormônios, e citocinas leucocitárias são produzidas por células não imunitárias. Por exemplo, os linfócitos secretam tireotrofina (TSH), ACTH, hormônio do crescimento e prolactina, bem como o hormônio hipotalâmico liberador da corticotrofina (CRH). Receptores para hormônios, para neurotransmissores e para citocinas estão sendo descobertos em todo lugar. Neurônios no encéfalo têm receptores para citocinas produzidas por células imunitárias. Células natural killer têm receptores opioides e receptores adrenérgicos í3· Por toda a parte, os sistemas imunitário, endócrino e nervoso parecem compartilhar moléculas sinalizadoras e seus receptores. 2. Hormônios e neuropeptídeos podem alterar a função das células imunitárias. Há anos se sabe que o aumento nos níveis de cortisol decorrente do estresse está associado com a diminuição na produção de anticorpos, redução da proliferação de linfócitos e diminuição da atividade das células natural killer. Tem sido demonstrado que a substância P, um neuropeptídeo, induz a degranulação dos mastócitos na mucosa do intestino e no trato respiratório. E a inervação simpática da medula óssea aumenta a síntese de anticorpos e a produção de células T citotóxicas. 3. As citocinas do sistema imunitário podem afetar a função neuroendócrina. Estressores, como infecções bacterianas e virais ou tumores, podem induzir respostas ao estresse no sistema nervoso central pela liberação de citocinas pelas células imunitárias. A interleucina 1 provavelmente seja a citocina mais bem estudada nesta resposta, porém a indução da liberação de cortisol pelo ACTH secretado por linfócitos está recebendo considerável atenção. Anteriormente se acreditava que a secreção do cortisol era dependente de sinais neurais traduzidos pela via CRH hipotalâmico -ACTH adeno-hipofisário. Atualmente, parece que os estressores patogênicos podem ativar a via do cortisol causando a secreção de ACTH pelas células imunitárias. A interação destes três sistemas é resumida no modelo mostrado na Figura 24-21 e. Os sistemas nervoso, endócrino e imunitário estão intimamente ligados por uma comunicação bidirecional que usa citocinas, hormônios e neuropeptídeos. O encéfalo é ligado ao sistema imunitário pelos neurônios autonômicos, neuropeptídeos do SNC e citocinas

807

Estresse físico e emocional

Patógenos

Citocinas imunitárias +--- - - - - - -......... Neuropeptídeos

\

/ Hormônios Citocinas

Hormônios Células Hormônios peptídeos

Neuropeptídeos

endócrinas/

1

Hormônios

t

Células-alvo

•

FIGURA 24-21 Modelo de interação entre os sistemas nervoso, endócrino e imunitário.

leucocitárias. O sistema nervoso controla as glândulas endócrinas pela secreção de hormônios liberadores hipotalâmicos, mas as células imunitárias secretam alguns desses mesmos hormônios tróficos. Os hormônios secretados pelas glândulas endócrinas retroalimentam para influenciarambos os sistemas, nervoso e imunitário. O resultado é uma rede complexa de sinais químicos sujeita à modulação por fatores externos. Esses fatores externos incluem estímulos físicos e emocionais integrados no encéfalo, estressores patogênicos integrados no sistema imunitário e vários outros fatores que incluem campos magnéticos, fatores químicos liberados pelo tecido adiposo marrom e melatonina secretada pela glândula pineal. Provavelmente levará anos até que estas vias complexas sejam decifradas.

24

George começou a tomar seu novo coquetel de medicamentos contra a AIDS. No dia em que foi dada a prescrição, a contagem das suas células Tera de 338. (A contagem normal de células T é de 1.000.) Dentro de quatro semanas, a contagem das suas células T era de 489. Dentro de dois meses, chegou a quase 900. A quantidade de vírus no sangue de George (denominada "carga virai") também diminuiu de modo significativo. George ficou entusiasmado. " Eu não sei se isto vai durar para sempre", ele disse ao seu médico. " Mas eu vou aproveitar enquanto eu puder" .

Questão 5: Que correlação pode ser feita entre a contagem de células Te a carga virai de HIV presente no sangue de George?

783

785

799

807

809

808

Dee Unglaub Silverthorn

Estudos celulares e moleculares de fatores químicos relacionados ao estresse

?•

Estudos clínicos descritivos da associação entre estresse e doença

Estudos de respostas sistêmicas ao estresse

e

FIGURA 24-22

Neuroimunomodulação. O campo da

neuroimunomodulação ainda está na sua infância, e não entendemos completamente como os sistemas nervoso, imunitário e endócrino interagem para afetar a saúde e o bem-estar.

O estresse altera a função do sistema imunitário Uma área de interesse é a relação entre a incapacidade para enfrentar o estresse e o desenvolvimento de doenças. O estudo moderno do estresse é atribuído a Hans Selye, começando em 1936. Ele definiu o estresse como estímulos não específicos que alteram a homeostase e provocam uma resposta ao estresse invariável que ele denominou síndrome de adaptação geral. A resposta ao estresse de Selye consistia na estimulação das glândulas suprarrenais seguida pela supressão do sistema imunitário devido aos altos níveis circulantes de glicocorticoides [~ p. 762]. Por muitos anos, o experimento de Selye foi referência na definição do estresse. Entretanto, desde 1970, a definição de estresse e da resposta ao estresse foi ampliada. Estressores - eventos ou fatores que geram estresse - são extremamente variáveis e difíceis de definir em situações experimentais. O estresse agudo é diferente do estresse crônico. A reação de uma pessoa ao estresse é afetada pelo isolamento e pela sensação de controle da situação estressora. Muitos estressores são sentidos e interpretados pelo cérebro, levando à modulação do estressor pela experiência e pelas expectativas. Um estressor para uma pessoa pode não afetar outra pessoa. A maioria dos estressores físicos e emocionais é integrada no sistema nervoso central. As duas respostas clássicas ao estresse são (1) a reação rápida mediada neuralmente de luta-ou-fuga e (2) a elevação dos níveis de cortisol pela suprarrenal associada à supressão da resposta imunitária. A luta-ou-fuga é uma reação rápida ao estresse agudo. A resposta do cortisol é um indicador melhor de estresse crônico ou repetitivo. Uma das dificuldades no estudo da resposta do corpo ao estresse é a complexidade envolvida na integração de informações provenientes dos três níveis de resposta (Fig. 24-22 e ). Os cientistas têm acumulado grande quantidade

de informações de cada um dos três níveis: fatores celulares e moleculares relacionados ao estresse, respostas sistêmicas ao estresse e estudos clínicos que descrevem a relação entre estresse e doença. Em alguns casos, temos associado dois níveis diferentes, embora em outros casos as evidências experimentais sejam escassas ou ainda contraditórias. O que ainda não compreendemos é o quadro global, o modo como ocorre a sobreposição destes três níveis de resposta. O progresso experimental é lento por que muitos animais de estudos tradicionais, como os roedores, não são bons modelos para o estudo do estresse em seres humanos. Ao mesmo tempo, experimentos controlados que geram estresse em seres humanos são difíceis de serem delineados e executados por razões práticas e éticas. Muitas das nossas pesquisas sobre o estresse são observacionais. Um estudo, por exemplo, acompanhou a atividade das células natural killer por um período de 18 meses em dois grupos de pessoas: cônjuges cuidadores de pacientes com doença de Alzheimer (um grupo com grande estresse psicossocial) e um grupo controle. O grupo de cuidadores, com níveis altos de estresse no início do estudo, apresentou baixa atividade de células NK no final. Entretanto, muitas variáveis - incluindo sexo, idade, exercício, uso de álcool ou de medicamentos - devem ser levadas em conta antes de podermos concluir que o estresse foi o fator causal.

A medicina moderna inclui terapias corpo-mente O papel das interações corpo-mente na medicina tradicional está recebendo mais atenção nos anos recentes. O U.S. National Center for Complementary and Alternative Medidne (http://www.nccam.nih.gov) subsidia pesquisas rigorosamente delineadas sobre a eficácia de terapias médicas complementares como meditação, ioga, hipnose, imaginação guiada e biofeedback. Embora os efeitos placebo e nocebo [ ~ p. 11] sejam amplamente aceitos na comunidade médica tradicional, o papel de terapias complementares como a terapia do riso ainda está sendo estudado. Assistir um filme engraçado realmente ajuda o nosso sistema imunitário? Estudos recentes sugerem que sim. Nestes estudos, os pesquisadores determinaram a atividade das células imunitárias em indivíduos antes e depois de assistirem a um filme ou a um vídeo de humor. Em ambos os estudos, as células imunitárias se tornaram mais ativas. Você pode saber mais sobre a terapia do humor na Association for Applied and Therapeutic Humor (www.aath.org). Apesar das dificuldades no estudo da integração dos sistemas imunitário, endócrino e nervoso, os cientistas estão começando a juntar as peças da intrincada rede de interações mente-corpo. Quando pudermos explicar em nível molecular por que estudantes tendem a ficar doentes exatamente antes dos exames e por que a terapia de relaxamento aumenta a resposta imunitária, estaremos no caminho de entender as conexões complexas entre o encéfalo e o sistema imunitário.

Fisiologia Humana

809

Tratamento da AIDS No problema dado, você aprendeu sobre o tratamento da A IDS que consiste em dois fármacos antirretrovira is e um inibidor de protease, uma combinação conhecida como Coquetel HAART, highly active antiretroviral therapy. A combinação parece impedir a replicação do HIV de modo mais eficiente do que qualquer um dos medicamentos usados isoladamente. Testes para uma vacina contra o HIV ainda estão em andamen-

to. Para aprender mais sobre os tratamentos atuais, acesse www.aidsinfo.nih.gov ou www.aids.org. Para estatísticas sobre HIV e AIDS nos Estados Unidos, acesse www.cdc.gov/hivl statslhtm. Para estatísticas internacionais, acessar o site da Organização Mundial de Saúde no www.who.int/hiv/datalen. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Por que a replicação do retrovírus não pode ocorrer sem a transcriptase reversa?

O retrovírus não possui DNA para usar como molde para fazer o RNAm virai. A transcriptase reversa é uma enzima que permite que o retrovírus si ntetize DNA comp lementar a partir do seu próprio RNA virai.

Sem a transcriptase reversa, o retrovírus não pode sintetizar DNA virai. Sem o DNA vira i, o vírus não pode p roduzir RNAm ou proteínas vira is. Portanto, sem a transcriptase reversa, um retrovírus não pode rep licar-se.

2

Qual a explicação para inundar o corpo com a proteína CD4 para impedir a replicação do HIV?

O CD4 é um receptor nas células T auxiliares ao qua l o HIV se liga. A ligação faz com que o vírus entre na célula T.

Introduzindo g randes quantidades de proteína CD4 no corpo poderia "enganar" o HIV que se ligaria às proteínas CD4 livres e não às CD4 das célu las T auxi liares. Isto reduziria o número de partículas vi rais que poderiam i nvadi r as células T.

3

Se George está produzindo ant icorpos contra o HIV, por que eles não podem matar o vírus?

Os vírus podem ser afetados pelos anticorpos apenas quando estão fora das célu las hospedeiras.

O HIV entra nas cé lulas T auxiliares e, com o passar do tempo, as destrói. Quando escondido dentro das cé lulas, o HIV é capaz de evitar os anticorpos.

4

Por que demorou seis semanas até que os anticorpos fossem detectados no sangue de George?

A resposta imunitária primária é mais lenta e mais f raca do que as respostas subsequentes (ver Fig. 24-11).

O primeiro teste de George foi feito no in ício da sua infecção e a resposta imunitária ainda não era detectável. Em seis semanas, a resposta dos anticorpos tornou-se detectável.

5

Que corre lação pode ser feita entre a contagem de células T e a ca rga vira i de HIV presente no sangue de George

A contagem de células T no sangue de George aumenta enquanto a carga virai d i minui.

Aparentemente, o coquetel de medicamentos é eficaz em dimi nui r a taxa de infecção de células T pelo HIV. Isto tem dois resu ltados. Como menos célu las T são mortas pelo vírus, a contagem de cé lulas T aumenta. Como os medicamentos suprimem a repl icação do vírus, a carga vira i dimi nui.

RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, você aprendeu como o sistema imunitário protege o corpo contra patógenos e como ele remove tecido danificado e células anormais. Uma resposta imunitária necessita da detecção da substância estranha, da comunicação com outras células imunitárias e da coordenação da resposta. Estas funções dependem da comunicação química e de interações moleculares entre receptores, anticorpos e antígenos. A compartimentalização do corpo afeta o modo como o sistema imunitário luta contra os patógenos: alguns patógenos se escondem dentro das células, e outros permanecem no compartimento extracelular.

Visão geral Sistema imunitário: visão geral do sistema imunitário 1. Imunidade é a capacidade do corpo de se autoproteger de patógenos. O sistema imunitário humano consiste em tecidos linfáticos, células imunitárias e citocinas. (p. 783) 2. Antígenos são substâncias que desencadeiam uma resposta imunitária e reagem com os produtos dessa resposta. (p. 783)

24

81 O

Dee Unglaub Silverthorn

Patógenos do corpo humano 3. Bactérias são células que podem sobreviver e se reproduzir fora de um hospedeiro vivo. Antibióticos são medicamentos que matam as bactérias. (p. 784) 4. Vírus são DNA ou RNA envoltos por proteínas protetoras. Eles invadem as células hospedeiras e se reproduzem utilizando a maquinaria intracelular do hospedeiro. O sistema imunitário deve destruir as células hospedeiras infectadas para matar um vírus. (p. 785; Fig. 24-1)

18. As citocinas inflamatórias incluem proteínas da fase aguda,

histamina, interleucinas, bradicinina e proteínas do complemento. (p. 792-793) 19. A cascata do complemento forma o complexo de ataque à membrana, que são moléculas formadoras de poros que causam a ruptura dos patógenos. (p. 793, Fig. 24-8)

Imunidade adquirida: Respostas a antígenos específicos Sistema imunitário: características comuns do 1infócitos T e B

Resposta imunitária 5. A resposta imunitária inclui: (1) detecção e identificação, (2) co-

municação com outras células imunitárias, (3) recrutamento de ajuda e coordenação da resposta e (4) destruição ou supressão do invasor. (p. 785) 6. A imunidade inata é a resposta imunitária não específica rápida. A imunidade adquirida é mais lenta e é uma resposta antígeno-específica. Os dois tipos de imunidade se sobrepõem. (p. 785)

Anatomia do sistema imunitário

20. Os linfócitos medeiam a resposta imunitária adquirida. Linfóci-

21.

22.

Sistema imunitário: revisão de anatomia 7. As células imunitárias se formam e amadurecem no timo e na medula óssea. O baço e os linfonodos são tecidos linfáticos encapsulados. Os tecidos não encapsulados, tecidos linfáticos difusos, incluem as tonsilas e o tecido linfático associado ao intestino (GALT). (pp. 787-788; Figs. 24-2, 24-3, 24-14) 8. Os eosinófilos são células citotóxicas que matam parasitas. Os basófilos e os mastócitos liberam hista.m ina, heparina e outras citocinas. (p. 788; Fig. 24-4) 9. Os neutrófilos são células fagocitárias que liberam pirogênios e citocinas que medeiam a inflamação. (p. 789; Fig. 24-4) 10. Os monócitos são os precursores dos macrófagos teciduais. As células apresentadoras de antígeno (APCs) expõem fragmentos de antígenos nas proteínas de suas membranas. (p. 790; Figs. 24-4, 24-5) 11. Os linfócitos medeiam respostas imunitárias. (p. 790) 12. As células dendríticas capturam antígenos e os apresentam para os linfócitos. (p. 790)

Imunidade inata: Respostas inespecíficas

23.

24.

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26.

27.

28.

Sistema imunitário: defesas inatas 13. Barreiras físicas e químicas, como a pele e o muco, são a primeira linha de defesa. (p. 790) 14. As quimiotaxinas atraem células imunitárias para os patógenos. (p. 791) 15. A fagocitose necessita que moléculas da superfície dos patóge-

nos se liguem a receptores de membrana do fagócito. As opsoninas sao anticorpos ou prote1nas do complemento que recobrem o material estranho. (p. 792; Figs. 24-6, 24-7) 16. As células natural killer (NK) matam determinadas células tumorais e células infectadas por vírus. Quando eosinófilos e células NK se ligam à região Fc dos anticorpos que estão ligados aos patógenos, eles matam os patógenos. Isto é denominado citotoxidade mediada por células dependente de anticorpo. (pp. 792, 797; Fig. 24-13 ©) 17. A inflamação resulta de citodnas liberadas por macrófagos teciduais ativados. (p. 792) •

-

•

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30.

I

31.

32.

tos que reagem com um tipo de antígeno formam um clone. (p. 794; Fig. 24-9) A primeira exposição a um antígeno ativa um clone de linfócitos virgens e causa a sua divisão (expansão clonai). Os novos linfócitos formados se diferenciam em células efetoras ou células de memória. A exposição adicional ao antígeno gera uma resposta imunitária secundária mais forte e mais rápida. (pp. 794-795; Fig. 24-10, 24-11) As citocinas dos linfócitos incluem interleucinas e interferons, os quais interferem na replicação viral. O interferon 'Y ativa macrófagos e outras células imunitárias. (p. 795) Os linfócitos B formam plasmócitos e células de memória. Os linfócitos Te as células NK atacam e destroem as células infectadas. (p. 795) Os anticorpos ligam-se aos patógenos. Os linfócitos B maduros são recobertos com anticorpos que atuam como receptores de superfície. Os linfócitos B ativados se diferenciam em plasmócitos, que secretam anticorpos solúveis. (p. 796) As cinco classes de imunoglobulinas (Ig) ou anticorpos, são IgG, IgA, IgE, IgM e IgD, coletivamente conhecidas como gamaglobulinas. (p. 795) A molécula do anticorpo tem a forma de um Y, com quatro cadeias polipeptídicas. Os braços, ou regiões Fab, contêm sítios de ligação ao antígeno. O tronco, ou região Fc, pode-se ligar às células imunitárias. Algumas imunoglobulinas são polímeros. (p. 796; Fig. 24-12) Anticorpos solúveis atuam como opsoninas, servem como ponte entre antígenos e leucócitos, ativam proteínas do complemento e mastócitos e neutralizam vírus e toxinas. (p. 796; Fig. 24-13) Os anticorpos das células B ligam-se a antígenos para ativar linfócitos B e iniciar a produção de anticorpos adicionais. (p. 797, Fig. 24-13) Os linfócitos T são responsáveis pela imunidade mediada por células, na qual os linfócitos se ligam à célula-alvo usando receptores de células T. (p. 798; Fig. 24-15) Os linfócitos T reagem com antígenos ligados a proteínas do complexo principal de histocompatibilidade na célula-alvo. As moléculas do MHC de classe I com antígenos fazem com que as células T citotóxicas (Te) matem a célula-alvo. As moléculas do MHC de classe II com antígenos ativam as células T auxiliares (TH) a secretar citocinas. (p. 799; Fig. 24-16) As células T citotóxicas (Te) liberam perforina, uma molécula formadora de poro que permite que granzimas entrem na célula-alvo e desencadeiem o seu suicídio (apoptose). (pp. 799800) As células T auxiliares (TH) secretam citodnas que influenciam outras células. (p. 800; Fig. 24-16)

Fisiologia Hum ana

Vias da resposta imunitária Sistema imunitário: imunidade humoral, imunidade celular 33. As bactérias geralmente causam uma resposta inflamat ória inespecífica. Além disso, os linfócitos produzem anticorpos para tipos específicos de bactéria. (p. 800; Fig. 24-17)

811

a compatibilidade tecidual. Os linfócitos atacarão qualquer complexo MHC que eles não reconheçam como proteínas próprias. (p. 804) 38. Os eritrócitos humanos não possuem proteínas MHC, mas contêm outras proteínas antigênicas e glicoproteínas de membrana, como os antígenos ABO e Rh. (pp. 804-805; Fig. 24-20) 39. A autotolerância é a capacidade do corpo de recon hecer suas próprias células e não produzir uma resposta imunitária. Quando a autotolerância falha, o corpo produz anticorpos contra seus próprios componentes, gerando uma doença autoimune. (p. 805) 40. A teoria da vigilância imunitária propõe que células cancerígenas se desenvolvem regularmente, mas são detectadas e destruídas pelo sistema imunitário antes que possam se espalhar. (p. 806)

34. A resposta imunitária inata e os anticorpos ajudam a controlar os estágios iniciais de uma infecção viral. Uma vez que os vírus entram na célula hospedeira, as células T citotóxicas e as células NK devem destruir as células hospedeiras infectadas. (p. 800; Fig. 2418) 35. Uma a lergia é uma resposta imunitária inflamatória a alérgen os não-patogênicos. O corpo se livra do alérgeno por meio de uma resposta inflamatória. (p. 803; Fig. 24-19)

Interações neuroimunoendócrinas

36. As reações de h ipersensibil ida d e imediata a alérgenos são mediadas por anticorpos e ocorrem dentro de minutos após a exposição ao alérgeno. As reações de hip ersensibilidad e tardia são mediadas pelos linfócitos Te podem demorar vários dias para ocorrer. (p. 803) 3 7. As proteínas do complexo principal de histocompatibilidad e (MHC) encontradas em todas as células nucleadas determinam

41. Os sistemas nervoso, endócrino e imunitário são ligados por moléculas sinalizadoras e receptores. O estudo destas interações é um campo conhecido como neu roimunomo dulação. (p. 806; Fig. 24-21) 42. Acredita-se que a ligação entre a incapacidade de enfrentar o estresse e o desenvolvimento de doenças resulte da neuroimunomodulação. (p. 808)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

4. relacionado com os mastócitos; libera citocinas como a histamina e a heparina 5. a maioria destas células se encontra no tecido linfático 6. estas células capturam antígenos, depois migram para os tecidos linfáticos

,

NIVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Defina imunidade. O que se entende por memória e especificidade no sistema imunitário? 2. Dê o nome dos componentes anatômicos do sistema imunitário. 3. Liste e faça um breve resumo das três principais funções do sistema imunitário. 4. Cite dois modos pelos quais os vírus são liberados das células hospedeiras. Fale dos três modos pelos quais o vírus lesa as células hospedeiras ou altera suas funções. 5. Suponha que um patógen o tenha invadido o corpo. Quais as quatro etapas que ocorrem se o corpo for capaz de destruir este patógeno? Que comprometimento pode ocorrer se o patógeno não puder ser destruído? 6. Defina os seguintes termos e explique o seu significado: (a) anafilaxia (e) proteína da fase aguda (b) aglutinação (f) expansão clonal (c) extravascular (g) vigilância imunitária (d) degranulação 7. Como os histiócitos, as células de Kupffer, os osteoclastos e a microglia estão relacionados? 8. O que é sistema fagocitário mononuclear e qual o seu papel no sistema imunitário? 9. Relacione os seguintes tipos de células com a sua descrição: (a) linfócito 1. leucócito mais abundante; fagocíti(b) neutrófilo co; vive de 1a2 dias (c) monócito 2. citotóxico; está associado com rea(d) célula dendrítica ções alérgicas e infestações parasitá(e) eosinófilo rias (f) basófilo 3. precursor dos macrófagos; relativamente raro em esfregaços de sangue

10. Dê exemplos de barreiras físicas e químicas contra a infecção. 11. Nomeie os três principais tipos de linfócitos e seus subtipos. Explique as funções e interações de cada grupo. 12. Defina autotolerância. Quais são as células responsáveis? Relacione a autotolerância com doença autoimune. 13. O que significa o termo neuroimunomodulação? 14. Explique os termos estresse, estressor e síndrome de adaptação geral.

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

15. Mapa con ceituai : faça um mapa com os seguintes termos. Você pode adicionar outros termos. Anticorpo Célula de memória Antígeno Célula T auxiliar Bactérias Célula NK Basófilo Fagócito Citocina MHC de classe II Célula T citotóxica Linfócito T Célula apresentadora de antígeno MHC de classe I Célula citotóxica Fagossomo Imunidade inata Célula dendrítica Eosinófilo Monócito Imunidade adquirida Neutrófilo Linfócito B Opsonina Quimiotaxina Plasmócito Vírus Região Fab Região Fc

24

812

Dee Unglaub Silverthorn

16. Por que os linfonodos frequentemente incham e se tornam sensíveis ou doloridos quando você está doente? 17. Resuma os efeitos da histamina, da interleucina 1, das proteínas da fase aguda, da bradicinina, das proteínas do complemento e do interferon 'Y. Essas substâncias químicas são sinérgicas ou antagonistas umas das outras? 18. Compare e diferencie os seguintes termos: (a) patógeno, microrganismo, pirogênio, antígeno, anticorpo, antibiótico (b) infecção, inflamação, alergia, doença autoimune (c) vírus, bactéria, alérgeno, retrovírus (d) quimiotaxina, opsonina, citocina, interleucina, bradicinina, interferon (e) imunidade adquirida, imunidade inata, imunidade humoral, imunidade mediada por células, imunidade específica, imunidade inespecífica (f) hipersensibilidade imediata e tardia (g) complexo de ataque à membrana, granzimas, perforina 19. Desenhe e identifique as partes de uma molécula de anticorpo. O que significa cada parte? 20. Faça um esquema dos passos de um processo inflamatório. 21. Faça um esquema dos passos do processo de combate às infecções virais. 22. Faça um esquema dos passos do processo de uma reação alérgica.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 23. Um dos tipos de sangue ABO é denominado "doador universal" e outro "receptor universal". Que tipos são estes e por que recebem estes nomes? 24. Maxie Moshpit afirma que o superstar Snidley é o pai do seu filho. Maxie tem sangue tipo O. Snidley tem sangue do tipo B. O bebê de Moshpit tem sangue do tipo O. Você poderia descartar a possibilidade de Snidley ser o pai da criança somente a partir desta informação? Explique. 25. Todo semestre próximo ao período de provas, um número maior de estudantes visita o Centro de Saúde do Estudante com resfriados e infecções virais. Os médicos atribuem o aumento da incidência destas doenças ao estresse. Você pode explicar a base biológica desta relação? Quais seriam outras possíveis explicações? 26. Bárbara tem artrite reumatoide, caracterizada por dor e inchaço nas articulações devido à inflamação do tecido conectivo. Ela nota que piora quando está cansada e estressada. Esta condição é conhecida como doença autoimune. Descreva as reações fisiológicas que poderiam levar a esta condição. 27. A contagem diferencial de leucócitos [$ Fig. 16-3, p. 552] é uma ferramenta diagnóstica importante na medicina. Se um paciente apresenta aumento no número de neutrófilos imaturos ("bastonetes"), você pensaria que é mais provável que a causa seja uma infecção bacteriana ou viral? Se a contagem mostra um aumento no número de eosinófilos (eosinofilia), esta condição provavelmente seria devida a uma infecção viral ou parasitária? Explique seu raciocínio.

RESPOSTAS

.fRespostas para as questões de ''Revisando conceitos'' Página 785 1. Bactérias são células; vírus não. Bactérias podem se reproduzir fora do hospedeiro; vírus não. Bactérias podem ser mortas ou inibidas por antibióticos; vírus não. 2. Os vírus entram nas células hospedeiras e usam seus ácidos nucleicos virais para induzir a célula hospedeira a produzir ácidos nucleicos e proteínas virais. Estas se organizam em novas partículas de vírus, que são então liberadas da célula hospedeira. Página 793 3. Quando a permeabilidade capilar aumenta, as proteínas se movem do plasma para o líquido intersticial. Isso diminui a força coloidosmótica que se opõe à filtração capilar e mais líquido se acumula no espaço intersticial (inchaço ou edema). Página 797 4. Os anticorpos podem se mover através das células por transcitose ou podem ser liberados das células por exocitose. 5. A criança desenvolve anticorpos na primeira exposição ao veneno de abelha, de modo que se tiver uma reação alérgica grave à picada de abelha, ela ocorrerá na segunda exposição. As reações alérgicas são mediadas pela IgE. Após a primeira picada de abelha, os anticorpos IgE secretados na resposta ao veneno são ligados à superfície dos mastócitos. Na segunda exposição, o vene-

no de abelha liga-se à IgE e causa degranulação dos mastócitos, levando a uma reação alérgica que pode ser grave o suficiente para causar anafilaxia. Página 805 6. Os eritrócitos tipo O não possuem antígenos A nem B, de modo que os anticorpos do receptor, mesmo se estiverem presentes, não reagiriam com eles. Os eritrócitos tipo AB possuem antígenos A e B mas o sangue tipo O não tem anticorpos. Portanto, nenhuma reação imunitária ocorrerá. 7. Os anticorpos anti-A do receptor tipo O causarão aglutinação das células sanguíneas do tipo A. O sangue do doador tem anticorpos anti-B mas as células tipo O não têm antígenos, de modo que não há reação com os anticorpos do doador.

Respostas para as questões da figura Página 794 Fig. 24-9: O antígeno ativará o clone 1. Página 798 Fig. 24-15: O Te reconhece o antígeno MHC-I e o T8 reconhece o antígeno MHC-II Página 802 Fig. 24-18: Os passos 3 e 5 são da imunidade mediada por células e os passos 1 e 4 são da imunidade humoral.

•

,

.

• •

1a

xerc1c10

Metabolismo e exercício 816 816

817

Hormônios regulam o metabolismo durante o exercício O consumo de oxigênio está relacionado com a intensidade do , . exerc1c10 Diversos fatores li mitam o exercício

Respostas ventilatórias ao ,, . exerc1c10 Respostas cardiovasculares ao ,, . exerc1c10 818 819 819 820

Respostas antecipatórias ao , exerc1c10

.

Regulação da temperatura durante o exercício Exercício e saúde 822 822 823

O débito cardíaco aumenta durante , . o exerc1c10 O f luxo de sangue para os músculos aumenta durante o exercício A pressão sanguínea aumenta levemente durante o exercício O reflexo barorreceptor adapta-se , . ao exerc1c10

O exercício dim inui o risco de doenças cardiovasculares O d iabete melito do t ipo li pode melhorar com o exercício O estresse e o sistema imunitário podem ser influenciados pelo , . exerc1c10

CONHECIMENTOS BÃSICOS Metabolismo aeróbio e anaeróbio: 107 Regulação para cima: 44 Reflexos antecipatórios: 204 Catecolaminas: 224 Metabolismo durante a contração muscular: 422

-.-~-­

-

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---.-·-·

Mioglobina: 423 Contração isométrica e isotônica: 427 Inibição pré-sináptica: 284 Controle motor do movimento: 446 Controle da frequência cardíaca e da contratibilidade: 501 Retorno venoso: 501 Controle do débito cardíaco: 504 Lei de Starling do coração: 501 Controle da pressão sanguínea: 533 Controle local do fluxo sanguíneo: 523 Hemoglobina: 605 Ventilação alveolar: 588 Gases sanguíneos: 599 Quimiorreceptores respiratórios: 615 Receptores pu lmonares de estiramento: 607 Desidratação: 669 Insulina: 736 Diabete melito: 742 Termorregulação: 749 Glucagon: 734 Hormônio do crescimento: 761 Estresse e sistema imunitário: 802

Um aspecto fascinante da fisiologia do ser humano durante o exercício é que ela nos fornece informações básicas sobre a natureza e os limites da capacidade fit.ncional dos diferentes sistemas orgânicos. o

-Per-Olof Astrand and Kaare Rodahl, Textbook of Work Physiology, 1977

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Choque térmico "O calor excessivo continua pelo qu into dia consecutivo", anun-

ciava a manchete do jornal. Se Colleen Warren, 19 anos, tivesse tido tempo para ler esta notícia, ela poderia ter evitado a situação arriscada pela qual passou algumas horas depois. Entretanto, Colleen dormiu demais e estava atrasada para chegar ao t reino de hóquei. O clima daquela sema na estava insuportavelmente quente e úmido, exatamente como havia ocorrido durante todo o verão. A temperat ura estava chegando a 40 ºC, com mu ita umidade. Com pressa de sair, Colleen esqueceu sua ga rrafa de água . "Ah, tudo bem ", ela pensou, enquanto montava na sua bicicleta para pedalar os três quilômet ros até o campo de treinamento.

m julho de 2008, o mundo assistiu com grande expectativa quando Michael Phelps nadou para obter ore~corde de oito medalhas de ouro nos Jogos Olímpicos de 2008. O trabalho realizado por Phelps, e por milhares de outros atletas olímpicos de todo o mundo, representa um dos desafios mais comuns à homeostase corporal: o exercício. O exercício pode ser feito de diversas formas. A corrida, a natação e o ciclismo de longa distância são exemplos de um exercício dinâmico de resistência. O levantamento de peso e o treinamento de força são exemplos de exercício de força. Neste capítulo, examinaremos o exercício dinâmico como um desafio para a homeostase que é superado com uma resposta integrada de diversos sistemas corporais. O exercício é o exemplo ideal para ensinar a integração ,,. fisiológica. E familiar a todo mundo e não envolve condições especiais, como alpinismo em grande atitude ou mergulho no fundo do mar. Além disso, o exercício é uma condição fisiológica normal, não um estado patológico, embora possa ser afetado por doenças e, quando em excesso, resultar em lesão. Além de ser um excelente exemplo para o ensino, a fisiologia do exercício é uma área muito ativa de pesquisa em fisiologia integrativa. O funcionamento coordenado de vários sistemas de órgãos em muitos casos ainda não é compreendido devido às interações complexas entre os mecanismos de controle local e neural. Os pesquisadores usam em sua investigação uma combinação de modelos animais e estudos com humanos, incluindo atletas de elite, para explicar como o corpo se adapta às demandas metabólicas do exercício. Observe que não pretendemos fazer uma discussão completa da fisiologia do exercício. Para maiores informações, os leitores deverão buscar livros sobre esse tema específico.

METABOLISMO E EXERCÍCIO O exercício começa com a contração do músculo esquelético, um processo ativo que necessita de ATP como energia.

Mas de onde vem o ATP para a contração muscular? Uma pequena quantidade está na fibra muscular quando a contra, ção começa (Fig. 25-1, © e ). A medida que este ATP é usado para a contração mucular e transformado em ADP, um outro composto fosfato, o fosfato de creatina (FCr), transfere a energia da sua ligação fosfato de alta energia para o ADP. Esta transferência repõe o suprimento de ATP do músculo [ $ p. 420]. Juntos, o ATP muscular e o fosfato de creatina são adequados para sustentar somente 15 segundos de exercício intenso, como corrida de curta distância e levantamento de peso. Subsequentemente, a fibra muscular precisa produzir ATP adicional a partir da energia armazenada nos nutrientes. Algumas dessas moléculas estão dentro da própria fibra muscular. Outras precisam ser mobilizadas do fígado e do tecido adiposo e depois transportadas para os músculos pela circulação. Os substratos primários para a produção de energia são os carboidratos e as gorduras. Relembre do Capítulo 4 que a produção mais eficiente de ATP ocorre por rotas aeróbias, como a via da glicólise-ciclo do ácido cítrico [$ p. 107]. Se a célula possui quantidade adequada de oxigênio para a fosforilação oxidativa, então tanto a glicose quanto os ácidos graxos podem ser metabolizados para fornecer ATP (Fig. 25-1
Fisiologia Humana

Intestino

815

Tecido muscular

-~-----___... Glicose - - -

absorvida Repouso Glicogênio hepático

Fígado

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~ Glicose ---

j

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Exercício

+

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1

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Glicose ---

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Contração

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Lactato

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Lactato .-----

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Tecido Glicerol + ácidos graxos adiposo

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C02 .-+-+-- - - ---l

Pulmões Troca de gases nos pulmões o ___. 1

Creatina

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Triacilgliceróis

lg Fosforilação oxidativa e ciclo do ácido cítrico (aeróbio)

Relaxamento

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Creatina

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ADP

2

C02 +--r

A glicose vem do glicogênio do fígado ou da dieta.

•

FIGURA 25-1

O Os ácidos graxos podem E) O lactato gerado a partir do ser usados somente no metabolismo aeróbio.

0

metabolismo anaeróbio pode ser convertido em glicose pelo fígado.

Tanto o metabolismo aeróbio quanto o anaeróbio fornecem ATP para a contração muscular.

Visão geral do metabolismo muscular. O ATP usado para a

contração muscular é continuamente produzido pelo metabolismo aeróbio da glicose e dos ácidos graxos. Durante períodos curtos de atividade intensa, quando a demanda de ATP excede a taxa de produção aeróbia de ATP, a glicólise anaeróbia produz ATP, lactato e H+.

25 4

1

~ ATP 3 produzidos (moles/minuto)

- Horas ~ ~

Tempo de resistência para a atividade muscular máxima

2

- 1 minuto

1

'

O fosfato de creatina pode sustentar somente 1Osegundos de , . , . exerc1c10 max1mo.

•

O metabolismo anaeróbio produz ATP 2,5 vezes mais rápido do que o metabolismo aeróbio, mas pode sustentar somente um minuto de exercício máximo.

O metabolismo aeróbio sustenta , . o exerc1c10 durante horas.

FIGURA 25-2 O metabolismo anaeróbio produz ATP 2,5 vezes mais rápido do que o metabolismo aeróbio, mas o metabolismo aeróbio pode manter o exercício durante horas.

LEGENDA Produção de ATP Resist ência do músculo

816

100%

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100

Intensidade do exercício (% máximo)

•

FIGURA 25-3 Utilização do substrato energético com o aumento do exercício. No exercício de baixa intensidade, os músculos obtêm mais energia das gorduras do que da glicose (CHO). Durante o exercício de alta intensidade (níveis maiores que 70% do máximo), a glicose se torna a principal fonte de energia. Dados de G. A. Brooks e J. Mercier, J. App. Physiol. 76:2.253-2.261,

1994.

Na realidade, o exercício aeróbio de qualquer duração utiliza tanto a glicose quanto os ácidos graxos como substratos para a produção de ATP. Cerca de 30 minutos após o início do exercício aeróbio, a concentração no sangue de ácidos graxos livres aumenta de modo significativo, indicando que esses ácidos estão sendo mobilizados a partir do tecido adiposo. Entretanto, a degradação dos ácidos graxos pelo processo de í3-oxidação [$ p. 115] é mais lenta do que o metabolismo da glicose via glicólise, de modo que o músculo utiliza uma combinação de ácidos graxos e glicose para obter a energia necessária. No exercício de menor intensidade, a maior parte da energia para a produção de ATP vem das gorduras (Fig. 25-3 e ), o que é uma razão para a caminhada ser um bom modo de perder peso. Quando a intensidade do exercício aumenta e o ATP é consumido mais rapidamente, as fibras musculares começam a usar uma proporção maior de glicose. Quando o exercício excede aproximadamente 70% do máximo, os carboidratos tornam-se a fonte primária de energia. O treinamento aeróbio aumenta tanto os estoques de gordura como os de glicogênio dentro das fibras musculares. O treinamento de resistência também aumenta a atividade de enzimas da ~-oxidação e converte as fibras musculares de glicolítica rápida para glicolítico-oxidativa rápida [{? p. 422].

Hormônios regulam o metabolismo durante o exercício Diversos hormônios que afetam o metabolismo da glicose e das gorduras mudam seu padrão de secreção durante o exercício. As concentrações plasmáticas do glucagon, do cortisol, das catecolaminas (adrenalina e noradrelina) e do hormônio de crescimento aumentam durante o exercício. O cortisol e as catecolaminas, junto com o hormônio de crescimento, promovem a conversão dos triacilgliceróis em glicerol e ácidos graxos. O glucagon, as catecolaminas e o cortisol tam-

bém mobilizam glicogênio do fígado e aumentam os níveis plasmáticos de glicose. Um ambiente hormonal que favorece a conversão do glicogênio em glicose é desejável, pois a glicose é o principal substrato energético para o músculo em ,. . exerc1c10. Curiosamente, embora as concentrações plasmáticas de glicose aumentem com o exercício, a secreção de insulina diminui. Esta resposta é contrária ao que seria esperado, pois normalmente um aumento da glicose plasmática estimula a liberação de insulina. Durante o exercício, no entanto, a secreção de insulina é suprimida, provavelmente pelo estímulo simpático sobre as células beta do pâncreas. Qual poderia ser a vantagem da diminuição dos níveis de insulina durante o exercício? Para uma coisa, menor quantidade de insulina significa que as células, exceto as fibras musculares, reduzem a sua captação de glicose, poupando a glicose sanguínea, para que esta seja usada pelos músculos. As células musculares em contração ativa, por outro lado, não são afetadas pelos níveis baixos de insulina porque não precisam dela para captar glicose. A contração estimula a translocação independente de insulina dos transportadores GLUT4 para a membrana muscular, aumentando a captação da glicose proporcionalmente à atividade contrátil.

O consumo de oxigênio está relacionado com a intensidade do exercício As atividades que chamamos de exercício variam amplamente em intensidade e duração, desde explosões rápidas e relativamente breves de um velocista ou levantador de peso até o esforço sustentado de um maratonista. Os fisiologistas tradicionalmente quantificam a intensidade de um período de exercício por meio da medida do consumo de oxigênio (V0 2). O consumo de oxigênio refere-se ao fato de que o oxigênio é usado, ou consumido, durante a fosforilação oxidativa, quando se combina com hidrogênio nas mitocôndrias formando água [{? p.112]. O consumo de oxigênio é uma medida da respiração celular e é geralmente expressa em litros de oxigênio consumido por minuto. A taxa máxima de consumo de oxigênio (Vozmáx) é um indicador da capacidade de realizar um exercício de resistência. Portanto, quanto maior o Vozmáx maior a capacidade da pessoa de realizar trabalho. Uma característica metabólica do exercício é um aumento do consumo de oxigênio que persiste mesmo após o fim da atividade (Fig. 25-4 e ). Quando o exercício começa, o consumo de oxigênio aumenta tão rápido que ele não é imediatamente suprido pelo oxigênio que chega aos músculos. Durante este período, o ATP é fornecido pelas reservas de ATP muscular, o fosfato de creatina, e o metabolismo aeróbio é mantido pelo estoque de oxigênio da mioglobina muscular e da hemoglobina sanguínea [ $ p. 423]. O uso desses estoques musculares cria um défi.cit de oxigênio, porque sua reposição exige o metabolismo aeróbio e a captação de oxigênio. Quando o exercício cessa, o consumo de oxigênio diminui e volta ao nível do repouso. O consumo de oxigênio em excesso pós-exercício (EPOC, inicialmente denominado débito de oxigênio) representa o oxigênio usado para metabolizar o lactato, restabelecer as concentrações de fosfato de creatina e de ATP e restabelecer

Fisiologia Humana

O uso de energia pela célula excede a captação de oxigênio {déficit de oxigênio)

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Quando Colleen chegou no campo do treino ela já estava suando e sua face estava vermelha. As 9 horas, a temperatura do ar era de 27ºC com 54% de umidade. Collen bebeu um rápido gole de , agua e correu para o campo.

1,00 0,75

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Consumo de oxigênio em excesso pós-exercício

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Nível de consumo de - - - - - - - - - - - - - - - oxigênio no repouso

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4

6

817

8

Tempo (min)

Começo do exercício

10

12

~ Final do exercício

Questão 1: ''Umidade'' é a porcentagem de vapor d'água presente no ar. Por que o mecanismo termorregulatório da sudorese é menos eficiente em ambientes úmidos?

81

• FIGURA 25-4 O suprimento de oxigênio para as células em exercício é mais lento que o uso de energia, criando um déficit de oxigênio, o qual é compensado por um consumo extra de oxigênio pós-exercício.

a ligação do oxigênio com a mioglobina. Outros fatores que desempenham um papel no aumento do consumo de oxigênio pós-exercício são o aumento da temperatura corporal e as catecolaminas circulantes.

Diversos fatores limitam o exercício Quais os fatores que limitam a capacidade de uma pessoa de realizar um exercício? Até certo ponto, a resposta depende do tipo de exercício. O exercício de força, como a musculação, depende muito do metabolismo anaeróbio para obtenção da energia necessária. O quadro é mais complexo no exercício aeróbio ou de resistência. O fator limitante do exercício aeróbio é a capacidade do músculo em exercício de utilizar de modo eficiente o oxigênio? Ou é a capacidade do sistema circulatório de transportar oxigênio para os tecidos? Ou é a capacidade do sistema respiratório de levar oxigênio para o sangue? Um possível fator limitante no exercício é a capacidade das fibras musculares de obter e usar o oxigênio. Se o número de mitocôndrias musculares é limitado, ou se o fornecimento de oxigênio é insuficiente, as fibras musculares são incapazes de produzir ATP rapidamente. Embora os dados sugiram que o metabolismo muscular não é o fator limitante para a capacidade de realizar o exercício máximo, tem sido mostrado que o metabolismo muscular influencia a capacidade de realizar exercício submáximo - um achado que explica o aumento no número de mitocôndrias e de capilares no músculo com o treinamento de resistência. A questão sobre se o sistema respiratório ou o circulatório limitam o exercício máximo foi resolvida quando uma pesquisa mostrou que a ventilação é somente 65% do seu máximo quando o débito cardíaco chega a 90% do seu máximo. A partir desta informação, os fisiologistas do exercício concluíram que a capacidade do sistema circulatório de levar oxigênio e nutrientes para o músculo a uma taxa que sustente o metabolismo aeróbio é o principal fator na determinação do consumo máximo de oxigênio. Um objetivo do treinamento é melhorar a eficiência cardíaca. A seguir, examinamos os reflexos que integram a respiração e a função cardiovascular durante o exercício.

11~1

18

RESPOSTAS VENTILATÓRIAS AO EXERCÍCIO Pense sobre o que acontece com a sua respiração quando você faz um exercício. O exercício está associado com o aumento na frequência e na amplitude da respiração, resultando no aumento da ventilação alveolar [ $ p. 588]. A hiperventilação, ou hiperpneia do exercício, resulta da combinação de sinais antecipatórios, de neurônios centrais de comando do córtex motor, e da retroalimentação sensorial dos receptores periféricos. Quando o exercício inicia, mecanorreceptores e proprioceptores [ ~ p. 450] presentes nos músculos e articulações enviam informações sobre o movimento para o córtex motor. Vias descendentes do córtex motor vão para o centro de controle respiratório no bulbo e a ventilação imediatamente aumenta (Fig. 25-5 e ). .... A medida que a contração muscular continua, a informação sensorial retroalimenta o centro de controle respiratório para garantir que a ventilação e o uso do oxigênio no tecido permaneçam estreitamente associados. Os receptores sensoriais envolvidos na resposta secundária provavelmente

Exercício

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Começo do , . exerc1c10

5 Tempo (min)

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• FIGURA 25-5 A taxa de ventilação sobe rapidamente quando o exercício começa, apesar de que a Pco2 e a Po2 arterial ainda não tenham sido alterados. Modificada de P. Dejours, Handbook of Physiology (Washington, D.C.: American Phsyiological Society, 1964).

25

818

Dee Unglaub Silverthorn

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à medida que os potenciais de ação repetidos nas fibras musculares fornecem a saída do K+ das células. Sabe-se que os quimiorreceptores caróticos respondem ao aumento do K+ aumentando a ventilação. Entretanto, como a concentração do K+ muda lentamente, este mecanismo não explica o aumento inicial agudo da ventilação no início da atividade. Parece provável que a mudança inicial da ventilação seja causada por um estímulo sensorial proveniente dos mecanorreceptores musculares combinado com vias descendentes paralelas oriundas do córtex motor para os centros de controle respiratório. Uma vez que o exercício esteja em andamento, a entrada sensorial permite manter a ventilação ajustada de acordo com as necessidades metabólicas.

I

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20

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100

Consumo de 0 2 (% do máximo)

QUESTÕES DO GRÃFICO (a) A ventilação aumenta com o exercício. Por que a Po2 arterial não aumenta também? (b) O que acontece com a entrega de 0 2 para as células com o aumento do exercício? (c) Por que a Po2 venosa diminui? (d) Por que a Pco2 arterial não aumenta com o exercício? (e) Por que a Pco2 arterial diminui no exercício máximo?

e

FIGURA 25-6 O pH e os gases sanguíneos arteriais permanecem estáveis no exercício submáximo. (Adaptação de Textbook of Work Physiology, Fourth Edition, P.O. Astrand et ai.)

incluem quimiorreceptores na carótida e na aorta e os quimiorreceptores centrais que monitoram a Pco2, o pH e a Po2 [ ~ p. 615]; proprioceptores nas articulações; e possivelmente receptores localizados dentro do próprio músculo que está sendo exercitado. Pensava-se que os receptores de estiramento pulmonar teriam um papel na resposta ao exercício, porém pacientes com coração e pulmão transplantados mostraram uma resposta ventilatória normal ao exercício, embora as conexões neurais entre o pulmão e o encéfalo estivessem ausentes. A hiperventilação do exercício mantém a Po2 e a Pco2 arteriais quase normais pelo aumento da ventilação alveolar proporcional ao nível do exercício. A compensação é tão eficaz que, quando a Po2, a Pco2 e o pH arteriais são monitorados durante o exercício leve a moderado, eles não mostram alterações significativas (Fig. 25-6 e ). Esta observação significa que as causas do aumento da ventilação durante o exercício leve a moderado antes aceitas - Po2 arterial reduzida, Pco2 arterial elevada e diminuição do pH plasmático - não devem estar corretas. Ao contrário, os quimiorreceptores ou o centro de controle respiratório bulhar, ou ambos, devem estar respondendo a outros sinais induzidos pelo exerádo. Diversos fatores têm sido postulados como sendo esses sinais, incluindo estímulos do sistema simpático para o glomo carótico e mudanças na concentração plasmática do K+. Mesmo durante o exercício leve, o K+ extracelular aumenta

REVISANDO CONCEITOS 1. Se a Po2 venosa diminui conforme a intensidade do exercício aumenta, o que acontece com a Po2 das células muscu lares quando a intensidade do exercício aumenta? Resposta: p. 827

RESPOSTAS CARDIOVASCULARES AO EXERCÍCIO Quando o exercício começa, estímulos mecanossensoriais a partir dos membros que estão sendo exercitados se associam com as vias descendentes do córtex motor para ativar o centro de controle cardiovascular localizado no bulbo. O centro responde com uma descarga simpática que aumenta o débito cardíaco e causa vasoconstrição em muitas arteríolas periféricas.

O débito cardíaco aumenta durante o exercício Durante um exercício extenuante, o débito cardíaco aumenta de modo considerável. Em indivíduos não treinados, o

Perto das 1O horas da manhã, a temperatura já chegara a 34°C com 50% de umidade. Colleen sentiu-se tonta e com náuseas, entretanto, continuou a treinar. Ela ficou no time por um triz, e sentiu que teria de se superar frente a suas colegas. No intervalo, ela tomou apenas mais um pequeno gole de água e voltou rapidamente para o treinamento. As 1Oh07min, Colleen desmaiou no campo. Uma de suas colegas de equipe, que havia sido treinada em primeiros socorros, observou a pele de Colleen e percebeu que estava quente e seca. Então, resolveu chamar um serviço de emergência médica. Questão2: Indivíduos que apresentam uma emergência térmica denominada exaustão pelo calor têm a pele úmida e fria. Pele quente e seca indicam uma emergência mais séria denominada choque térmico. Por que a exaustão pelo calor seria menos séria que o choque térmico? (Dica: como a temperatura da pele se relaciona com a capacidade do corpo de regular a temperatura corporal?)

Fisiologia Humana débito cardíaco aumenta quatro vezes, de 5 L/minuto para 20 L/minuto. Nos atletas treinados, este aumento pode ser de seis a oito vezes, alcançando até 40 L/minuto. Como a entrega de oxigênio pelo sistema circulatório é o principal fator determinante da tolerância ao exercício, os atletas treinados são portanto capazes de realizar exercício mais extenuante do que pessoas não treinadas. Como você aprendeu no Capítulo 14 [ $ Fig. 14-31, p. 504], o débito cardíaco está relacionado com a frequência cardíaca e o volume sistólico: Débito cardíaco (DC)

=

frequência cardíaca x volume sistólico

Se os fatores que influenciam a frequência cardíaca e o volume sistólico são considerados, então: DC

(Frequência do nó SA + estímulo do sistema nervoso autônomo) x (retorno venoso+ força de contração) =

Qual destes fatores tem o efeito maior no débito cardíaco durante o exercício em um coração saudável? Durante o exercício, o retorno venoso aumenta pela contração dos músculos esqueléticos e , pelos movimentos inspiratórios profundos [ $ p. 501]. E tentador postular que as fibras musculares cardíacas simplesmente se estiram em resposta ao aumento do retorno venoso, aumentando, assim, a sua contratilidade. Entretanto, um enchimento excessivo dos ventrículos é potencialmente perigoso, uma vez que um superestiramento pode lesionar as fibras. Um fator que se opõe ao aumento do retorno venoso é o aumento da frequência cardíaca. Se o intervalo entre as contrações for menor, o coração tem menos tempo para encher e é menos provável que seja danificado por estiramento excessivo. A mudança na frequência cardíaca no início do exercício ocorre devido à diminuição da atividade parassimpática no nó sinoatrial (SA) [ $ p. 486]. Com a diminuição da inibição colinérgica, a frequência cardíaca aumenta para cerca de 100 bpm, a frequência intrínseca do marcapasso do nó SA. Neste ponto, o estímulo simpático, proveniente do centro de controle cardiovascular, aumenta. O estímulo simpático tem dois efeitos sobre o coração. O primeiro é aumentar a contratilidade de modo que ocoração ejete mais sangue por batimento (aumento no volume sistólico). Segundo, a inervação simpática aumenta a frequência cardíaca fazendo com que o coração tenha menos tempo para relaxar, protegendo-o assim do enchimento excessivo. Em resumo, a combinação da frequência cardíaca mais rápida e do aumento do volume sistólico aumenta o débito cardíaco durante o exercício.

O fluxo de sangue para os músculos aumenta durante o exercício Em repouso, os músculos esqueléticos recebem menos que um quarto do débito cardíaco, ou seja, 1,2 L/min. Durante o exercício, como consequência de reações locais e reflexas, ocorre uma mudança significativa no fluxo sanguíneo periférico. Durante o exercício extenuante realizado por atletas treinados, a combinação do débito cardíaco aumentado e da vasodilatação pode aumentar o fluxo sanguíneo no músculo

819

em exercício para mais de 22 L/min! A distribuição relativa do fluxo sanguíneo para os tecidos também muda. Aproximadamente 88% do débito cardíaco são direcionados para os músculos em exercício, diferente dos 21 % que ocorrem durante o repouso (Fig. 25-7 e ). A redistribuição do fluxo de sangue durante o exercício resulta da combinação da vasodilatação nas arteríolas dos músculos esqueléticos e da vasoconstrição em outros tecidos. No início do exercício, os sinais simpáticos do centro de controle cardiovascular causam vasoconstrição nos tecidos peri.... féricos. A medida que os músculos se tornam ativos, ocorrem mudanças no microambiente do tecido muscular: as concentrações teciduais de 0 2 diminuem, ao passo que aumentam a temperatura, o C02 e os ácidos no líquido intersticial que circunda as fibras musculares. Todos estes fatores atuam como substâncias parácrinas que causam vasodilatação local, a qual supera o sinal simpático para a vasoconstrição. O resultado final é o desvio do fluxo sanguíneo dos tecidos inativos para os músculos em exercício, onde ele é necessário.

A pressão sanguínea aumenta levemente durante o exercício O que acontece com a pressão sanguínea durante o exercício? Você aprendeu no Capítulo 15 que a pressão sanguínea periférica é determinada pela combinação do débito cardíaco e da resistência periférica [ $ p. 519]. O débito cardíaco aumenta durante o exercício, e com isto contribui para o aumento da pressão arterial. Porém, as mudanças resultantes da resistência periférica são mais difíceis de prever, porque algumas arteríolas periféricas estão em constrição enquanto outras estão se dilatando: pressão sanguínea arterial média = débito cardíaco x resistência periférica A vasodilatação do músculo esquelético diminui a resistência periférica ao fluxo de sangue. Ao mesmo tempo, o sistema simpático induz a vasoconstrição nos tecidos que não estão sendo exercitados e compensa parcialmente avasodilatação. Consequentemente, a resistência periférica total ao fluxo de sangue cai de modo significativo quando o exercício começa, chegando a um mínimo de cerca de 75% do Vozmáx (Fig. 25-8a e ). Se nenhuma outra compensação ocorrer, esta diminuição na resistência periférica poderia baixar consideravelmente a pressão sanguínea arterial. Porém, o débito cardíaco aumentado compensa a diminuição na resistência periférica. Quando a pressão sanguínea é monitorada durante o exercício, a pressão sanguínea arterial média na realidade aumenta levemente conforme a intensidade do exercício aumenta (Fig. 25-8b). O fato de tal aumento ocorrer, entretanto, sugere que o reflexo barorreceptor normal que controla a pressão arterial funciona de modo diferente durante o exercício. R VISANDO CONCEITOS 2. Na Figura 25-8b, por que a linha para a pressão arterial média está mais próxima da linha da pressão diastólica, em vez de situar-se exatamente entre as linhas das pressões sistólica e diastólica? (Dica: qual a equação para o cálculo da pressão arterial média?) Resposta: p. 827

25

820

Dee Unglaub Silverthorn

DÉBITO CARDÍACO EM REPOUSO

DÉBITO CARDÍACO DURANTE O EXERCÍCIO VIGOROSO

13%

Débito cardíaco = 25,6 L/min

Débito cardíaco = 5,8 L/min

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Pele

10% Outros tecidos ..,._____,

Outros tecidos

0,5%

21% Músculos esqueléticos

Músculos esqueléticos

QUESTÃO DA FIGURA A percentagem do débito cardíaco para todos os tecidos, com exceção dos músculos, cai com o exercício. Em que tecidos o fluxo sanguíneo real d iminui?

• FIGURA 25-7 O fluxo sanguíneo é distribuído de modo diferente no repouso e durante o exercício. A vasoconstrição nos tecidos não exercitados combinada com a vasodilatação nos múscu los que estão realizando exercícios direciona o sangue para os músculos.

O reflexo barorreceptor adapta-se ao exercício Normalmente, a homeostase da pressão sanguínea é regulada por meio de barorreceptores periféricos presentes no seio carótico e no seio da aorta: um aumento na pressão sanguínea inicia uma resposta que leva a pressão sanguínea de volta ao normal. Porém, durante o exercício, a pressão sanguínea aumenta sem ativar o mecanismo de compensação homeostática. O que acontece ao reflexo barorreceptor normal durante o exercício? Existem várias teorias. De acordo com uma delas, sinais provenientes do córtex motor, durante o exercício, ajustam o limiar do barorreceptor para uma pressão mais alta. A pressão pode então aumentar levemente durante o exercício sem desencadear respostas homeostáticas contrarregulatórias. Outra teoria sugere que os sinais dos neurônios aferentes barorreceptores são bloqueados na medula espinal por inibição pré-sináptica [ ~ p. 284] em algum ponto antes dos neurônios aferentes fazerem sinapse com os neurônios do SNC. Esta inibição central inativa o reflexo barorreceptor durante o exercício. A terceira teoria baseia-se na suposta existência de quimiorreceptores musculares que seriam sensíveis a metabó-

litos (provavelmente o H+) produzidos durante o exercício extenuante. Quando estimulados, estes quimiorreceptores sinalizariam para o SNC que o fluxo sanguíneo tecidual não estaria adequado para remover os metabólitos musculares ou para manter o músculo no metabolismo aeróbio. O sinal do quimiorreceptor é reforçado pela informação sensorial proveniente de mecanorreceptores presentes nos membros que estão se exercitando. A resposta do SNC a esse estímulo sensorial é superar o reflexo barorreceptor e aumentar a pressão sanguínea para aumentar a perfusão muscular. Os mesmos quimiorreceptores musculares hipotéticos poderiam ter um papel na resposta ventilatória ao exercício.

RESPOSTAS ANTECIPATÓRIAS AO EXERCÍCIO Surpreendentemente, existe um elemento antecipatório [$ p. , 204] significativo nas respostas fisiológicas ao exercício. E fácil explicar as mudanças fisiológicas que ocorrem com o exercício como reações à perturbação da homeostase. Contudo, muitas destas mudanças ocorrem na ausência de estímulos normais ou antes que os estímulos estejam presentes. Por exemplo, como você deve saber por experiência pró-

Fisiologia Humana

20

QUESTÃO DO GRÁFICO ~-

Se a resistência periférica cai quando a intensidade do exercício aumenta, mas a pressão sanguínea periférica aumenta apenas levemente, o que deve estar acontecendo com o débito cardíaco?

15

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% Vo2máx (a) A resistência periférica diminui por causa da vasodilatação no músculo em exercício.

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(b) A pressão sanguínea arterial média aumenta levemente, apesar da queda na resistência.

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Média .

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Questão 3: Por que a pressão sanguínea de Collen estava tão baixa? Questão 4: Por que borrifar e ventilar o corpo de Collen ajuda a baixar sua temperatura?

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Enquanto esperavam pela ambulância, os treinadores de Collen começaram a tentar esfriar seu corpo borrifando água fria e usando um ventilador para passar uma corrente de ar pelo seu copo. Quando os paramédicos chegaram ao campo de treinamento, mediram a pressão sanguínea de Collen e viram que estava muito baixa . Sua temperatura corporal era de 40 ºC. Os paramédicos a levaram rapidamente para o hospital.

81

200 Õ)

821

FIGURA 25-8 Mudanças na resistência periférica e na pressão sanguínea arterial durante o exercício.

pria, a ventilação aumenta assim que o exercício é iniciado, (Fig 25-5) ainda que experimentos tenham mostrado que a Po2 e a Pco2 arteriais não mudam (Fig. 25-6). Como funciona a resposta antecipatória? Um modelo diz que quando o exercício inicia, proprioceptores presentes nos músculos e nas articulações enviam a informação para o córtex motor no cérebro. Os sinais descendentes provenientes do córtex motor vão não somente para os músculos em exercício, mas também por vias paralelas para os centros de controle cardiovascular e respiratório e para o sistema límbico. Sinais de saída do sistema límbico e do centro de controle cardiovascular desencadeiam uma descarga simpática generalizada. Consequentemente, ocorre um aumento imediato leve na pressão sanguínea no início do exercício. Adescarga simpática causa vasoconstrição generalizada, aumentando a pressão sanguínea. Uma vez que o exercício tenha começado, este aumento na pressão sanguínea compensa a diminuição da pressão sanguínea resultante da vasodilatação muscular. Com o prosseguimento do exercício, as compensações reativas se sobrepõem às mudanças antecipatórias. Por exem-

pio, quando o exercício alcança 50% da capacidade aeróbia, os quimiorreceptores musculares detectam o aumento dos níveis de H+, de lactato e de outros metabólitos e enviam esta informação para centros de comando no encéfalo. Os centros de comando então mantêm as mudanças na ventilação e na circulação que foram iniciadas de forma antecipada. Assim, a integração dos sistemas no exercício provavelmente envolve vias reflexas comuns e algumas vias reflexas específicas que são mediadas centralmente.

REGULAÇAO DA TEMPERATURA DURANTE O EXERCÍCIO ' A medida que o exercício continua, o calor liberado pelo metabolismo cria um desafio adicional à homeostase. A maior parte da energia liberada pelo metabolismo não é convertida em ATP, mas é liberada sob a forma de calor. (A eficiência da conversão de energia dos substratos orgânicos para o ATP é de somente 20 a 25%.) Com a continuidade do exercício, a produção de calor excede a perda de calor, e a temperatura central do corpo aumenta. Em exercícios de resistência, a temperatura do corpo pode atingir 40 a 42 ºC, o que normalmente seria considerado febre. Este aumento na temperatura corporal durante o exercício desencadeia dois mecanismos termorregulatórios: a sudorese e o aumento do fluxo sanguíneo cutâneo[$ p. 750]. Ambos os mecanismos ajudam a regular a temperatura corporal, mas ambos também podem alterar a homeostase por outros caminhos. Enquanto a sudorese diminui a temperatura corporal por meio do resfriamento por evaporação, a perda de líquido do compartimento extracelular pode causar desidratação, diminuindo significativamente o volume de sangue circulante. Como o suor é um líquido hipotônico, a perda adicional de água aumenta a osmolaridade corporal. A combinação da diminuição do volume do LEC e o aumento da osmolaridade durante o exercício prolongado ativa vias homeostáticas complexas em resposta à desidratação, descri-

25

822

Dee Unglaub Silverthorn

tas no Capítulo 20, incluindo a sede e a conservação renal da água[ ~ Fig. 20-17, p. 671]. O outro mecanismo termorregulatório - aumento do fluxo de sangue para a pele - causa perda de calor do corpo para o meio externo via convecção [ ~ p. 748]. Entretanto, o estímulo simpático aumentado durante o exercício tende a aumentar a vasoconstrição dos vasos sanguíneos cutâneos, o que se opõe à resposta termorregulatória. O controle primário da vasodilatação em áreas da pele com pelos, como o tronco e os membros, durante o exercício parece ser proveniente de um sistema vasodilatador simpático. A ativação desses neurônios simpáticos colinérgicos, quando a temperatura central do corpo aumenta, dilata alguns vasos sanguíneos cutâneos sem alterar a vasoconstrição simpática que ocorre em outros tecidos corporais. Embora a vasodilatação cutânea seja essencial para a termorregulação, ela pode alterar a homeostase pela diminuição da resistência periférica e pelo desvio do fluxo sanguíneo dos músculos. Em face destas demandas contraditórias, o corpo inicialmente dá preferência à termorregulação. Porém, se a pressão venosa central cai abaixo de um limite crítico, o corpo renuncia à termorregulação com o objetivo de manter o fluxo sanguíneo para o encéfalo. O grau pelo qual o corpo pode ajustar as duas demandas depende do tipo de exercício que está sendo realizado e da sua intensidade e duração. Exercícios extenuantes em ambientes quentes e úmidos podem prejudicar gravemente os mecanismos termorregulatórios normais e causar choque térmico, uma condição que pode ser fatal. A menos que medidas sejam tomadas prontamente para resfriar o corpo, as temperaturas centrais podem chegar a níveis tão altos como 43 ºC. Entretanto, é possível que o corpo se adapte a exerácios repetitivos em ambientes quentes por meio da aclimatação. Neste processo, os mecanismos fisiológicos se alteram, a fim de se ajustarem a mudanças nas condições do ambiente. Quando o corpo se adapta ao exercício no calor, a sudorese inicia mais cedo e duplica ou triplica o seu volume, o que aumenta o resfriamento corporal pela evaporação. Com a aclimatação, o suor também se torna mais diluído, pois o sal é reabsorvido pelas glândulas sudoríferas por influência do aumento da aldosterona. A perda de sal de uma pessoa não aclimatada que está fazendo exercício no calor pode chegar a 30 g de NaCl por dia, mas estes valores diminuem para até 3 g após um mês de aclimatação. R VISANDO CONCEITOS 3. Os nervos vasodilatadores ativos na pele secretam ACh mas são classif icados como neurôn ios simpáticos. Com base em que eles foram ident ificados como simpáticos? Resposta: p. 82 7

EXERCÍCIO E SAÚDE A atividade física tem muitos efeitos positivos no corpo humano. O estilo de vida dos seres humanos mudou bastante desde que eram caçadores-coletores, mas seus corpos parecem que ainda trabalham melhor com um certo nível de atividade física. Varias condições patológicas comuns -incluindo a hipertensão, o acidente vascular cerebral (derrame) e o

Quando Colleen chegou à sala de emergência do hospital, ela foi rapidamente diagnosticada com choque térmico, uma condição que traz risco à vida. Ela foi imersa em uma banheira de água gelada e recebeu liquidas por via intravenosa. Questão 5: Que medidas Colleen poderia ter tomado para evitar o choque térmico? (Inicie às 9 horas da manhã, quando Colleen foi para o local do treino.)

8

diabete melito - podem ser melhoradas pela atividade física. Mesmo assim, desenvolver o hábito de realizar exercícios regulares é uma mudança no estilo de vida que muitas pessoas têm dificuldade em fazer. Nesta seção, veremos os efeitos do exercício sobre diversas condições de saúde.

O exercício diminui o risco de doenças cardiovasculares Já na década de 1950, os cientistas mostraram que homens fisicamente ativos têm menor prevalência de ataques cardíacos (infarto do miocárdio) do que homens com estilo de vida sedentário. Estes estudos iniciaram muitas investigações para determinar a associação exata entre a doença cardiovascular e o exercício. Foi demonstrado subsequentemente que o exercício tinha efeitos benéficos tanto para os homens quanto para as mulheres. Esses benefícios incluem diminuição na pressão sanguínea e nos níveis de triacilgliceróis plasmáticos e aumento nos níveis de colesterol-HDL. A pressão sanguínea alta é o principal fator de risco para o AVC, e triacilgliceróis elevados e níveis baixos de colesterol-HDL estão associados ao desenvolvimento de aterosclerose e ao aumento no risco de infarto do miocárdio. De modo geral, o exercício reduz o risco de morte ou a gravidade de várias doenças cardiovasculares, embora os mecanismos exatos pelos quais isso ocorre ainda não sejam claros. Até mesmo o exercício leve como a caminhada tem um efeito significativamente benéfico à saúde, que pode reduzir o risco de desenvolvimento de doenças cardiovasculares ou diabete e as complicações da obesidade que afetam cerca de 40 milhões de norte-americanos adultos com estilo de vida sedentário.

O diabete melito do tipo li pode melhorar , . com o exerc1c10 Agora é amplamente aceito que o exercício regular é eficaz na prevenção e na melhora dos sintomas do diabete melito do tipo II e suas complicações, incluindo a retinopatia microvascular [ ~ p. 515], a neuropatia diabética [ ~ p. 348] e doenças cardiovasculares [ ~ p. 537]. Com o exercício regular, as fibras do músculo esquelético regulam para cima tanto o número de transportadores de glicose GLUT4 quanto o número de recep-

Fisiologia Humana

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Tempo (min)

(b) Insulina plasmática durante o teste de tolerância à glicose

FIGURA 25-9 O exercício aumenta a tolerância à glicose e a secreção de insulina em homens diabéticos. (a) Níveis plasmáticos de g licose em homens normais (l inha azul), em homens com diabete do tipo li que não faziam exercício (linha vermelha) e nos mesmos homens diabéticos após sete d ias de exercício (linha verde). (b) Níveis de insulina p lasmática nos grupos de homens das três categorias descritas na parte (a). Dados de B.R. Seals et ai., J. App. Physiol. 56(6): 1.521-1.525, 1984; e M.A. Rogers et ai., Diabetes Care 11 :613-618, 1988.

tores de insulina nas suas membranas. A adição de transportadores de glicose GLUT4 independente da insulina diminui a dependência do músculo da insulina para que ocorra a captação da glicose. A captação de glicose no músculo em exercício também ajuda a corrigir a hiperglicemia do diabete. A regulação para cima dos receptores de insulina com o exercício toma as fibras musculares mais sensíveis à insulina. Assim, uma menor quantidade de insulina pode desencadear uma resposta que antes exigira mais insulina. Como as células estão respondendo a níveis mais baixos de insulina, o pâncreas endócrino secreta menos insulina, o que diminui o estresse sobre ele e resulta em uma menor incidência de diabete melito do tipo II. A Figura 25-9 • mostra os efeitos de sete dias de exercício na utilização da glicose e secreção da insulina em homens com diabete do tipo II leve. Seus indivíduos foram submetidos a testes de tolerânda à glicose, no qual ingeriram 100 g de glicose após uma noite em jejum. Os níveis de glicose plasmática foram medidos antes e durante 120 minutos após a ingestão da glicose. Foram feitas medidas simultâneas de insulina plasmática. O gráfico na Figura 25-9a mostra os testes de tolerância à glicose em indivíduos controle (linha azul) e em homens diabéticos antes e após o exercício (linhas vermelha e verde, respectivamente). A Figura 25-9b mostra a secreção simultânea de insulina nos três grupos. Após somente sete dias de exercício, tanto o teste de tolerância à glicose quanto a secreção de insulina nos indivíduos diabéticos que fizeram exercício mudaram para um padrão mais parecido ao dos indivíduos do grupo controle. Esses resultados demonstram os efeitos benéficos do exercício no transporte e metabolismo da glicose e corroboram a recomendação de que pacientes com diabete do tipo II devem manter um programa regular de exercícios.

O estresse e o sistema imunitário podem ser influenciados pelo exercício Outro tópico que tem recebido muita atenção é a interação do exercício com o sistema imunitário. Estudos epidemiológicos em amostras populacionais grandes sugerem que o exercício está associado com a redução na incidência de doenças e com o aumento da longevidade. Além disso, muitas pessoas acreditam que o exercício aumenta a imunidade, previne o câncer e ajuda pacientes infectados com HIV no combate à AIOS. Entretanto, há poucos estudos rigorosamente controlados que sustentam estes pontos de vista. De fato, algumas evidências sugerem que o exercício extenuante é uma forma de estresse que suprime a resposta imunitária. A supressão imunitária pode ocorrer devido à liberação de corticosteroides, ou à liberação de interferon-y durante o exercício extenuante. Os pesquisadores têm proposto que a relação entre exercício e imunidade pode ser representada por uma curva em J (Fig. 25-10 e ). Pessoas que se exercitam moderadamente têm sistemas imunitários ligeiramente mais eficazes do que pessoas sedentárias, mas pessoas que se exercitam intensamente podem apresentar diminuição na função imunitária devido ao estresse do exercício. Outra área da fisiologia do exercício cheia de resultados contraditórios é o efeito do exercício na depressão, no estresse e em outros parâmetros psicológicos. Pesquisas têm mostrado uma relação inversa entre exercício e depressão: as pessoas que se exercitam regularmente têm menos probabilidade de apresentarem uma depressão clínica do que as que não fazem exercícios regularmente. Embora a associação exista, é difícil atribuir causa e efeito aos dois parâmetros. As pessoas que se exercitam são menos deprimidas porque se

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Dee Unglaub Silverthorn

O exercício moderado aumenta a imunidade, mas o exercício extenuante é uma forma de estresse que deprime o sistema imunitário.

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Sedentário

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FIGURA 25-1 O Relação entre função imunitária e exercício. Indivíduos que se exercitam com moderação têm menos infecções das vias aéreas superiores (IVAs) que indivíduos sedentários ou que praticam exercício extenuante.

exercitam? Ou os sujeitos deprimidos fazem menos exercícios porque são deprimidos? Muitos estudos publicados parecem mostrar que o exercício é eficaz em reduzir a depressão. Mas uma análise cuidadosa do delineamento experimental sugere que as conclusões desses estudos podem estar sendo superestimadas. Os sujeitos em muitos dos experimentos estavam sendo tratados simultaneamente com fármacos ou faziam psicoterapia, de modo que fica difícil atribuir somente ao exercício a melhora na sua condição. Adicionalmente, a participação em pesquisas que envolvem exercício oferece aos indivíduos um período de interação social, outro fator que poderia ter um papel na redução do estresse e da depressão. A afirmativa de que o exercício reduz a depressão tem alguma sustentação em estudos que mostram que o exercício aumenta a serotonina no encéfalo. Fármacos que aumentam a atividade da serotonina, como os inibidores seletivos da recaptação de serotonina [p. 322] estão sendo usados atualmente para tratar a depressão, e seria importante obter o mesmo resultado sem o uso de fármacos. Vários ensaios clínicos estão em andamento atualmente para verificar os efeitos do exercício na depressão.

Choque térmico Após um dia de t ratamento, Col leen recuperou-se e foi para casa. Ela ficou impossibil itada de treinar com o t ime pelo rest o da temporada, pois vít imas de choque t érmico f icam, por algum tempo após o episódio, mais sensíveis às alt as t empe-

1

raturas. Para saber mais sobre os sintomas e o tratament o do choque térmico, pesquise no Google. Para t estar seu conhecimento, compare suas respostas com as inf ormações sint etizadas na t abela a seguir.

QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Por que o mecanismo termorregulatório da sudorese é menos eficiente em ambientes úmidos?

A "umidade" é a porcentagem de vapor de água presente no ar. A termorregu lação em ambientes quentes inclui a sudorese e o resfriamento pela evaporaçao.

A evaporação é mais lenta no ar úmido; logo, o resfriamento pela evaporação é menos eficaz em umidades altas.

-

2

Indivíduos que apresentam uma emergência térmica denominada exaustão pelo calor têm pele fria e úmida. Pele quente e seca indica uma emergência mais séria denominada choque térmico. Por que a exaustão pelo calor é menos séria que o choque térmico?

A sudorese auxilia o corpo a regu lar a temperatura por meio do resfriamento pela evaporação. À medida que a evaporação ocorre, a superfície da pele esfria.

Pele fria e úmida signif ica que o mecanismo da sudorese ainda está funcionando. Pele quente e seca indica que esse mecanismo falhou. Pessoas com pele quente e seca provavelmente estão com a temperatura central mais a lta.

3

Por que a pressão sanguínea de Colleen estava tão baixa?

O volume sanguíneo diminui quando o corpo perde grande quantidade de água pela sudorese.

Colleen havia suado, mas não repôs o líquido perdido. Isto causou diminuição do seu volume sanguíneo, com uma d iminuição correspondente na , pressao sangu 1nea.

-

4

Por que borrifar água e venti lar ajuda a baixar a temperatura do corpo de Colleen?

A evaporação da água gera o resfriamento evaporativo.

Colocar água sobre a pele de Colleen e usar um ventilador para evaporar a água ajuda a esfriar a pele.

Fisiologia Humana

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

Que medidas Colleen poderia ter tomado para evitar o choque térmico? (Comece às 9 horas da manhã, quando Colleen foi para o local do treino.)

O choque térmico é causado pela desidratação resu ltante da sudorese excessiva. A desidratação resulta em queda da pressão sanguínea. Os vasos sanguíneos periféricos sofrem constrição em um esforço para manter a pressão e o fluxo de sangue para o cérebro. A constrição dos vasos sanguíneos na pele não permite a liberação do excesso de ca lor. Adicionalmente, a sudorese é inibida para evitar mais perda de líquido.

Colleen poderia ter evitado o choque térmico tomando as seguintes providências: (1) ingerir grande quantidade de líquidos (água mais eletrólitos) antes e durante o exercício; (2) evitar exercícios desnecessários, como ir de bicicleta para o treino; (3) interromper o exercício aos primeiros sintomas (náuseas e tonturas) de emergência térmica; (4) procurar uma sombra e tomar grande quantidade de líquido para repor os líquidos perdidos; (5) usar toalhas úmidas e frias ou gelo para baixar a temperatura corporal.

1

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1

RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, você aprendeu sobre o exercício e os desafios fisiológicos que ele apresenta. A integração e coordenação entre os sistemas de controle fisiológi,cos permitem que o meio interno permaneça relativamente constante, apesar dos desafios à homeostase que o exercício apresenta.

Metabolismo e exercício 1. O músculo em exercício necessita de um suprimento estável de ATP proveniente do metabolismo ou da conversão do fosfato de creatina. (p. 814; Fig. 25-1) 2. Carboidratos e gorduras são os substratos de energia primários. A glicose pode ser metabolizada por rotas oxidativas e vias anaeróbias, mas o metabolismo de ácidos graxos exige oxigênio. (p. 814; Fig. 25-1) 3. O metabolismo glicolítico anaeróbio converte a glicose em lactato e H+. O metabolismo glicolítico é 2,5 vezes mais rápido do que o aeróbio, mas não é tão eficiente na produção de ATP. (p. 814; Fig. 25-2) 4. O glucagon, o cortisol, as catecolaminas e o hormônio de crescimento influenciam o metabolismo da glicose e dos ácidos graxos durante o exercício. Estes hormônios favorecem a conversão do glicogênio em glicose. (p. 816) 5. Embora as concentrações plasmáticas de glicose aumentem com o exercício, a secreção de insulina diminui. Esta resposta reduz a captação de glicose pela maioria das células, fazendo com que haja mais glicose disponível para os músculos que estão sendo exercitados. (p. 816) 6. A intensidade do exercício é indicada pelo consumo de oxigênio (VOz). A taxa máxima de consumo de oxigênio de uma pessoa (V02máx) é um indicador da capacidade da pessoa de realizar exercícios de resistência. (p. 816) 7. O consumo de oxigênio aumenta rapidamente no começo do exercício. O consumo de oxigênio em excesso pós-exercício

ocorre por causa do metabolismo em curso, da temperatura corporal aumentada e das catecolaminas circulantes. (p. 816; Fig. 25-4) 8. As mitocôndrias musculares aumentam em tamanho e número com o treinamento de resistência. (p. 817) 9. No exercício máximo, a capacidade do sistema circulatório de levar oxigênio e nutrientes parece ser o fator limitante primário. (p. 817)

Respostas ventilatórias ao exercício 10. A hiperventilação causada pelo exercício resulta de sinais antecipatórios provenientes do cortéx motor e da retroalimentação sensorial a partir de receptores sensoriais periféricos. (p. 817; Fig. 25-5) 11. A Po2, a Pco2 e o pH arteriais não mudam significativamente durante o exercício leve a moderado. (p. 818; Fig. 25-6)

Respostas cardiovasculares ao exercício 12. O débito cardíaco aumenta com o exercício por causa do retorno venoso aumentado e da estimulação simpática da frequência cardíaca e da contratibilidade. (p. 819; Fig. 25-7)

13. O fluxo sanguíneo nos músculos em exercício aumenta consideravelmente quando as arteríolas dos músculos esqueléticos se dilatam. As arteríolas dos outros tecidos contraem. (p. 819; Fig. 25-7) 14. A diminuição do 0 2 e da glicose teciduais ou o aumento da temperatura, do C02 e de ácidos no músculo atuam como sinais parácrinos e causam vasodilatação local. (p. 819) 15. A pressão arterial média aumenta levemente à medida que aumenta a intensidade do exercício. Os barorreceptores que controlam a pressão sanguínea mudam os seus pontos de ajuste durante o exercício. (p. 820; Fig. 25-8)

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Dee Unglaub Silverthorn

Respostas antecipatórias ao exercício

Exercício e saúde

16. Quando o exercício começa, as respostas antecipatórias evitam uma alteração significativa da homeostase. (p. 821)

18. A atividade física pode ajudar a prevenir ou diminui os riscos de desenvolvimento de hipertensão, de AVC e de diabete melito do tipo II. (p. 822) 19. Estudos sugerem que a liberação de serotonina durante o exercício pode ajudar a melhorar a depressão. (p. 824)

Regulação da temperatura durante o exercício 17. O calor liberado durante o exercício é dissipado pelo suor e pelo aumento do fluxo sanguíneo cutâneo. (p. 821)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

(a) ponte (b) bulbo (c) mesencéfalo (d) córtex motor (e) hipotálamo (f) cerebelo

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Dê o nome de dois compostos musculares que armazenam energia na forma de ligações fosfato de alta energia. 2. A produção mais eficiente de ATP ocorre por rotas aeróbias/anaeróbias. Quando estas rotas estão sendo usadas, então glicose/ ácidos graxos/ambos/nenhum podem ser metabolizados para fornecer ATP. 3. Quais são as diferenças entre o metabolismo aeróbio e o anaeróbio? 4. Liste três fontes de glicose que podem ser metabolizadas em ATP, direta ou indiretamente. 5. Liste quatro hormônios que promovem a conversão dos triacilgliceróis em ácidos graxos. Que efeitos estes hormônios têm nos níveis plasmáticos da glicose? 6. O que significa o termo déficit de oxigênio e como ele está relacionado com o consumo de oxigênio em excesso pós-exercício? 7. Qual sistema orgânico é o fator limitante para o exercício máximo? 8. Em exercícios de resistência, a temperatura corporal pode atingir 40 a 42 ºC. Qual é a temperatura normal do corpo? Quais os dois mecanismos termorregulatórios que são ativados com esta mudança de temperatura durante o exercício?

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 9. Mapa conceituai: faça um mapa das mudanças metabólicas, cardiovasculares e respiratórias que ocorrem durante o exercício. Inclua os sinais para e do sistema nervoso e mostre quais áreas específicas sinalizam coordenam a resposta ao exercício. 10. O que faz com que a secreção de insulina diminua durante o exercício e por que esta diminuição é adaptativa? 11. Comente duas vantagens e duas desvantagens da glicólise anaeróbia. 12. Compare e diferencie cada um dos termos em cada conjunto, especialmente como eles se relacionam com o exercício: (a) ATP, ADP, FCr (b) mioglobina, hemoglobina 13. Associe as seguintes respostas com as áreas encefálicas que as controlam. As áreas encefálicas podem controlar uma resposta mais de uma resposta, ou nenhuma. Algumas respostas podem ser associadas com mais de uma área.

14.

15. 16. 17. 18.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

alterações no débito cardíaco vasoconstrição hiperventilação do exercício aumento no volume sistólico aumento da frequência cardíaca coordenação dos movimentos do músculo esquelético

(g) encéfalo não envolvido (i. e., controle local) Especifique se cada parâmetro listado abaixo aumenta, diminui ou permanece o mesmo quando uma pessoa se torna melhor condicionada para atividades atléticas. (a) frequência cardíaca durante o exercício (b) frequência cardíaca em repouso (c) débito cardíaco durante o exercício (d) débito cardíaco em repouso (e) frequência respiratória durante o exercício (f) fluxo de sangue para os músculos durante o exercício (g) pressão sanguínea durante o exercício (h) resistência periférica total durante o exercício Por que o retorno venoso aumentado durante o exercício não estira excessivamente o músculo cardíaco? Esquematize as três teorias que explicam porque o reflexo barorreceptor normal está ausente durante o exercício. Liste e discuta resumidamente os benefícios de um estilo de vida que inclui exercícios regulares. Explique como o exercício diminui os níveis de glicose sanguínea no diabete melito tipo II.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 19. Você resolveu produzir uma nova bebida esportiva que irá ajudar atletas, desde jogadores de futebol a ginastas. Liste pelo menos quatro ingredientes diferentes que você colocaria na sua bebida e diga por que cada um é importante para o atleta.

NIVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 20. Você é um atleta bem condicionado. Em repouso, a sua frequência cardíaca é de 60 bpm e o seu volume sistólico é de 70 mL/batimento. Qual é o seu débito cardíaco? Em um determinado ponto do exercício, sua frequência cardíaca aumenta para 120 bpm. O seu débito cardíaco aumenta proporcionalmente? Explique

Fisiologia Humana

827

RESPOSTAS

v'Respostas das questões de ••Revisando conceitos·· Página 818 1. Se a Po2 venosa diminui, a Po2 nas células também diminui. Página 819 2. A pressão sanguínea média está mais próxima da linha da pressão diastólica porque o coração gasta mais tempo na diástole do que na sístole. Página 822 3. Os neurônios são classificados como simpáticos devido à sua origem na medula espinal.

Q Respostas das questões das figuras e dos gráficos Página 818 Figura 25-6: (a) A Po2 arterial permanece constante porque a ventilação pulmonar se ajusta ao fluxo sanguíneo nos pulmões. (b) Embora

a Po2 seja constante, a entrega de oxigênio para as células aumenta devido ao aumento do débito cardíaco (não mostrado). (c) A Po2 venosa cai à medida que o exercício aumenta porque as células estão removendo mais oxigênio da hemoglobina devido ao aumento do consumo de oxigênio. (d) A Pco2 arterial não aumenta porque o aumento da sua produção é equilibrado pelo aumento da ventilação. (e) Como a pessoa começa a hiperventilar, a Pco2 arterial (e alveolar) diminui. Página 820 Figura 25-7: O fluxo sanguíneo para um órgão é calculado multiplicando-se o débito cardíaco (L/min) pela porcentagem de fluxo para esse órgão. Quando os valores no repouso e no exercício são comparados, o fluxo real de sangue diminui somente nos rins, no trato gastrintestinal e em "outros tecidos". Página 821 Figura 25-8: A pressão arterial média (PAM) é o débito cardíaco multiplicado pela resistência. Se a resistência cai, mas a PAM está aumentando, então o débito cardíaco deve estar aumentando.

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~ão do sexo Os cromossomos sexuais determinam o sexo genético 831 A diferenciação sexual ocorre no início do desenvolvimento

a"'lrõ s bas1cos da re r duçã 833 A gametogênese começa in utero 836 838

O encéfa lo controla a reprodução A reprodução é influenciada por fatores ambientais

e rodução 839 842 843 843

asculi a

Os testícu los produzem espermatozoides e hormônios A espermatogênese requer gonadotrofinas e testosterona As glândulas acessórias mascu linas secretam o sêmen Os androgênios influenciam as características sexuais secundárias ....

epro uça

em1n1n

844 As mulheres possuem ovários e um útero 844 O ovário produz ovócitos e hormônios 844 Um ciclo menstrual dura cerca de um " mes 847 O controle hormonal do ciclo menstrual é complexo 851 Os hormônios influenciam as características sexuais secundárias femininas

. rocr1açao 851 A resposta sexual humana tem quatro fases 852 O ato sexual mascu lino inclui a ereção e a ejaculação 852 A disfunção sexual afeta homens e mu lheres 853 Os contraceptivos são projetados para evitar a gestação 855 A infertilidade é a incapacidade de conceber

Ges4:ação e arto 855 856

A fertilização requer capacitação O embrião em desenvolvimento se implanta no endométrio 858 A placenta secreta hormônios durante a gestação 857 A gestação termina no parto 860 As glândulas mamárias secretam leite durante a lactação 861 A prolactina tem outros papéis fisiológicos

Crescimen 862 863

envelhe ime to

A puberdade marca o início do período reprodutivo A menopausa e a andropausa são consequências do envelhecimento

CONHECIMENTOS BÃSICOS Prostaglandinas: 193 Regulação para cima e regulação para baixo: 194 Retroal imentação positiva e negativa: 203 Absorção intestinal de peptídeos: 705 Ocitocina: 229 Fogachos: 751 Flagelos: 66 Esteroides: 28 Agonistas/antagonistas: 41 Reflexo espinal: 307 Eixo hipotálamohipófise: 229 Prolactina: 233

O nascimento, a cópula e a morte. Estes são todos os fatos quando você trata do essencial.

-T.S. Eliot, Sweeney Agonistes

Fisiologia Humana

SOLUCIONANDO O PROBLEMA

Infertilidade Peggy e Larry têm tudo para serem felizes : carreiras de sucesso, um casamento amoroso, uma casa confortável. Entretanto, uma coisa está faltando: depois de cinco anos de casamento, ainda não tiveram um bebê. Hoje, Peggy e Larry têm sua primeira consulta com o Dr. Charles Coddington, um especialista em infertil idade . "Encontrar a causa da infertil idade de vocês é como fazer um trabalho de detetive ", diz o médico. O Dr. Codd ington começará o diagnóstico fazendo perguntas detalhadas sobre suas histórias reprodutivas e, conforme as respostas dadas, pedirá exames para esclarecer o problema.

magine crescer como menina e com cerca de 12 anos ver que sua voz está engrossando e seus órgãos genitais se desenvolvendo como os de um homem. Este cenário realmente acontece em um pequeno número de homens que têm uma condição conhecida como pseudo-hermafroditismo fpseudo, falso + hermafrodita, filho de Hermes e Afrodite de sexo duplo]. Esses homens possuem os órgãos sexuais internos masculinos; entretanto, herdaram um gene que causa uma deficiência em um dos hormônios masculinos. Consequentemente, nascem com uma genitália externa que parece feminina, sendo criados como meninas. Na puberdade fpubertas, adolescência], período quando uma pessoa faz a transição do período não reprodutivo para o período reprodutivo, os pseudo-hermafroditas começam a secretar uma quantidade maior de hormônios masculinos. Como resultado, eles desenvolvem algumas, mas não todas, características masculinas. Não é surpreendente que surja um conflito: estes indivíduos devem trocar de sexo ou permanecer mulheres? A maioria escolhe mudar e continuar sua vida como homem. A reprodução é uma área da fisiologia em que nós humanos gostamos de pensar em nós mesmos como possuindo avanços mais significativos que outros animais. Nos relacionamos por prazer tanto quanto para a procriação, e as mulheres estão sempre sexualmente receptivas (isto é, aceitam relacionar-se com os homens não somente no período fértil). Mas exatamente como nós somos diferentes? Assim como muitos outros animais terrestres, os humanos têm fertilização interna, que permite que espermatozoides flagelados móveis permaneçam em um ambiente aquoso. Para facilitar o processo, temos rituais de cortejo e acasalamento, como outros animais. O desenvolvimento também é interno, protegendo o embrião em crescimento da desidratação e acolchoando-o com uma camada de líquido. Os seres humanos são sexualmente dimórficos [di, dois + morphos, forma], isto é, homens e mulheres são fisicamente distintos. Esta distinção algumas vezes fica menos evidente devido às roupas e ao corte de cabelo, mas estas são aquisições culturais. Embora todos concordem que homens e mulheres

829

são fisicamente dimórficos, ainda estamos debatendo se também somos dimórficos psicológica e comportamentalmente. Os hormônios sexuais têm um papel significativo no comportamento de outros mamíferos, atuando tanto nos adultos quanto influenciando o encéfalo do embrião em desenvolvimento. Seu papel nos humanos é mais controverso. Fetos humanos são expostos aos hormônios sexuais enquanto estão no útero, mas não está claro quanta influência esses hormônios têm no comportamento futuro do indivíduo. A preferência das meninas pequenas por bonecas e dos meninos por armas tem uma base biológica ou uma base cultural? Ainda não temos esta resposta, mas evidências crescentes sugerem que ao menos uma parte da nossa estrutura encefálica é influenciada pelos hormônios sexuais antes de termos deixado o útero materno. Este capítulo enfoca a biologia da reprodução e do desenvolvimento humano. Começamos com os gametas que se fundem para formar o ovo fertilizado, ou zigoto. Quando o zigoto começa a se dividir (estágio de 2 células, 4 células, etc.), torna-se primeiro um embrião (O a 8 semanas de desenvolvimento) e depois um feto (a partir da 8ª semana de desenvolvimento até o nascimento).

DETERMINAÇÃO DO SEXO Os órgãos sexuais de homens e mulheres consistem em três conjuntos de estruturas: gônadas, genitália interna e genitália externa. As gônadas [gonos, semente] são os órgãos que produzem os gametas [gamein, casar], as células reprodutivas (ovócitos e espermatozoides) que se unem para formar um novo indivíduo. As gônadas masculinas são os testículos, os quais produzem espermatozoides. As gônadas femininas são os ovários, os quais produzem ovócitos (oócitos). As células indiferenciadas das gônadas que se destinam à produção de ovócitos e espermatozoides são chamadas de células germinativas. A genitália interna consiste em glândulas acessórias e duetos que conectam as gônadas com o meio externo. A genitália externa inclui todas as estruturas reprodutivas externas. O desenvolvimento sexual é programado no genoma humano. Cada célula nucleada do corpo, com exceção dos ovócitos e espermatozoides, contém 46 cromossomos. Este conjunto de cromossomos é chamado de número diploide porque os cromossomos ocorrem aos pares: 22 pares de cromossomos, ou homólogos, mais um par de cromossomos sexuais autossômicos (Fig. 26-1 e ). Os 22 pares de cromossomos autossômicos determinam o desenvolvimento da forma do corpo humano e das características variáveis, como a cor do cabelo e o tipo sanguíneo. Os dois cromossomos sexuais, denominados X ou Y, contêm genes que determinam o desenvolvimento dos órgãos sexuais internos e externos. O cromossomo X é maior do que o Y e inclui muitos genes que faltam no cromossomo Y. Ovócitos e espermatozoides são células haploides com 23 cromossomos, um de cada par homólogo e um cromossomo sexual. Quando um ovócito e um espermatozoide se unem, o zigoto resultante contém um único conjunto de 46 cromossomos, com um cromossomo de cada par homólogo proveniente da mãe e outro do pai.

26

830

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO

,

DISTURBIOS LIGADOS AO CROMOSSOMO X

•

FIGURA 26-1

Cromossomos humanos. Seres humanos possuem 23 pares de cromossomas, os quais foram organizados em pares homólogos nesta figura. A presença de um cromossoma X e um cromossoma Y {abaixo à direita} significa que estes cromossomas são de um homem.

Os cromossomas sexuais determinam o sexo genético Os cromossomas sexuais que uma pessoa herda determinam seu sexo genético. Mulheres genéticas são XX e homens genéticos são XY (Fig. 26-2 e ). As mulheres herdam um cromossoma X de cada um dos pais. Os homens herdam o cromossoma Y do pai e o X da mãe. O cromossoma Y é essencial para o desenvolvimento dos órgãos reprodutivos masculinos.

Mãe

@

Pai

ovócito @

X

XY

•

FIGURA 26-2

Espermatozoide

Y

Filho

Os cromossomos X e Y determinam o sexo. Cada ovócito produzido por uma mulher {XX} tem um cromossoma X. Cada espermatozoide produzido por um homem {XY} tem ou cromossoma X ou um cromossoma Y.

Normalmente uma pessoa herda duas cópias do gene de uma dada característica: uma cópia que vem da mãe e outra que vem do pai. Entretanto, muitos genes encontrados no cromossoma X, chamados de genes ligados ao X, não possuem homólogos no pequeno cromossoma Y. As mulheres sempre possuem duas cópias dos genes ligados ao X; então, a expressão de características ligadas ao X segue o padrão usual de dominância e recessividade gênica. Os homens, entretanto, recebem somente uma cópia de um gene ligado ao X - no cromossoma X herdado da mãe-, de modo que os homens sempre exibem as características associadas com um gene ligado ao X. Se o gene ligado ao X materno é defeituoso, os filhos homens apresentarão esta mutação. Entre as doenças identificadas como sendo ligadas ao cromossoma X estão a distrofia muscular de Duchenne [ $ p. 432], a hemofilia [ $ p. 564] e o daltonismo.

Se os cromossomas sexuais são anormalmente distribuídos durante a fertilização, a presença ou ausência de um cromossoma Y determina se o desenvolvimento ocorrerá ao longo de uma linhagem feminina ou masculina. A presença do cromossoma Y significa que o embrião se tornará um homem, mesmo que o zigoto também tenha múltiplos cromossomas X. Por exemplo, um zigoto XXY se tornará um homem. Um zigoto que herda somente um cromossoma Y (YO) morrerá porque o cromossoma X é maior e contém genes essenciais que faltam no cromossoma Y. Na ausência do cromossoma Y, um embrião se desenvolverá como mulher. Portanto, um zigoto que possui apenas um cromossoma X (XO; síndrome de Turner) se desenvolverá em uma mulher. Porém, dois cromossomas X são necessários para a função reprodutiva normal da mulher. Uma vez que os ovários se desenvolvam em um feto feminino, um cromossoma X de cada célula do seu corpo é inativado e se condensa formando uma massa de cromatina nuclear conhecida como corpúsculo de Barr. (Os corpúsculos de Barr na mulher podem ser vistos em células coradas do epitélio da bochecha.) A seleção do cromossoma X que se torna inativo durante o desenvolvimento é ao acaso: algumas células terão um cromossoma X ativo de origem materna e outras terão um cromossoma X ativo de origem paterna. Como a inativação ocorre precocemente no desenvolvimento - antes da divisão celular se completar-, todas as células de um dado tecido geralmente têm o mesmo cromossoma X ativo, ou paterno ou materno. REVISANDO CONCEITOS 1. Dê o nome das gônadas e dos gametas masculino e femi• nino. Resposta: p . 866

Fisiologia Humana

831

Diferenciação sexual MULHER

ESTRUTURA BIPOTENCIAL

HOMEM

Clitóris

~Tubérculo genital~

Glande do pênis

Lábios menores, óstio da vagina e da uretra

~Sulco

Corpo do pênis

Lábios maiores

~Eminência

Forma os ovários

~

Regride

~Medula

Regride {testosterona ausente)

~

Torna-se tuba uterina, útero, colo do útero e terço superior da vagina {AMH ausente)

~Dueto

e prega uretrais ~ labioscrotal ~

Córtex da gônada ~ da gônada ~

Dueto de Wolff ~

de Müller ~

A diferenciação sexual ocorre no início do desenvolvimento O sexo de um embrião na fase inicial de desenvolvimento é difícil de ser determinado porque as estruturas não começam a se diferenciar até a sétima semana de desenvolvimento. Antes da diferenciação, os tecidos embrionários são considerados bipotendais porque não podem ser morfologicamente identificados como masculino ou feminino. A gônada bipotencial tem um córtex externo e uma medula interna (Fig. 26-3a e ). Sob a influência do sinal de desenvolvimento apropriado (descrito a seguir), a medula irá se desenvolver formando um testículo CD. Na ausência desse sinal, o córtex irá se diferenciar em tecido ovariano. A genitália interna bipotencial consiste em dois pares de duetos acessórios: os duetos de Wolff, derivados dos rins embrionários, e os duetos de Müller. À medida que o desenvolvimento prossegue ao longo das linhagens masculina ou feminina, um dos pares de duetos irá se desenvolver, ao passo que o outro irá se degenerar (Figura 26-3a @). A genitália externa bipotencial consiste em tubérculo genital, pregas uretrais, sulco uretral e eminência labioscrotal (Figura 26-3b). Estas estruturas diferenciam-se em estruturas genitais masculinas ou femininas quando o desenvolvimento progride (Tabela 26-1 e ). O que faz com que alguns zigotos (uma única célula) se tornem homens e outros se tornem mulheres? A determinação do sexo depende da presença ou ausência da região determinante do sexo do cromossoma.[, ou gene SRY. Na ausência do gene SRY e seus produtos, a gônada se desenvolverá formando ovários. Na presença de um gene SRY funcional, a gônada bipotencial se desenvolverá originando os testículos. Desenvolvimento embrionário masculino o gene SRY produz uma proteína (proteína SRY ou fator determinante do testículo) que se liga ao DNA e ativa genes adicionais que incluem SOX9, WTl (proteína do tumor de Wilms) e SFl (fator esteroidogênico). Os produtos proteicos destes genes direcionam o desenvolvimento da medula da gônada em testículo (Fig. 26-4 e ). Observe que o desenvolvimento testicular não

Corpo do pênis e escroto Regride Forma os testículos Torna-se epidídimo, dueto deferente e vesícula seminal {testosterona presente) Regride {hormônio AMH presente)

requer hormônios sexuais masculinos como a testosterona. O embrião em desenvolvimento não pode secretar testosterona até as gônadas se diferenciarem em testículos. Uma vez que os testículos se diferenciam, eles começam a secretar três hormônios que influenciam o desenvolvimento da genitália masculina externa e interna. As células de Sertoli testiculares secretam uma glicoproteína denominada hormônio antimülleriano (AMH, também denominado substânda inibidora mülleri.ana). As células de Leydig testiculares secretam testosterona e seu derivado di-hidrotestosterona (DHT). Estes dois androgênios [andro-, masculino] são os hormônios esteroides dominantes nos homens. A testosterona e a DHT ligam-se ambas ao mesmo receptor de androgênio, mas estes dois ligantes promovem respostas diferentes. No feto em desenvolvimento, o hormônio antimülleriano causa a regressão do dueto embrionário de Müller (Fig. 26-3a, @ homem). A testosterona converte os duetos de Wolff em estruturas masculinas acessórias: epidídimo, dueto deferente e vesícula seminal (® homem e Tabela 26-1). No desenvolvimento posterior do feto, a testosterona controla a migração dos testículos do abdome para o escroto, ou saco escrotal. As demais características sexuais masculinas, como a diferenciação da genitália externa, são controladas principalmente pela DHT. A importância da DHT no desenvolvimento masculino foi revelada a partir de estudos de homens pseudo-hermafroditas, descritos no início deste capítulo. Estes homens herdam um gene defeituoso para Sa-redutase, a enzima que catalisa a conversão da testosterona em DHT [ ~ Fig. 23-2, p. 759]. Embora a secreção de testosterona seja normal, estes homens não possuem níveis adequados de DHT e, como resultado, a genitália externa masculina e a próstata não se desenvolvem completamente durante o período fetal. Ao nascimento, estes bebês parecem ser mulheres e são criados como tal. Entretanto, na puberdade, os testículos começam novamente a secretar testosterona, causando a masculinização da genitália externa, crescimento dos pelos pubianos (embora os pelos na face e no corpo sejam escassos) e engrossamento da voz. Estudando a enzima Sa-redutase defei-

26

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Dee Unglaub Silverthorn

Dueto de Müller ---L1 _ _..JJ

~---+-

Dueto de Wolff

Gônada bipotencial --+------H--~1

HOMEM

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _M_U_L_H_E_R_ _ _ _ _ _ _-1 Estágio bipotencial: feto de 6 semanas Os órgãos reprodutivos internos têm o potencial para desenvolver O córtex da gônada estruturas tanto do homem quanto torna-se ovário na ausênda mulher. cia da proteína SRY.

A ausência de testosterona causa a degenera- ----1'-. ção do dueto de Wolff.

A proteína SRY no embrião masculino determina que a medula da gônada bipotencial se desenvolva formando o testículo.

Dueto de Müller '\ \ l

A ausência do hormônio antimülleriano permite que o dueto de Müller forme as tubas uterinas, o útero e a parte superior da vagina.

O hormônio antimülleriano liberado pelo testículo causa a degeneração dos duetos de Müller.

1O SEMANAS 1

/

/ /. \" I \

Próstata

h

~c:-J

Vesícula seminal _ __, ~-

Tuba uterina (a partir do dueto de Müller)

Dueto deferente ---------' Testículo

---'--'-...:....--- Vagina

1

-+

A testosterona produzida no testículo converte o dueto de Wolff em vesícula seminal, dueto deferente e epidídimo. A DHT controla o desenvolvimento da róstata.

NASC~ENTOI

{a) DESENVOLVIMENTO DOS ÓRGÃOS INTERNOS

•

FIGURA 26-3

Desenvolvimento sexual no embrião humano.

tuosa destes indivíduos, os cientistas têm conseguido separar os efeitos da testosterona daqueles da DHT. A exposição dos tecidos não genitais à testosterona durante o desenvolvimento embrionário tem efeitos masculinizantes, como a alteração da responsividade do encéfalo a certos hormônios. Um aspecto controverso do efeito masculinizante da testosterona é a sua influência no comportamento sexual humano e na identidade do gênero. Está bem documentado que o comportamento sexual do adulto em muitos mamíferos não humanos depende da ausência ou da presença de testosterona durante períodos críticos do desenvolvimento encefálico. Entretanto, uma relação causa-efeito similar nunca foi comprovada nos seres humanos. No comportamento humano, é muito difícil separar as influências biológicas dos fatores ambientais, e provavelmente muitos anos se passarão antes que esta questão seja resolvida.

Desenvolvimento embrionário feminino Nos embriões femininos, os quais não possuem o gene SRY, o córtex da gônada bipotencial se desenvolve em tecido ovariano (Fig. 26-3a, CD mulher). Sem a inibição do AMH testicular, os duetos de Müller se desenvolvem na porção superior da vagina,

no útero e nas tubas uterinas (antes chamadas de trompas de Falópio, devido ao anatomista Fallopius que foi o primeiro a descrever estas estruturas; também conhecidas como ovidutos). Sem testosterona, os duetos de Wolff degeneram, e sem a DHT, a genitália externa apresenta características femininas. Em outras palavras, a ausência do gene SRY e dos hormônios testiculares dá origem a uma mulher. REVISANDO CONCEITOS 2. Em que local de uma célula-alvo você esperaria encontrar receptores para androgênios? Onde você esperaria encont rar receptores para o AM H? 3. Por que o Rei Henrique VIII da Inglat erra est ava errado ao acusar suas esposas quando elas foram incapazes de produzir um herdeiro masculino para o seu trono? 4. Que sexo um zigoto terá se herdar somente um cromossoma X (XO)? 5. Se os testículos forem removidos de um embrião masculino na fase inicial, por que ele desenvolve útero e tubas uterinas, ao invés das est ruturas acessórias masculinas normais? O embrião terá genitália externa masculina ou Respostas: p. 866 f eminina? Explique.

Fisiologia Humana

--+.,--/-

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,------Tubérculo genital

-

--=--<=--- - - Sulco uretra!

-:":o6

.....___ _ Prega uretra!

Eminência lábio-escrotal - - - - Ânus - - --=----

MULHER - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --

Prega uretra!

HOMEM Estágio bipotencial - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - {feto de 6 semanas} - -----Pênis

----,..-~e-:-.

Eminência - - - - labioscrotal

- - - - -Eminência labioscrotal

Ânus-___,.,,,.- - ----+l

1O SEMANAS 1

Na ausência de androgênios, a genitália externa é feminilizada.

A DHTcausa o desenvolvimento da genitália externa masculina.

Glande do pênis - - - ---+-Lábios ----...... ~-=-----=~--- Clitóris maiores do 11,::..;...~,:..___ _ _ _ _ Óstio da uretra pudendo Lábios _ _ _ _ _ __.. ~-+--.;----- Óstio vaginal menores do pudendo

Os testículos descem da cavidade abdominal para dentro do escroto.

{b} DESENVOLVIMENTO DA GENITÁLIA EXTERNA

e

FIGURA 26-3

(Continuação)

PADRÕES BÁSICOS DA REPRODUÇÃO

A gametogênese começa in utero

Os testículos e os ovários produzem hormônios e gametas e compartilham outras similaridades, como é esperado em órgãos que possuem a mesma origem. Porém, os gametas masculino e feminino são muito diferentes um do outro. Os ovócitos são uma das maiores células do corpo[$ Fig. 3-10, p. 62]. Eles são imóveis e devem ser transportados ao longo do trato genital em correntes criadas pela contração da musculatura lisa ou pelo batimento de cílios. Os espermatozoides, ao contrário, são muito pequenos. Eles são as únicas células flageladas do corpo e são extremamente móveis, o que possibilita que percorram nadando o trato genital da mulher, na sua busca por um ovócito para fertilizar. O período de produção dos gametas, ou gametogênese, também é muito diferente em homens e mulheres. A maioria das evidências indicam que as mulheres nascem com todos os ovócitos que irão ter. Durante os anos reprodutivos, os ovócitos amadurecem em um padrão cíclico e são liberados dos ovários aproximadamente uma vez por mês. Após cerca de 40 anos, os ciclos reprodutivos femininos cessam

A Figura 26-5 • compara os padrões masculino e feminino da gametogênese. Em ambos os sexos, as células germinativas das gônadas embrionárias primeiro sofrem uma série de divisões mitóticas que aumentam o seu número CD. Após isso, as células germinativas estão prontas para entrar na meiose, o processo de divisão celular pelo qual os gametas são formados. No primeiro passo da meiose, o DNA da célula é replicado até que cada cromossomo é duplicado e a célula, agora chamada de espermatócito primário ou ovócito primário, contém o dobro da quantidade normal de DNA @ . Entretanto, a divisão da célula e dos cromossomos não acontece como na mitose. Em vez disso, cada cromossomo duplicado forma duas cromátides-irmãs idênticas, unidas em uma região conhecida como centrômero. Os gametas primários estão então prontos para sofrer divisões mitóticas para gerar quatro células haploides. Na primeira divisão meiótica, o gameta primário se divide em dois gametas secundários (espermatócito secundário ou ovócito secundário) @ . Cada gameta secundário recebe metade dos 46 cromossomos do corpo, os quais permanecem como cromátides-irmãs emparelhadas. Na segunda divisão meiótica, as cromátides-irmãs se separam @. Nos homens, a segunda divisão meiótica se completa, resultando em espermatozoides haploides. Nas mulhe-

(menopausa). O homem, ao contrário, produz espermatozoides continuamente após atingir sua maturidade reprodutiva. A produção de espermatozoides e de testosterona diminui com a idade, mas não cessa, como ocorre com o ciclo reprodutivo feminino.

26

834

Dee Unglaub Silverthorn

FOCO CLINICO

Região determinante do sexo no cromossoma Y nas células germinativas embrionárias (gene SRY)

DETERMINAÇAO DO SEXO

produz

t Proteína determinante dos testículos - SRY inicia a produção de

... Múltiplas proteínas que levam à diferenciação da medula da gônada em testículo 1

que tem J

Células de Leydig

Células de Sertoli

1

1

secretam

~ Testosterona

secretam

... Hormônio antimülleriano 1

controla

•

causa

...

t

• Desenvolvimento dos duetos de Wolff em estruturas acessórias • Desenvolvimento da genitália externa masculina (via DHT)

Regressão dos duetos de Müller

FIGURA 26-4 O gene SRY determina o desenvolvimento masculino.

res, o resultado da segunda divisão meiótica depende se o ovócito foi ou não fertilizado. Além disso, o momento das divisões meióticas e mitóticas é muito diferente nos homens e nas mulheres. Agora, vamos olhar mais de perto a gametogênese feminina e masculina.

Gametogênese masculina Ao nascimento, os testículos do menino recém-nascido não progrediram além do estágio da mitose e contêm somente células germinativas imaturas (Fig 26-5 ©).Após o nascimento, as gônadas se tornam quiescentes (relativamente inativas) até a puberdade, período no início da adolescência em que as gônadas amadurecem. Na puberdade, a mitose das células germinativas é retomada ©. A partir deste ponto, as células germinativas, conhecidas como espermatogônias, têm dois destinos possíveis. Algumas continuam a sofrer mitose ao longo de toda a vida reprodutiva do homem. Outras estão destinadas a sofrer meiose e se tornarem espermatócitos primários. Na meiose, um espermatócito primário gera quatro espermatozoides. Na primeira divisão meiótica, cada espermatócito primário se divide em dois espematócitos secundários @.Na segunda divisão meiótica, cada espermatócito secun-

A primeira questão que os novos pais tipicamente perguntam é se seu bebê é " men ino ou men ina "? Algumas vezes, a resposta não é evidente porque em aproximadamente 1 em cada 3.000 nascimentos o sexo da criança não pode ser facilmente determinado. Critérios múltiplos podem ser ut ilizados para estabelecer o sexo de um indivíduo: genético, cromossômico, gonadal, morfológico ou até mesmo características psicológicas. Por exemplo, a presença de um cromossomo Y com um gene SRY funcional poderia ser um critério para definir a "masculinidade ". Entretanto, é possível que um bebê tenha o cromossomo Y e não pareça ser homem por causa de um defeito em algum aspecto do desenvolvimento. Atualmente, existe um debate sobre como melhor decidir o sexo em casos nos quais existe dúvida. Tradicionalmente, a determ inação do sexo se baseia na aparência da genitália externa ao nascimento, mas a ideia de permit ir que os indivíduos escolham seu sexo quando se tornarem capazes de decidir está ganhando terreno. O sexo que uma pessoa se considera pode ser chamado de identidade de gênero. Você pode ler mais sobre as causas da genitália ambígua e os critérios at uais usados para decidir o sexo de uma criança na publicação da Academ ia Americana de Pediatria denominado "Aval iação de recém-nascidos com anormal idades no desenvolvimento da genitália externa ", Pediatrics 106(1):138-142, 2000 (Julho) (disponível On line em http://pediatrics.aappublications.org).

dário se divide em duas espermátides. Cada espermátide contém 23 cromossomos simples, o número haploide característico de um gameta ©.As espermátides então amadurecem formando espermatozoides.

Gametogênese feminina No ovário embrionário, as células germinativas são denominadas oogônias ou ovogônias (Fig. 26-5 ©).A ovogônia completa a replicação mitótica e o estágio da meiose de duplicação do DNA por volta do quinto mês do desenvolvimento fetal @. Neste momento, as mitoses das células germinativas cessam e mais nenhum ovócito pode ser formado. Ao nascimento, cada ovário contém cerca de meio milhão de gametas primários, ou ovócitos primários. A primeira divisão meiótica do ovócito ocorre na puberdade @. Cada ovócito primário se divide em duas células, uma grande (ovócito secundário) e uma muito pequena (primeiro corpúsculo polar). Apesar da diferença no tamanho, o ovócito secundário e o corpúsculo polar contêm 23 cromossomos duplicados. O primeiro corpúsculo polar se degenera. Enquanto isso, o ovócito começa a segunda divisão meiótica ©. Após as cromátides-irmãs se separarem uma da outra, a meiose para. O passo final da meiose, no qual as cromátides-irmãs do ovócito vão para células separadas, não ocorre até que o óvocito seja fertilizado.

Fisiologia Humana

-

'

ESTAGIO DA DIVISAO CELULAR

MULHER

0

Ovogônia

){

835

HOMEM Espermatogônia

MITOSE

Proliferação das células germinativas

){

m

3

O"

){

46 cromossomos por célula (somente dois mostrados aqui)

){

~­

~l

•

o l(tJ

® ® ® ® nn n n ® ®®®®®®®

){

o

){ +

® }{

......

E

w

nn

® ®®® ®®®®

46 (diploide)

Oogônias

® ®

n

.o

+

•

Espermatogônias

MEIOSE Ovócito- r primário

G O DNA é replicado, mas não ocorre divisão celular

--+-- Cromátides-irmãs

46 cromossomos duplicados

e Ovócito secundário

fv\ corpúsculo ~ Primeiro polar

// /

/

',

-+-..;i

,____ Espermatócito primário

Primeira divisão meiótica

O gameta primário se divide em dois gametas secundários

Espermatócitos secundários

X

X

o

''

-e >

1

: (pode não ocorrer)

:::::s "O

23 cromossomos duplicados

e.

1 1

1

'

'

f

(!)

Cromátides-irmãs

~

o

~

:::::s

f

~

Degenera

O Segunda divisão meiótica Gametas secundários se d ividem

Ovócito liberado do ovário ~a !){\ ovulaçao \l.!)

23 cromossomos (haploides)

~---------

Um ovócito primário dá origem a um ovócito secundário

1

FERTILIZAÇÃO

CD

CD Esperrrátides CD desenvolvem-se em

CD

+

Espermatozoides

(

)

(

Um espermatócito primário origina 4 espermatozoides

1

1

e 1

26

Segundo ' corpúsculo polar <}) ....,._ ~ / se degenera

'

Ovócito não fertilizado sai do corpo

•

®

Zigoto

FIGURA 26-5 Gametogênese. Para simplificar, esta figura mostra somente um dos 22 pares de cromosomos autossômicos. As células germinativas primeiro sofrem mitose e depois meiose.

O ovário libera o ovócito maduro durante um processo conhecido como ovulação. Se o ovócito não for fertilizado, a meiose nunca será completada, e o ovócito se degenera ou sai do corpo @ . Se ocorre a fertilização por um espermatozoide, o passo final da meiose ocorre @ . Metade das cromátides-irmãs permanece no ovo fertilizado (zigoto), e a outra metade é liberada no segundo corpúsculo polar. O segundo corpúsculo polar, do mesmo modo que o primeiro, degenera. Como resultado da meiose, cada ovócito primário dá origem a somente um ovo. A gametogênese em homens e mulheres está sob o controle de hormônios provenientes do encéfalo e das

células endócrinas das gônadas. Alguns desses hormônios são idênticos em homens e mulheres, mas outros são diferentes. R VISANDO CONCEITOS 6. Em qual estágio do desenvolvimento se encontra o gameta em um recém-nascido do sexo masculino? E em um recém-nascido do sexo f eminino? 7. Compare a quantidade de DNA do primeiro corpúsculo polar co m a do segundo corpúsculo polar. 8. Quantos gametas são formados a partir de um ovócito primário 7 E de um espermatócito primário 7 Respostas: p. 867

836

Dee Unglaub Silverthorn

Vias de controle O controle hormonal da reprodução em Colesterol

Progesterona ,

Testosterona

'

*

Di-hidrotestosterona (DHl)

1

aromatase

+ Corticosterona

(

Cortisol )

(

Estradiol )

LEGENDA

* Aldosterona

•

Sa-redutase Passos intermediários

FIGURA 26-6 Vias de síntese dos hormônios esteroides. Os retângulos em branco representam compostos intermediários cujos nomes foram omitidos para simplificar.

O encéfalo controla a reprodução O sistema reprodutivo tem uma das vias de controle mais complexas do corpo, na qual vários hormônios interagem em um padrão que muda continuamente. As vias que regulam a reprodução começam com a secreção de hormônios peptídeos pelo hipotálamo e pela adeno-hipófise. Esses hormônios tróficos controlam a secreção pelas gônadas dos hormônios esteroides sexuais, incluindo androgênios, estrogênios e progesterona. Os hormônios esteroides estão intimamente relacionados uns com os outros e se originam dos mesmos precursores esteroides (Fig. 26-6 e ). Ambos os sexos produzem androgênios e estrogênios, mas os androgênios são os hormônios predominantes nos homens e os estrogênios são predominantes nas mulheres. No homem, a maioria da testosterona é secretada pelos testículos, mas cerca de 5% vêm do córtex da suprarrenal. A testosterona é convertida nos tecidos periféricos no seu derivado mais potente DHT. Alguns dos efeitos fisiológicos atribuídos à testosterona são na realidade resultado da atividade da DHT. Os homens sintetizam alguns estrogênios, mas os efeitos feminilizantes destes compostos em geral não são evidentes nos homens. Os testículos e os ovários contêm a enzima aromatase, que converte a testosterona no hormônio sexual feminino estradiol, o principal estrogênio em humanos. Uma pequena quantidade de estrogênio é produzida nos tecidos periféricos. Na mulher, o ovário produz estrogênios (particularmente estradiol e estrona) e progestogênios, particularmente progesterona. O ovário e o córtex da suprarrenal produzem pequenas quantidades de androgênios.

ambos os sexos segue o padrão básico hipotálamo-adenohipófise-glândula periférica (Fig. 26-7 • e ~ p. 230). O hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH*) liberado pelo hipotálamo controla a secreção de dois hormônios da adenohipófise as gonadotrofinas: hormônio folículo-estimulante (FSH) e hormônio luteinizante (LH). O FSH e o LH, por sua vez, atuam troficamente nas gônadas. O FSH, junto com os hormônios esteroides sexuais, é necessário para iniciar e manter a gametogênese. O LH atua primariamente sobre células endócrinas, estimulando a produção dos hormônios esteroides sexuais. Apesar de o controle primário da função gonadal se originar no encéfalo, as gônadas também influenciam sua própria função. Os ovários e os testículos secretam hormônios peptídeos que atuam diretamente sobre a hipófise. As inibinas inibem a secreção do FSH e os peptídeos relacionados chamados de ativinas estimulam a secreção do FSH. As ativinas também promovem a espermatogênese, a maturação do ovócito e o desenvolvimento do sistema nervoso do embrião. Estes peptídeos gonadais são produzidos também por tecidos não gonadais, sendo que suas outras funções ainda estão sendo investigadas. O AMH, apresentado na discussão sobre a diferenciação sexual durante o desenvolvimento, também é sintetizado por células dos ovários e dos testículos após o nascimento. As inibinas, as ativinas e o AMH são parte de uma grande família de fatores de crescimento e de diferenciação relacionadas conhecidas como família do fator de crescimento de

transformação-f3. Vias de retroalimentação As alças de retroalimentação do sistema reprodutivo também se tornam muito complexas. As vias de retroalimentação dos hormônios tróficos seguem o padrão geral de retroalimentação de alça longa e de alça curta descrito no Capítulo 7 ['$ p . 231]. Os hormônios gonadais alteram a secreção de GnRH, FSH e LH por uma via de alça longa, e as gonadotrofinas hipofisárias inibem a liberação do GnRH pelo hipotálamo por uma via de alça curta (Fig. 26-7). Quando os níveis circulantes dos esteroides gonadais são baixos, a hipófise secreta FSH e LH (Tabela 26-2 e ). Uma vez que a secreção dos esteroides alcança um certo nível, a retroalimentação negativa geralmente inibe a liberação de gonadotrofinas. Os androgênios sempre mantêm uma retroalimentação negativa sobre a liberação de gonadotrofinas: quando os níveis de androgênios aumentam, a secreção de FSH e LH diminui. Em comparação, o estrogênio alterna entre a retroalimentação positiva e a negativa. Concentrações mais baixas de estrogênios têm um efeito de retroalimentação negativa. Entretanto, se o estrogênio chega rapidamente a níveis limiares ou acima do limiar por no mínimo 36 horas, a retroalimentação muda de negativa para positiva, e a liberação *O GnRH algumas vezes também é denominado hormônio liberador do hormônio luteinizante (LHRH) porque se pensava que seu efeito era primariamente sobre o LH.

Fisiologia Humana

Estímulos internos ou ambientais

SNC

Hipotálamo

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10',~ í- Retroa/imentação negativa

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de alça curta

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Adeno-hipófise

837

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LH

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Retroa/imentação de alça longa que pode ser negativa ou positiva

Estímulo

1

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LEGENDA

FSH

Centro integrador Via eferente Efetor Resposta tecid ual

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• FIGURA 26-7

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(ovários ou testíc ulos)

~ ----Produção

ÍHormônios esteroi- des e peptídeos

•• de gametas

Padrão geral do controle hormonal da reprodução.

das gonadotrofinas (particularmente do LH) é estimulada. O efeito paradoxal do estrogênio sobre a liberação das gonadotrofinas tem um papel importante no ciclo reprodutivo feminino, como iremos aprender neste capítulo. Os cientistas ainda não entendem completamente o mecanismo envolvido na mudança da retroalimentação negativa para positiva desencadeada pelo estrogênio. Algumas evidências sugerem que níveis altos de estrogênio aumentam o número de receptores do GnRH no adeno-hipófise, fazendo com que a adeno-hipófise fique mais sensível ao GnRH (regulação para cima dos receptores [ $ p. 194]). Outras evidências indicam que o estrogênio influencia a liberação do GnRH alterando a liberação de um peptídeo chamado de kisseptina pelos neurônios hipotalâmicos.

Liberação pulsátil do GnRH A liberação tônica do GnRH do hipotálamo ocorre em pequenos pulsos a cada 1

a 3 horas, tanto nos homens quanto nas mulheres. A região do hipotálamo que contém os corpos celulares dos neurônios GnRH tem sido denominada gerador de pulso, porque coordena a secreção pulsáltil periódica de GnRH. Os cientistas se perguntavam por que a liberação tônica do GnRH ocorria em pulsos, ao invés de em um padrão contínuo, mas diversos estudos têm mostrado a importância desses pulsos. Crianças que apresentam deficiência de GnRH não amadurecem sexualmente na ausência de estimulação das gônadas pelas gonadotropinas. Se tratadas com infusão contínua de GnRH, por meio de uma bomba de infusão, essas crianças não amadurecerão sexualmente. Mas se as bombas forem ajustadas para liberar o GnRH em pulsos similares aos que ocorrem naturalmente, as crianças entrarão na puberdade. Aparentemente, altos níveis contínuos de GnRH causam uma regulação para baixo dos receptores de GnRH

Efeitos dos esteroides sexuais sobre a liberação de gonadotrofinas HORMÔNIO ESTEROIDE

EFEITO

NÍVEL DE GONADOTROFINAS

Estrogênio ou androgênio baixos

Ausência de retroalimentação negativa

Aumenta

Estrogênio ou androgênio moderados

Retroalimentação negativa

Diminui

Androgênio alto

Retroalimentação negativa

Diminui

Estrogênio alto sustentado

Retroalimentação positiva

Aumenta

26

838

Dee Unglaub Silverthorn

nas células produtoras de gonadotrofinas, fazendo com que a hipófise não seja capaz de responder ao GnRH. Esta regulação para baixo dos receptores é a base para o uso terapêutico do GnRH no tratamento de certas disfunções. Por exemplo, pacientes com câncer de próstata e de mama estimulados por androgênios ou estrogênios podem receber agonistas do GnRH para diminuir o crescimento das células cancerígenas. Parece paradoxal dar a esses pacientes um medicamento que estimula a secreção de androgênios e estrogênios, mas após um breve aumento no FSH e no LH, a hipófise torna-se insensível ao GnRH. Então, a secreção de FSH e LH diminui, e a liberação gonadal dos hormônios esteroides também diminui. Em essência, o agonista do GnRH gera uma castração química que é revertida quando o medicamento não é mais administrado.

A reprodução é influenciada por fatores ambientais Os efeitos ambientais estão entre as influências menos entendidas sobre os hormônios reprodutivos e a gametogênese. No homem, fatores que influenciam a gametogênese são difíceis de serem monitorados porque requerem contagens periódicas de espermatozoides. A alteração do ciclo reprodutivo normal é mais fácil de ser estudada na mulher, pois o sangramento uterino fisiológico durante o ciclo menstrual é facilmente monitorado. Fatores que afetam a função reprodutiva na mulher incluem estresse, estado nutricional e mudanças no ciclo dia-noite, como aquelas que ocorrem em uma viagem com mudança no fuso horário ou com a mudança no turno de trabalho. O hormônio melatonina liberado pela glândula pineal [ ~ p. 224] medeia a reprodução sazonal dos animais, como as aves e os cervos, e os pesquisadores estão investigando se a melatonina também tem um papel nos ritmos sazonais e diários (circadianos) do ser humano. Estrogênios ambientais também têm recebido muita atenção. Estes são compostos naturais, como os fitoestrogênios presentes nas plantas, ou compostos sintéticos que são liberados para o meio ambiente. Alguns desses compostos se ligam aos receptores de estrogênio em ambos os sexos e mimetizam os efeitos do estrogênio. Outros são antiestrogênios que bloqueiam os receptores de estrogênio ou interferem nas vias de segundos mensageiros ou na síntese de proteínas. Evidências crescentes sugerem que alguns desses disruptores endócrinos podem influenciar adversamente o desenvolvimento de embriões e até mesmo passar os seus efeitos para as gerações subsequentes. Agora que você aprendeu os padrões básicos da secreção hormonal e do desenvolvimento dos gametas, veremos em detalhes os sistemas reprodutivos masculino e feminino. R VISANDO CONCEITOS 9. O que a enzima aromatase faz? 1O. O que as seguintes abreviaturas significam? FSH, DHT, SRY, LH, GnRH, AMH. 11. Dê o nome dos hormônios adeno-hipofisários e hipotalâmicos que controlam a reprodução. Respostas: p. 867

REPRODUÇÃO MASCULINA O sistema genital masculino consiste nos testículos, na genitália interna (glândulas acessórias e duetos) e na genitália externa. A genitália externa consiste no pênis e no escroto, uma estrutura em forma de saco que contém os testículos. A uretra atua como uma via comum de passagem para o esperma e a urina, embora isso não ocorra simultaneamente. A uretra segue pelo aspecto ventral do corpo do pênis (Fig. 26-8 e ) e é circundada por uma coluna de tecido esponjoso conhecida como corpo esponjoso. O corpo esponjoso e duas colunas de tecido denominadas corpos cavernosos constituem o tecido erétil do pênis. A ponta do pênis é alargada em uma região denominada glande do pênis que ao nascimento é coberta por uma camada de pele denominada prepúcio. Em algumas culturas, o prepúcio é removido cirurgicamente em um procedimento denominado circuncisão. Nos Estados Unidos, esta prática tem ciclos de popularidade. Os seus proponentes argumentam que é necessária para uma boa higiene e citam evidências que sugerem que a incidência de câncer de pênis, doenças sexualmente transmissíveis e infecções do trato urinário é menor nos homens circuncidados. Os oponentes argumentam que é cruel submeter um recém-nascido a um procedimento desnecessário e possivelmente doloroso. O escroto é um saco externo para dentro do qual os testículos migram durante o desenvolvimento fetal. Esta localização externa à cavidade abdominal é necessária porque o desenvolvimento normal dos espermatozoides requer uma temperatura de 1 a 1,SºC mais baixa que a do centro do corpo. Homens que possuem quantidade limítrofe ou baixa de espermatozoides são aconselhados a trocar as cuecas que deixam o escroto próximo do corpo por aquelas que permitem o resfriamento dos testículos. A falha na descida de um ou de ambos os testículos é conhecida como criptorquidismo [cripto, escondido + orchis, testículo] e ocorre em 1 a 3% dos recém-nascidos do sexo masculino. Em cerca de 80% dos casos de criptorquidismo, o testículo descerá espontaneamente mais tarde. Aquele que permanecer no abdome durante a puberdade se torna estéril e não será capaz de produzir espermatozoides. Ainda que os testículos criptorquídeos percam o seu potencial de produzir espermatozoides, eles podem produzir androgênios, indicando que a produção de hormônios não é tão sensível à temperatura como a produção de espermatozoides. Como os testículos que não descem são propensos a se tornarem cancerígenos, a saúde pública recomenda que sejam levados para o escroto via tratamento com testosterona ou, se necessário, cirurgicamente. As glândulas acessórias masculinas incluem a próstata, as vesículas seminais e as glândulas bulbouretrais (glândulas de Cowper). As glândulas bulbouretrais e as vesículas seminais liberam suas secreções na uretra por meio de duetos. As glândulas individuais da próstata se abrem diretamente no lúmen da uretra. A próstata é a glândula mais bem conhecida das três glândulas acessórias por seu significado clínico. O câncer de próstata é o segundo tipo de câncer mais comum no homem (o primeiro é o câncer de pulmão), e a hipertrofia (aumento)

Fisiologia Humana

839

- - - Ureter

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Corpo esponjoso

Vesícula seminal Dueto deferente

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cavernosos

Corpos cavernosos --=========r=\1~gu~

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Corpo • esponioso

Pênis Testículo Prepúcio do pênis

Glande do pênis

Uretra

Escroto

•

FIGURA 26-8

Anatomia genital do homem.

ou hiperplasia benigna de próstata cria problemas para muitos homens após os 50 anos. Como a uretra está completamente rodeada pela próstata, seu aumento causa dificuldade em urinar pelo estreitamento da passagem. O desenvolvimento fetal da próstata, como o da genitália externa, está sob controle da DHT. A descoberta do papel da DHT no crescimento da próstata levou ao desenvolvimento da finasterida, um inibidor da 5a-redutase que bloqueia a produção de DHT. Este fármaco foi o primeiro tratamento não cirúrgico para a hiperplasia benigna da próstata. Estudos atuais estão sendo realizados para determinar se a diminuição (mas não a eliminação) dos níveis de DHT poderia diminuir a incidência do câncer de próstata.

Os testículos produzem espermatozoides e hormônios Os testículos humanos são estruturas pares ovoides com cerca de 5 cm por 2,5 cm (Fig. 26-9a e ). A palavra testículo significa "testemunha" em latim, e sua aplicação para a gônada masculina veio a partir da Roma antiga, quando os homens colocavam uma mão nos seus genitais quando faziam um juramento. Os testículos possuem uma cápsula externa fibrosa resistente que envolve uma massa de túbulos seminíferos enrolados agrupados em cerca de 250 a 300 compartimentos (Fig. 26-9b). Entre os túbulos seminíferos existe um tecido intersticial que consiste principalmente em vasos sanguíneos e em células de Leydig, as quais produzem tes-

tosterona (Fig. 26-9c). Os túbulos seminíferos constituem aproximadamente 80o/o da massa testicular de um homem adulto. Cada túbulo individual tem 0,3 a 1 metro de comprimento, e se todos fossem esticados e colocados ponta a ponta, o comprimento total seria de cerca de dois campos e meio de futebol. Os túbulos seminíferos deixam o testículo e se juntam no epidídimo [epi, sobre + didimo, gêmeo; testículo], um dueto único que forma um cordão densamente enrolado na superfície da cápsula testicular (Fig. 26-9b). O epidídimo torna-se o vaso deferente [vas, vaso+ defere, conduz para longe de] também conhecido como dueto deferente. Este dueto passa para dentro do abdome, onde finalmente desemboca na uretra, a passagem da bexiga urinária para o meio externo (ver Fig. 26-8). Túbulos seminíferos Os túbulos seminíferos são o local de produção de espermatozoide e contêm dois tipos de célula: as células germinativas em vários estágios da transformação em espermatozoides e as células de Sertoli (Fig. 26-9c, d). O desenvolvimento dos espermatócitos ocorre em colunas, da borda externa do túbulo em direção ao lúmen. Entre cada coluna existe uma única célula de Sertoli que se estende da borda externa até o lúmen do túbulo. Circundando o lado de fora do túbulo existe uma lâmina basal (Fig. 26-9d) que atua como uma barreira, impedindo que certas moléculas grandes do líquido intersticial entrem no túbulo, mas permitindo que a testosterona entre facilmente.

26

840

Dee Unglaub Silverthorn

SISTEMA GENITAL MASCULINO

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Sínfise púbica Dueto deferente

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Pênis

Ureter

Reto Próstata Glândula bulbouretral

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Cabeça do epidídimo

Capilar

~~;.=_ffTill;t---tt,r- Túbulo seminífero '.J-hf-- Epidídimo Espermatogônia --~

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Espermatócito secundário

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Espermatócito primário --------.. Espermatogônia - ----= Junção de oclusão entre ----,i:;; as células de Sertoli Fibroblasto - - f - ' ~~,.._.....,.~+-

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Capilar Células de Leydig

{d}

e

FIGURA 26-9

As células de Sertoli adjacentes de um túbulo são unidas umas às outras por junções de oclusão que formam uma barreira adicional entre o lúmem do túbulo e o líquido in-

tersticial que está fora do túbulo. Estas junções de oclusão algumas vezes são chamadas de barreira hematotesticular porque funcionalmente se comportam como os capilares

Fisiologia Humana

impermeáveis da barreira hematencefálica, restringindo o movimento de moléculas entre dois compartimentos. A lâmina basal e as junções de oclusão criam três compartimentos: o lúmen do túbulo, um compartimento basal na superfície basolateral das células de Sertoli e o líquido intersticial. Por causa das barreiras entre estes compartimentos, o líquido luminal tem uma composição diferente do líquido intersticial, com baixas concentrações de glicose e altas concentrações de K+ e de hormônios esteroides.

Produção de espermatozoides As espermatogônias, as células germinativas que sofrem divisão meiótica e setornam espermatozoides, são encontradas agrupadas próximo à extremidade basal das células de Sertoli, logo acima da lâmina basal dos túbulos seminíferos (Fig. 26-9c, d). Neste compartimento basal, elas sofrem divisões mitóticas produzindo células germinativas adicionais. Algumas espermatogônias permanecem próximo da borda externa do túbulo para produzir as futuras espermatogônias, e outras entram em meiose e tornam-se espermatócitos primários. Conforme os espermatócitos se diferenciam em espermatozoides, eles se movem para dentro em direção ao lúmen do túbulo seminífero, sendo continuamente circundados pelas células de Sertoli. As junções de oclusão da barreira he-

A inferti lidade pode ser causada por problemas do homem ou da mu lher. Algumas vezes, entretanto, ambos têm problemas que contribuem para a sua infertilidade. Em geral, a infertilidade masculina é causada por baixa contagem de espermatozoides, anomalias na morfologia dos espermatozoides ou anormalidades nas estruturas gen itais que transportam os espermatozoides. A infertilidade feminina pode ser causada por problemas nas vias hormonais que regulam a maturação e a liberação dos ovócitos ou por anormalidades nas estruturas gen itais (colo do útero, útero, ovários e tubas uterinas). Como os testes de fertilidade masculina são simples de realizar, o Dr. Coddington primeiro analisou os espermatozoides de Larry. Neste teste, técnicos treinados examinam uma amostra de esperma fresco em um microscópio. Eles observam a forma e a motilidade dos espermatozoides e estimam sua concentração na amostra . Questão 1: Dê o nome (em ordem) das estruturas genitais masculinas que conduzem os espermatozoides dos testículos para o meio externo. Questão2: Uma nova técnica de tratamento da infertilidade masculina é a retirada de espermatozoides do epidídimo. Os espermatozoides coletados podem ser utilizados para fertilizar um ovócito que é então implantado no útero. Em quais causas de infertilidade masculina este tratamento poderia ser necessário?

..........T - - - --

....____Cabeça

841

O acrossomo contém enzimas

,.__ Peça intermediária

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Cauda (flagelo)

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Espiral mitocondrial

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Núcleo

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FIGURA 26-10 O espermatozoide consiste em uma cabeça com enzimas e DNA, uma cauda longa e mitocôndrias para produzir a energia usada para o movimento da cauda.

matotesticular se rompem e se fornam novamente ao redor das células que estão migrando, assegurando que a barreira permaneça intacta. Quando os espermatócitos chegam à extremidade luminal das células de Sertoli, eles já se dividiram duas vezes e se tornaram espermátides. As espermátides permanecem inseridas na membrana apical das células de Sertoli enquanto completam a sua transformação em espermatozoides, que envolve a perda de grande parte do seu citoplasma e o desenvolvimento de uma cauda flagelada (Fig. 26-10 e ). A cromatina do núcleo se condensa em uma estrutura densa, enquanto uma vesícula semelhante a um lisossomo, denominada acrossomo, se achata formando uma capa que cobre o topo do núcleo. O acrossomo contém enzimas essenciais para a fertilização. As mitocôndrias produzem energia para o movimento do espermatozoide e se concentram na peça intermediária do corpo do espermatozoide, junto com os microtúbulos que se estendem para dentro do flagelo [$ p. 65]. O resultado é a formação de um gameta pequeno e móvel que tem pouca semelhança com a espermátide que o originou. Os espermatozoides são liberados dentro do lúmen dos túbulos seminíferos, junto ao líquido secretado. A partir daí, estão livres para se mover para fora dos testículos. O processo todo de desenvolvimento - da divisão da espermatogônia até a liberação do espermatozoide - ocorre em cerca de 64 dias. Em qualquer momento dado, regiões diferentes dos túbulos contêm espermatócitos em diferentes estágios de desenvolvimento. Esse escalonamento permite que a produção dos espermatozoides seja aproximadamente constante a uma taxa de 200 milhões de espermatozoides por dia. Pode

26

842

Dee Unglaub Silverthorn

• GnRH

Hipotálamo

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Adenohipófise

1 1 1 1 1 1 1

lnibina

FSH

.........._ _

e 11----

LH

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''

FIGURA 26-11 Controle hormonal da espermatogênese.

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'' Céu las de Leydig

Espermatogôn ia

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Espermatócito

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''

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Testosterona (1)

= Testículo Efeitos secundários no corpo

Produtos celulares

---~ Proteína ligadora de androgênios (ABP)

parecer um número extraordinariamente alto, mas este é o número aproximado de espermatozoides liberados em uma única ejaculação. Os espermatozoides recém-liberados a partir das células de Sertoli ainda não estão maduros e são incapazes de nadar. Eles são empurrados para fora do lúmen do túbulo por outros espermatozoides e pelo fluxo de massa do líquido secretado pelas células de Sertoli. Os espermatozoides entram no epidídimo e completam a sua maturação durante os cerca de 12 dias de trânsito pelo epidídimo, ajudados por secreções proteicas liberadas pelas células epididimais.

Células de Sertoli A função das células de Sertoli é regular o desenvolvimento dos espermatozoides. Outro nome das células de Sertoli é células de sustentação, pois fornecem sustento, ou nutrição, para o desenvolvimento das espermatogônias. As células de Sertoli produzem e secretam proteínas que vão desde hormônios, como a inibina e a ativina, a fatores de crescimento, enzimas e a proteína ligadora de androgênios (ABP). A ABP é secretada no lúmen dos túbulos seminíferos, onde se liga à testosterona (Fig. 26-11 e ). A ligação da proteína torna a testosterona menos lipofílica, de modo que ela não pode se difundir para fora do lúmen tubular. Células de Leydig As células de Leydig localizam-se no tecido intersticial que existe entre os túbulos seminíferos (Fig. 26-9c, d) e secretam testosterona. Elas são inicialmente ativas no feto, quando a testosterona é necessária para determinar o desenvolvimento das características masculinas. Após o nascimento, as células se tornam inativas até a puberdade, quando voltam a pro-

i ~ q fr l

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duzir testosterona. As células de Leydig também convertem parte da testosterona em estradiol.

A espermatogênese requer gonadotrofinas e testosterona O controle hormonal da espermatogênese segue o padrão geral descrito previamente: o hormônio hipotalâmico GnRH promove a liberação do LH e do FSH da adeno-hipófise (Fig. 26-11). O FSH e o LH, por sua vez, estimulam o testículo. As gonadotrofinas foram originalmente denominadas por seus efeitos nos ovários, mas os mesmos nomes foram mantidos nos homens. A liberação do GnRH é pulsátil, com picos a cada 1,5 hora, e a liberação do LH segue o mesmo padrão. Os níveis de FSH não são tão obviamente relacionados à secreção do GnRH porque a secreção do FSH também é influenciada pela inibina e pela ativina. O alvo do FSH é a célula de Sertoli porque (diferente dos ovócitos) as células germinativas do homem não têm receptores para o FSH. O FSH estimula a síntese de moléculas parácrinas pelas células de Sertoli necessárias para a mitose das espermatogônias e para a espermatogênese. Adicionalmente, o FSH estimula a produção da proteína ligadora de androgênios e da inibina. O alvo primário do LH é a célula de Leydig, a qual produz testosterona. Por sua vez, a testosterona retroalimenta inibindo liberação do LH. A testosterona é essencial para a espermatogênese, mas suas ações também parecem ser mediadas pelas células de Sertoli. Os espermatócitos não têm receptores para androgênios e não podem responder diretamente à testosterona, mas eles possuem receptores para a proteína ligadora de androgênios. As células de Sertoli, as

Fisiologia Humana

quais produzem a proteína ligadora de androgênio, têm receptores de androgênios. A espermatogênese é um processo muito difícil de ser estudado in vivo ou in vitro, e os modelos animais disponíveis podem não refletir de modo acurado o que ocorre nos testículos humanos. Por essas razões, será necessário algum tempo para que possamos dizer com certeza como a testosterona e o FSH regulam a espermatogênese. R , VISANDO CONCEITOS

843

Composição do sêmen COMPONENTE

FUNÇÃO

ORIGEM

Espermatozoide

Gameta

Túbulos seminíferos

Muco

Lubrificante

Glândulas bulbouretrais

Agua

Fornece o meio líquido

Todas as g lândulas acessórias

Tampões

Neutralizam o meio ácido da vagina

Próstata, glândulas bulbouretrais

Nutrientes

Nutrição dos espermatozoides

,

O que as células de Sertoli secretam? O que as células de Leydig secretam? 13. Como os agonistas do GnRH causam regulação para baixo dos receptores do GnRH, quais seriam as vantagens e as desvantagens de usar estes fá rmacos como contraceptivo masculino? 14. Cite outra molécula lipofílica importante que se liga a proteínas para se tornar mais solúvel no líquido corporal Respostas: p. 867

As glândulas acessórias masculinas secretam o sêmen O trato genital masculino possui três glândulas acessórias glândulas bulbouretrais, vesículas seminais e próstata - cuja função primária é secretar várias misturas líquidas. Quando os espermatozoides saem do dueto deferente durante a ejaculação, eles se juntam a estas secreções, resultando em uma mistura de líquido e espermatozoides conhecida como sêmen. Cerca de 99% do volume do sêmen é o líquido adicionado pelas glândulas acessórias. A contribuição das glândulas acessórias para a composição do sêmen é listada na Tabela 26-3 e. O sêmen fornece um meio líquido para o transporte dos espermatozoides. As glândulas bulbouretrais contribuem com muco para lubrificação e tampões para neutralizar o meio geralmente ácido da vagina. As vesículas seminais contribuem com prostaglandinas [ i: p. 193] que parecem influenciar a motilidade e o transporte dos espermatozoides tanto no trato genital do homem quanto no da mulher. Originalmente se acreditava que as prostaglandinas vinham da próstata, e este nome já estava bem estabelecido quando sua verdadeira fonte foi descoberta. A próstata e as vesículas seminais contribuem com nutrientes para o metabolismo dos espermatozoides. Além de fornecer um meio para os espermatozoides, as secreções das glândulas acessórias ajudam a proteger o trato genital masculino de patógenos que podem subir via uretra a partir do meio externo. As secreções lavam fisicamente a uretra e fornecem imunoglobulinas, lisozima e outros compostos com ação antibacteriana. Um componente interessante do sêmen é o zinco. Seu papel na reprodução ainda não está claro, mas concentrações de zinco abaixo de um certo nível estão associadas com infertilidade masculina.

Os androgênios influenciam as características sexuais secundárias Os androgênios têm diversos efeitos no corpo além da gametogênese. Esses efeitos são divididos em características

Frutose

Vesículas semi• na1s

Ácido cítrico

Próstata

Vitamina C

Vesículas semi• na1s

Carniti na

Epidídimo

Enzimas

Coagu lam o sêmen na vagina, depois liquefazem o coágulo

Vesículas seminais e próstata

Zinco

Desconhecida; possíve l associação com a fertil idade

Desconhecida

Prostagland inas

Contração do músculo liso; podem ajudar no transporte dos espermatozoides

Vesículas semi• na1s

sexuais primárias e secundárias. As características sexuais . ,. , .. pnmanas sao os orgaos sexuais internos e a genitália externa que distinguem os homens das mulheres. Como você já aprendeu, os androgênios são responsáveis pela diferenciação da genitália masculina durante o desenvolvimento embrionário e pelo seu crescimento durante a puberdade. As características sexuais secundárias são outras características que distinguem os homens das mulheres. A forma do corpo do homem é algumas vezes descrita como um triângulo invertido, com ombros largos e quadris estreitos. O corpo da mulher em geral tem forma de pêra, com quadris largos e ombros estreitos. Os androgênios são responsáveis pelas características tipicamente masculinas, como a barba e os pelos no corpo, o desenvolvimento muscular, o espessamento das cordas vocais com consequente engrossamento da voz e os efeitos comportamentais, como o desejo sexual, também chamado de libido [libido, desejo]. Os androgênios são hormônios anabólicos que promovem a síntese proteica, sendo popularmente conhecidos como esteroides anabólicos. Seu uso ilícito por atletas ocorre amplamente, apesar dos possíveis efeitos colaterais adversos, como tumores no fígado, infertilidade e agressão excessiva ("raiva

26

844

Dee Unglaub Silverthorn

esteroide"). Um dos efeitos colaterais mais interessantes é a aparente dependência aos esteroides anabólicos. Sintomas relacionados à interrupção da sua ingestão estão associados a mudanças comportamentais que incluem depressão, psicose ou agressão. Estes transtornos psiquiátricos sugerem que a função do encéfalo humano pode ser modulada pelos esteroides sexuais assim como ocorre com a função encefálica de outros animais. Felizmente, muitos efeitos colaterais dos esteroides anabólicos são reversíveis assim que seu uso é descontinuado. R VISANDO CONCEITOS Explique por que o uso de esteroides anabolizantes exógenos pode "encolher" os testículos e deixar o homem Resposta: p. 867 temporariamente infértil ?

REPRODUÇÃO FEMININA A reprodução feminina é um exemplo de processo fisiológico que é cíclico, em vez de contínuo. Os ciclos da produção de gametas no ovário e as interações dos hormônios reprodutivos e as vias de retroalimentação são parte de um dos sistemas de controle mais complexos do corpo humano.

As mulheres possuem ovários e um útero A genitália feminina externa é conhecida coletivamente como vulva ou pudendo [vulva, útero; pudere, pudico, envergonhado]. Ela é mostrada na Figura 26-12a e, como vista pelo profissional da saúde ao fazer um exame pélvico ou coletar amostra para o exame Papanicolau [ $ p. 54]. Começando a partir da periferia estão os lábios maiores do pudendo, que são dobras de pele que se originam do mesmo tecido embrionário que o escroto. Dentro dos lábios maiores estão os lábios menores, originados a partir do mesmo tecido embrionário que dá origem ao corpo do pênis (ver Figura 26-3). O clitóris é uma pequena saliência de tecido sensorial erétil, situado na extremidade anterior da vulva, envolto pelos lábios menores e por uma dobra adicional de tecido equivalente ao prepúcio do pênis. Nas mulheres, a uretra se abre para o meio externo entre o clitóris e a vagina [vagina, bainha], a cavidade que atua como receptáculo para o pênis durante a cópula. Ao nascimento, a abertura externa da vagina está parcialmente ocluída por um fino anel membranoso denominado hímen. O hímen é externo à vagina, não está dentro dela, de modo que o uso normal de tampões durante a menstruação não rompe o hímen. Entretanto, ele pode ser rompido em atividades normais como andar a cavalo, e, portanto, não é um indicador acurado da virgindade de uma mulher. Agora vamos seguir o trajeto do espermatozoide depositado na vagina durante a relação sexual. Para continuar dentro do trato genital feminino, o espermatozoide deve passar pela estreita abertura da cérvice ou colo do útero que se projeta levemente no interior da extremidade superior da vagina (Fig. 26-12b, c). O canal cervical é revestido com glândulas mucosas cujas secreções criam uma barreira entre a vagina e o útero. O espermatozoide que passa através do canal cervical entra no lúmen do útero, um órgão muscular oco levemente menor que o tamanho de um punho fechado da mulher.

O útero é a estrutura em que o ovócito fertilizado se implanta e se desenvolve durante a gestação. Ele é composto de três camadas de tecido (Fig. 26-12f): uma cobertura externa fina de tecido conectivo, uma camada intermediária espessa de músculo liso, conhecida como miométrio e uma camada interna conhecida como endométrio [metra, útero]. O endométrio consiste em um epitélio com glândulas que se aprofundam na camada de tecido conectivo situada abaixo. A espessura e as características do endométrio variam durante o ciclo menstrual. As células do revestimento epitelial proliferam e descamam alternadamente, acompanhadas de um pequeno sangramento no processo conhecido como menstruação [menstruus, mensalmente]. Os espermatozoides nadam para cima pelo útero e deixam sua cavidade através de duas aberturas para as tubas uterinas (Fig. 26-12c). As tubas uterinas têm 20 a 25 cm de comprimento, e um diâmetro aproximado de um canudinho de refrigerante. Suas paredes têm duas camadas de músculo liso, uma longitudinal e uma circular, similar às paredes do intestino. Um epitélio ciliado reveste o interior das tubas. O movimento de líquido criado pelos cílios e ajudado pelas contrações musculares transporta o ovócito ao longo das tubas uterinas até o útero. Se o espermatozoide se movendo para cima na tuba encontra um ovócito se movimentando para baixo na tuba, a fertilização pode ocorrer. Condições patológicas nas quais a função ciliar está ausente estão associadas com infertilidade feminina e com gestações nas quais o embrião se implanta nas tubas uterinas, ao invés de no útero. A extremidade aberta alargada da tuba uterina se divide em projeções semelhantes a dedos denominadas fímbrias [fimbriae, franja]. As fímbrias (Fig. 26-12c) são mantidas próximas ao ovário adjacente por tecido conectivo, o qual ajuda a assegurar que o ovócito liberado a partir da superfície do ovário será capturado para dentro da tuba e não cairá na cavidade abdominal.

O ovário produz ovócitos e hormônios O ovário é uma estrutura elíptica, com cerca de 2 a 4 cm de comprimento (Fig. 26-12d). Ele tem uma camada externa de tecido conectivo e uma estrutura interna também de tecido conectivo denominada estroma [estroma, colchão]. A maior parte do ovário consiste em um espesso córtex externo preenchido com folículos ovarianos em vários estágios do desenvolvimento ou em declínio. A parte central pequena, a medula, contém nervos e vasos sanguíneos. O ovário, assim como os testículos, produz gametas e hormônios. Como mencionado anteriormente, cerca de 7 milhões de ovogônias no ovário embrionário se desenvolvem em meio milhão de ovócitos primários. Cada ovócito primário é incluído em um folículo primário formado por uma camada única de células da granulosa, separadas por uma membrana basal da camada mais externa de células conhecida como teca (theke, capa ou cobertura). (Fig. 26-12e). Um ciclo menstrual dura cerca de um mês As mulheres produzem gametas em ciclos mensais (em média de 28 dias, com variação normal de 24 a 35 dias). Esses

Fisiologia Humana

845

SISTEMA GENITAL FEMININO

Lábios menores do pudendo

-----------..,.....,..,,...·~

.....::--~____;-:,.-------

Lábios maiores --------~ do pudendo

Vagina

- - - - - - - - - Hímen (estirado)

(a}

Ovário ----......_ Tuba uterina --------.

I ú tero ------..

1

26

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Colo do útero Reto

-

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--'-:-...::._,...-..,...., ~~

Uretra ------t=x:,--------':------'~;::------'-T--;;m~.L Vagina ---+~~---:-:-------=-'==--------;:::.-:'-í ~ Clitóris ----+-___;,_,,o~ ~~~~~

(b}

e

Lábios menores do pudendo

Lábios Ânus maiores do pudendo

FIGURA 26-12

ciclos são comumente denominados ciclos menstruais porque são marcados por um período de 3 a 7 dias de sangra-

mento uterino conhecido como menstruação [menses, meses]. O ciclo menstrual pode ser descrito pelas mudanças que

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Dee Unglaub Silverthorn

ESTRUTURA DO ÚTERO E DO OVARIO

,-----==.~ª-- Superfície epitelial ~-- Teca

~~rri--

Lâmina basal Endométrio

,,

Miométrio

Células da granulosa

.

Tecido conectivo externo

---;"----- Líquido antral

{e)

• Ovócito

Folículo secundário

Folículos primários

•

e

Ovócito ovulado

•

• • •

•

Artéria uterina

'

Folículo _,........__ _ maduro

•

•

•

•

•

• {d)

Folículo rompido

Estroma Corpo lúteo

Corpo lúteo Artéria regredindo

Veia

{f)

Cavidade uterina

Tuba uterina

Ovário

útero ---~

• f

Canal cervical Colo do útero

- - - -----.tir-.-------'-

- --li

{e)

•

FIGURA 26-12

(continuação).

ocorrem nos folículos do ovário, o ciclo ovariano, ou pelas mudanças no revestimento endometrial do útero, o ciclo uterino. A Figura 26-13 • é um resumo que mostra um ciclo menstrual típico e suas fases. Observe que o ciclo ovariano é dividido em três fases:

1. Fase folicular. A primeira parte do ciclo ovariano, conhecida como fase folicular, é um período de crescimento folicular no ovário. Esta fase tem a duração mais variável e dura entre 10 dias e três semanas.

Fisiologia Humana

2. Ovulação. Quando um ou mais folículos amadurecem, o ovário libera o ovócito(s) durante a ovulação. 3. Fase lútea. A fase do ciclo ovariano que se segue à ovulação é conhecida como fase pós-ovulatória ou fase lútea. O segundo nome vem da transformação de um folículo rompido em um corpo lúteo [corpus, corpo+ luteos, amarelo], denominado assim por seu pigmento amarelo e pelos depósitos de lipídeos. O corpo lúteo secreta hormônios que continuam a preparação para a gestação. Se a gestação não ocorre, o corpo lúteo para de funcionar após cerca de duas semanas, e o ciclo ovariano inicia de novo. O revestimento endometrial do útero também tem o seu ciclo - o ciclo uterino - regulado por hormônios ovarianos: 1. Menstruação. O começo da fase folicular no ovário corresponde ao sangramento menstrual do útero. 2. Fase proliferativa. A parte final da fase folicular do ovário corresponde à fase proliferativa no útero, durante a qual o endométrio produz uma nova camada de células em antecipação à gestação. 3. Fase secretória. Após a ovulação, os hormônios liberados pelo corpo lúteo convertem o endométrio espessado em uma estrutura secretória. Assim, a fase lútea do ciclo ovariano corresponde à fase secretória do ciclo uterino. Se não ocorrer gravidez, as camadas superfi-

847

ciais do endométrio secretório são perdidas durante a menstruação, quando o ciclo uterino começa novamente.

O controle hormonal do ciclo menstrual é complexo Os ciclos ovariano e uterino estão sob o controle primário de vários hormônios: • GnRH do hipotálamo • FSH e LH da adeno-hipófise • Estrogênio, progesterona, inibina e AMH do ovário Durante a fase folicular, o hormônio esteroide dominante é o estrogênio (Fig. 26-13). A ovulação é desencadeada pelo pico de LH e FSH. Na fase lútea, a progesterona é dominante, embora o estrogênio ainda esteja presente. Agora veremos o ciclo ovariano em detalhe.

Fase folicular inicial O primeiro dia da menstruação é o dia 1 do ciclo. Este ponto foi escolhido como o início do ciclo porque o sangramento menstrual é um sinal físico facilmente observável. Pouco antes do início de cada ciclo, a secreção de gonadotrofinas pela adeno-hipófise aumenta. Sob a influência do FSH, vários folículos no ovário começam a amadurecer (segunda fileira da Fig. 26-13 e Tabela 26-4 e ).

Desenvolvimento dos folículos ovarianos Os constitui ntes do folículo são listados a parti r do centro com o ovócito e daí para as camadas externas. A zona pelúcida (Fig. 26-16) é uma cobertura glicoproteica que protege o ovócito.

FASE OVARIANA

ESTÁGIO DO FOLÍCULO

ZONA PELÚCIDA

CÉLULAS DA GRANULOSA

OVÓCITO

ANTRO

Antes da estimulação do FSH

Folículo pri, . mar10

Ovócito pri, . mar10

Mínima

Camada única

Nenhum

Fase fo i icular inicial

Folículo secundário

Ovócito primário

Largura aumentada

2 a 6 camadas de célu las

Fase foi icula r tardia

Folículo ter., . c1ar10

Ovócito . , . pr1mar10, depois ovócito secundário com d ivisão interrompida

Presente

Fase lútea

Corpo lúteo

Nenhum

Fase pós-lútea

Corpo albicante

Nenhum

LÂMINA BASAL

TECA

Separa a granulosa da teca

Camada única de células mais , vasos sangu 1neos

Nenhum

Presente

Camada única de células

3 a 4 camadas de célu las

Desenvolvese dentro da camada da granulosa e se enche com líquido; aumenta até 15 a 20 mm de diâmetro

Presente

Camada interna: , vasos sangu 1neos pequenos e secretórios Camada externa: tecido conectivo, células musculares lisas, , vasos sangu 1neos grandes

Nenhuma

Convertidas em células lúteas

Preenchido com células migradoras

Desaparece

Convertida em células lúteas

Nenhuma

Células degeneram

Nenhum

Nenhuma

Célu las degeneram

26

848

Dee Unglaub Silverthorn

Fases do ciclo ovariano

Fase folicular

Ovulação

Fase lútea

LH

Níveis dos hormônios gonadotróficos

FSH

,..... . • • •

® ·::.<";>:·:•

Ciclo • ovariano

• •• •

Folículo primário

Ovulação

Antro

Teca

1

Formação do corpo lúteo

Corpo lúteo maduro

Corpo aibicante

Progesterona

Níveis dos hormônios • ovananos

Estrogênio lnibina

•

Ciclo uterino

• Fases do ciclo uterino

FASE PROLIFERATIVA

MENSTRUAÇÃO

FASE SECRETÓRIA

36,7 Temperatura basal do corpo

(ºC)

DIAS

•

36,4

28/ 0

7

14

21

28/0

FIGURA 26-13 Ciclo menstrual. Este ciclo menstrual de 28 dias é dividido em fases com base nos eventos que ocorrem no útero e no ovário. ....

,.

,.

A medida que os fol1culos crescem, suas celulas da granulosa (sob influência do FSH) e suas células da teca (sob influência do LH) começam a produzir hormônios esteroides. As células da granulosa também começam a secretar AMH. Esse AMH diminui a sensibilidade do folículo ao FSH, o que aparentemente impede o recrutamento de folículos primários adicionais após um grupo ter iniciado o desenvolvimen-

to. Os médicos estão investigando se os níveis sanguíneos de AMH são um indicador preciso da função ovariana. As células da teca sintetizam androgênios que se difundem para as células vizinhas da granulosa, onde a aromatase os converte em estrogênios (Fig. 26-14a e ). Gradualmente, os níveis de estrogênio que vão aumentando na circulação têm diversos efeitos. Os estrogênios exercem retroalimenta-

Fisiologia Humana

849

LH FSH ·.~ Ovócito •

~~ Cor o lúteo Estrogênio lnibina ---.. Progesterona

~~-~§_§;~;_;~~~j;__. . . . , - - - - , - - - - - - - - - - - ,"-=

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GnRH

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1 1 1

Hipófise

~

.

•

e ._ _-----1 l(FsH ' Folículo

@

Células da granulosa

Células da teca

•

Androgênios

'

!E T st rogen1os · - - - - - - - - - - - - - - - - ..I A

•

.J

{a) Fase folicular inicial

•

FIGURA 26-14

Células da granulosa

e

Inibi na

"

ca é-'fe tomada

Corpo lúteo (do folículo ovulado)

Folículo Células da teca

1

Secreta

•••

Novos folículos começam a desenvolver-se

Corpo lúteo degenera

i

t ~ndrogênio

/!GnRH~ Secreção tôní-

•••

e ~ ---11 LFSH .J

'

li J

l _
Hipotálamo

""

\

~--

t Estrogênio t Progesterona t lnibina I

+ Estrogênio e progesterona

J

Grande produção Pequena quantidade de progesterona de estrogênio

(b) Fase folicular tardia e ovulação

{e) Fase lútea inicial

(d) Fase lútea tardia

26

Controle hormonal do ciclo menstrual.

ção negativa na secreção de FSH e LH pela adeno-hipófise, o que impede o desenvolvimento adicional de folículos no mesmo ciclo. Ao mesmo tempo, o estrogênio estimula a produção de mais estrogênio pelas células da granulosa. Esta alça de retroalimentação positiva permite que os folículos continuem sua produção de estrogênio mesmo que os níveis de FSH e LH diminuam. Quando os folículos aumentam, as células da granulosa secretam líquido que é coletado em uma cavidade central do folículo denominada antro [antron, caverna]. O líquido antral (ver Fig. 26-12e) contém hormônios e enzimas necessários para a ovulação. A cada estágio do desenvolvimento folicular, alguns folículos sofrem atresia (morte celular hormonalmente regulada). Poucos folículos chegam ao estágio final, e, em geral, apenas um folículo dominante se desenvolve até a ovulação. No útero, a menstruação termina durante a fase folicular inicial. Sob a influência do estrogênio dos folículos que

estão se desenvolvendo, o endométrio começa a crescer, ou proliferar. Este período é caracterizado por aumento no número de células e aumento do suprimento sanguíneo que leva nutrientes e oxigênio para o endométrio espessado. O estrogênio também faz com que as glândulas mucosas do colo do útero produzam um muco claro e aquoso.

Fase folicular tardia Quando a fase folicular se aproxima do fim, ocorre um pico de secreção de estrogênio ovariano (Fig. 26-13). Neste ponto do ciclo, somente um folículo ' ainda está se desenvolvendo. A medida que a fase folicular progride, as células da granulosa do folículo dominante começam a secretar inibina e progesterona além do estrogênio (Fig. 26-14b). O estrogênio, que até então tinha exercido um efeito de retroalimentação negativa no GnRH na fase folicular inicial, muda para uma retroalimentação positiva, levando ao pico pré-ovulatório de GnRH.

850

Dee Unglaub Silverthorn

CONCEITOS EMERGENTES

O AMH E A FUNÇÃO OVARIANA Embora o hormônio antimül leriano (AMH) seja mais conhecido por seu papel no desenvolvimento mascu lino, os cientistas descobriram que o AMH também é produzido pelas célu las da granulosa dos folículos ovarianos, na primeira parte da fase folicular tardia. O AMH diminui a sensibilidade ao FSH dos folículos em desenvolvimento e aparentemente atua como um freio para evitar que muitos folículos se desenvolvam ao mesmo tempo. Evidências obtidas em roedores e em humanos sugerem que os níveis sanguíneos de AMH podem ser usados como um marcador de vários problemas reprodutivos, incluindo algumas formas de infertilidade e a condição chamada de síndrome dos ovários policísticos (PCOS), na qual os folículos ovarianos formam cistos cheios de líqu ido.

Imediatamente antes da ovulação, os níveis persistentemente altos de estrogênio, auxiliados pelos níveis crescentes de progesterona, aumentam a responsividade da adeno-hipófise ao GnRH. Como resultado, a secreção de LH aumenta drasticamente, um fenômeno conhecido como pico de LH. O FSH também aumenta, mas em menor grau, presumivelmente por estar sendo suprimido pela inibina e pelo estrogênio. O pico de LH é uma parte essencial da ovulação. Sem ele, os passos finais da maturação do ovócito não podem acontecer. A meiose é retomada no folículo em desenvolvimento com a primeira divisão meiótica, a qual converte o ovócito primário em ovócito secundário (óvulo) mais um primeiro corpúsculo polar, o qual é expulso (ver Fig. 26-5). Enquanto essa divisão acontece, o líquido antral se acumula e o folículo cresce, atingindo seu maior tamanho, preparando-se para liberar o ovócito. Os altos níveis de estrogênio na fase folicular tardia preparam o útero para uma possível gestação. O endométrio cresce até uma espessura final de 3 a 4 mm. Um pouco antes da ovulação, as glândulas do colo do útero produzem uma grande quantidade de muco fino e elástico para facilitar a entrada dos espermatozoides. A cena está preparada para a ovulação. Ovulação Aproximadamente 16 a 24 horas após o pico de LH, a ovulação ocorre (Fig. 26-146). O folículo maduro secreta colagenase, a qual dissolve o colágeno do tecido conectivo que mantém as células foliculares unidas. Os produtos da degradação do colágeno criam uma reação inflamatória, atraindo leucócitos que secretam prostaglandinas dentro do folículo. As prostaglandinas podem causar a contração das células musculares lisas da teca externa, rompendo a parede folicular no seu ponto mais fraco. O líquido antral jorra do ovário junto com o ovócito, o qual é circundado por duas ou três camadas de células da granulosa. O óvocito é arrastado para dentro da tuba uterina para ser fertilizado ou para morrer. Além de promover a ruptura do folículo maduro, o pico de LH faz com que as células da teca migrem para o espaço antral, juntando-se com as células da granulosa que perma-

neceram, preenchendo a cavidade antral. Ambos os tipos de células se transformam então nas células lúteas do corpo lúteo. Este processo, conhecido como Iuteinização, envolve mudanças bioquímicas e morfológicas. As células lúteas recém-formadas acumulam gotas de lipídeos e grânulos de glicogênio no seu citoplasma e começam a secretar progesterona. A síntese de estrogênio diminui. Fase lútea inicial Após a ovulação, o corpo lúteo produz continuamente quantidades cada vez maiores de progesterona e estrogênio. A progesterona é o hormônio dominante da fase lútea. Os níveis de estrogênio aumentam, mas nunca alcançam o pico visto antes da ovulação. A combinação de estrogênio e progesterona exerce uma retroalimentação negativa no hipotálamo e na adeno-hipófise. A secreção de gonadotrofinas ainda mais suprimida pela produção de inibina lútea permanece diminuída ao longo da maior parte da fase lútea (Fig. 26-14c). Sob influência da progesterona, o endométrio continua sua preparação para a gestação. As glândulas endometriais enrolam-se e crescem vasos sanguíneos adicionais dentro da camada de tecido conectivo. As células endometriais depositam lipídeos e glicogênio no seu citoplasma. Estes depósitos fornecerão a nutrição para o embrião em desenvolvimento enquanto a placenta, a conexão materno fetal, está se desenvolvendo. A progesterona também causa o espessamento do muco cervical. O muco mais espesso cria um tampão que bloqueia a abertura do colo uterino, impedindo que bactérias e espermatozoides entrem no útero. Um efeito interessante da progesterona é a sua capacidade termogênica. Durante a fase lútea de um ciclo ovulatório, a temperatura corporal basal da mulher, medida imediatamente quando ela acorda pela manhã e antes de sair da cama, aumenta cerca de 0,3 a O,SºC e permanece elevada até a menstruação. Como esta mudança no ponto de ajuste da temperatura ocorre após a ovulação, ela não pode ser usada para prever efetivamente a ovulação. Entretanto, este é um

O resultado da análise dos espermatozoides de Larry é normal. O Dr. Coddinton, portanto, descarta que a causa da infert ilidade de Peggy e de Larry seja anomalias nos espermatozoides. Peggy é instruída a medir a temperatura diária do seu corpo e a anotar os resultados em um gráfico. O acompanhamento da temperatu ra é realizada para determinar se ela está ou não ovulando. Após a ovulação, a temperatura do corpo aumenta um pouco e permanece elevada no restante do ciclo menstrual. Questão 3: Para quais causas de infertilidade feminina o acompanhamento da temperatura é útil? E para quais causas ela não é útil?

Fisiologia Humana

modo simples de verificar se a mulher está tendo ciclos ovulatórios ou anovulatórios (não ovulatórios).

Fase lútea tardia e menstruação

o corpo lúteo tem

uma duração intrínseca de aproximadamente 12 dias. Se a gestação não ocorrer, o corpo lúteo espontaneamente entra em apoptose [ $ p. 85] e se torna uma estrutura inativa de, nominada corpo albicante [albus, branco]. A medida que as células lúteas degeneram, a produção de progesterona e estrogênio diminui (Fig. 26-14d). Esta diminuição remove o sinal de retroalimentação negativa para a adeno-hipófise e o hipotálamo, e a secreção de FSH e LH aumenta. A manutenção de um endométrio secretório depende da presença de progesterona. Quando o corpo lúteo degenera e a produção hormonal diminui, os vasos sanguíneos da camada superficial do endométrio contraem. Sem oxigênio e nutrientes, as células superficiais morrem. Cerca de dois dias após o corpo lúteo parar de funcionar, ou 14 dias após a ovulação, o endométrio começa a descamar sua camada superficial e a menstruação inicia. A quantidade total de menstruação liberada do útero é de aproximadamente 40 mL de sangue e 35 mL de líquido seroso e restos celulares. Em geral, existem poucos coágulos no fluxo menstrual devido à presença de plasmina [ $ p. 562], que degrada os coágulos. A menstruação continua por 3 a 7 dias, já na fase folicular do próximo ciclo ovulatório.

Os hormônios influenciam as características sexuais secundárias femininas O estrogênio controla o desenvolvimento das características sexuais primárias das mulheres, assim como os androgênios as controlam nos homens. Os estrogênios também controlam a mais proeminente característica sexual secundária da mulher: o desenvolvimento das mamas e o padrão de distribuição da gordura corporal (nos quadris e parte superior das coxas). Entretanto, outras características sexuais secundárias são determinadas por androgênios produzidos no córtex da suprarrenal. O crescimento de pelos pubianos e axilares e a libido (desejo sexual) estão sob o controle dos androgênios da suprarrenal.

851

tudo. A interação entre machos e fêmeas dessas espécies pode ser limitada à comunicação química via feromônios. Em vertebrados terrestres, a fertilização interna requer comportamentos interativos e adaptações especializadas da genitália. Por exemplo, a fêmea deve ter um receptáculo interno para os espermatozoides (a vagina em humanos), e o macho deve possuir um órgão (o pênis em humanos) que possa colocar os espermatozoides no receptáculo. O pênis dos seres humanos é flácido (mole) no estado de repouso, não sendo capaz de penetrar na estreita abertura da vagina. No ato sexual masculino, o pênis primeiro aumenta e enrijece durante a ereção, liberando então os espermatozoides a partir dos duetos do trato genital durante a ejaculação. Sem esses eventos, a fertilização não pode acontecer.

A resposta sexual humana tem quatro fases O ato sexual humano - também conhecido como relação sexual, cópula ou coito [coitio, ficar junto] -é extremamente variável em alguns aspectos e extremamente esteriotipado em outros. A resposta sexual humana em ambos os sexos é dividida em quatro fases: (1) excitação; (2) platô; (3) orgasmo; (4) resolução. Na fase de excitação, vários estímulos eróticos preparam a genitália para o ato da cópula. Para os homens, a excitação envolve a ereção do pênis. Para as mulheres, a excitação inclui a ereção do clitóris e a lubrificação vaginal. Em ambos os sexos, a ereção é um estado de vasocongestão em que o fluxo de sangue arterial para o tecido erétil esponjoso excede o fluxo venoso de saída. Os estímulos eróticos incluem tanto estímulos táteis sexualmente excitantes quanto estímulos psicológicos. Como estes últimos variam muito entre os indivíduos e entre as culturas, o que é erótico para uma pessoa ou uma cultura pode ser considerado repulsivo por outro indivíduo ou outra cultura. As regiões do corpo que possuem receptores para estímulos táteis sexuais são chamadas de zonas erógenas e incluem tanto a genitália quanto os lábios, a língua, os mamilos e os lóbulos da orelha.

· VISANDO CONCEITOS Dê o nome das fases do ciclo ovariano e das fases correspondentes do ciclo uterino. 17. Quais efeitos colaterais você poderia prever em mulheres atletas que usam esteroides anabolizantes para aumentar os músculos? 18. A aromatase converte a testosterona em estradiol. O que aconteceria ao ciclo ovariano de uma mulher se fosse dado a ela um inibidor da enzima aromatase? 19. Determine em que dia do ciclo menstrual uma mulher ovularia, tendo ciclos com a seguinte duração: (a) 28 dias; (b) 23 dias; e (c) 31 dias. Respostas: p. 867

PROCRIAÇAO A reprodução em todo o reino animal é marcada por comportamentos específicos de cada espécie que ocorrem para assegurar que o ovócito e o espermatozoide se encontrem. Para animais aquáticos que liberam seus gametas na água, a sincronização é

Os resultados do acompanhamento da temperatura por vários meses revelaram que Peggy está ovulando regularmente. O Dr. Coddington, portanto, acredita que seus ovários estão funcionando normalmente. Outra possível causa da infertilidade do casal inclui anormalidades no colo do útero, nas tubas uterinas ou no útero de Peggy. O Dr. Coddingon decide real izar um teste pós-coito. Neste teste, ele instrui o casal a ter uma relação sexual 12 horas antes da visita ao médico. O muco cervical é então analisado. Este teste também analisa a interação entre espermatozoides e muco. Questão 4: Que anormalidades no colo do útero, nas tubas uterinas e no útero poderiam causar infertilidade?

26

852

Dee Unglaub Silverthorn

Na fase de platô, mudanças que iniciaram durante a excitação são intensificadas e atingem um pico conhecido como orgasmo (clímax). Em ambos os sexos, o orgasmo é uma série de contrações musculares acompanhada de sensações de prazer intenso, aumento da pressão sanguínea e das frequências cardíaca e respiratória. Nas mulheres, o útero e as paredes da vagina se contraem. Nos homens, as contrações normalmente resultam na ejaculação do sêmen pelo pênis. O orgasmo feminino não é necessário para que ocorra fertilização. A fase final da resposta sexual é a resolução, um período no qual os parâmetros fisiológicos que mudaram nas primeiras três fases retornam lentamente ao normal.

O ato sexual masculino inclui a ereção e a ejaculação O elemento-chave para o sucesso da cópula é a capacidade do homem de ter e manter a ereção. A excitação sexual devida aos estímulos táteis ou psicológicos desencadeia o reflexo da ereção, um reflexo espinal que está sujeito ao controle dos centros superiores do encéfalo. Os reflexos da micção e da defecação são tipos de reflexos similares[$ pp. 644, 716]. Na sua forma mais simples, o reflexo da ereção começa com estímulos táteis detectados por mecanorreceptores localizados na glande do pênis ou em outras zonas erógenas (Fig. 26-15 e ). Os neurônios sensoriais sinalizam para o centro integrador espinal, o qual inibe o estímulo vasoconstritor simpático sobre as arteríolas do pênis. Simultaneamente, o óxido métrico produzido por estímulo parassimpático dilata ativamente as arteríolas do pênis. Conforme o sangue arterial flui para os espaços abertos do tecido erétil, este comprime passivamente as veias e aprisona o sangue. O tecido erétil torna-se túrgido, enrijecendo e aumentando o tamanho do pênis dentro de 5 a 1O segundos. O clímax do ato sexual masculino coincide com a emissão e a ejaculação. A emissão é o movimento dos espermatozoide do dueto deferente para a uretra, onde se juntam às secreções das glândulas acessórias formando o sêmen. O volume médio de sêmen é de 3 mL (varia de 2 a 6 mL), dos quais menos de 10% são espermatozoides. Durante a ejaculação, o sêmen que está na uretra é expelido para o exterior por meio de uma série de contrações musculares rápidas acompanhadas por sensação de intenso prazer - o orgasmo. Um esfincter presente na base da bexiga urinária contrai para impedir que os espermatozoides entrem na bexiga ou que a urina se junte ao sêmen. A ereção e a ejaculação podem ocorrer na ausência de estímulo mecânico. Estímulos sexuais visuais, auditivos, emocionais, pensamentos e sonhos podem iniciar a excitação sexual e até levar ao orgasmo, tanto em homens quanto em mulheres. Além disso, ocorre ereção peniana não sexual durante a fase do sono de movimento rápido dos olhos (sono REM).

A disfunção sexual afeta homens e mulheres A incapacidade de obter ou sustentar uma ereção peniana é conhecida como disfunção erétil ou impotência. A disfunção erétil é um tema de interesse global porque a incapacidade de ter e sustentar uma ereção interrompe o ato sexual, tanto

para os homens quanto para as mulheres. As causas orgânicas (fisiológicas e anatômicas) da disfunção erétil incluem problemas endócrinos e neurais, insuficiência vascular edisfunção erétil induzida por medicamentos. Várias causas psicológicas também podem contribuir para a disfunção erétil. O álcool inibe o desempenho sexual tanto em homens quanto em mulheres, como observado por Shakespeare em Macbeth (II, iii). Quando MacDuff pergunta, "Quais são as três coisas que a bebida provoca especialmente?", o mordomo responde, "Ora, Senhor, nariz vermelho, sono e urina. Lasávia, Senhor, ele provoca e deixa sem efeito: provoca o desejo, mas prejudica o desempenho". Muitos antidepressivos também têm como efeito colateral a perda da libido. A disfunção erétil no homem com mais de 40 anos agora é considerada um marcador de doença cardiovascular e aterosclerose, e algumas vezes a disfunção erétil é o primeiro sinal clínico destas condições. A ereção ocorre quando os neurotransmissores liberados pelos nervos pélvicos aumentam a produção endotelial de óxido nítrico (NO), o qual aumenta o GMPc e resulta na vasodilatação das arteríolas do pênis. A disfunção endotelial e a falha na produção adequada de NO ocorrem na aterosclerose e no diabete melito, fazendo com que a disfunção erétil seja uma manifestação precoce de patologia vascular. Em 1998, a Food and Drug Administration (FDA)* dos Estados Unidos aprovou o sildenafil (Viagra®) para o tratamento da disfunção erétil. O sildenafil e fármacos similares da mesma classe prolongam os efeitos do óxido nítrico, bloqueando a fosfodiesterase-5 (PDE-5), a enzima que degrada o GMPc. Os ensaios clínicos têm mostrado que os inibidores da fosfodiesterase são muito eficazes na correção da disfunção erétil, mas possuem efeitos colaterais. A administração da aviação aérea americana (U.S. Federal Aviation Administration) determinou que os pilotos não podem tomar sildenafil dentro de seis horas antes de voar porque 3% dos homens relataram problemas na visão das cores (confusão entre azul e verde). Este problema ocorre porque o sildenafil também inibe uma enzima na retina. Quando a FDA aprovou os inibidores da PDE-5 para a disfunção erétil dos homens, as mulheres se perguntaram se este fármaco que promove o reflexo da ereção poderia melhorar sua resposta sexual. Ainda que a mulher tenha ereção do clitóris, a resposta sexual feminina é mais complicada. Estudos sobre a eficácia dos inibidores da PDE-5 na disfunção orgástica em mulheres têm apresentado resultados não conclusivos. A indústria farmacêutica está testando outros medicamentos para a disfunção sexual da mulher. Os candidatos mais promissores, já na fase final dos ensaios clínicos, baseiam-se na testosterona, o androgênio que gera a libido em ambos os sexos.

Os contraceptivos são projetados para evitar a gestação Uma desvantagem do ato sexual em busca do prazer em vez da reprodução, é a possibilidade de uma gestação não planejada. *N. de T. Agência regulatória deliberação e controle de medicamentos e alimentos. No Brasil, o órgão similar seria a ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) do Ministério da Saúde.

Fisiologia Humana

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Pensamentos sobre sexo LEGENDA Estímulo

{g

Receptor

O

Via aferente

Estímulos eróticos

Centro integrador

O O O

--)>•

superiores do encéfalo

Via eferente Efetor Resposta tecidual

Vias descendentes autonômicas

Estímulo parassimpático

Vias ascendentes sensoriais

1 I

I I I

Simpático inibido

Vasodilatação das arteríolas do pênis

i~--------~'-'

Ereção

%

e

~~ ..

. .. ...

'

Medula espinal

- - Pênis

Mecanorreceptor

•

FIGURA 26-15 Reflexo da ereção. A ereção pode acontecer sem influência dos centros superiores do encéfalo. A ereção também pode ser estimulada (e inibida) por vias descendentes provenientes do córtex cerebral.

Em média, 85% das mulheres jovens que têm relações sexuais sem fazer qualquer tipo de controle de natalidade ficarão grávidas dentro de um ano. Muitas mulheres, porém, ficam grávidas após um único encontro sexual sem proteção. Casais que querem evitar a gestação indesejada geralmente usam algum tipo de controle de natalidade ou contracepção. As práticas contraceptivas podem ser incluídas em diversos grupos. A abstinência total é o método mais seguro de evitar a gestação e as doenças sexualmente transmissíveis. Alguns casais praticam a abstinência somente nos períodos em que se suspeita estar fértil.* Métodos de intervenção da contracepção incluem: (1) métodos de barreira, que impedem a união do espermatozoide com o ovócito; (2) métodos que impedem a implantação do ovócito fertilizado e (3) tratamentos hormonais que diminuem ou interrompem a produção de gametas. A eficácia dos *N. de T. No Brasil, o método da abstinência temporária é popularmente conhecido como "método da tabelinha".

métodos contraceptivos de intervenção depende em parte de quão regular e corretamente são utilizados (Tabela 26-5 e ).

Métodos de barreira Os métodos contraceptivos com base em barreiras químicas ou físicas estão entre os métodos de controle de natalidade mais facilmente lembrados. Quando se fez a associação entre gravidez e sêmen, passou-se a desenvolver uma variedade de barreiras físicas e espermicidas [cida, assassino] para matar os espermatozoides. Um antigo papiro do Egito com a primeira referência conhecida ao controle de natalidade descreve o uso de barreira vaginal feita com folhas, penas, figos e alume**, misturados com esterco de crocodilo e elefante. Esponjas marinhas embebidas em vinagre e discos de sêda com óleo também foram utilizados em um momento ou outro. Nos séculos subsequentes, as mulheres usaram alho, terebintina e pétalas de rosa para lavar a va**N. de R. T. Alume ou alúmen: sulfato duplo de alumínio e metais alcalinos, usado em corantes, papel, porcelana, purificação de água e clarificação de açúcar.

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Eficácia dos vários métodos contraceptivos

MÉTODO

TAXA DE GRAVIDEZ COM OUSO*

Sem contracepção

85%

Espermicidas

29%

Abstinência durante o período fértil estimado (tabelinha)

25%

Diafragma, capuz cervical ou esponja vaginal

16 a 32%**

Contraceptivos orais (pílu las)

8%

Dispositivos intrauterinos (D IUs)

< 1%

Injeções de contraceptivos hormonais

< 1%

Preservativo masculino (camisinha)

15%

Preservativo femin ino (camisinha)

21%

Esterilização

< 1%

*As taxas refletem a gravidez não intencional no primeiro ano em que o método está sendo utilizado. Os dados são do www.contraceptivetechnology.org/table.html (acessado em 22/0812008). **As taxas são menores em mulheres que nunca tiveram filhos.

gina após o coito. Como você pode imaginar, muitos desses métodos também causaram infecções vaginais ou uterinas. Versões modernas de barreiras femininas incluem o diafragma, introduzido nos Estados Unidos em 1916. Esta membrana de borracha em forma de cúpula e uma versão menor, denominada capuz cervical, são geralmente preenchidos com creme espermicida e depois inseridos no topo da vagina para cobrir o colo do útero. Uma vantagem do diafragma é que ele não é hormonal. Quando usado de forma apropriada e regularmente, o diafragma é bastante eficaz (97 a 99%). Entretanto, ele nem sempre é utilizado porque deve ser inserido perto do momento do intercurso e, consequentemente, 20o/o das mulheres que dependem do diafragma para a contracepção engravidam no primeiro ano de uso. Outra barreira contraceptiva feminina que foi recentemente retomada é a esponja contraceptiva, a qual contém um espermicida químico. A barreira contraceptiva do homem é o preservativo, uma capa que se encaixa sobre o pênis e coleta o sêmen ejaculado. Os homens usaram preservativos feitos de bexigas e intestinos de animais durante séculos. Os preservativos perderam popularidade quando os contraceptivos orais tiveram seu uso ampliado nas décadas de 1960 e 1970, mas recentemente eles voltaram a ser utilizados por combinar proteção contraceptiva com proteção contra muitas doenças sexualmente transmissíveis. Entretanto, preservativos de látex podem causar reações alérgicas, e existem evidências que o HIV pode passar através dos poros de alguns preservativos que são hoje produzidos. Uma versão feminina do preservativo

também está disponível comercialmente. Ela recobre o colo do útero e reveste completamente a vagina, fornecendo mais proteção contra as doenças sexualmente transmissíveis. A esterilização é o método contraceptivo mais eficaz para pessoas sexualmente ativas, mas é um procedimento cirúrgico e não é facilmente revertido. A esterilização feminina é denominada ligação tubária e consiste na ligação e secção das tubas uterinas. Uma mulher com uma ligação tubária ainda ovula, mas os ovócitos permanecem no abdome. A esterilização masculina é a vasectomia, onde os duetos deferentes são ligados e seccionados ou clampeados. Os espermatozoides ainda são produzidos nos túbulos seminíferos, mas como não podem sair do trato genital, são reabsorvidos.

Prevenção da implantação Alguns métodos contraceptivos não impedem a fertilização, mas impedem que o ovócito fertilizado se implante no endométrio. Eles incluem tanto os dispositivos intrauterinos (DIUs) quanto o uso de compostos químicos que mudam as propriedades do endométrio. Os DIUs são dispositivos plásticos inseridos na cavidade uterina, onde criam uma reação inflamatória leve que impede a implantação. Eles têm baixas taxas de falha (0,5% ao ano), mas os efeitos colaterais variam desde dor e sangramento até infertilidade causada por doença inflamatória pélvica e bloqueio das tubas uterinas. Tratamentos hormonais Técnicas que diminuem a produção de gametas dependem da alteração do ambiente hormonal do corpo. Nos séculos passados, as mulheres ingeriam ou bebiam misturas de várias plantas para obter contracepção. Algumas dessas substâncias realmente funcionavam porque as plantas continham compostos semelhantes ao estrogênio. A farmacologia moderna melhorou este método e agora a mulher pode escolher entre contraceptivos orais (pílulas), injeções a cada três meses ou um anel vaginal contraceptivo (NuvaRing®). Os contraceptivos orais, também conhecidos como pílulas de controle da natalidade, estiveram disponíveis primeiramente em 1960. Eles se baseiam em várias combinações de estrogênio e progesterona, que inibem a secreção de gonadotrofina da hipófise. Sem níveis adequados de FSH e LH, a ovulação é suprimida. Adicionalmente, a progesterona presente nas pílulas contraceptivas torna o muco cervical espesso e ajuda a impedir a penetração dos espermatozoides. Estes métodos hormonais de contracepção são muito eficazes quando usados corretamente, mas também trazem alguns riscos, como o aumento na incidência de formação de coágulos sanguíneos (trombos) e de acidente vascular cerebral (especialmente em mulheres fumantes). O desenvolvimento de um contraceptivo hormonal masculino tem sido lento por causa dos efeitos colaterais indesejáveis. Contraceptivos que bloqueiam a secreção de testosterona ou sua ação provavelmente também diminuem a libido masculina ou podem causar impotência. Ambos os efeitos colaterais são inaceitáveis para os homens que poderiam se interessar em utilizar este método. Alguns primeiros contraceptivos orais masculinos suprimiam irreversivelmente a produção de espermatozoides, o que também não é aceitável. Entretanto, agora parece que uma combinação de

Fisiologia Humana

progestágeno oral, para suprimir a produção de espermatozoides, com testosterona injetada para manter a libido é um candidato promissor à contracepção hormonal masculina. Vacinas contraceptivas baseiam-se em anticorpos contra vários componentes dos sistemas genitais masculino e feminino, como anticorpos antiespermatozoide e antiovócito. Tais contraceptivos parecem ter longa duração e ser reversíveis, podendo ser injetáveis. Algumas vacinas contraceptivas estão sendo testadas em ensaios clínicos.

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A análise do muco cervical pós-coito de Peggy mostra que os espermatozoides estão presentes, mas não estão se movimentando. O Dr. Coddinton explica que provavelmente o muco cervical de Peggy contenha anticorpos que destroem os espermatozoides de Larry. Questão 5: Sugira como este problema de infertilidade poderia ser tratado.

A infertilidade é a incapacidade de conceber Enquanto alguns casais estão tentando impedir a gestação, outros gastam milhares de dólares tentando engravidar usando a tecnologia de reprodução assistida. A infertilidade é a incapacidade de um casal conceber um filho após um ano de relações sexuais sem proteção. Durante anos, casais inférteis não tinham escolha além da adoção se queriam ter um filho, mas avanços incríveis têm sido feitos neste campo desde a década de 1970. Como resultado, hoje muitos casais inférteis são capazes de ter filhos. A infertilidade pode se originar de um problema no homem, na mulher ou em ambos. A infertilidade masculina em geral resulta do baixo número de espermatozoides ou de um número anormalmente alto de espermatozoides defeituosos. A infertilidade feminina pode ter causas mecânicas (bloqueio das tubas uterinas ou outros problemas estruturais) ou hormonais, que levam à diminuição ou ausência de ovulação. Um problema que envolve o casal é que a mulher pode produzir anticorpos contra os espermatozoides do parceiro. Além ,,disso, nem todas as gestações chegam ao final com sucesso. E estimado que um terço de todas as gestações terminam espontaneamente - muitas dentro das primeiras semanas, antes mesmo que a mulher tenha consciência de que estava grávida. Alguns dos avanços mais significativos foram feitos no campo da fertilização in vitro, em que os ovários da mulher são hormonalmente manipulados para ovular múltiplos ovócitos ao mesmo tempo. Os ovócitos são coletados cirurgicamente e fertilizados fora do corpo. Os embriões em desenvolvimento são então colocados no útero da mulher, a qual foi preparada para a gestação com tratamento hormonal. Como a natureza do procedimento é complicada e cara, múltiplos embriões em geral são colocados no útero ao mesmo tempo, o que pode resultar em partos múltiplos. A fertilização in vitro tem permitido que alguns casais inférteis tenham filhos. Nos Estados Unidos, a taxa de sucesso em 2005 foi de 43% para mulheres com menos de 35 anos e 18% para mulheres com mais de 40 anos.

GESTAÇAO E PARTO Agora vamos retornar ao ovócito recém-ovulado e a alguns espermatozoides depositados na vagina e segui-los ao longo dos processos da fertilização, gestação e parto, o processo do nascimento.

A fertilização requer capacitação Uma vez que o ovócito é liberado a partir da ruptura do folículo, ele é levado para dentro da tuba uterina pelos batimen-

tos ciliares. Enquanto isso, os espermatozoides depositados na vagina devem sofrer sua etapa final de maturação, a capacitação, a qual capacita os espermatozoides a nadar rapidamente e fertilizar um ovócito. Este processo aparentemente envolve a reorganização de moléculas na membrana externa da cabeça do espermatozoide. Normalmente, a capacitação ocorre no trato genital da mulher, o que representa um problema para a fertilização in vitro. Tais espermatozoides devem ser artificialmente capacitados quando colocados em presença de uma solução salina fisiológica suplementada com soro humano. Muito do que conhecemos sobre a fertilização humana é proveniente das pesquisas sobre infertilid.ade, cujo objetivo é melhorar a taxa de sucesso da fertilização in vitro. A fertilização do ovócito pelo espermatozoide é o resultado de um encontro ao acaso, possivelmente auxiliado por moléculas químicas de atração produzidas pelo ovócito. Um ovócito pode ser fertilizado durante apenas cerca de 12 a 14 horas após a ovulação. Os espermatozoides dentro do trato genital da mulher permanecem viáveis entre 4 e 6 dias. A fertilização normalmente ocorre na parte distal da tuba uterina. Dos milhões de espermatozoides oriundos de uma única ejaculação, somente cerca de 100 chegam até este ponto. Para fertilizar o ovócito, um espermatozoide deve penetrar tanto a camada externa de células da granulosa frouxamente conectadas (corona radiata) quanto a camada protetora glicoproteica denominada zona pelúcida (Fig. 26-16 e ). Para passar estas barreiras, o espermatozoide capacitado libera enzimas poderosas a partir do acrossomo da cabeça do espermatozoide, em um processo conhecido como reação acrossômica. As enzimas dissolvem as junções celulares e a zona pelúcida, permitindo que o espermatozoide siga seu caminho em direção ao ovócito. O espermatozoide que chegar mais rapidamente até o ovócito se liga a receptores ligadores de espermatozoides que existem na membrana do ovócito e sua membrana se funde com a do ovócito (Fig. 26-17 e ). A parte fundida da membrana se abre e o núcleo do espermatozoide entra no citoplasma do ovócito. A fusão das membranas do ovócito e do espermatozoide é um sinal para o ovócito retomar a meiose e completar sua segunda divisão. A divisão meiótica final cria o segundo corpúsculo polar, o qual é ejetado. Neste ponto, os 23 cromossomos do esperma-

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Células da coroa radiada

Primeiro corpúsculo polar

Ovócito ~!---+c~r7-.--

Segunda divisão meiótica suspensa

Espermatozoide capacitado Zona pelúcida

(a)

(b) O espermatozoide capacitado libera enzimas a partir dos seus acrossomos

para penetrar as células e a zona pelúcida que circundam o ovócito.

•

FIGURA 26-16 O primeiro espermatozoide a se fundir com o ovócito fertiliza-o. A fotografia mostra a grande diferença entre o tamanho do espermatozoide e o tamanho do ovócito humanos.

tozoide se juntam aos 23 cromossomos do óvulo, criando o núcleo do zigoto com o material genético completo. A fusão das membranas do espermatozoide e do ovócito impede a poliespermia, na qual mais de um espermatozoide fertiliza um ovócito, desencadeando uma reação química denominada reação cortical. Grânulos corticais ligados à membrana na periferia do citoplasma do óvulo liberam seu conteúdo no espaço externo à membrana do óvulo. Essas substâncias químicas rapidamente alteram a membrana e a zona pelúcida circundante, o que impede que outro espermatozoide penetre ou se ligue ao óvulo. Uma vez que o ovócito é fertilizado e torna-se um zigoto, ele começa divisões mitóticas enquanto lentamente percorre seu caminho ao longo da tuba uterina em direção ao útero, onde se instala durante o restante do período da gestação fgestare, carregar no útero].

O embrião em desenvolvimento se implanta no endométrio O embrião em divisão leva de 4 a 5 dias para ser transportado da tuba uterina até a cavidade do útero (Fig. 26-18 e ). Sob a influência da progesterona, as células musculares lisas da tuba relaxam e o transporte ocorre lentamente. Quando o embrião em desenvolvimento chega ao útero, ele consiste em uma bola oca de cerca de 100 células denominada blastocisto. Algumas células da camada externa do blastocisto tornam-se o córion, uma membrana extraembrionária que envolve o embrião e forma a placenta (Fig. 26-19a). A massa celular interna do blastocisto desenvolve-se formando o embrião e outras membranas extraembrionárias. Estas membranas incluem o âmnio, que secreta o líquido amniótico no qual o embrião em desenvolvimento flutua; o alantoide, que se torna parte do cordão umbilical que liga o embrião à mãe; e

o saco vitelino, que degenera no início do desenvolvimento humano. A implantação do blastocisto na parede uterina normalmente ocorre cerca de 7 dias após a fertilização. O blastocisto secreta enzimas que permitem que ele invada o endométrio, como um parasita se instalando no seu hospedeiro. Enquanto isso, as células endometriais crescem ao redor do blastocisto até que ele seja completamente engolfado. ' A medida que o blastocisto continua a dividir-se e se torna um embrião, as células que irão se tornar a placenta formam estruturas similares a dedos denominadas vilosidades coriônicas, que penetram no endométrio vascularizado. Enzimas liberadas pelas vilosidades rompem as paredes dos vasos sanguíneos matemos até que as vilosidades sejam circundadas por lagos de sangue materno (Fig. 26-19b). O sangue do embrião e o da mãe não se misturam, mas os nutrientes, gases e resíduos são trocados através das membranas das vilosidades. Muitas dessas substâncias se movem por difusão simples, mas outras, como os anticorpos maternos, são transportadas através da membrana. A placenta continua a crescer durante a gestação, e no nascimento tem cerca de 20 cm de diâmetro (o tamanho de um prato raso pequeno). A placenta recebe até 10% do débito cardíaco materno total. O enorme fluxo de sangue para a placenta é uma razão para que a separação súbita e anormal da placenta da parede uterina seja uma emergência médica.

A placenta secreta hormônios durante a gestação Quando o blastocisto se implanta na parede uterina e a placenta começa a se formar, o corpo lúteo está próximo do final da sua duração programada de 12 dias. A menos que o embrião em desenvolvimento envie um sinal hormonal, o corpo lúteo irá degenerar, os níveis de progesterona e es-

Fisiologia Humana

Primeiro corpúsculo polar

Núcleo do espermatozoide

tt-:::i.-- Segundo Ovócito

Ovócito

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corpúsculo polar

Núcleo do ----1 espermatozoide

As membranas do espermatozoide e do ovócito se fundem

•

FIGURA 26-17

O núcleo do espermatozoide se move para dentro do citoplasma do ovócito

O núcleo do ovócito completa a divisão meiótica

Os núcleos do óvulo e do espermatozoide se fundem e formam o núcleo do zigoto*

O espermatozoide e o ovócito se fundem para formar o zigoto.

trogênio irão diminuir e o embrião será eliminado do corpo junto com as camadas superficiais do endométrio durante a menstruação. Diversos hormônios que impedem a menstruação durante a gestação são secretados pela placenta, incluindo a gonadotrofina coriônica humana, o lactogênio placentário humano, o estrogênio e a progesterona.

Gonadotrofina coriônica humana o corpo lúteo permanece ativo durante o início da gestação por causa da gonadotrofina coriônica humana (hCG), um hormônio peptídeo secretado pelas vilosidades coriônicas e pela placenta em desenvolvimento. A hCG é estruturalmente relacionada ao LH e se liga aos receptores do LH. Sob a influência da hCG, o corpo lúteo continua produzindo progesterona para manter o endométrio intacto. Por volta da sétima semana do desenvolvimento, entretanto, a placenta assume a produção de progesterona, e o corpo lúteo não é mais necessário. Neste ponto, ele finalmente degenera. O pico de produção de hCG pela placenta ocorre aos três meses de desenvolvimento e então diminui. Uma segunda função da hCG é o estímulo da produção de testosterona pelo testículo em desenvolvimento em fetos masculinos. Como você aprendeu nas primeriras seções deste capítulo, a testosterona fetal e seu metabólito DHT são essenciais para a expressão das características masculinas e para a descida dos testículos para dentro do escroto antes do nascimento. A hCG é a molécula detectada pelos testes de gravidez. Como a hCG pode induzir a ovulação em coelhos, anos atrás a urina da mulher suspeita de estar grávida era injetada na coelha. Os ovários das coelhas eram então analisados em busca de sinais de ovulação. Este método demorava vários dias para que a mulher soubesse o resultado. Hoje, com modernas técnicas bioquímicas, as mulheres podem fazer os seus próprios testes de gravidez em poucos minutos na privacidade do seu lar. Lactogênio placentário humano (hPL) Outro hormônio peptídeo produzido pela placenta é o lactogênio placentário humano (hPL), também conhecido como somatomamotrofina coriônica humana (hCS). Este hormônio é estruturalmente relacionado com o hormônio do crescimento e com a prolactina e inicialmente se acreditou que era necessário para o desenvolvimento das mamas durante a gestação e para a produção do leite (lactação). Embora o hPL

provavelmente contribua para a lactação, as mulheres que não produzem o hPL durante a gestação por causa de um defeito genético ainda possuem desenvolvimento adequado das mamas e produção de leite. Um segundo papel do hPL é a alteração do metabolismo da glicose e dos ácidos graxos da mãe para sustentar o crescimento fetal. A glicose materna se move através das membranas placentárias por difusão facilitada e entra na circulação fetal. Durante a gestação, cerca de 4% das mulheres desenvolvem diabete melito gestadonal, com níveis elevados de glicose no sangue causados por resistência à insulina, similar ao diabete do tipo II. Após o parto, o metabolismo da glicose na maioria das mulheres retorna ao normal, mas estas mães e seus bebês possuem maior risco de desenvolver diabete do tipo II futuramente.

Estrogênio e progesterona O estrogênio e a progesterona são produzidos continuamente durante a gestação, primeiro pelo corpo lúteo sob a influência da hCG e depois pela placenta. Com os altos níveis circulantes destes hormônios esteroides, a supressão por retroalimentação da hipófise continua durante toda a gestação, impedindo que outro conjunto de folículos comece a desenvolver-se. Durante a gestação, o estrogênio contribui para o desenvolvimento dos duetos secretores de leite das mamas. A progesterona é essencial para a manutenção do endométrio e adicionalmente ajuda a suprimir as contrações uterinas. A placenta produz vários outros hormônios, incluindo inibina e prorrenina, mas a função da maioria deles ainda não está clara.

A gestação termina no parto O parto normalmente ocorre entre a 38ª e a 40ª semana de gestação. O que desencadeia este processo? Por muitos anos, os pesquisadores desenvolveram modelos animais para os sinais que iniciam o parto, porém somente recentemente se descobriu que muitos desses modelos não se aplicam aos seres humanos. O parto começa com o trabalho de parto, as contrações rítmicas do útero que empurram o feto para o *N. de R. T. Considera-se óvulo somente o gameta que já completou adivisão meiótica. Assim, até o momento da fertilização, o gameta feminino é denominado ovócito; no instante que sucede a fertilização, mas ainda antes da fusão de seu núcleo com o do espermatozoide, ele é chamado de óvulo; e após a fusão dos núcleos, a célula resultante é denominada zigoto.

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Dia 2 a 4: ocorre d ivisão celular.

Dia 1: Fertilização

Zigoto

·

Dias 4 a 5: o blastocisto chega ao útero.

Massa celular interna

Tuba uterina

Blastocisto Ovário

Ovulação

Dias 5 a 9: o blastocisto se implanta.

•

FIGURA 26-18

Ovulação, fertilização e implantação.

mundo externo. Os sinais que iniciam essas contrações podem começar na mãe, no feto ou em ambos. Em muitos mamíferos não humanos, uma diminuição nos níveis de estrogênio e progesterona marca o início do parto. A diminuição dos níveis de progesterona é lógica, já que a progesterona inibe as contrações uterinas. Nos seres humanos, entretanto, os níveis deste hormônio não diminuem até que o trabalho de parto esteja em andamento.

Outro possível desencadeante do trabalho de parto é a ocitocina, um hormônio peptídeo que causa contração do músculo uterino. Quando a gravidez se aproxima do final, o número de receptores para ocitocina no útero aumenta. Entretanto, estudos têm mostrado que a secreção de ocitocina não aumenta antes do início do trabalho de parto. A ocitocina sintética frequentemente é utilizada para induzir o trabalho de parto nas mulheres grávidas, mas nem sempre é

As artérias umbilicais levam o - - - . . sangue embrionário para a placenta Cordão umbilical--..

..

A veia umbilical carrega ~ sangue oxigenado para o embrião

; : : - - - - - - " / As vilosidades coriônicas contêm vasos sanguíneos do embrião

~

, '

=-+-- Placenta '----1--

---,1--~--+--

Saco vitelino

'--+ - - - Cordão umbilical

O sangue materno banha as vilosidades coriônicas

r - - - - Cório

'------- Âmnio ' - - - - - - - Líq uido amniótico

tt---~-+------:;>'

Âmnio

10ª SEMANA (a) O embrião em desenvolvimento flutua no líq uido amniótico. Ele obtém oxigênio e nutrientes da mãe pela placenta e cordão umbilical.

e

FIGURA 26-19

A placenta.

(b) Parte do material é trocado através das membranas da placenta por difusão, mas outros precisam ser transportados.

Vasos sanguíneos maternos

Fisiologia Humana

•

FIGURA 26-20 Parto: o processo do nascimento. (a) Quando o trabalho de parto começa, o feto normalmente está posicionado no útero com a cabeça para baixo. (b) Contrações uterinas rítmicas empurram a cabeça contra o colo do útero amolecido, estirando-o e dilatando-o. (c) Uma vez que o colo uterino esteja completamente dilatado e estirado, as contrações uterinas empurram o feto para fora através da vagina. (d) Logo após o feto ser expulso, a placenta se desprende da parede uterina e é expelida.

eficaz. Aparentemente, o início do trabalho de parto requer algo mais do que quantidades adequadas de ocitocina. Outra possibilidade para a indução do trabalho de parto é que o feto libere alguns sinais que indiquem que o seu desenvolvimento está completo. Uma teoria apoiada por evidências clínicas é a de que o hormônio liberador da corticotrofina (CRH) secretado pela placenta é o sinal que começa o trabalho de parto (O CRH também é um fator liberador hipotalâmico que controla a liberação do ACTH pela adenohipófise.) Nas semanas anteriores ao parto, os níveis de CRH no sangue materno aumentam rapidamente. Além disso, mulheres com níveis de CRH elevados já na 15ª semana da gestação têm maior probabilidade de entrar em trabalho de parto prematuro. Ainda que não seja conhecido com certeza o que inicia o parto, entendemos a sequência de eventos. Nos dias anteriores ao início do trabalho de parto, o colo do útero amolece ("amadurece") e os ligamentos que mantêm os ossos pélvicos unidos relaxam. O controle desses processos não é claro e pode ser devido ao estrogênio ou ao hormônio peptídeo relaxina, a qual é secretada pelos ovários e pela placenta. Uma vez que as contrações do trabalho de parto iniciam, inicia-se uma alça de retroalimentação positiva que consiste em fatores mecânicos e hormonais O feto geralmente está orientado de cabeça para baixo (Fig. 26-20a e ). No começo do trabalho de parto, o feto posiciona-se mais para baixo no abdome ("o bebê desceu") e começa a empurrar o colo do útero amolecido (Fig. 26-20b). O estiramento cervical desencadeia contrações uterinas que se movem como uma onda do topo do útero para baixo, empurrando o feto mais para dentro da pelve. A porção inferior do útero permanece relaxada, e o colo se estira e dilata. O estiramento cervical começa um ciclo de retroalimentação positiva de contrações crescentes (Fig. 26-21 e ). As contrações são reforçadas pela secreção da ocitocina a partir da neuro-hipófise [;;: p. 228], e o estiramento continuado do colo do útero reforça a secreção da ocitocina. As prostaglandinas são produzidas no útero em resposta à secreção de CRH e de ocitocina. As prostaglandinas são muito eficazes em causar contrações musculares uterinas em qualquer momento. Elas são a causa primária das cólicas menstruais e têm sido utilizadas para induzir o aborto no início da gestação. Durante o trabalho de parto e o período expulsivo do parto, as prostaglandinas reforçam as contrações uterinas induzidas pela ocitocina (Fig. 26-21). ' A medida que as contrações do trabalho de parto se intensificam, o feto se move para baixo através da vagina para

859

__..---Cordão umbilical

.---Colo do útero ~~<:;---vagina ..,---+--- Canal

cervical

{a) Feto completamente desenvolvido

{b) Dilatação cervical

26

{c) Parto

útero

Expulsão da placenta ••

{d) Expulsão da placenta

fora do útero (Fig. 26-20c), ainda ligado à placenta. A placenta então se desprende da parede uterina, sendo expelida pouco tempo depois (Fig. 26-20d). As contrações uterinas comprimem os vasos sanguíneos maternos e ajudam a im-

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O feto desce para a parte inferior do útero

•

maior ·~~'1:\-----T-+----- Gordura

O colo uterino se estira

peitoral

Ligamentos suspensores Tecido glandular

Ocitocina da neuro-hipófise

®

Contrações uterinas

L_____..<±>J <±>

-----+-- - Mamilo -

_...,...---Aréola

Prostaglandinas das paredes do útero (a)

•

FIGURA 26-21 Alça de retroalimentação positiva do parto. O início desta alça requer um útero que esteja pronto para responder a esses estímulos. A alça é interrompida quando o feto é expulso, e o colo uterino não está mais sendo estirado. - - - Células musculares na parede do dueto

pedir o sangramento excessivo, embora tipicamente a mãe perca cerca de 240 mL de sangue no parto.

~~::=:::::=;:;:;:;-Células epiteliais

As glândulas mamárias secretam leite durante a lactação O recém-nascido perde a nutrição materna fornecida pela placenta e precisa contar com uma fonte externa de alimentos. Os primatas, que normalmente têm somente um ou dois filhos em cada gestação, têm duas glândulas mamárias funcionais. Uma glândula mamária é composta de cerca de 20 lóbulos se-

secretoras de leite --?"'Células mioepiteliais

~------

(b)

•

As tecnologias de reprodução assistida (TRA) são uma opção de tratamento atualmente disponível para casais inférteis. Todas as técnicas de TRA envolvem estimu lação artif icial dos ovários para produzir ovócitos ou o uso de um ovócito de uma doadora. Os ovócitos são cirurgicamente retirados e com frequência são fertilizados in vitro. O zigoto pode ser colocado imediatamente dentro da tuba uterina ou pode desenvolver-se como um embrião primitivo antes de ser colocado no útero. Uma técn ica diferente usada para superar a infertilidade é a inseminação intrauterina. Neste procedimento, espermatozoides que foram lavados para a remoção de material antigênico são colocados no útero por um tubo inserido no colo do útero e, deste modo, a fertilização ocorre in vivo. Questão 6: Com base nos resultados da investigação da sua infertilidade, qual intervenção - TRA ou inseminação intrauterina - seria recomendada para Peggy e Larry? Por quê?

Lóbulo da glândula mamária

FIGURA 26-22 Glândulas mamárias. As células epiteliais das glândulas mamárias secretam leite no lúmen da glândula.

eretores de leite, cada um constituído por duetos ocos ramificados de epitélio secretor rodeados por células mioepiteliais contráteis (Fig. 26-22 e ). De forma interessante, o epitélio das glândulas mamárias é intimamente relacionado com o epitélio secretor das glândulas sudoríferas, de modo que, a secreção de leite e a de suor têm algumas características em comum. Durante a puberdade, as mamas começam a se desenvolver sob influência do estrogênio. Os duetos crescem e se ramificam, e é depositada gordura atrás do tecido glandular. Durante a gestação, as glândulas se desenvolvem ainda mais sob estímulo do estrogênio, do hormônio do crescimento e do cortisol. O passo final do desenvolvimento também requer progesterona para converter o epitélio do dueto em uma estrutura secretória. Este processo é similar ao efeito da progesterona no útero, no qual a progesterona faz com que o endométrio passe a ser um tecido secretório durante a fase lútea. Ainda que o estrogênio e a progesterona estimulem o desenvolvimento mamário, eles inibem a secreção do leite. A

Fisiologia Humana

produção de leite é estimulada pela prolactina liberada pela adeno-hipófise [ $ p. 233]. A prolactina é um hormônio incomum da hipófise, uma vez que sua secreção é primariamente controlada pelo hor111ônio inibidor da prolactina (PIH) secretado pelo hipotálamo. Boas evidências sugerem que o PIH é realmente a dopamina, um neuro-hormônio amina relacionado com a adrenalina e a noradrenalina [ $ p. 225]. Durante as fases finais da gestação, a secreção do PIH diminui e a prolactina chega a níveis dez ou mais vezes maiores do que os encontrados em uma mulher não grávida. Antes do parto, quando os níveis de estrogênio e progesterona também estão altos, as glândulas mamárias produzem somente pequenas quantidades de uma secreção fina e com baixa quantidade de gordura denominada colostro. Após o parto, quando os níveis de estrogênio e progesterona diminuem, as glândulas produzem quantidades maiores de leite que contém 4% de gordura e quantidades substanciais de cálcio. As proteínas no colostro e no leite incluem imunoglobulinas maternas secretadas nos duetos e absorvidas intactas pelo epitélio intestinal do bebê [ $ p. 705]. Este processo transfere parte da imunidade da mãe para o bebê nas suas primeiras semanas de vida. A sucção do mamilo, o estímulo mecânico do bebê na mama, reforça a inibição do PIH que iniciou nas últimas semanas da gestação (Fig. 26-23 e ). Na ausência do PIH, a secreção da prolactina aumenta, resultando na produção de leite. A gestação não é necessária para a lactação, e algumas mulheres que adotam crianças conseguem amamentar com sucesso. A ejeção do leite a partir das glândulas mamárias é conhecida como reflexo de ejeção do leite e necessita da presença da ocitocina liberada pela neuro-hipófise. A ocitocina inicia a contração do músculo liso no útero e nas mamas. No período pós-parto, as contrações uterinas induzidas pela ocitocina ajudam o útero a retornar ao seu tamanho pré-gestação. Na mama em lactação, a ocitocina causa a contração das células mioepiteliais que circundam os lóbulos das glândulas mamárias. Esta contração cria uma alta pressão que faz com que o leite seja expelido para a boca do bebê. Embora a liberação de prolactina necessite do estímulo mecânico da sucção, a liberação de ocitocina pode ser estimulada por vários estímulos cerebrais, incluindo pensar na criança. Muitas mães que amamentam têm liberação inapropriada de leite desencadeada pelo choro de alguma outra criança.

A prolactina tem outros papéis fisiológicos Embora tenhamos discutido o papel da prolactina no contexto da amamentação, todas as mulheres que não estão amamentando e os homens têm uma secreção tônica de prolactina que apresenta um ritmo circadiano, com um pico durante o sono. A prolactina é relacionada ao hormônio do crescimento e tem um papel em outros processos reprodutivos e não reprodutivos. Por exemplo, a prolactina é sintetizada pelo endométrio uterino durante os ciclos menstruais normais. Camundongos machos knockout* que não possuem prolactina ou receptor para a prolactina têm diminuição da fertilidade. *N. de T. Camundongos knockout são modelos experimentais geneticamente modificados onde um determinado gene é eliminado.

861

Centros encefálicos • supenores

Som da criança chorando

Hipotálamo

-Q Célula ~~~ora

Neurônio produtor-....,.-:::.------" de ocitocina

Neuro-hipófise

Adeno-hipófise

Inibição das -----" células produtoras de prolactina , é removida

+Prolactina -.

+Ocitocina

Secreção de leite Ejeção do leite

Sucção

•

Contração do músculo liso

Mecanorreceptores ., no mamilo

FIGURA 26-23 Controle hormonal da secreção e da liberação do leite.

Algumas pesquisas interessantes têm estabelecido um papel para a prolactina na neuroimunomodulação [ ~ p. 806]. A prolactina e o hormônio do crescimento parecem ser necessários para a diferenciação normal dos linfócitos T no timo, uma observação apoiada pela redução da função imunitária em animais com hipoprolactinemia. Em contraste, diversas doenças autoimunes, incluindo esclerose múltipla, lúpus eritematoso sistêmico e tireoidite autoimune, estão relacionadas com níveis elevados de prolactina.

CRESCIMENTO E ENVELHECIMENTO O período reprodutivo começa com eventos que ocorrem em torno da puberdade e termina com a diminuição da produção hormonal pelas gônadas.

26

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A puberdade marca o início do período reprodutivo Nas mulheres, o início da puberdade é marcado pelo crescimento das mamas e pela primeira menstruação, conhecida como menarca, um momento com significado ritual em muitas culturas. Nos Estados Unidos, a idade média da menarca é 12 anos (a faixa considerada normal é entre 8 e 13 anos). Nos meninos, o início da puberdade é mais sutil. Os sinais incluem crescimento e maturação da genitália externa; desenvolvimento das características sexuais secundárias, como pelos pubianos e faciais, engrossamento da voz; mudança na forma corporal e aumento da estatura. A faixa de idade do início da puberdade masculina é entre 9 e 14 anos. A puberdade requer a maturação das vias de controle hipotálamo-hipófise. Antes da puberdade, a criança apresenta baixos níveis de hormônios esteroides sexuais e de gonadotrofinas. Como os baixos níveis de hormônios sexuais normalmente aumentam a liberação das gonadotrofinas, a combinação de baixos níveis de esteroides e de gonadotrofinas indica que o hipotálamo e a hipófise ainda não estão sensíveis aos níveis de esteroides no sangue. Na puberdade, os neurônios hipotalâmicos secretores de GnRH aumentam sua secreção pulsátil de GnRH, que, por sua vez, aumenta sua liberação de gonadotrofinas. Os sinais responsáveis pelo início da puberdade são complexos, mas vários deles parecem ser mediados pelo neuropeptídeo hipotalâmico kisseptina. Uma teoria postula que é a maturação geneticamente programada dos neurônios hipotalâmicos que inicia a puberdade. Sabe-se que a puberdade tem uma base genética porque os padrões de maturação herdados são comuns. Se uma mulher não começa a menstruar antes dos 16 anos, por exemplo, é provável que suas irmãs que também tenham uma menarca tardia. O hormônio leptina [$ p. 725] também contribui para o início da puberdade. Em mulheres desnutridas com pouco tecido adiposo e níveis baixos de leptina, frequentemente existe interrupção da menstruação (amenorreia), e camundongos knockout sem leptina são inférteis. Presumivelmente, a melhora da nutrição no último século aumentou os estoques de gordura pré-puberal e a secreção da leptina, o que interage com outros fatores para iniciar a puberdade.

A menopausa e a andropausa são consequências do envelhecimento Há vários séculos na América, muitas pessoas morriam de doenças agudas quando ainda eram reprodutivamente ativas. Agora a medicina moderna tem controlado a maioria das doenças agudas, e a maioria de nós vive bem mais do que a idade em que é provável que nós tenhamos filhos. Os ciclos reprodutivos femininos cessam completamente no momento conhecido como menopausa. A fisiologia da menopausa tem sido bem estudada. Após cerca de 40 anos de ciclos menstruais, eles tornam-se irregulares (perimenopausa) e finalmente param. A cessação dos ciclos reprodutivos não é causada pela hipófise, mas pelos ovários, que não respondem mais às gonadotrofinas. Na ausência da retroalimentação negativa, os níveis de gonadotrofinas aumentam bastante em um esforço para estimular os ovários a amadurecer mais folículos. A ausência do estrogênio na mulher pós-menopáusica leva a sintomas com gravidade variável. Eles podem incluir fogachos [ $ p. 751], atrofia da genitália e das mamas e osteoporose causada pela perda de cálcio dos ossos [$ p. 777]. A terapia de reposição hormonal (HRT) para mulhers na menopausa tradicionalmente consiste em estrogênio ou uma combinação de estrogênio e progesterona. Este tratamento, entretanto, tem se tornado controverso devido a estudos que sugerem que seus riscos são maiores do que os benefícios. Uma nova terapia medicamentosa para a menoupausa usa moduladores seletivos de receptores de estrogênio (SERMS): eles ligam-se com diferentes afinidades aos dois subtipos de receptores de estrogênio, o que permite mimetizar os efeitos benéficos do estrogênio no osso enquanto impede os efeitos potencialmente prejudiciais nas mamas e no útero. No homem, a produção de testosterona diminui com a idade, e em cerca de metade dos homens com mais de 50 anos aparecem sintomas da andropausa, um termo escolhido para ser o equivalente da menopausa feminina. A existência da andropausa fisiológica no homem ainda é controversa, pois os sintomas físicos e psicológicos do envelhecimento do homem não estão ligados claramente ao declínio da testosterona. Muitos homens permanecem reprodutivamente ativos ao longo do envelhecimento, e não é incomum que homens com 50 ou 60 anos tenham filhos com mulheres mais jovens. Mulheres na pós-menopausa também permanecem sexualmente ativas ainda que não reprodutivamente ativas, e algumas relatam uma vida sexual mais satisfatória, uma vez que o medo de uma gravidez indesejada não existe mais.

Infertilidade No problema apresentado, você aprendeu como a causa da infertilidade é diagnosticada em um casal típico. Para aprender mais sobre infertilidade, veja a literatura da Sociedade Americana de Medicina Reprodutiva na página www.asrm.org. ou

no Medline Plus (www.nlm.nih.gov/medlinep/us) e procure os tópicos de saúde. Para testar seu conhecimento, compare suas respostas com as informações sintetizadas na tabela a seguir.

Fisiologia Humana

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QUESTÃO

FATOS

INTEGRAÇÃO E ANÁLISE

1

Dê o nome (em ordem) das estruturas genitais mascul inas que conduzem os espermatozoides dos testículos para o meio externo.

As estruturas genitais mascu linas incluem os testícu los, os órgãos glandu lares acessórios, uma série de duetos e a genitália externa.

Os espermatozoides que deixam os testículos passam pelo epidídimo, depois pelo dueto deferente e finalmente deixam o corpo via uretra.

2

Em quais causas da infertilidade mascu lina a técn ica de retirada de espermatozoides do epidídimo poderia ser necessária?

O epidídimo é o primeiro dueto no qua l o espermatozoide entra após deixar os testículos.

Se o problema de infertilidade é devido a um b loqueio ou defeito congênito no dueto deferente ou na uretra, a remoção dos espermatozoides do epidídimo poderia ser útil. Se o problema é causado por baixo número ou morfologia anormal dos espermatozoides, esta técnica provavelmente não seria útil.

3

Para quais causas de infertilidade fem inina o acompanhamento da temperatura é útil? E para quais causas ela não é útil?

A temperatura corporal basal aumenta levemente após a ovulação.

O acompanhamento da temperatura é útil para verificar se a mu lher está ovulando, mas não reve la problemas estruturais do trato genital femin ino.

4

Que anormalidades no colo do útero, nas tubas uterinas e no útero poderiam causar infertilidade?

O colo uterino, as tubas uterinas e o útero são estruturas ocas pelas quais os espermatozoides devem passar.

Qualquer bloqueio nestes órgãos como resultado de doenças ou de defeitos congên itos poderia impedir o movimento normal dos espermatozoides e causar infertilidade. Os problemas hormonais poderiam causar um desenvolvimento incompleto do endométrio, impedindo a implantação do embrião.

5

Sugira como a infertilidade devido a anticorpos no muco cervical contra os espermatozoides poderia ser tratada.

Anticorpos no muco cervical reagem com o material antigênico do sêmen ou dos espermatozoides, fazendo com que os espermatozoides se tor. , . nem 1move1s.

Se o material antigênico pode ser removido do sêmen, isto pode auxi liar o problema da imobilização dos espermatozoides. Uma amostra de sêmen poderia ser lavada para remover os componentes não espermáticos. Se os antígenos fizerem parte dos espermatozoides, este método não funcionará.

6

Qual intervenção - TRA ou inseminação intrauterina - poderia ser recomendada para Peggy e Larry? Por quê?

A TRA é usada quando a ovu lação é anormal. A inseminação intrauterina é usada quando a ovulação é norma l.

A insem inação intrauterina pode ser usada para resolver fatores cervicais, uma vez que esta técn ica desvia do colo do útero. Como Peggy pode ovu lar, a insem inação intrauterina seria recomendada para Peggy e Larry.

RESUMO DO CAPÍTULO Neste capítulo, você aprendeu como a espécie humana se autoperpetua pela reprodução. O sistema reprodutivo tem alguns dos mais complexos sistemas de controle do corpo, nos quais múltiplos hormônios interagem em um padrão continuamente em mudan ça. A homeostase no sistema reprodutivo do adulto não é estável, especialmente durante o ciclo menstrual feminino, quando os efeitos de retroalimentação do estrogênio mudam de uma retroalimentação negativa para uma

positiva e depois volta a ser negativa. Um exemplo de retroalimentação positiva ocorre com a secreção da ocitocina durante o trabalho de parto e o período expulsivo . Os testículos são um bom exemplo de compartimentalização, com o lúmen dos túbulos seminíferos, onde os espermatozoides se desenvolvem, isolados do resto do compartimento extracelular.

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Determinação do sexo 1. Os órgãos sexuais consistem em gônadas, genitália interna e genitália externa. (p. 829) 2. Os testículos produzem espermatozoides. Os ovários produzem ovócitos. As células embrionárias que irão produzir os gametas (ovócitos e espermatozoides) são denominadas células germinativas. (p. 829) 3. Os seres humanos possuem 46 cromossomos. (p. 829; Fig. 26-1) 4. O sexo genético de um indivíduo depende dos cromossomos sexuais: as mulheres são XX e os homens são XY. Na ausência de um cromossomo Y, um embrião irá se desenvolver como mulher. (p. 830; Fig. 26-2) 5. O gene SRY do cromossomo Yproduz a proteína SRY, um fator determinante do testículo que converte a gônada bipotencial em testículo. Na ausência da proteína SRY, a gônada torna-se um ovário. (p. 831) 6. As células de Sertoli testiculares secretam o hormônio antimülleriano (AMH), que causa a regressão dos duetos de Müller. As células de Leydig secretam testosterona, a qual converte os duetos de Wolff nas estruturas masculinas acessórias. A di-hidrotestosterona (DH1) promove o desenvolvimento da próstata e da genitália externa. (p. 831; Figs. 26-3, 26-4) 7. A ausência de testosterona e do AMH leva ao desenvolvimento das tubas uterinas (ovidutos), do útero e da vagina a partir do dueto de Müller. Nas mulheres, o dueto de Wolff regride. (p. 832; Figs. 26-3, 26-4)

Padrões básicos da reprodução 8. A gametogênese inicia com as divisões mitóticas das espermagônias e das ovogônias. O primeiro passo da meiose cria os espermatócitos primários e os ovócitos primários. A primeira divisão meiótica cria dois espermatócitos secundários idênticos nos homens ou um grande ovócito secundário (ovócito) e um pequeno primeiro corpúsculo polar nas mulheres. (p. 833; Fig. 26-5) 9. A segunda divisão meiótica nos homens produz espermátides haploides que amadurecem e formam os espermatozoides. Nas mulheres, a segunda divisão meiótica não ocorre, a não ser que o ovócito seja fertilizado. (p. 834; Fig. 26-5) 10. Em ambos os sexos, o hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH) controla a secreção do hormônio folículo-estimulante (FSH) e do hormônio luteinizante (LH) pela adeno-hipófise. O FSH e os hormônios esteroides sexuais regulam a gametogênese nas células gonadais produtoras de gametas. O LH estimula a produção de hormônios esteroides sexuais. (p. 836; Fig. 26-7) 11. Os hormônios esteroides sexuais incluem androgênios, estrogen1os e progesterona. A a.r omatase converte os androgênios em estrogênios. A inibina inibe a secreção do FSH e a ativina estimula a secreção do FSH. (p. 836; Fig. 26-6) 12. Os esteroides gonadais geralmente suprimem a secreção de GnRH, FSH e LH. Entretanto, se o estrogênio aumenta rapidamente acima do nível limiar por no mínimo 36 horas, a retroalimentação muda para positiva e estimula a liberação de gonadotrofinas. (p. 836) 13. Após a puberdade, a liberação tônica do GnRH ocorre em pequenos pulsos a cada 1 a 3 horas a partir de uma região hipotalârnica denominada gerador de pulso. (p. 838) A

•

16. Os testículos consistem em túbulos seminíferos e tecido intersticial contendo vasos sanguíneos e células de Leydig. Os túbulos seminíferos confluem para o epidídimo, que se torna dueto deferente. O dueto deferente desemboca na uretra. (p. 839; Fig. 26-9b) 17. Os túbulos seminíferos contêm espermatogônias, espermatócitos e células de Sertoli. As junções de oclusão entre as células de Sertoli formam a barreira hematotesticular. (p. 841; Fig. 26-9c, d) 18. As espermatogônias nos túbulos sofrem meiose, tornando-se espermatócitos primários, espermátides e finalmente espermatozoides em aproximadamente 64 dias. (p. 842; Fig. 26-9) 19. As células de Sertoli regulam o desenvolvimento dos espermatozoides. Elas também produzem inibina, ativina, fatores de crescimento, enzimas e proteína ligadora de androgênio. (p. 842; Fig. 26-11) 20. As células de Leydig produzem 95o/o da testosterona masculina. Os outros 5% são provenientes do córtex da suprarrenal. (p. 842) 21. O FSH estimula as células de Sertoli a produzirem a proteína ligadora de androgênio, inibina e moléculas parácrinas. As células de Leydig produzem testosterona sob estímulo do LH. (p. 842; Fig. 26-11) 22. A próstata, as vesículas seminais e as glândulas bulbouretrais secretam o componente líquido do sêmen. (p. 843) 23. As características sexuais primárias são os órgãos sexuais internos e a genitália externa. As características sexuais secundárias são as outras características corporais, como a forma do corpo. (p. 843)

Reprodução feminina 24. A genitália externa da mulher denominada vulva ou pudendo, inclui os lábios maiores e menores do pudenda e o clitóris. o óstio da uretra está entre o clitóris e a vagina. (p. 844; Fig. 2612a) 25. As camadas de tecido uterino são uma camada externa de tecido conectivo, o miométrio e o endométrio. (p. 844; Fig. 26-12f) 26. As tubas uterinas são revestidas por um epitélio ciliado. A maior parte de um ovário consiste nos folículos ovarianos. (p. 844; Fig. 26-12d) 27. Os ovócitos são produzidos mensalmente em ciclos menstruais. (p. 844; Fig. 26-13) 28. No ciclo ovariano, a fase folicular é o período de crescimento folicular. A ovulação é a liberação do ovócito do seu folículo . Na fase lútea, o folículo rompido torna-se o corpo lúteo. (p. 845; Fig. 26-13) 29. A menstruação dá início ao ciclo uterino. Esta é seguida pela fase proliferativa, com o espessamento do endométrio. Após a ovulação, o endométrio entra na fase secretora. (p. 845; Fig. 26-13) 30. As células foliculares da granulosa secretam estrogênio. No final da fase folicular, um pico de LH é necessário para a maturação do ovócito. (p. 845; Fig. 26-13) 31. O corpo lúteo secreta progesterona e pouco estrogênio, o qual exerce retroalimentação negativa no hipotálamo e na adenohipófise. (p. 851; Fig. 26-14c, d) 32. Os estrogênios e os androgênios controlam as características sexuais primárias e secundárias da mulher. (p. 851)

Reprodução masculina

Procriação

14. O corpo esponjoso e os corpos cavernosos constituem o tecido erétil do pênis. A glande do pênis é recoberta pelo prepúcio. A uretra passa através do pênis. (p. 838; Fig. 26-8) 15. Os testículos migram para dentro do escroto durante o desenvolvimento fetal. A falha na descida de um ou de ambos os testículos é conhecida como criptoquidismo. (p. 838)

33. O ato sexual humano é dividido em quatro fases: (1) excitação; (2) platô; (3) orgasmo e (4) resolução. (p. 852) 34. O reflexo da ereção dos homens é um reflexo espinal que pode ser influenciado pelos centros superiores do encéfalo. O estímulo do parassirnpático mediado pelo óxido nítrico dilata ativamente as arteríolas penianas. (p. 852; Fig. 26-15)

Fisiologia Humana

35. A emissão é o movimento dos espermatozoides do dueto deferente para a uretra. A ejaculação é a expulsão do sêmen para o meio externo. (p. 852) 36. Os métodos contraceptivos incluem abstinência (tabelinha), métodos de barreira, prevenção da implantação e tratamentos hormonais. (pp. 853-854) 3 7. A infertilidade pode se originar de problemas no homem, na mulher ou em ambos. A fertilização in vitro tem permitido que alguns casais inférteis tenham filhos. (p. 855)

Gestação e parto 38. O espermatozoide deve sofrer capacitação antes que possa fertilizar um ovócito. (p. 855) 39. A fertilização geralmente acontece na tuba uterina. O espermatozoide capacitado libera enzimas acrossômicas (reação acrossômica) para dissolver as junções celulares e a zona pelúcida do ovócito. O primeiro espermatozoide a alcançar o ovócito fertiliza-o. (p. 855; Figs. 26-16, 26-17) 40. A fusão das membranas do ovócito e do espermatozoide inicia uma reação cortical que impede a poliespermia. (p. 856) 41. O embrião em desenvolvimento é um blastocisto oco quando chega ao útero. Uma vez que o blastocisto se implanta, as membranas extraembrionárias se desenvolvem. (p. 856; Figs. 26-18, 26-19a) 42. As vilosidades coriônicas da placenta são rodeadas por poças de sangue materno onde os nutrientes, os gases e os resíduos são trocados entre a mãe e o embrião. (p. 857; Fig. 26-19b)

865

43. O corpo lúteo permanece ativo durante o início da gestação por causa da gonadotrofina coriônica humana (hCG) produzida pelo embrião em desenvolvimento. (p. 858) 44. A placenta secreta hCG, estrogênio, progesterona e lactogênio placentário humano. Este último hormônio tem um papel importante no metabolismo materno. (p. 858) 45. O estrogênio durante a gestação contribui para o desenvolvimento dos duetos lactíferos das mamas. A progesterona é essencial para a manutenção do endométrio e, junto com a relaxina, ajuda a suprimir as contrações uterinas. (p. 859) 46. O parto geralmente ocorre entre a 38ª e a 40ª semana da gestação. Ele começa com o trabalho de parto e finaliza com a expulsão do feto e da placenta. Uma alça de retroalimentação positiva da secreção da ocitocina causa contrações musculares uterinas. (p. 858; Figs. 26-20, 26-21) 47. Após o parto, as glândulas mamárias produzem leite sob influência da prolactina. O leite é liberado durante a amamentação pela ocitocina que faz com que as células mioepiteliais das glândulas mamárias se contraiam. (p. 860; Figs. 26-22, 26-23) 48. A prolactina tem um papel na função imunitária em ambos os sexos. (p. 861)

Crescimento e envelhecimento 49. Nas mulheres, a puberdade começa com a menarca, que é a primeira menstruação, entre 8 e 13 anos. A idade do início da puberdade dos homens varia entre 9 e 14 anos. (p. 862) 50. O fim dos ciclos reprodutivos nas mulheres é conhecido como menopausa. Alguns homens exibem sintomas de deficiência de testosterona. (p. 863)

QUESTOES DE REVISAO (Respostas no Apêndice A.)

NÍVEL 1 REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Relacione cada um dos seguintes itens com todos os termos aos quais se aplica: (a) X ou Y 1. outros cromossomos que (b) cromossomo X inativado não os cromossomos se(e) XX xuais (d) XY 2. ovócito fertilizado (e) XX ou XY 3. espermatozoide ou ovócito (f) autossomos 4. cromossomos sexuais 5. células germinativas 6. cromossomos do homem 7. cromossomos da mulher 8. corpúsculo de Barr 2. O cromossomo Y contém uma região para determinação do sexo masculino que é conhecida como gene . 3. Liste as funções das gônadas. Em que os produtos da função das gônadas diferem em homens e mulheres? 4. Trace as rotas anatômicas em direção ao meio externo seguida por um espermatozoide recém-formado e por um ovócito ovulado. Dê o nome de todas as estruturas pelas quais os gametas passam no seu trajeto. 5. Defina cada um dos seguintes termos e descreva seu significado para a fisiologia reprodutiva: (a) aromatase (d) primeiro corpúsculo polar (b) barreira hematotesticular (e) acrossomo (e) proteína ligadora de androgênio

6. Decida se cada uma das seguintes afirmativas é verdadeira ou falsa e justifique sua resposta. (a) Toda testosterona é produzida pelos testículos. (b) Cada hormônio sexual é produzido somente por membros de um sexo. (e) Uso de esteroides anabolizantes parece gerar dependência, e os sintomas de retirada incluem transtornos psicológicos. (d) Altos níveis de estrogênio na fase folicular tardia ajudam a preparar o útero para a menstruação. (e) A progesterona é o hormônio dominante na fase lútea do ciclo ovariano. 7. O que é o sêmen? Quais são os seus componentes principais e onde eles são produzidos? 8. Liste e dê um exemplo específico dos diversos métodos contraceptivos. Qual(is) é(são) o(os) mais eficaz(zes)? E os menos eficazes?

NÍVEL 2 REVISANDO CONCEITOS 9. Mapa conceituai: faça um mapa com os seguintes grupos de termos. Você pode adicionar outros se desejar. Lista 1 Lista 2 AMH Antro Células de Leydig Células da granulosa Células de Sertoli Células da teca DHT Corpo lúteo Endométrio Duetos de Müller Duetos de Wolff Folículo Espermátides Miométrio Ovócito Espermatócitos

26

866

10. 11. 12. 13.

14.

15. 16.

Dee Unglaub Silverthorn

Espermatogônia Espermatozoides Hormônio antimülleriano SRY Testosterona Faça um diagrama do controle hormonal da gametogênese masculina. Faça um diagrama do ciclo menstrual, distinguindo entre o ciclo ovariano e o ciclo uterino. Inclua todos os hormônios relevantes. Por que as características ligadas ao X aparecem mais frequentemente nos homens do que nas mulheres? Defina e relacione cada um dos seguintes termos em cada grupo: (a) gameta, zigoto, célula germinativa, embrião, feto (b) coito, ereção, ejaculação, orgasmo, emissão, zonas erógenas (e) capacitação, zona pelúcida, reação acrossômica, reação cortical, grânulos corticais (d) puberdade, menarca, menopausa, andropausa Compare as ações em homens e mulheres de cada um dos seguintes hormônios. (a) FSH (d) GnRH (g) estrogênio (b) inibina (e) LH (h) testosterona (e) ativina (f) DHT (i) progesterona Compare e contraste os eventos das quatro fases da relação sexual em homens e mulheres. Discuta o papel de cada um dos seguintes hormônios na gestação, no trabalho de parto, no parto, no desenvolvimento das glândulas mamárias e na lactação: (a) gonadotropina coriônica humana (e) progesterona (b) hormônio luteinizante (f) relaxina (e) lactogênio placentário humano (g) prolactina (d) estrogênio

(a) Esta pessoa geneticamente é homem ou mulher? (b) Esta pessoa terá ovários funcionais, testículos funcionais ou gônadas incompletamente desenvolvidas ou não funcionais? (e) Esta pessoa terá os duetos de Wolff e seus derivados? E os duetos de Müller e seus derivados? (d) Esta pessoa terá aparência externa de homem ou de mulher? 20. Os bebês de mães com diabete gestacional tendem a ser mais pesados ao nascimento. Eles também têm risco de desenvolver hipoglicemia imediatamente após o nascimento. Use o que você aprendeu sobre diabete e insulina para explicar estas duas observações. Dica: estes bebês têm resposta normal à insulina.

NÍVEL 4 PROBLEMAS QUANTITATIVOS 21. O gráfico seguinte mostra os resultados de um experimento no qual a testosterona é dada a homens normais por um período de meses (indicado pela barra que vai de A a E). Valores controle dos hormônios foram medidos antes do início do experimento. Entre os tempos B e C, também foi dado FSH aos homens. Entre os tempos D e E também foi dado LH. Com base na informação dada, responda às seguintes questões: (a) Por que os níveis de testosterona começam a aumentar no ponto A? (b) Por que os níveis de LH e FSH diminuem a partir do ponto A? (e) Preveja o que acontecerá com a produção de espermatozoides dos homens nos intervalos A-B, B-C e D-E.

LH

FSH

NÍVEL 3 SOLUCIONANDO PROBLEMAS 17. A síndrome de Down é um defeito cromossômico conhecido como "trissomia" (três cópias, ao invés de duas) do cromossomo 21. O cromossomo extra geralmente vem da mãe. Especule sobre as causas da trissomia utilizando o que você aprendeu sobre os eventos que envolvem a fertilização. 18. Algumas vezes, o folículo não se rompe na ovulação, embora pareça ter passado por todos os estágios do desenvolvimento. Esta condição resulta em cistos ovarianos benignos, e os folículos que não romperam podem ser palpados como saliências na superfície dos ovários. Se o cisto persiste, os sintomas desta condição frequentemente mimetizam uma gravidez, com falha de períodos menstruais e mamas doloridas. Explique como estes sintomas ocorrem usando diagramas quando necessário. 19. Um indivíduo XY herda uma mutação que resulta em receptores de androgênio completamente não funcionais.

1.000 500 Testosterona A

e

B

D

E

Meses

RESPOSTAS

tfRespostas para as questões de ''Revisando conceitos'' Página 830 1. Gônada feminina: ovário; gameta feminino: ovócito. Gônada masculina: testículo; gameta masculino: espermatozoide. Página 832 2. Receptores de androgênio estão no citoplasma ou no núcleo das células-alvo. O AMH possui receptores de membrana.

3. O pai doa os cromossomos que determinam o sexo do zigoto; portanto, as esposas não eram culpadas. 4. Um feto XO será uma mulher porque falta o cromossomo Y. 5. A falta de AMH dos testículos permite que os duetos de Müller se desenvolvam em útero e tubas uterinas. A genitália externa será feminina porque não há DHT para desenvolver a genitália masculina.

Fisiologia Humana

Página 835 6. Os gametas de um homem recém-nascido são espermatogônias e os de uma mulher recém-nascida são ovócitos primários. 7. O primeiro corpúsculo polar tem duas vezes mais DNA do que o segundo corpúsculo polar. 8. Cada ovócito primário forma um ovócito secundário; cada espermatócito primário forma quatro espermatozoides. Página 838 9. A aromatase converte a testosterona em estradiol. 10. FSH = hormônio folículo-estimulante, DHT = di-hidrotestosterona, SRY = região do cromossomo Y determinante do sexo, LH = hormônio luteinizante, GnRH = hormônio liberador de gonadotrofinas, AMH = hormônio antimülleriano. 11. O GnRH hipotalâmico e FSH e LH da adeno-hipófise controlam a reprodução. Página 843 12. As células de Sertoli secretam inibina, ativina, proteína ligadora de androgênio, enzimas e fatores de crescimento. As células de Leydig secretam testosterona. 13. A vantagem dos agonistas do GnRH é que diminuem o FSH e o LH, e os testículos param de produzir espermatozoides. A des-

867

vantagem é que os testículos também param de produzir testosterona, o que causa diminuição do desejo sexual. 14. O colesterol e os hormônios esteroides, como o cortisol, são exemplos de moléculas lipofílicas que se ligam a proteínas carreadoras. Página 844 15. Os esteroides anabolizantes exógenos (androgênios) interrompem a secreção de FSH e LH, o que, por sua vez, faz os testículos "encolherem" e pararem de produzir espermatozoides. Página 851 16. Ciclo ovariano: fase folicular, ovulação e fase lútea. A menstruação e a fase proliferativa do ciclo uterino correspondem à fase folicular e à ovulação; a fase secretória uterina corresponde à fase lútea. 17. A mulher que toma esteroides anabolizantes pode ter crescimento de pelos faciais e no corpo, engrossar a voz, aumentar a libido e apresentar ciclos menstruais irregulares. 18. Uma mulher que recebe um inibidor da aromatase tem produção diminuída de estrogênio. 19. A ovulação ocorre cerca de 14 dias antes do final do ciclo, o que seria nos dia (a)14, (b) 9, (c) 17.

26

os tas

ara as

uestões

CAPÍTULO 1

guns répteis e insetos); suporte físico (exoesqueleto nos insetos,

NÍVEL UM

esqueleto interno nos vertebrados).

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. A fisiologia é o estudo do funcionamento normal de um organismo vivo. A anatomia é o estudo da estrutura. 2. Ver Figura 1-1. 3. Ver Tabela 1-1. 4. A fisiologia integra as funções do corpo em todos os níveis de organização, e enfatiza a função coordenada dos sistemas do corpo. 5. A homeostase é a manutenção da estabilidade interna. Exemplos: temperatura do corpo e o equilíbrio hídrico. 6. Os quatro temas principais são homeostase e sistema de controle, relações entre estrutura e função, energia biológica e comunicação.

NÍVEL QUATRO 13. (a) (b)

(e) (d) 14. (a)

NÍVEL DOIS 7. 8.

REVISANDO CONCEITOS Os mapas são individuais. Para avaliar seu mapa compare-o com o de um colega ou peça um comentário do seu professor. (a) Tecidos são coleções de células que realizam funções relacionadas. Orgãos são coleções de tecidos que formam unidades estruturais e funcionais. (b) O eixo x é a variável independente, e o eixo y é a variável dependente. (e) A variável dependente muda quando a variável independente é manipulada. (d) A abordagem teleológica é relacionada ao "porque" de um sistema fisiológico. A abordagem mecanicista está relacionada com os mecanismos fisiológicos, com o "como"de um sistema fisiológico. (e) O meio interno do corpo humano é o líquido extracelular. O meio externo é o mundo fora do corpo. (f) Em um estudo cego, os sujeitos não conhecem o tratamento que estão recebendo. Em um estudo duplo-cego, nem o sujeito e nem o pesquisador conhecem qual o tratamento é o tratamento ativo. Em um estudo cruzado, cada sujeito serve como controle e como sujeito experimental. Cavidades nasal e oral, orelha externa, duetos lacrimais, duetos das glândulas sudoríferas, sebáceas e mamárias, lumens do esôfago, estômago, intestino grosso e delgado, duetos das glândulas salivares, pâncreas, fígado e vesícula biliar, trato dos órgãos urinários, dos órgãos reprodutivos e respiratórios. Coordenação: sistemas endócrino e nervoso. Proteção: sistemas tegumentar, digestório, circulatório e imunitário. Trocas com o meio externo: o sistema respiratório troca gases; o sistema digestório assimila nutrientes; os sistemas digestório e urinário eliminam produtos residuais. O sistema tegumentar perde água e solutos.

(b)

(e)

~

9.

10.

#

A

NIVEL TRES

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

11. (a) resposta mecanicista incorreta. (b) resposta teleológica correta. (e) resposta teleológica correta. (d) resposta mecanicista correta. 12. Outros problemas: exigência de um meio aquoso para a fertilização (fertilização interna nos mamíferos; muitos outros animais terrestres retornam para a água para procriar); um meio aquoso para o desenvolvimento embrionário (ovos nos pássaros, alguns répteis e insetos; desenvolvimento interno nos mamíferos, al-

15. (a) (b)

(e) 16. (a)

(b)

(e)

(d) (e)

PROBLEMAS QUANTITATIVOS A variável independente é o tempo. A variável dependente é o comprimento do corpo. Não havia nenhum controle. Um controle próprio teria sido um grupo semelhante de peixes tratados identicamente, exceto por serem alimentados por uma dieta com níveis normais de vitamina D. Deveria ser um gráfico de linha com o tempo em dias no eixo x e o comprimento do corpo no eixo y. O crescimento estava mais lento nos dias O a 3 e mais rápido nos dias 6 a 9 e 18 a 21. A variável independente era a concentração da solução. A variável dependente era a mudança de volume. As medidas de volume antes da saturação fornecem a linha base, mas não há controle. Um gráfico de dispersão com uma linha ajustada lhe permitiria estimar mudanças de volume em concentrações intermediárias de sal, como a 5%. gráfico de dispersão Existe alguma relação entre a circunferência dos músculos do seu braço e o desempenho aeróbio? Parece não haver relação entre a circunferência dos músculos do seu braço e o desempenho aeróbio. Esta questão não tem uma resposta "correta". Para ver as críticas deste estudo, Veja: New England foumal ofMedicine 347(2):132-33 e 137-39, 2002,July 11. Os indivíduos acreditam que a cirurgia teria ajudado (um efeito placebo) ou porque outras intervenções, como a terapia física, tenha ajudado. O estudo é diretamente aplicável para uma população limitada: homens veteranos, com menos de 76 anos, predominantemente brancos, com osteoartrite ou doença degenerativa das articulações. estudo cego. Os investigadores estavam tentando determinar se um efeito placebo poderia contribuir para a melhora pós-cirúrgica.

CAPÍTULO 2 NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS 1. carbono, hidrogênio e oxigênio

2. 3. 4. 5.

molécula (b) nêutron (e) - 1 (a) Próton prótons cálcio, carbono, oxigênio, sódio, nitrogênio, potássio, hidrogênio e fósforo 6. prótons e elétrons; nêutrons. 7. radiação; medicina nuclear.

8. 9. 10. 11.

pareado íon

(a) 2;

(b)

4;

(e)

l;

(d)

3.

não polar; polar. Compostos polares dissolvem-se mais rapida-

mente.

870

Apêndice A

12. O pH indica a concentração de H+. Uma solução ácida tem um pH menor que 7; uma solução básica ou alcalina tem um pH maior que 7. 13. Tampão. 14. Proteínas (colágeno, hemoglobina), carboidratos (glicose, sacarose), lipídeos (colesterol, fosfolipídeos) e ácidos nucleicos (ATP, DNA, RNA). 15. (a) 4; (b) 5; (c) 6; (d) 1; (e) 3. 16. Lipoproteínas; glicoproteínas. 17. (a) 1; (b) 5; (c) 4; (d) 2; (e) 3. (b) 1; (c) 5; (d) 2; (e) 4, 6. 18. (a) 3; 19. Um nudeotídeo é composto de um ou mais grupos fosfato, um açúcar de cinco carbonos e uma base. 20. ligante. 21. (a) 4; (b) 3; (c) 2. 22. Cofator. 23. Desnaturada.

37. 38.

39.

40.

(d) C3 H70 2N (alanina); peso molecular 89. (e) C5 H100 5; peso molecular 150. 0,9o/o = 0,9 g/100 mL. Dissolver 9 g NaCl em água para obter um litro de solução. (a) 6,02 x 1023 moléculas de NaCl. (b) 1.000 milimoles. (c) 1 equivalente. (d) Solução de 5,85%. 5% de glicose = 5 g/100 mL ou 10 g em 200 mL de solução. Molaridade: 5 g/100 mL = 50 g/L x 1 mol/180 g = 0,278 moles/L ou 278 milimoles/L (278 mM). 500 mL de 5% de glicose terão 25 g de glicose x 1 mol/180 g = 139 milimoles de glicose. A mioglobina possui uma afinidade maior por 0 2 porque em baixas concentrações de oxigênio mais mioglobina possui 0 2 ligado a ela.

CAPÍTULO 3 NfVEL UM

NfVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

24. Veja a Figura 2-1 para iniciar a Lista 1. 25. (a) 11 elétrons. (b) carga elétrica= zero. (c) 12 nêutrons. (d) um íon ou cátion. (e) + 1. (f) Na+. (g) um átomo de neón. (h) Ne. 26. [H+] = 10·3 M = pH 3; áddo. [H+] = 10-1º M = pH 10; básico. 27. O ATP possui energia utilizável em ligações de alta energia. O DNA armazena informação genética. ORNA traduz a informação genética do DNA em proteínas. O AMPe transfere os sinais nas células. 28. Estrutura primária- sequência de aminoácidos. Estrutura secundária-a-hélice ou ~-pregueada. Estrutura terciária- forma tridimensional (globular ou fibrosa). Estrutura quaternária - combinação de subunidades. 29. O DNA é uma molécula dupla-fita com adenina, guanina, citosina e timina ligadas em uma a-hélice. O RNA é uma molécula de fita única com uracila no lugar da timina e o açúcar ribose. 30. Purinas - dois anéis de carbono. Pirimidinas - um anel de carbono. 31. Proteínas com estruturas relacionadas com função similar, mas afinidade diferente. (b) 3; (c) 2, 1. 32. (a) 4, 5;

NfVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

33. Os nucleotídeos contêm todos os elementos listados. Carboidratos têm uma proporção C:H:O de 1:2:1. As gorduras possuem principalmente carbono e hidrogênio e pouco oxigênio. As proteínas não possuem fósforo e possuem menos nitrogênio em relação ao carbono. 34. Mais H+significa redução no pH. 35. Massa atômica-131; número atômico -54. Elemento - xenon.

NIVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

36. (a) C6 H 12 0 6 (glicose); peso molecular 180. (b) C02; peso molecular 44. (c) H20; peso molecular 18.

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Atuar como uma barreira entre a célula e o LEC; regular a troca de material entre a célula e o LEC; transferir informações entre a célula e outras células; fornece suporte estrutural. 2. modelo do mosaico fluido; fosfolipídeos; proteínas; carboidratos. 3. fosfolipídeos e proteínas. 4. Inclusões são partículas de material insolúvel, como glicogênio, proteínas fibrosas e ribossomos. Organelas, como as mitocôndrias e o complexo de Golgi, são separadas do citosol por membranas. 5. Estrutura tridimensional flexível e mutável de microfilamentos de actina, filamentos intermediários e microtúbulos. Funções: resistência mecânica; estabiliza a posição de organelas; transporta material; une as células; movimento. 6. (a) 2; (b) 3; (c) 1; (d) 4. 7. soluções serosas; secreções mucosas.

8. (a) 3;

(b)

5;

(c)

4;

(d)

1;

(e)

2.

9. condições muito ácidas. 10. endócrinas 11. tecido conectivo (como os tendões que prendem os músculos aos ossos); epiteléo (pele); tecido neural (como o cérebro) e tecido muscular (como os músculos cardíaco e esquelético). 12. Pele. (d) 3; (b) 1; (c) 4; 13. (a) 1; (e) 4; (f) 4; (g) 4; (h) 1; (i) 1. 14. glândulas sudoríferas - suor; glândulas apócrinas - secreções cerosas ou leitosas; glândulas sebáceas - uma mistura de lipídeos. 15. matriz mitocondrial - compartimento interno. Matriz tecidual - material não celular encontrado fora da célula.

NfVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

16. Mapa: Veja as Figuras 3-11, 3-12, 3-13 e 3-14. 17. Junções de adesão - permitem torção e estiramento do tecido. Junções de oclusão (eptélios)-impedem o movimento de materiais entre as células. Junções comunicantes (alguns músculos) - permitem a passagem de material diretamente do citoplasma de uma célula para a outra. 18. O retículo endoplasmático rugoso (RERugoso) é onde as proteínas são produzidas, de modo que as células pancreáticas teriam mais RER. 19. Vesículas - esferas membranosas. Exemplos: lisossomos, peroxissomos, vesículas secretórias. 20. Um epitélio estratificado possui muitas camadas de células; um epitélio simples tem uma única camada de células.

Apêndice A

21. Ver Figura 3-25. Junções de oclusão impedem o movimento de material entre as células; junções permeáveis permitem que algum material passe entre as células. 22. líquido intracelular; líquido intersticial; plasma. O líquido intersticial e o plasma são LEC. 23. As moléculas do colesterol preenchem espaços entre as caudas dos fosfolipídeos. 24. O osso é rígido devido à calcificação; a cartilagem é firme, mas elástica. Os ossos são a principal estrutura de suporte para o corpo; a cartilagem forma a orelha, o nariz, a laringe e a coluna vertebral, e ajuda a manter os ossos unidos nas articulações. 25. (a) o lúmen - interior oco de um órgão ou tubo. Parede - camada de células. (b) O citoplasma é todo o interior da célula, exceto o núcleo; o citosol é o líquido intracelular semigelatinoso. (c) A miosina é uma proteína motora filamentosa. A queratina é uma proteína fibrosa estrutural. 26. Apoptose - parte normal do desenvolvimento. 27. (a) junções celulares: 1 (junções comunicantes), 2 (proteínas das junções de oclusão), 4 (resistência dos desmossomos). (b) membrana celular: 1 (receptores), 2 (enzimas), 3 (barreira), 4 (fluidez), 5 (transportadores de membrana dependentes de ATP). (c) citoesqueleto: 2 (microtúbulos controlam o movimento), 4 (resistência), 5 (ATP necessário para a interação actina-miosina). (d) organelas: 2 (RNAm liga-se aos ribossomos), 3 (organelas com membrana), 5 (processos dependentes de ATP). (e) cílios: 2 (microtúbulos e dineína), 4 (flexibilidade), 5 (movimento dependente de ATP). 28. A matriz extracelular pode ser desmontada e remontada.

NÍVEL TRÊS SOLUCINANDO PROBLEMAS

8. 9. 10. 11. 12.

871

-ase coenzimas; vitaminas. reduzidas; oxidadas. desidratação; hidrólise. desaminação; transaminação. Eles são convertidos em ureia e áci-

do úrico. 13. catabólica; anabólica. Quilocalorias. 14. inibição por retroalimentação. 15. o transporte de H+ para dentro do comportamento interno armazena energia em um gradiente de concentração. Quando os íons se movem de volta através da membrana, a energia liberada é retida nas ligações de alta energia do ATP. 16. NADH e FADH2• 17. lipólise; [3-oxidação. A acetil CoA vai para o ciclo do ácido cítrico. 18. Os carboidratos e as proteínas possuem 4 quilocalorias por grama; as gorduras possuem 9. 19. retículo endoplasmático liso.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 20. Para o mapa 1, use a Figura 4-13 como um ponto de partida. Use as Figuras 4-26 e 4-27 para ajudar a criar o mapa 2. 21. Realiza trabalho, é transferida para outra molécula, ou pode ser liberada como calor. 22. 1. (b) 2. (a) 3. (b) 4. (a) 5. (c) 6. (c) ou (a) 23. Na forma inativa, elas não podem danificar a célula se forem liberadas acidentalmente. 24. A quebra aeróbia da glicose rende 30 a 32 ATP; a quebra anaeróbia rende 2 ATP. A quebra anaeróbia é mais rápida e não requer oxigênio, mas produz menos energia. 25. A conversão de glicogênio em glicose 6-fosfato via glicose usa um ATP, mas a conversão de glicogênio diretamente para glicose 6-fosfato não requer ATP. 26. A transcrição é a síntese de RNA a partir da fita-molde de DNA. A tradução é a conversão da informação codificada no RNAm em uma sequência de aminoácidos. 27. Os anticódons são parte do RNAt. Os aminoácidos ligam-se ao RNAt. 28. A energia na ligação de alta energia do ATP é energia potencial. 29. Se a reação requer ATP, a energia de ativação deve ser maior comparada a uma reação que não requer ATP.

29. Os cílios varrem o muco e as partículas para cima e para fora das vias aéreas. Quando falham, é mais provável que patógenos inalados cheguem aos pulmões resultando em infecções, inflamação e câncer. A tosse dos fumantes remove o muco que normalmente seria varrido pelos cílios. 30. Muitas células epiteliais são vulneráveis ao dano e precisam ser substituídas frequentemente. Células que sofrem mitoses frequentes são mais prováveis de desenvolver divisões celulares anormais. 31. As MMPs são enzimas que dissolvem a matriz extracelular, de modo que, bloqueando-as, inibe-se o crescimento e o reparo tecidual.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS

CAPÍTULO 4

30. Elas podem usar certos aminoácidos ou ácidos graxos. 31. RNAm,: GCGAUGUUCAGUCCAUGGCAUUGC. Anticódons: UAC (tirosina), AGU (serina), AGG (arginina), GUA (valina).

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. as três formas de trabalho são trabalho de transporte (movendo substâncias através das membranas), trabalho químico (produzindo proteínas) e trabalho mecânico (contração muscular). 2. energia potencial = energia armazenada; Energia cinética = energia do movimento. 3. A primeira lei diz que existe uma quantidade fixa de energia no universo. A segunda lei diz que, sem entrada de energia, um sistema aberto se tornará progressivamente menos organizado. 4. metabolismo. 5. reagentes; substratos; taxa de reação. 6. enzimas são proteínas que aceleram as reações químicas por diminuir sua energia de ativação. 7. 1. (d) 2. (a) 3. (f) 4. (c)

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 32. Exergônica. 33. 149 aminoácidos.

CAPÍTULO 5 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. As proteínas de membrana atuam como proteínas estruturais (ligando a célula à matriz); transportadores (canais de água); receptores (receptores para hormônios); e enzimas (enzimas digestórias no intestino).

872

Apêndice A

2. O transporte ativo requer o uso direto ou indireto de energia. O transporte passivo usa a energia armazenada em um gradiente de concentração. 3. A difusão simples e a facilitada e a osmose são exemplos de transporte passivo. A fagocitose, a exocitose e a endocitose são exemplos de transporte ativo. 4. Maior gradiente de concentração, distância menor, temperatura mais alta e tamanho molecular menor. (b) 1, 6 (c) 2, 3 (d) 2, 5 5. (a) 2, 4 6. Difusão simples, transporte mediado por proteínas ou transporte vesicular . 7. simporte; antiporte; uniporte. 8. direto e indireto. 9. penetrante; não penetrante. 10. (d), (a), (b) e (c).

11. A osmolaridade é a concentração de partículas osmoticamente ativas, expressa em osmoles ou miliosmoles por litro. 12. Hipotônica - influxo líquido de água na célula. Hipertônica - perda líquida de água. A tonicidade é determinada pelas concentrações relativas de solutos não penetrantes na célula versus solução. 13. (1) cargas iguais se repelem, cargas opostas se atraem; (2) todo íon positivo tem um íon negativo correspondente; (3) precisa ser energia usada para separar íons ou elétrons e prótons; e (4) condutores permitem aos íons moverem-se através deles enquanto isolantes mantêm os íons separados. (b) 1,4 (c) 6 (d) 5 (e) 8 14. (a) 7 (f) 3 (g) 2 15. equilíbrio potencial. 16. condutor; isolante.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 17. Use as Figuras 5-4, 5-7, 5-9, 5-21 e 5-23 para ajudar a criar seu mapa. 18. Ver Fig. 5-3. 19. A solubilidade lipídica, de modo que uma molécula pode passar através do núcleo lipídico da membrana. A difusão é mais lenta através de membranas mais espessas, e mais rápida quando há mais área de superfície. 20. A especificidade é a habilidade de uma enzima ou de um transportador de trabalhar em uma molécula ou classe de moléculas. Competição: substratos similares podem competir pelo sítio de ligação. Saturação: a taxa é máxima quando todos os sítios de ligação estão preenchidos. GLUT é específico para açúcares hexose. Se glicose e frutose estão presentes, elas competem pelos sítios de ligação do GLUT. Se houver açúcar suficiente, o transporte satura. (b) para dentro das células. 21. (a) Hipotônica; 22. Transporte ativo. 23. (a) Hiperosmótica (converter molaridade em osmolaridade). (b) Verdadeiro. A água se move de B para A. 24. Gradiente químico = gradiente de concentração. Gradiente elétrico = separação de cargas elétricas. Um gradiente eletroquímico leva em conta ambos, o gradiente de concentração e o gradiente elétrico.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 25. Lado apical: canais de vazamento de Na+ mas sem poros de água. Lado basolateral: Na+K+ ATPase e canais de vazamento de K+. Pode ter também canais de água. 26. A insulina pode aumentar o número ou a afinidade de proteínas GLUT ou pode atuar no metabolismo celular para manter baixa a concentração de glicose intracelular.

27. Em ambos, os ligantes ligam-se em um sítio de ligação específico. As enzimas alteram seus substratos. Os transportadores movem substratos através da membrana sem modificá-los. 28. Deve ser convertido de mM em mOsM. (a) Hiperosmótica e isotônica. (b) Hiposmótica e hipotônica. (c) Isosmótica e hipotônica. (d) Hiperosmótica e isotônica. (e) Hiperosmótica e hipotônica. 29. Os açúcares são adicionados às proteínas dentro da organela/vesícula, por isso estarão voltados para o LEC após serem inseridos na membrana.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 30. 296 mOsM. 31. (a) LIC = 29,5 L; volume do líquido intersticial= 9,8. (b) Soluto total = 12,432 osmoles; LEC = 3,7 osmoles; LIC = 8,732 osmoles; plasma= 0,799 osmoles. 32. 154 mOsM. (b) diminui; (c) aumenta; 33. (a) Aumenta; (d) diminui. 34. difusão simples (a). Não é transporte ativo, pois a concentração interna não excede a concentração externa.

CAPÍTULO 6 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Neurônios e corrente sanguínea. 2. Sistemas nervoso e endócrino. 3. Sinais químicos (disponível para todas as células) e sinais elétricos. 4. homeostase.

5. Exemplos: temperatura corporal, pressão sanguínea, frequência cardíaca e concentração de glicose no sangue. 6. Receptores recebem sinais. Alvos respondem a sinais. 7. primeiro mensageiro, receptor, efetores. 8. (a) adenilato ciclase, (b) guanilato ciclase e (c) fosfolipase e. 9. fosfatos, ATP. 10. Estímulo, receptor, via aferente, centro integrador, via eferente, efetor, resposta. 11. Receptores centrais são localizados dentro do sistema nervoso central; receptores periféricos são encontrados fora do SNC. 12. (a) 3; (b) 1; (c) 4; (d) 5 13. núcleo, citosol, membrana celular. 14. ritmo circadiano, encéfalo. 15. diminuída. 16. Ele pode regular para baixo o número de receptores ou diminuir a afinidade do receptor para o substrato. 17. em direção oposta.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 18. (a) Junções comunicantes conectam duas células usando proteínas canal chamadas de conéxons, constituída de subunidades conexinas. (b) Estas são todas as substâncias químicas secretadas no espaço extracelular. Parácrinas atuam nas células próximas; autócrinas atuam na célula que a secretou. Citocinas são peptídeos autócrinos e sinais parácrinos ou hormônios. Neurócrinos são substâncias químicas secretadas pelos neurônios. (c) Agonistas possuem a mesma ação que outra molécula. Antagonistas são moléculas cuja ação é oposta a de outra molécula.

Apêndice A

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

(d) Transdução - uma molécula sinalizadora transmite informação do LEC para o citoplasma. Cascata - uma série de etapas. Amplificação - uma molécula sinalizadora resulta em um sinal maior. Canais controlados por ligante (canal de K+controlado por ATP); receptores de integrinas (receptores de plaquetas); receptores enzimáticos (receptores tirosina quinase); receptores acoplados a proteína G (recetores associados a adenilato ciclase AMPc). O pai da fisiologia norteamericana. (1) O sistema nervoso mantém as funções do corpo dentro de limites normais. (2) Algumas funções têm controle tônico ao invés de controle ligado-desligado. (3) Alguns sinais atuam em oposição um ao outro. (4) A resposta de uma célula depende do receptor que a célula tem para o sinal. Estímulo: uma mudança que inicia uma resposta (tocar um fogão quente). Receptor (sensor): célula que percebe o estímulo (receptor de temperatura). Via aferente: via do estímulo até o centro integrador (nervo sensorial). Centro integrador: célula ou células que recebem a informação, decide se e como deve agir, e manda um sinal que inicia a resposta (cérebro). Via eferente: sinal que vai do centro integrador para o alvo (nervo ou hormônio). Efetor: célula ou tecido-alvo que executa a resposta (músculo). Resposta: o que a célula-alvo faz para reagir a um estímulo (tirar a mão para longe de um fogão quente). Retroalimentação negativa - sinal de retroalimentação faz a alça da resposta cessar, ajuda a manter a homeostase. A retroalimentação positiva mantém a alça da resposta em andamento, torna a mudança cada vez maior. A resposta antecipatória começa antes que o estímulo ocorra; minimiza a mudança. O controle neural é mais rápido do que o endócrino. O controle endócrino pode afetar tecidos separados amplamente com um único sinal. O controle neural é melhor para respostas de curta duração; o controle endócrino é melhor para respostas de longa duração. (a) negativa (b) positiva (c) negativa (d) negativa (a) Tecidos que respondem ao glucagon. (b) Mamas. (c) Bexiga urinária. (d) Glândulas sudoríferas. (a) Células endócrinas do pâncreas que secretam glucagon. (b) Informação insuficiente dada na questão. O hormônio ocitocina controla a liberação de leite (ejeção) e o hormônio prolactina controla a secreção. (c) sistema nervoso. (d) sistema nervoso.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 27. (a) estímulo = redução da temperatura do corpo; receptor = receptor de temperatura; via aferente = neurônio sensorial; centro integrador = SNC; via eferente = neurônios eferentes; efetores = músculos usados para puxar um cobertor; resposta = o cobertor conserva o calor. (b) estímulo = cheiro de pão; receptor = receptores de odor no nariz; via aferente = neurônio sensorial; centro integrador

873

= SNC; via eferente= músculo esquelético; resposta= caminhar até a padaria, comprar e comer o pão. 28. (a) Antagonista; (b) O neurotransmissor atua em células vizinhas (ação parácrina). Neuro-hormônios atuam em alvos distantes. (c) A adrenalina é secretada em maior quantidade porque será diluída pelo volume sanguíneo antes de chegar ao seu alvo.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 29. (a) amplificação e uma cascata. (b) (1.000 x 4.000) ou 4.000.000 GMP.

CAPÍTULO 7 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. endocrinologia.

2. Os hormônios alteram a taxa de reações enzimáticas, controlam o transporte de moléculas para dentro e para fora das células, ou mudam a expressão gênica e a síntese de proteínas em suas células-alvo. 3. Ver Figura 7-2. 4. (a) 4; (b) 5; (c) 1; (d) 2; (e) 3. 5. (d) - (b) - (c) - (a) 6. sangue; alvo distante; muito baixa. 7. Tempo necessário para que metade da dose do hormônio desapareça do sangue. 8. rins e fígado; na urina e na bile. 9. fatores. 10. Hormônios peptídeos - três ou mais aminoácidos; exemplo: insulina. Hormônios esteroides - derivados do colesterol; exemplo: estrôgenio. Derivados de aminoácidos são sintetizados a partir de um único aminoácido; exemplo: hormônio da tireoide. 11. (a) peptídeo (b) peptídeo (c) esteroide (d) peptídeo (e) peptídeo (f) esteroide (g) peptídeo (h) todas as classes (i) esteroide (j) esteroide 12. Hormônios esteroides geralmente iniciam nova síntese de proteínas, o que toma tempo; peptídeos modificam proteínas existentes. 13. fator de transcrição; genes; proteínas. 14. membrana celular. 15. triptofano; tirosina. 16. trófico. 17. retroalimentação negativa. 18. São sintetizados e secretados por neurônios. 19. Ocitocina e vasopressina, ambos neuro-hormônios peptídeos. 20. O sistema porta é composto de capilares hipotalâmicos que captam os hormônios e os liberam diretamente nos capilares da adeno-hipófise. A conexão direta permite que uma quantidade muito pequena de hormônios hipotalâmicos controle células endócrinas da adeno-hipófise. 21. Veja a Fig. 7-13. 22. Alça longa - uma glândula endócrina periférica "desliga" a adeno-hipófise e o hipotálamo. Na alça curta - a adeno-hipófise "desliga" o hipotálamo. 23. Sinergismo; permissividade; hormônio se opõe à ação de outro, ele é antagonista.

874

Apêndice A

,

NIVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

24. (a) Parácrinos - local; citocinas - local ou longa distância; hormônios - longa distância. Citocinas - peptídeos; hormônios - peptídeos, esteroides ou aminas. Citocinas - sintetizadas de acordo com a necessidade. Peptídeos- sintetizados com antecedência e armazenados. (b) A disfunção primária surge na última glândula da via. A disfução secundária surge na glândula que secreta o hormônio trófico. (c) Hipersecreção - excesso do hormônio; hipossecreção - falta do hormônio. (d) Ambos secretam hormônios peptídeos. Glândula adeno-hipófise - glândula endócrina verdadeira; neuro-hipófise - tecido neural. 25. Ver tabela 7-1. 26. Use a Figura 7-3 para ajudá-lo com o mapa da Lista 1 e use as Figuras 7-12 e 7-13 para a Lista 2. _,

A _

NIVEL TRES

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

27. Os significados das palavras dadas não mudaram de forma significativa. Enzimas, receptores hormonais e proteínas de transporte são todas proteínas que se ligam a ligantes. 28. No paciente A, a hipersecreção de cortisol é um resultado da hipersecreção de ACTH. Quando a dexametasona suprime a secreção de ACTH, a glândula suprarrenal não está sendo mais estimulada e a secreção do cortisol diminui. O paciente B possui um hipercortisolismo primário, com o problema surgindo na glândula suprarrenal. Sua alça de retroalimentação negativa normal não opera, e a glândula suprarrenal continua supersecretando cortisol até a secreção de ACTH ter sido suprimida pela dexametasona. 29. (a) Ver Figura 26-11. (b) O LH e a testosterona são necessários para a formação do gameta. A testosterona não suprime diretamente a formação do gameta mas tem um efeito de retroalimentação negativa e interrompe a secreção de LH. Como o LH é necessário para a produção dos gametas, sua ausência suprimiria a síntese de gametas. ,

NIVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

30. A meia-vida é de 3 horas. 31. (a) Grupo A (b) Grupo B (c) Grupo A 32. O eixo x é a concentração de glicose no plasma. O eixo y é a secreção de insulina. Quando X aumenta, Y aumenta.

CAPÍTULO 8 ,

NIVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. O neurônio aferente conduz mensagens dos receptores sensoriais para o SNC. Seus corpos celulares estão localizados próximo do SNC. Os interneurônios são totalmente contidos no SNC e muitas vezes são bastante ramificados. Neurônios eferentes conduzem sinais do SNC para os efetores. Eles possuem dendritos curtos ramificados e axônios longos. 2. músculos esqueléticos; autonômicos.

3. simpáticos ou parassimpáticos. 4. (a) 3;

(b)

1;

(c)

2;

(d)

5;

(e)

4.

5. Neurônios e células gliais. 6. Ver Figuras 8-2 e 8-4. 7. (c) A resposta (b) é parcialmente correta porque nem todo transporte axonal usa microtúbulos e nem toda substância transportada será secretada.

8. (a) 1, 4

(b)

2, 3, 5, 6

(d) 2 (e) 5,6 (b) 1 (c) 4,6 9. (a) 3 (f) 5 10. Canais de Na+ (controlados por voltagem no axônio e controlados por ligante ou controlados mecanicamente nos dendritos); (2) canais de K+ controlados po voltagem ao longo do axônio, (3) canais de Ca+ controlados por voltagem no terminal axônico; canais de c1- controlados por ligante. 11. e - b - d - a - c

12. (b) e (d) 13. K +, Na+, Na+. 14. Na+ 15. K 16. Na+ 17. K 18. membranas de isolamento ao redor do neurônio que evita o vazamento. 19. diâmetro do axônio e a presença ou ausência de mielina. 20. degradação enzimática, reabsorção e difusão. 21. Ver Figuras 8-9, 8-10 e 8-12.

NÍVEL DOIS 22. 23. 24. 25.

REVISANDO CONCEITOS

Ver Figuras 8-1 e 8-5. (d). Ver Tabela 8-4. f - c - g - e - b - k - c - a - h - i - d.

26. (a) despolariza (b) hiperpolariza (c) repolariza (d) despolariza. Ver Figura 5-34. 27. (a) despolariza (b) hiperpolariza (c) c1- hiperpolariza (d) despolariza. 28. (a) O sinal limiar dispara potenciais de ação. Sinais supralimiares também disparam potenciais de ação, mas sinais sublimiares não, a menos que sejam somados. Potenciais de ação são eventos tudo-ou-nada. Ultrapassagem-porção do potencial de ação acima de O m V. Undershoot - porção do potencial de ação após a hiperpolarização (ver Figura 8-8, 8-9, 8-12). (b) Os potenciais graduados podem ser despolarizantes ou hiperpolarizantes. O potencial graduado em uma célula pós-sináptica é um potencial excitatório pós-sináptico (PEPS) se for despolarizante e um PIPS se for hiperpolarizante. (c) Nenhum estímulo pode disparar outro potencial de ação durante o período refratário absoluto, mas um estímulo supralimiar pode disparar o potencial de ação durante o período refratário relativo. (d) Veja a resposta para a questão 1. (e) Os neurônios sensoriais são aferentes; todos os outros são eferentes. (f) Potenciais sinápticos rápidos resultam da modificação da abertura de canais iônicos por neurotransmissores, ocorrem rapidamente e duram pouco. Potenciais sinápticos lentos são mediados por segundos mensageiros, podem envolver modificações nas proteínas e duram mais. (g) A somação temporal ocorre quando múltiplos estímulos chegam ao mesmo tempo na zona de disparo. A somação espacial ocorre quando múltiplos estímulos provenientes de diferentes locais chegam simultaneamente à zona de disparo.

Apêndice A

(h) Divergência - um único neurônio se ramifica e seus colaterais fazem sinapse em múltiplos alvos. Convergência muitos neurônios pré-sinápticos se conectam a um número menor de neurônios pós-sinápticos. 29. A intensidade é codificada pela frequência dos potenciais de ação; a duração é codificada pela duração de uma série de potenciais de ação repetidos. 30. b

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 31. Todas as sinapses necessárias ainda não foram realizadas entre 32.

33. 34. 35.

neurônios ou entre neurônios e efetores. Os portões de inativação também respondem à despolarização, mas eles se fecham mais lentamente do que a ativação abre os portões, permitindo assim o fluxo de íons por um curto período. (b), (d) e (h). (a) térmico (b) químico (c) químico (d) químico (e) químico (f) mecânico Axônios não mielinizados têm muitos canais iônicos, então mais íons cruzam durante um potencial de ação e devem voltar aos seus compartimentos originais pela Na+-K+-ATPase, usando energia do ATP.

12.

13.

14. 15.

16.

17. 18.

19.

875

no encéfalo e na medula espinal. A substância branca possui, na sua maioria, neurônios mielinizados; os tratos transportam informações para cima e para baixo na medula espinal. , (a) Areas sensoriais - percepção. (b) O córtex motor - movi, mentos. (c) Areas de associação - integram informações e controlam o comportamento voluntário. Distribuição assimétrica de funções entre os dois lados do cérebro. Cérebro esquerdo - linguagem e funções verbais. Cérebro direito - habilidades espaciais. Ver Tabela 9-1. Sono REM, movimento rápido dos olhos- quando a maioria dos sonhos acontecem. Rápido, com baixa amplitude das ondas EEG, paralisia flácida e depressão das funções homeostáticas. Sono de ondas lentas (sono profundo) - ondas do EEG de baixa frequência e alta amplitude, e movimentos inconscientes do corpo. Homeostase da temperatura e osmolaridade do corpo, funções reprodutivas, fome e saciedade, e função cardiovascular. A entrada emocional para o hipotálamo vem do sistema límbico. amígdala. Associativo e não associativo. Habituação - uma pessoa responde cada vez menos a um estímulo repetido; sensibilização - uma resposta aumentada a um estímulo perigoso ou desagradável. área de Broca e área de Wernicke.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 36. (a) Um aumento na permeabilidade do sódio irá tornar alfa

(b)

37. (a)

(b)

(c)

maior. Isso aumentará o numerador e tornará o potencial de membrana mais positivo. O potencial de membrana é -78,5 mV. (12 x 2 mV = +24) + (3 x -3 mV = -9) =sinal resultante de +15. vm = -70 + 15 = -55. o limiar é -50, assim não há potencial de ação. (Vm deve ser igual ou mais positivo que o limiar.) Sinal = + 13. Vm = -57. O potencial de ação será disparado. Sinal = + 19. Vm = -51. Não há potencial de ação.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 20. Inclui informações contidas na Tabela 9-1 e nas Figuras, 9-4, 9-5 e 9-7. 21. Secretado dentro dos ventrículos e flui para o espaço subarac-

22. 23. 24.

CAPÍTULO 9 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS plasticidade. cognitiva; afetiva. cérebro. crânio; coluna vertebral. A partir dos ossos, as meninges são dura-máter, aracnoide-máter, e pia-máter. 6. sua flutuabilidade reduz o peso do encéfalo; amortecedor entre o encéfalo e o osso; proteção química por criar um LEC estritamente regulado para as células do encéfalo. 7. (a) HC03 - é mais baixo no LCE (b) Ca2+ é mais baixo no LCE (c) A glicose é mais baixa no LCE (d) H+ é mais alto no LCE (e) Na+ é a mesma no LCE e no plasma (f) K+ é mais baixo no LCE 8. glicose; hipoglicemia; oxigênio; 15%.

25.

9. (a) 5; (b) 7; (c) 9; (d) 3; (e) 1; (f) 2; (g) 6; (h) 8; (i) 4. 10. Capilares que são menos permeáveis devido às junções de oclusão entre as células endoteliais. Função - regular as substâncias que passam para o tecido encefálico. 11. A substância cinzenta possui corpos celulares dos neurônios, dendritos e terminais axônicos. Formam núcleos ou camadas

26.

1. 2. 3. 4. 5.

nóideo ao redor do encéfalo e da medula espinal antes de ser reabsorvido pela aracnoide-máter. O sistema sensorial, o sistema comportamental e o sistema cognitivo. , Area de Wernicke - compreensão da linguagem; , Area de Broca - produz a linguagem. (a) Sistema modulador difuso - influencia a atenção, a motivação, a vigília, a memória, o controle motor, o humor e o metabolismo. Formação reticular - vigília e sono, o tono muscular, a respiração, a pressão sanguínea e a dor. Sistema reticular ativador - ajuda a manter a consciência. Sistema límbico - liga funções cognitivas superiores com emoções mais primitivas, como o medo. (b) A memória é dividida em memória de curta duração, que desaparece a menos que se consolide, e memória de longa duração, que é armazenada para recordação. A memória de longa duração inclui a memória reflexiva, ou inconsciente, e a memória declarativa, ou consciente. (c) Núcleos são aglomerados de corpos de neurônios no SNC; gânglios - são aglomerados de corpos de neurônios fora do SNC. (d) Tratos são feixes de axônios dentro do SNC; nervos são feixes de axônios fora do SNC. Cornos são extensões de substância cinzenta da medula espinal que conectam aos nervos periféricos. Fibras nervosas são feixes de axônios. Raízes são ramificações de nervos periféricos que entram ou saem da medula espinal. Córtex sensorial somático primário - lobo parietal. O córtex visual processa informação proveniente dos olhos. O córtex auditivo processa informação proveniente das orelhas. O córtex olfatório processa informação proveniente do nariz. Os córtices motores no lobo frontal controlam os movimentos do músculo esquelético. As áreas de associação integram a informação sensorial em percepção. (a) Ondas de frequência mais baixa terão picos mais afastados.

876

Apêndice A

(b) Ondas de maior amplitude terão picos mais altos.

(c) Ondas de frequência mais alta terão picos mais próximos. 27. A motivação aumenta o alerta, comportamento orientado para um determinado objetivo e coordena comportamentos diferentes para atingir as metas. 28. Formação de novas sinapses e modificação na eficácia da transmissão sináptica.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 29. Afasia de expressão - pode entender as pessoas, mas é incapaz de se comunicar de qualquer maneira que faça sentido. Os centros da fala estão no cérebro esquerdo. Se os centros de música estão no cérebro direito, então talvez a informação da área de Wernicke possa ser integrada pelo cérebro direito de modo que o senhor Anderson possa musicalmente organizar as palavras de forma que façam sentido. 30. O aprendizado provavelmente ocorreu, mas não precisa ser traduzido em respostas comportamentais. Os participantes que não afivelaram seus cintos de seguraça aprenderam que o uso dos cintos de segurança era importante, mas não consideraram este conhecimento importante o suficiente para agirem. 31. Cães com privação do sono estão produzindo uma substância que induz ao sono. Controles: colocar o LCE de cães normais em cães privados do sono, o LCE de cães normais em cães normais, e o LCE de cães privados do sono em outros cães privados do sono. 32. (a) Não, outra informação que poderia ser levada em consideração inclui genética, idade e saúde geral. (b) A aplicação deste estudo seria limitada a mulheres de idade, saúde e conhecimento semelhantes. Outros fatores que você incluiria são etnia dos participantes, fatores como os listados em (a) e localização geográfica.

CAPÍTULO 10 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Conduz informações do receptor sensorial para o SNC.

2. Habilidade de localizar nosso corpo no espaço e perceber a localização relativa das diferentes partes do corpo. 3. Um sensor e um neurônio sensorial. Pode ser uma célula ou duas. 4. Mecanorreceptores - pressão, som, estiramento, etc. Quimiorreceptores - substâncias químicas específicas. Fotorreceptores fótons de luz. Termorreceptores - calor e frio. 5. campo sensorial. 6. (a) 3; (b) 2; (c) 1, 2; (d) 2, 3; (e) 4. 7. Transdução; estímulo adequado; limiar.

8. Potenciais receptores são potenciais graduados. 9. Estímulo adequado - forma de energia à qual o receptor é mais sensível. 10. Córtex. Exceções - olfato e audição. 11. Neurônios sensoriais circundando um campo sensorial são inibidos, aumentando o contraste entre a área do estímulo e a área circundadante. 12. O receptor tônico, como o do calor, adapta-se lentamente e responde ao estímulo que necessita ser constantemente monitorado. O receptor fásico adapta-se rapidamente e para de responder a não ser que o estímulo mude. Um exemplo é o olfato. 13. dor referida. 14. Doce (alimentos nutritivos), salgado(Na+), amargo (pode conter toxinas), azedo (H+) e umami (nutritivo).

15. ondas sonoras por segundo - hertz (Hz). A intensidade do som é uma função da amplitude de onda e é medida em decibéis (dB). A faixa audível: de 20 a 20.000 Hz. Audição mais acurada: de 1.000 a 3.000 Hz.

16. A membrana basilar. A codificação espacial - associação de diferentes frequências de onda com diferentes áreas da membrana. 17. Resposta correta: a. 18. Sinais da cóclea para o bulbo, com colaterais para a formação reticular e o cerebelo. Faz sinapse no mesencéfalo e no tálamo, antes de projetar-se para o córtex auditivo no cérebro. 19. Os canais semicirculares percebem a rotação, e os órgãos otolíticos responde a forças lineares. 20. b, a, d, c, e 21. vermelho, azul e verde; cones; cegueira para cores. 22. Bastonetes e cones (fotorreceptores), células bipolares, células ganglionares, células horizontais e células amácrinas. Os fotorreceptores transduzem a energia luminosa. As demais células realizam o processamento dos sinais.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 23. (a) Sentidos especiais possuem receptores localizados na cabeça. Sentidos somáticos possuem receptores localizados em todo o corpo. (b) Ver Tabela 10-4. (c) Dor aguda- fibras pequenas mielinizadas Aõ. A dor lenta fibras c pequenas sem mielina. (d) Na perda da condutividade auditiva, o som não pode ser transmitido através da orelha externa ou média. Na perda da audição sensorioneural, a lesão é na orleha interna. Na perda auditiva central, as vias auditivas são danificadas. (e) A convergência mínima de neurônios retinianos na fóvea resulta em visão mais acurada. A convergência mínima dos neurônios sensoriais somáticos primários gera campos receptivos menores e a discriminação entre dois pontos é melhor. As regiões com mais convergência têm visão menos acurada ou menor discriminação entre dois pontos. 24. Sete áreas distintas: 1, 2, 3, 1 + 2, 1 + 3, 2 + 3 e 1 + 2 +3. 25. As vias ascendentes da dor vão para o sistema límbico (sofrimento emocional) e para o hipotálamo (náusea e vômito). 26. Receptores olfatórios - bulbo olfatório - neurônios sensoriais secundários - neurônios de ordem superior - córtex olfatório, com vias paralelas para a amígdala e o hipocampo. G01f - proteína G dos receptores olfatórios. 27. Amargo, doce e umami: receptores de membrana nos botões gustatórios, com diferentes receptores associados à proteína G e vias de transdução de sinal para cada ligante. Sabores salgado e azedo: os íons (Na+ e H+) entram nos receptores através de . . ,.. . canais ion1cos. 28. a, g, j, h, c, e, i, b, f, d 29. Ver Figuras 10-25, 10-26 e 10-27. 30. A lente muda a forma devido à contração/relaxamento dos músculos ciliares. A perda deste reflexo é chamada de presbiopia. 31. A presbiopia é a perda da acomodação pelo endurecimento da lente devido à idade. A miopia ocorre devido à distância maior que a normal entre a lente e a retina; a hiperopia ou hipermetropia ocorre devido à distância menor que a normal. A cegueira para cores é causada por um defeito nos cones. 32. Intensidade - frequência de potenciais de ação. Duração - de um trem de potenciais de ação. 33. Ver Tabela 10-1 e a seção para cada sentido especial. 34. Inicie com a Figura 10-30 e os componentes básicos da visão. Acrescene detalhes e os termos relacionados do texto.

Apêndice A

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 35. Está testando o tato-pressão, mediado por terminações nervosas livres e receptorers de Merkel. Sentir apenas uma agulha significa que ambas estão dentro do mesmo campo receptivo. 36. Caminhar em uma linha reta, ficar apoiado em uma perna com os olhos fechados, recitar o alfabeto de trás pra frente. 3 7. Primeiro teste a audição. Se as crianças não podem ouvir bem, elas não podem imitar a fala. 38. A ausência do reflexo consensual estimulando-se o olho esquerdo sugere dano na retina esquerda e/ou ao nervo óptico esquerdo. 39. Dilatação: um agonista simpático (a) ou algo que bloqueie os receptores muscarínicos (b). Constrição: um agonista colinérgico (c), um agonista nicotínico (e) ou um anticolinesterásico (d), o qual impede a degradação da ACh. 40. Os músculos esfíncteres da pupila (circulares) formam um anel na parte interna da íris, circundando a pupila. Quando esses músculos contraem, a pupila torna-se menor. Os músculos dilatadores da pupila (radiais) se estendem da borda externa da íris até os músculos circulares. Quando os músculos radiais se contraem, eles puxam os músculos circulares relaxados e expandem o diâmetro da pupila (dilatação). 41. A perda dos bastonetes explica a perda da visão noturna.

13. 14.

15. 16.

877

junção neuromuscular - terminais axonais do neurônio motor somático. (b) Receptores a e ~ adrenérgicos; receptores colinérgicos nicotínico e muscarínico. Nicotínicos - no músculo esquelético e neurônios autonômicos pós-ganglionares. Receptores adrenérgicos e receptores muscarínicos - alvos autonômicos. Use as Figuras 11-10 e 11-11 para criar seu mapa. (a) Gânglios autonômicos - corpo de neurônios autonômicos pós-ganglionares. Núcleos do SNC - corpos de células nervosas no encéfalo e na medula espinal. (b) Ambas possuem tecido endócrino verdadeiro e tecido neuroendócrino. (c) Botões axônicos - extremidades dos axônios; varicosidades - enfileiradas ao longo das extremidades dos neurônios autonômicos. (a) 1, 2; (b) 3; (c) 4; (d) 3. (d), (e)

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS

17. O gradiente eletroquímico para o Na+ é maior do que para o K+. 18. (a) Endocitose. (b) Autonômico parassimpático. (c) Acetilcolina. 19. Os músculos esqueléticos se tornariam paralisados. O macaco não poderia fugir.

42. (a)0,02m (b) l/0,02m = 1/0,3048 + l!Q.Q = 21,4 mm, de modo que a lente deve se tornar arredondada para diminuir F.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS

CAPÍTULO 11

20. Aumentou de 1991 a 1997, então começou a declinar. Pouca mudança de 2003 a 2005. (b) Mais provável- mulheres brancas. Menos provável - mulheres negras.

NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Divisão motora somática- músculos esqueléticos. Divisão autonômica - músculo liso, músculo cardíaco, glândulas e parte do tecido adiposo. 2. Sistema nervoso visceral, pois controla os órgãos internos (vísceras) e funções como frequência cardíaca e digestão. 3. As divisões simpática e parassimpática. Os neurônios simpáticos saem da medula espinal nas regiões torácica e lombar e têm gânglios próximos da medula espinal. Os neurônios parassimpáticos saem do tronco encefálico ou na região sacral da medula espinal e possuem gânglios em seus alvos ou próximo a eles. Simpático - reação de luta ou fuga; Parassimpático - repouso e funções digestórias. 4. A medula suprarrenal. 5. Os neurônios que secretam acetilcolina são descritos como colinérgicos; os neurônios que secretam noradrenalina são chamados de adrenérgicos ou noradrenérgicos. 6. Difusão para longe da sinapse, degradação por enzimas presentes na sinapse, recaptação para o neurônio pré-sináptico ou ligação com um receptor de membrana. 7. monoaminoxidase, MAO. 8. excitatórias, um único neurônio e fazem sinapse com o músculo esquelético. 9. enzima que degrada ACh. 10. receptor colinérgico nicotínico.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 11. A divergência permite que um único sinal tenha efeito em múltiplos alvos. 12. (a) Junção neuroefetora- extremidades distais dos axônios autonômicos em qualquer lugar que existam varicosidades;

CAPÍTULO 12 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. liso, cardíaco e esquelético. O músculo esquelético está ligado aos ossos. 2. Músculo cardíaco e músculo esquelético. 3. Músculo esquelético. 4. (a) Falso. (b) Verdadeiro (c) Verdadeiro (d) Verdadeiro 5. tecido conectivo, sarcolema, miofibrilas e filamentos finos e grossos. 6. retículo sarcoplasmático; íons Ca2 +. 7. os potenciais de ação. 8. Actina, miosina, troponina, tropomiosina, titina e nebulina. A miosina produz o movimento de força. 9. O disco Z - extremidades de um sarcômero. A banda 1tem um disco Z no meio; a banda A (filamentos grossos); a zona H é a região mais clara da banda A; a linha M - mais escura divide a banda A no meio é onde os filamentos grossos ligam-se uns nos outros. 10. Elas mantêm a actina e a miosina em alinhamento. A titina ajuda o músculo estirado a voltar ao seu comprimento de repouso. 11. banda A; miosina. Os discos Z aproximam-se um do outro. 12. A contração ocorre quando os filamentos finos e grossos deslizam um pelo outro quando a miosina se liga à actina, se curva e puxa os filamentos de actina para o centro do sarcômero. 13. O Ca2 + se liga à tropina, o que reposiciona a tropomiosina, expondo os sítios de ligação da miosina na actina. 14. acetilcolina.

878

Apêndice A

15. A região de uma fibra muscular onde a sinapse ocorre. Ela contém os receptores de ACh. O influxo de Na+ através dos receptores - canais de ACh despolariza o músculo. 16. Fibras glicolíticas de contração rápida: a, b, e; fibras glicolíticas - oxidativas de contração rápida: g, f, d; fibras oxidativas de contração lenta: c, d, f, h. 17. abalo. 18. A ligação do ATP dissocia a miosina da actina. A hidrólise do ATP faz com que a cabeça de miosina gire e se ligue a uma nova molécula de actina. A liberação de Pi dá início ao movimento de força. 19. unidade motora; recrutamento. 20. unitário (visceral) e multiunitário.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 21. Use as Figuras 12-3 a 12-6 para construir este mapa. 22. O potencial de ação ativa o receptor DHP que abre os canais de Ca2 + do retículo sarcoplasmático. 23. Geram ATP por transferir energia do fosfato de creatina. As fibras oxidativas usam oxigênio da glicose e dos ácidos graxos para produzir ATP; as fibras glicolíticas obtêm ATP principalmente da glicólise anaeróbia. 24. A fadiga muscular é um estado reversível no qual um músculo já não pode gerar ou sustentar a força esperada. Pode envolver mudanças na concentração de íons, depleção de nutrientes ou alteração no acoplamento excitação-contração. Aumento do tamanho e do número de mitocôndrias ou aumento do suprimento de sangue. 25. O corpo usa diferentes tipos de unidades motoras e recruta diferentes números de unidades motoras. Movimentos finos usam unidades motoras com poucas fibras musculares; movimentos grosseiros usam unidades motoras que contêm mais fibras. 26. Ver Tabela 12-3. 27. Use as Figuras 12-9 a 12-11 para ajudá-lo a construir este mapa. 28. Armazena Ca2 + e o libera sob comando. O músculo liso usa Ca2 + do LEC. 29. (a) Fibras glicolíticas oxidativas de contração rápida - são menores, contêm alguma mioglobina, usam o metabolismo oxidativo e o glicolítico e são mais resistentes à fadiga. As fibras glicolíticas de contração rápida são maiores, contam primariamente com a glicólise anaeróbia e são menos resistentes à fadiga. As fibras de contração lenta desenvolvem tensão mais lentamente e mantêm a tensão por mais tempo, são as mais resistentes à fadiga, dependem primariamente da fosforilação oxidativa, possuem mais mitocôndrias, maior vascularização, grande quantidade de mioglobina e são menores em diâmetro. (b) O abalo é um único ciclo de contração-relaxamento. O tétano é uma contração com pouco ou nenhum relaxamento. (c) Ambas resultam da corrente de sódio para dentro e da corrente de potássio para fora através de canais controlados por voltagem. Em um neurônio motor, o potencial de ação dispara a liberação de ACh. O potencial de ação do músculo dispara a liberação de Ca2 + do retículo sarcoplasmático. (d) Em um neurônio motor, a somação temporal determina se o neurônio dispara um potencial de ação. A somação em uma célula muscular aumenta a força da contração. (e) A contração isotônica move uma carga. A contração isométrica cria tensão sem mover uma carga. (f) Potenciais de onda lenta são ciclos de despolarização e repolarização do potencial de membrana que ocorrem em células do músculo liso. Potenciais marca-passo são despolarizações repetitivas até o limiar que ocorrem em alguns tipos de células no músculo liso e no músculo cardíaco.

(g) Músculo esquelético - retículo sarcoplasmático. Músculo liso - LEC e retículo sarcoplasmático. 30. A liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático do músculo liso envolve um canal ativado por IP3 • O influxo de Ca2+a partir do LEC usa canais controlados mecanicamente, por voltagem ou por ligante.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 31. (a) A adição de ATP permite que as pontes cruzadas se soltem. Se Ca2+insuficiente está disponível, o músculo irá relaxar. (b) Com ATP e Ca2 + o músculo continuará o ciclo de contração até que esteja totalmente contraído. 32. O curare deve estar interferindo em um processo posterior à liberação da ACh: difusão de ACh através da fenda sináptica, ligação da ACh aos receptores e abertura dos receptores - canais. 33. O comprimento do músculo está relacionado ao comprimento do osso. Assumindo que esses atletas são magros, diferenças no peso estão correlacionadas com a força do músculo, então os atletas mais pesados têm músculos mais fortes. Os fatores mais importantes são a resistência relativa e a força requerida para um determinado esporte. Qualquer músculo terá a combinação dos três tipos de fibras, com as proporções exatas dependendo da genética e do tipo de treinamento atlético. (a) Basquete: resistência e força. Músculos das pernas - fibras glicolíticas de contração rápida, para gerar força e fibras oxidativas de contração rápida, para resistência. Músculos dos braços e dos ombros - fibras glicolíticas de contração rápida, pois o arremesso requer contração rápida e precisa. (b) Vaqueiro: grande força mas menos resistência. Fibras glicolíticas de contração rápida. (c) Patinadores: força e resistência. Músculos do tronco: fibras oxidativas de contração lenta para resistência. Músculos das pernas: fibras oxidativas de contração rápida, para mover-se no gelo, e fibras glicolíticas de contração rápida, para saltos vigorosos. (d) Ginástica: grande força nos braços e nas pernas, e grande resistência no tronco e nos músculos dos membros. Músculos dos braços e das pernas - fibras glicolíticas de contração rápida. Fibras oxidativas de contração lenta nos músculos dos membros e do tronco.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 34. O dado sugere o acúmulo de lactato ou a perda de PCr. Para ler o artigo original, acesse http://jap.physiology.org. 35. (a) 7,5 kg de força, um aumento de 125o/o. (b) uma força adicional de 28 kg. Isso é menos que se o peso fosse colocado na mão.

CAPÍTULO 13 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

estímulo. esqueléticos; autonômicos. convergenaa. inibição pré-sináptica. viscerais, pois muitos deles envolvem órgãos internos (vísceras). A

o

Os reflexos espinais incluem a micção e a defecação. Os reflexos craniais incluem o controle da frequência cardíaca, da pressão do sangue e da temperatura do corpo. 7. Sistema límbico. Reflexos emocionais: frequência cardíaca, função gastrintestinal e ruborização.

Apêndice A

8. Duas sinapses neurônio-neurônio na medula espinal e no gânglio autonômico e uma sinapse neurônio-alvo. , 9. Orgão tendinoso de Golgi, fuso muscular e mecanorreceptores das articulações. 10. tônus. 11. Aumenta. Este reflexo é útil porque previne o dano por superestiramento. (b) 1, 2, 6 (c) 1, 2, 4 12. (a) 2, 3, 5, 6 13. estiramento; contração; contração; diminui; neurônio motor alfa. 14. Uma sinapse entre dois neurônios (reflexo monossináptico). O movimento reflexo patelar é um exemplo. 15. Movimentos reflexos, como o reflexo patelar, podem ser integrados na medula espinal; os movimentos voluntários, como tocar piano; e os movimentos rítmicos, como caminhar precisam envolver o enfécalo. Os movimentos reflexos são involuntários; os movimentos rítmicos são iniciados modulados e terminados voluntariamente.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 16. A coativação alfa-gama permite que os fusos musculares continuem a funcionar quando o músculo contrai. Quando o músculo contrai, as extremidades dos fusos também contraem para manter o estiramento da porção central do fuso. 17. A liberação do neurotransmissor por P irá diminuir quando o neurotransmissor de M hiperpolariza P. 18. (a) O reflexo patelar é usado acessando os componentes que regulam o movimento do membro, incluindo o músculo quadríceps, os nervos que o controlam, e a área da medula espinal onde o reflexo é integrado. (b) O reflexo seria provavelmente menos aparente. A origem desta inibição é o córtex motor primário. As células inibitórias irão produzir PIPS no neurônio motor espinal. (c) Se o cérebro é distraído por alguma outra tarefa, os sinais inibitórios presumivelmente pararão.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 19. (a) Impede a liberação de neurotransmissor ativada por Ca2 +. (b) A célula vai hiperpolarizar e os canais de Ca2 + controlados por voltagem no terminal não abrirão. (c) A mesma resposta de (b). 20. Ver Figuras 13-12 e 13-13. Partes do encéfalo incluem tronco encefálico, cerebelo, núcleos da base, tálamo, córtex cerebral (córtex visual, áreas de associação, córtex motor). 21. (a) O medo ativa a resposta de luta ou fuga do sistema nervoso simpático. (b) O sistema límbico processa o medo. Outras funções do sistema límbico incluem a regulação de impulsos, como sexo, raiva, agressão e fome, e reflexos como micção, defecação e ruborizar-se. O sistema límbico influencia os sinais de saída motora autonômica. Coração, vasos sanguíneos, músculos respiratórios, músculo liso e glândulas são alguns órgãos-alvo envolvidos. (c) Há músculos lisos que se fixam na base de cada pelo e os puxa verticalmente. 22. Ambas as toxinas são produzidas pelas bactérias do Clostridium genus. O Clostridium tetani entra no corpo através de um corte. O Clostridium botulini entra no corpo por ingestão. Ambas as toxinas produzem paralisia do músculo esquelético. A toxina do tétano inibe a secreção de glicina dos interneurônios que normalmente inibem os neurônios motores somáticos. Isto libera os neurônios da inibição, de modo que eles produzem contrações prolongadas do músculo esquelético, ou paralisia espástica. A toxina botulínica bloqueia a secreção de acetilcolina dos neu-

879

rônios motores somáticos, de modo que o músculo esquelético não pode contrair, o que gera paralisia flácida.

CAPÍTULO 14 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. (a) foi o primeiro europeu a descrever em detalhes o sistema circulatório fechado. (b) descreveram a relação entre o estiramento do músculo ventricular e a força de contração. (c) descreveu os capilares. 2. transporte de materiais que estão entrando e deixando o corpo, defesa e comunicação célula-célula. 3. a, e, d, b, f, c 4. pressão; ventrículo esquerdo; aorta; átrio direito; atrito. 5. diminui. 6. discos intercalares; junções comunicantes. 7. Nó SA para vias internodais para o nó AV para o feixe de His (ramos esquerdo e direito) para as fibras de Purkinje para o miocárdio ventricular. 8. (a) O volume sistólico final (VSF) é o volume do sangue no ventrículo no final da contração; o volume diastólico final (VDF) é o volume de sangue no ventrículo no começo da contração. (b) O simpático aumenta a frequência cardíaca. O parassimpático diminui a frequência cardíaca. (c) Diástole =relaxamento do coração; sístole= contração. (d) A circulação pulmonar vai para os pulmões; a circulação sistêmica vai para o resto do corpo. (e) O nó SA é o marca-passo atrial; o nó AV transmite sinais dos átrios para os ventrículos. 9. (a) 11 (b) 12 (c) 3 (d) 14 (e) 8 (f) 1 (g) 10 (h) 2 (i) 6 (j) 4. 10. A vibração do fechamento da valva AV causa o som de "tum", e o fechamento da semilunar causa o som de "tá". 11. (a) frequência cardíaca (b) volume final diastólico (c) volume sistólico (d) débito cardíaco (e) volume de sangue

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 12. (a) Refere-se à Figura 14-1. (b) Use as Figuras 14-31 e 14-27 como ponto de partida para seu mapa. 13. Ver Figuras 14-24 e 14-26. 14. Ver Tabela 12-3. O músculo cardíaco tem fortes junções célula-célula, junções comunicantes para condução elétrica e a modificação de algumas células musculares em células autoexcitáveis. 15. O longo período refratário impede um novo potencial de ação até que o músculo cardíaco tenha relaxado. 16. Ver Figura 14-21. O relaxamento atrial e a contração ventricular sobrepõem-se durante o complexo QRS. 17. (a) 3; 5 na última parte (b) 5 (c) 3 (d) 5 (e) 2 00 2 00 5 ~ 6 18. Frequência cardíaca, ritmo cardíaco (regular ou irregular), velocidade de condução e condição elétrica no tecido do coração. Um ECG não dá informação direta sobre a força de contração. 19. Um efeito sobre a força de contração. Noradrenalina e glicosídeos cardíacos.

880

Apêndice A

NÍVEL TRÊS

20. Os bloqueadores dos canais de cálcio diminuem a frequência cardíaca bloqueando a entrada de Ca2 + e a força de contração diminuindo a liberação de Ca2 + induzida por Ca2 +. Os beta bloqueadores diminuem o efeito da adrenalina e da noradernalina, impedindo o aumento da frequência cardíaca e da força de contração. 21. (a) O músculo do coração foi danificado por falta de oxigênio e as células são incapazes de contrair com força. Dessa maneira, menos sangue é bombeado para fora do ventrículo cada vez que o coração contrai. (b) As derivações são eletrodos de registro colocados na superfície do corpo para registrar a atividade elétrica. (c) As derivações são eficazes porque a eletricidade é conduzida através dos líquidos do corpo até a superfície da pele. 22. Um intervalo P-R longo pode resultar de um problema de condução no nó AV ou no sistema de condução ventricular. 23. Uma alta frequência de despolarização atrial é perigosa porque se a frequência é muito rápida, apenas alguns potenciais de ação iniciarão contrações devido ao período refratário do músculo. Isto pode resultar em arritmia. O nó AV é destruído para evitar que os sinais atriais rápidos passem aos ventrículos. Um marca-passo ventricular é implantado de modo que os ventrículos tenham um sinal elétrico que lhe diga para contrair em uma frequência apropriada.

13. (a) 1, 5 (b) 2, 6 (c) 1, 2, 4 (d) 3, 8 (e) nenhuma anterior 14. Trato digestório, fígado, rins e músculo esquelético. Os rins têm o fluxo sanguíneo mais alto por unidade de peso. 15. A densidade capilar é proporcional à taxa metabólica do tecido. A cartilagem possui densidade capilar mais baixa; músculos e glândulas; mais alta. 16. (a) Difusão; (b) difusão ou transcitose; (c) difusão facilitada; (d) osmose. 17. Sistemas imunitário, circulatório e digestório. 18. Edema é o excesso de líquido no espaço intersticial. As causas incluem a pressão capilar oncótica mais baixa devido à diminuição das proteínas plasmáticas ou o bloqueio dos vasos linfáticos por um tumor ou outra doença. 19. (a) fluxo de sangue através do tecido. (b) contribuição das proteínas do plasma para a pressão osmótica do plasma. (c) redução no diâmetro dos vasos sanguíneos. (d) crescimento de novos vasos sanguíneos, especialmente capilares dentro de um tecido. (e) pequenos vasos entre arteríolas e vênulas que podem atuar como canal de desvio. (f) células que circundam o endotélio capilar que regulam a permeabilidade capilar. 20. HDL e LDL. O C- LDL é prejudicial em quantidades elevadas.

NÍVEL QUATRO

NÍVEL DOIS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

24. VS/VDF = 0,25. Se VS = 40 mL, VDF= 160 mL. VS = VDF - VSF, então VSF = 120 mL. DC = FC X VS = 4 L/min. 25. (a) 162,2 cm de H 2 0 (b) 108,1 cm de H 2 0 26. 5.200 mL/min ou 5,2 L/min 27. 85 mL 28. (a) 1 minuto (b) 12 segundos

CAPÍTULO 15 NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. encéfalo e coração.

2. (a) 6, 9 (b) 1, 2 (c) 4, 7 (d) 3, 5, 6, 8 (e) 3, 4 3. endotélio (troca capilar e secreção de substâncias parácrinas); tecido elástico (retração); músculo liso (contração); tecido fibroso conectivo (resistência ao estiramento). 4. arteríolas 5. 120 mmHg; diástole; 80 mmHg; 120/80. 6. pulso. Pressão de pulso =pressão sistólica - pressão diastólica. 7. Valvas unidirecionais nas veias, bomba do músculo esquelético, e baixa pressão no tórax durante a respiração. 8. A pressão elevada do sangue pode causar enfraquecimento do vaso sanguíneo até a ruptura e sangramento. 9. Os sons de Korotkoff ocorrem quando a pressão no manguito é mais baixa que a pressão sistólica e mais alta que a pressão diastólica. 10. Ver Tabela 15-2 vasoconstrição pelos neurônios simpáticos (receptor a) e vasodilatação pela adrenalina (receptores 132 em certos órgãos). 11. Uma região de aumento do fluxo de sangue. Na hiperemia ativa, o aumento do fluxo de sangue é uma resposta ao aumento no metabolismo. A hiperemia reativa é um aumento no fluxo que segue um período de diminuição do fluxo de sangue. 12. A inervação simpática causa vasoconstrição.

REVISANDO CONCEITOS

21. Use a Figura 15-10 como ponto de partida. 22. (a) Os poros dos capilares linfáticos são maiores. Os capilares linfáticos possuem fibras contráteis para auxiliar o fluxo de líquido; os capilares sistêmicos dependem da pressão sistêmica do sangue para fluírem. (b) A divisão simpática aumenta a pressão do sangue aumentando o débito cardíaco e causando vasoconstrição. A divisão parassimpática pode diminuir a frequência cardíaca. (c) O líquido linfático é similar ao plasma sanguíneo menos as proteínas do plasma. O sangue também tem quase a metade do seu volume ocupado por células sanguíneas. (d) Os capilares contínuos possuem poros menores e regulam o movimento de substâncias melhor que os capilares fenestrados. Os capilares fenestrados podem abrir grandes poros para permitir que proteínas e células do sangue passem. (e) A pressão hidrostática força o líquido para fora dos capilares; a pressão coloidosmótica das proteínas do plasma puxa os líquidos para dentro dos capilares. 23. Impedir a entrada de Ca2 + nos músculos cardíaco e liso diminui a habilidade destes músculos de se contraírem. A diminuição da entrada de Ca2 + nas células autoexcitáveis diminui a frequência cardíaca. Neurônios e outras células não são afetados, pois possuem tipos de canais de cálcio que não são afetados por esses medicamentos. 24. A habilidade do músculo liso vascular de regular sua própria contração. Isso provavelmente resulta do influxo de Ca2+ quando o músculo é estirada. 25. A insuficiência ventricular esquerda causa acúmulo de sangue nos pulmões, aumentando a pressão hidrostática nos capilares pulmonares. Isto pode causar edema nos pulmões e encurtamento da respiração quando o oxigênio tem dificuldade de se difundir. O acúmulo de sangue na circulação sistêmica aumenta a pressão venosa.

Apêndice A

NÍVEL TRÊS 26.

27.

28.

29. 30. 31. 32.

SOLUCIONANDO PROBLEMAS (a) Incontrolável: sexo masculino, meia idade e histórico familiar de doenças cardiovasculares em ambos os lados de sua família. Controlável: elevada pressão sanguínea. (b) Sim, porque em várias ocasiões ele apresentava pressão arterial sistólica mais alta que 140 e pressão diastólica mais alta que 90. Poderia ser útil confirmar se este aumento de pressão não era "hipertensão do jaleco branco" pedindo que ele medisse sua pressão por uma semana ou longe do consultório médico, como em um farmácia. (c) Os ~-bloqueadores bloqueiam os receptores ~1 no coração, diminuindo assim o débito cardíaco e a PAM. (a) A PAM aumenta, o fluxo pelos vasos 1e2 diminui e o fluxo pelos vasos 3 e 4 aumenta. (b) aumento na pressão~ barorreceptor na artéria~ centro de controle cardiovascular~ vasodilatação e redução do DC ~ redução da pressão sanguínea. (c) diminui. visão do sangue ~ córtex cerebral~ centro de controle cardiovascular no bulbo ~ aumento no estímulo parassimpático e diminuição no estímulo simpático ~ diminuição na frequência cardíaca e vasodilatação ~ diminuição na pressão sanguínea. As células da parede intacta (no endotélio) detectam mudanças no oxigênio e comunicam estas mudanças para o músculo liso. A atropina é um antagonista de ACh, possivelmente ligando-se ao receptor de ACh. (a) Aumento. (b) A resistência aumenta e a pressão aumenta. (a) Na Figura 14-1, desenhe uma conexão da artéria pulmonar para a aorta. Na Figura 14-7d, você pode ver o vestígio do dueto fechado como um pequeno ligamento conectando a aorta e a artéria pulmonar. (b) Os pulmões não estão funcionando. (c) Sistêmico. (d) Lado esquerdo. (e) Da aorta para a artéria pulmonar.

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

33. Aumenta 16 vezes. 34. A resposta irá variar. Para um indivíduo de 50 kg com um pulso em repouso de 70 bpm, seu peso em sangue será bombeado em aproximadamente 10 minutos. 35. A pressão arterial média (PAM) = 87 mmHg. Pressão de pulso = 42mmHg. 36. 250 mL oxigênio/min = DC x (200 - 160 mL oxigênio/L sangue). DC = 6,25 L/min.

CAPÍTULO 16 NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. plasma; água. 2. Albuminas (mais prevalente), globulinas e fibrinogênio. Para funções, ver Tabela 16-1. 3. Eritrócitos (transporte de 0 2 e COz); leucócitos ou células brancas do sangue (defesa); plaquetas (coagulação). 4. hematopoese. Embrião: saco vitelino, fígado e medula óssea. Ao nascimento: restrita à medula óssea. Adulto: apenas no esqueleto axial e extremidades proximais dos ossos longos. 5. Os fatores estimuladores de colônia estimulam a hematopoese. As citocinas são liberadas por uma célula para atuar em outra célula. As interleucinas são citocinas liberadas pelos leucócitos para atuar

6. 7. 8.

9.

10. 11.

881

em outros leucócitos. Todos influenciam o crescimento e a diferenciação das células do sangue. Para exemplos, ver Tabela 16-2. Eritrócitos - eritropoese; leucócitos - leucopoese; plaquetas trombopoese. eritropoetina. Ela é produzida primariamente nos rins em resposta à baixa concentração de oxigênio. O hematócrito é a porcentagem do volume total de sangue ocupado pelos eritrócitos empilhados (centrifugados) Os valores normais de hematócrito para homens são 40 a 54% e para mulheres, 37 a 47o/o. Um eritroblasto é um precursor grande, imaturo e nucleado do eritrócito. Características: forma de disco bicôncavo, ausência de núcleo e a cor vermelha devido à hemoglobina. ferro. (a) cor amarela na pele devido a níveis elevados de bilirrubina. (b) baixos níveis de hemoglobina. (c) proteína plasmática que atua como carreador de ferro. (d) defeitos hereditários da cascata de coagulação, resultando em uma diminuição da habilidade de coagular o sangue.

12. anticoagulantes.

NÍVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS 13. Lista 1: ver Figura 16-11. Lista 2: ver Figura 16-13. Lista 3: ver Figura 16-7. 14. Via intrínseca - o colágeno exposto e outros estímulos ativam o fator XII. Via extrínseca - o tecido lesado expõe o fator tecidual (III) que ativa o fator VII. As duas vias juntam-se na via comum para iniciar a formação da trombina. Ver Figura 16-12. 15. Plaquetas ativadas não podem aderir a regiões não danificadas do endotélio que liberam prostaciclina e óxido nítrico (NO).

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS 16. Raquel está pálida e cansada porque está anêmica. Equimose é um sinal de que a contagem de plaquetas está baixa. Vitaminas e proteínas promovem a síntese de hemoglobina e produção de novos componentes de células do sangue. O ferro também é necessário para a síntese de hemoglobina. Raquel é aconselhada a evitar multidões para prevenir exposição a infecções porque sua contagem de leucócitos é baixa e sua habilidade de combater infecções está diminuída. No dia 20 pós-quimioterapia, as contagens do sangue voltaram à faixa normal. 17. (a) Transferrina (b) O fígado, o qual armazena ferro (c) Retirar sangue. Isto ilustra o balanço de massa: se a ingestão excede a eliminação, a carga do corpo é restaurada aumentando a eliminação. 18. Alguns outros fatores essenciais para a síntese de eritrócitos, como ferro, ácido fólico e vitamina B12 devem estar faltando.

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS 19. Homem de 90 kg: sangue 6,4 L e plasma cerca de 3,1 L. Mulher de 59 kg: sangue 4, 1 L e plasma cerca de 2,4 L. 20. O volume de sangue é de 3,5 L e o volume total de eritrócitos é de 1,4 L.

CAPÍTULO 17 NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Troca de gases, vocalização, regulação do pH e proteção. 2. Respiração celular - oxigênio e nutrientes são usados para a produção de energia. Respiração externa - troca de gases entre a atmosfera e as células.

882

Apêndice A

3. A inspiração basal usa os intercostais externos, os escalenos e o diafragma. A expiração basal não envolve contração muscular significativa. Expiração ativa - os intercostais internos e os músculos abdominais. Eles são todos músculos esqueléticos. 4. Lubrificação entre os pulmões e a superfície interna da caixa torácica. 5. Nariz e boca, faringe, laringe, traqueia, brônquio principal, brônquios secundários, bronquíolos, epitélio do alvéolo, líquido intersticial e endotélio capilar. 6. Ver Figura17-2g - trocas de gases; tipo II - surfactante. Os macrófagos ingerem material estranho. O endotélio capilar é quase fundido ao epitélio alveolar, e espaço entre os alvéolos é quase preenchida com capilares. 7. Ventrículo direito p ara o tronco pulmonar, para a artéria pulmonar esquerda e direita, artérias m enores, arteríolas, capilares, vênulas e pequenas veias, veias pulmonares, átrio esquerdo. Contém cerca de 0,5 L de sangue. A pressão pulmonar arterial é de 25/8, comparada com 120/80 para a pressão sistêmica. 8. aquecido, umidificado e limpo (filtrado).

9. diafragma. 10. Ver Figura 17-11. 11. Os surfactante reduz a tensão superficial da água e torna mais fácil para os pulmões inflarem e permanecerem inflados. 12. raio das vias aéreas. 13. (a) 1; (b) 2; (c) 1; (d) 2. 14. (a) Ver Fig. 17-18. (b) VT = 0,5 L, VRI = 1,25 L, VRE = 1,0 L. (c) 3 respirações/15 segundos = 0,2 respirações por segundo x 60 segundos/minuto = 12 respirações por minuto. ,

NIVEL DOIS

REVISANDO CONCEITOS

15. (a) Complacência - habilidade de ser estirada; elasticidade medida de retração. (b) Ventilação - troca de ar entre a atmosfera e os pulmões. Inspiração - movimento de ar para dentro dos pulmões. A expiração é o movimento de ar para fora dos pulmões. (c) A pressão intrapleural é sempre subatmosférica (exceto durante a expirações forçada, quando se toma positiva); a pressão alveolar varia de subatmosférica até acima da atmosférica. (d) A ventilação pulmonar total refere-se ao volume de ar que entra e sai das vias aéreas em um dado período de tempo. A ventilação alveolar refere-se ao volume de ar que entra e deixa os alvéolos em um dado período de tempo. (e) Células alveolares tipo 1 são células alveolares finas para troca de gases; células alveolares tipo II são células que sintetizam e secretam surfactante. (f) A circulação pulmonar carrega o sangue do coração direito para os pulmões e de volta para o átrio esquerdo. A circulação sistêmica carrega o sangue do coração esquerdo para a maioria dos tecidos do corpo e de volta para o átrio direito. 16. Broncoconstritores: histamina, leucotrienos, acetilcolina (muscarínico); broncodilatadores: dióxido de carbono, adrenalina (~2) . 17. Ver Figuras 17-9 e 17-11. 18. (a) diminui; (b) diminui; (c) diminui; (d) aumenta; (e) diminui; (f) aumenta. 19. Pneumotórax é a presença de ar na cavidade pleural. Espirômetro é um dispositivo usado para medir a ventilação. Auscultação é escutar os sons do corpo. Hipoventilação é a diminuição da ventilação pulmonar. Broncoconstrição é a diminuição do raio dos bronquíolos. Volume-minuto é a ven tilação pulmonar total. Pressão parcial do gás é a porção da pressão total em uma mistura de gases que um gás específico contribui.

20. (a) capacidade vital. Soma do volume corrente com o volume de reserva expiratório e inspiratório. (b) não, p ois a função pulmonar diminui com a idade à medida que a elasticidade e a complacência diminuem. 21. b - b - d - d 22. O eixo x - tempo, e o eixo y- P02• Durante a inspiração, a P02 dos brônquios principais aumenta à medida que o ar "novo" (P02 = 160 mmHg) empurra o ar "velho" (P0 2 = 100 mmHg) para os alvéolos. Durante a expiração, a P02 diminui à medida que o ar com pouco oxigênio sai. A curva irá variar de 100 mmHg para 160 mmHg. 23. (a) O trabalho aumenta. (b) Os pulmões inflam mais facilmente. (c) A elasticidade diminui. (d) A resistência das vias aéreas não é afetada. 24. (a) Diminui; (b) aumenta; (c) diminui.

NÍVEL TRÊS

SOLUCIONANDO PROBLEMAS

25. Ventilação pulmonar repouso = 3.575 mL/min. Exercício: (a) = 5.500 mL/min (b) = 5.525 mL/min (c) = 5.625 mL/min Aumentando a frequência e a amplitude respiratória tem um efeito maior. Na vida real, é o que acontece. 26. (a) 9 .600 mL/min. (b) A dilatação dos brônquios reduz a resistência das vias aéreas. O paciente é capaz de forçar mais ar para fora dos pulmões na expiração, o que aumenta seu VRE e diminui seu VR. (c) Sua frequên cia respiratória é normal, e seu volume pulmonar é anormal. Seu alto VR é confirmado pelo raio X. Na doença pulm onar obstrutiva como a asma, os bronquíolos tendem a colapsarem na expiração, retendo ar nos pulmões e resultando em uma hiperinsuflação. Seu baixo valor de VRI é responsável pela maior parte da baixa capacidade vital, sendo esperado em alguém com asma, onde os pulmões já estão hiperinsuflados no início da inspiração. Seu volume corrente mais alto pode ser o resultado da força que ela precisa exercer para respirar.

NÍVEL QUATRO

PROBLEMAS QUANTITATIVOS

27. P1V1 = P 2V2 • Novo volume = 200 mL. 28. (a) 0 2 = 160 mmHg, nitrogênio = 593 mmHg, C02 = 3mmHg (b) 0 2 = 304 mmHg, nitrogênio = 99 mmHg, C0 2 342 mmHg, H2 = 15 mmHg (c) 0 2 = 76 mmHg, nitrogênio = 114 mmHg, argônio 8 mmHg, C0 2 = 190 mmHg 29. Ventilação pulmonar total = 4.800 mL/min. Antes de um exame, a ventilação é 7.200 mL/min. A ventilação alveolar é 3.360 mL/min (em repouso) e 5.040 mL/min (antes do exame) . 30. Volume corrente = 417 mL/ciclo respiratório. VRI = 3.383 mL 31. Volume pulmonar é 1,1 L. (Você esqueceu de subtrair o volume do espirômetro ?)

CAPÍTULO 18 NÍVEL UM

REVISANDO FATOS E TERMOS

1. Gradientes de pressão, solubilidade na água, perfusão capilar alveolar, pH do sangue, temperatura. 2. 98% . O restante está dissolvido no plasma. 3. P0 , temperatura, pH e a quantidade de hemoglobina disponível 2 para ligar (mais importante).

Apêndice A

4. Quatro cadeias de proteínas globulares, cada uma envolvendo um grupo central heme que contém ferro. 5. no bulbo e na ponte. O grupo respiratório dorsal contém neurônios para a inspiração; o grupo respiratório ventral contém neurônios para a inspiração e para a expiração ativa. Um gerador central de padrões é um grupo de neurônios que interagem espontaneamente para controlar a contração rítmica de certos grupos de músculos. 6. Os quimiorreceptores bulhares aumentam a ventilação quando a Pco2 aumenta. Os quimiorreceptores na carótida e nos corpos aórticos respondem à Pco2 , ao pH e à Po2 menor que 60 mmHg. A Pco2 é o mais importante. 7. Os reflexos protetores do sistema respiratório incluem a broncoconstrição mediada por um irritante e o reflexo da tosse. 8. Os gradientes de pressão parcial. 9. Diminuição de Po2 atmosférico, diminuição da perfusão alveolar, perda de hemoglobina, aumento da espessura da membrana respiratória, diminuição da área de superfície respiratória, aumento da distância para a difusão.

22. 23.

24.

25.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 10. Inicie com a Figura 18-13. 11. A maior parte do oxigênio está ligada à hemoglobina, não dissolvido no plasma. 12. (a) A maior parte do 0 2 é transportado ligado à hemoglobina mas a maior parte do C02 é convertida em bicarbonato. (b) A concentração é a quantidade de um gás por volume de solução, expressa em unidades como moles por litro. Quando a pressão parcial da solução e a concentração são proporcionais, a concentração é afetada pela solubilidade do gás, e por isso não é o mesmo que a pressão parcial. 13. diminui. 14. Hipoxia - baixo oxigênio dentro das células. DPOC - doença pulmonar obstrutiva crônica (bronquite crônica e enfisema). Hipercapnia é dióxido de carbono elevado. 15. O oxigênio não é muito solúvel em água, e a exigência metabólica para o oxigênio na maioria dos animais multicelulares não seria atendida sem uma molécula transportadora de oxigênio. 16. (a) O gráfico deve ter um eixo x da ventilação em litros/minuto e um eixo y de Po2 arterial, em mmHg. Ver a Figura 18-9. (b) O gráfico deve ter um eixo x da Pco2 arterial em mmHg, e um eixo y de ventilação em litros/minuto. Quando há um aumento na Pco2 arterial há um aumento na ventilação. Como há um máximo de ventilação determinada pelas propriedades dos músculos envolvidos na ventilação, a inclinação da curva deve diminuir quando ela se aproxima desse máximo. 17. (a) aumenta. (b) aumenta. 18. Normal, porque a Po2 depende da Po2 do alvéolo, não de quanta Hb está disponível para transportar oxigênio. 19. (a) Ver Figura 18-21. (b) Ver Figura 18-15.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 20. O aumento no espaço morto diminui a ventilação pulmonar. (a) Aumenta; (b) diminui; (c) aumenta; (d) diminui. 21. (a) tem uma leve redução do 0 2 dissolvido, mas a uma Po2 = 80, a saturação da hemoglobina ainda é de cerca de 95%. Se o conteúdo de oxigênio é 197 mL 0 2/L em uma Po2 de100 mmHg, 98% de saturação, então o conteúdo de oxigênio em uma Po2 = 80 mmHg e 95% de saturação é 190 mL 0 2/L de sangue (197 x

26.

27.

883

(0,95/0,98)). A pessoa (b) reduziu a hemoglobina para 12 g/dL mas ainda está 98% saturada, de maneira que o conteúdo de oxigênio seria 157,6 mL 0 2 /L sangue (197 x (12/15)). O aumento da Po2 não compensa o decréscimo do conteúdo de hemoglobina. (b) diminui; (c) diminui. (a) Diminui; (a) Os movimentos respiratórios originam-se acima do nível do corte, o que pode incluir qualquer área do encéfalo. (b) A ventilação depende de sinais provenientes do bulbo e/ou da ponte. (c) O ritmo respiratório é controlado somente pelo bulbo, mas outros aspectos importantes da respiração dependem de sinais originados na ponte ou acima. Com a elevação crônica da Pcozi a resposta dos quimiorreceptores adapta-se, e o C0 2 não é mais um estímulo químico para a ventilação. O sinal químico primário para a ventilação toma-se o oxigênio baixo (abaixo de 60 mmHg). Deste modo, quando o paciente recebe oxigênio, não há nenhum estímulo químico para a ventilação, o paciente para de respirar. (a) A hemoglobina nos alvéolos está cerca de 96o/o saturada. Em uma célula em exercício, está cerca de 23% saturada. (b) Em repouso, Bzork usa apenas cerca de 20% do oxigênio que a sua hemoglobina pode transportar. Como exercício, seu consumo de oxigênio aumenta, e sua hemoglobina libera mais de 3/4 do oxigênio que pode transportar. Todas as três linhas mostram que à medida que a Pco2 aumenta, a ventilação aumenta. A linha A mostra que um decréscimo na Pcoz potencializa este aumento na ventilação (quando comparada com a linha B). A linha C mostra que a ingestão de álcool diminui o efeito do aumento da Pco2 na ventilação. Como o álcool é um depressor do SNC, podemos supor que a via que liga aumento de Pco2 e aumento da ventilação é integrada no SNC. Apical - voltada para o espaço aéreo; Basolateral - voltada para o líquido intersticial. O lado apical tem ENaC e aquaporinas; o lado basolateral tem aquaporinas e Na+-K+-ATPase. O Na+ entra na célula pelos ENaC, e depois é bombeado para fora na superfíce basolateral (O c1- o segue para manter a eletroneutralidade). A translocação de NaCl permite que a água siga por osmose.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 28. 1,65 mL 0 2/g Hb. 29. 247,5 mL 0 2/min. 30. Nada. A porcentagem de saturação da Hb não muda em qualquer P02 dada. Contudo, com menos saturação da Hb disponível, menos oxigênio será transportado.

CAPÍTULO 19 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Cor (concentração), odor (infecção ou substâncias excretadas), aspecto (presença de células), gosto (presença de glicose) e espuma (presença de proteínas). 2. Regulação do volume de líquido extracelular (para manter a pressão do sangue adequada), regulação da osmolaridade, manutenção do equilíbrio iônico (função dos neurônios), regulação do pH (as proteínas desnaturam se o pH não é mantido), excreção de subprodutos e substâncias estranhas (para prevenir efeitos tóxicos) e produção de hormônios (que regulam a síntese de eritrócitos e os equilíbrios do Ca2+ e do Na+). 3. 20 a 25%. 4. Dos néfrons pelos ureteres para a bexiga urinária saindo pela uretra. 5. (a), (e), (b), (g), (f), (d), (c), (h)

884

Apêndice A

6. endotélio capilar glomerular, lâmina basal e epitélio da cápsula de Bowman. As células do sangue e a maioria das proteínas do plasma são excluídas. 7. A pressão hidrostática capilar promove a filtração glomerular. A pressão do líquido na cápsula de Bowman e a pressão osmótica (oncótica) das proteínas do plasma se opõem. A força resultante é a soma destas pressões. 8. A TFG representa a taxa de filtração glomerular. 125 mL/min ou 180 L/dia. 9. (a) Encontrados onde o túbulo distal passa entre as arteríolas aferente e eferente. Composto das células da mácula densa do túbulo distal e das células granulares na parede da arteríola. (b) Sinais parácrinos da medula densa controlam a autorregulação da TFG e a secreção de renina. (e) Alteram o tamanho das fendas de filtração (d) Células epiteliais especializadas que circundam os capilares glomerulares. Mudanças no tamanho das fendas alteram a TFG. (e) Um esfincter interno de músculo liso que é passivamente contraído e um esfincter externo de músculo esquelético que é tonicamente (ativamente) contraído. (f) Camada externa do rim que contém corpúsculos renais, túbulos proximal e distal, e partes da alça de Henle e dos duetos coletores. 10. 80% ocorre no túbulo proximal. Moléculas reabsorvidas entram nos capilares peritubulares e na circulação venosa sistêmica. Se a mólecula filtrada não é reabsorvida, ela é excretada na urina. 11. (a) 2,3 (b) 3, 4 (c) 3, 5 (d) 1 (e) 5 12. Penicilina, K+ e H+ 13. Creatinina 14. Micção

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 15. Use as Figuras 19-5, 19-6, 19-7, 19-8 e 19-9. 16. (a) A filtração e a secreção envolvem movimento de material do sangue para o lúmen do túbulo, mas a filtração é um processo de fluxo de massa enquanto a secreção é um processo seletivo. A excreção também é fluxo de massa, mas envolve o movimento do lúmen dos rins para o meio externo. (b) O transporte máximo é a taxa máxima na qual os carreadores estão saturados pelo substrato. O limiar renal é a concentração plasmática na qual a saturação ocorre. (e) Creatina e inulina - compostos usados para determinar a TFG. Penicilina e probenecida - xenobióticos que são secretados. (d) O clearance (depuração) é a taxa na qual o plasma é "limpo" de uma substância (mL de plasma "limpo" da substância X/min). TFG - taxa de filtração do plasma (mL plasma filtrado/min). A excreção é a remoção da urina, mL urina/ min. 17. Permite a remoção rápida de substâncias estranhas que são filtradas, mas não reabsorvidas. 18. Se a arteríola aferente é contraída, a TFG diminui. 19. Ver a Figura 19-18. Com o treinamento de controle dos esfíncteres, os centros superiores do encéfalo inibem o reflexo até o momento apropriado. Os centros superiores do encéfalo podem também iniciar o reflexo. 20. O músculo liso da bexiga urinária se contrai sob controle parassimpático, então o bloqueio de receptores muscarínicos diminui a contração da bexiga.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 21 . (a) A inulina é filtrada, secretada e excretada. Não há evidência de reabsorção. (b) A linha que indica a secreção líquida será próxima da linha de filtração até a mudança da inclinação, após a qual a linha da secreção é horizontal (não há aumento adicional na taxa devido à saturação). 22. Ver a Figura 19-12. Coloque os transportadores como descrito. O c1- move-se entre as células. 23. O líquido da diálise deve se parecer ao plasma sem substâncias residuais, como a ureia. Isso irá permitir a difusão de solutos e água do sangue para o líquido de diálise, mas a difusão irá parar na concentração desejada. Para remover o excesso de água do sangue, o líquido da diálise pode ser feito mais concentrado.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 24. 1 L/min. 25. Depuração da primeira amostra= 1.000 L plasma/dia. Normalmente, a depuração de creatinina = TFG. Contudo, este valor não é de todo realista para a TFG (a média normal é 180 L/dia). A repetição do teste mostrou 4.000 mg de creatinina e resultou em uma depuração de 200 L/dia, a qual está dentro dos limites normais. Os valores anormais do primeiro teste provavelmente foram um erro de laboratório. A função renal de Dwight é normal. 26. Para qualquer soluto que é filtrado: a concentração do plasma x TFG = a taxa de filtração. No transporte máximo: taxa de filtração = taxa de reabsorção ou Tm· Substituindo: concentração plasmática x TFG = Tm· O limiar renal representa a concentração plasmática na qual os transportadores trabalham no seu máximo(Tm). Por substituição: limiar renal X TFG = Tm. A TFG de Merrnaid é 250 mL/min e o Tm é 50 mg/min, logo o limiar renal é 0,2 mg de glicose/mL de plasma. Depuração = taxa de excreção/concentração plasmática. A 15 mg glicose/mL plasma, 3.750 mg/min filtrados e 50 mg/min reabsorvidos, então 3.700 mg/min são excretados.

CAPÍTULO 20 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Eletrólitos são íons, os quais podem conduzir corrente elétrica através de uma solução. Exemplos: Na+, K+, Ca2 +, H+, HP042- e HC03 • , 2. Orgãos: rins, pulmões, coração, vasos sanguíneos e trato digestório. Hormônios: vasopressina (ADH), adosterona, peptídeo natriurético atrial (PNA) e a via renina-angiotensina. 3. Entrada: ingerida e uma pequena quantidade do metabolismo. Perda: no ar exalado, pela evaporação e perspiração da pele, excretada nos rins e nas fezes. 4. Ver Tabela 20-1. 5. Ramo descendente: permeável à água, mas não tem transportadores para sais. Ramo ascendente: impermeável à água, reabsorve NaCl. 6. Volume do LEC: Na+. pH: H+. 7. Quando mais K+ deixa a célula, o potencial de membrana torna-se mais negativo (hiperpolariza). O coração provavelmente é o mais afetado. 8. Sal e água. 9. ADH = hormônio antidiurético; PNA = peptídeo natriurético atrial; ECA = enzima conversora da angiotensina; ANGII = angiotensina II; JG (aparelho) = justaglomerular; célula P = célula principal; célula 1 = célula intercalada.

Apêndice A

10. Use as seguintes figuras: Figuras 19-12 e 19-13, 20-lOb, 20-12, 20-21 e 20-22. 11. O pH altera a estrutura das proteínas (atividade enzimática, transportadores de membrana e função neural). Tampões, compensação renal e respiratória. 12. Os ácidos são mais prováveis de serem acumulados no corpo. As fontes de ácidos incluem C02 metabolismo e ingeridos na comida. Fontes de bases incluem alguns alimentos. 13. Molécula que modera as mudanças no pH. Intracelulares: proteínas, HP042 - e hemoglobina. Extracelular: HC03 - . 14. Os rins excretam ou reabsorvem H+ ou HC03 - • A amônia e os fosfatos. H 2C03 H+ + HC03 - • Anidrase carbônica 15. C02 + H20 Alta nas células tubulares renais e nos eritrócitos. 16. A Pcoi arterial diminui, o pH aumenta e a concentração plasmática de H+ diminui.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 17. Use a informação na Tabela 20-2 e compile as várias vias em um único mapa similar ao da Figura 20-17. Inclua todos os passos do reflexo. 18. Combine informações das Figuras 20-19 a 20-22. 19. Ver Figura 20-10. 20. Este diagrama deve combinar as Figuras 20-5 e 20-6. 21. (a) PNA - peptídeo das células atriais do miocárdio. Causa excreção de Na+ e água; inibe a secreção de ADH. (b) Aldosterona - esteroide do córtex suprarrenal. Aumenta a reabsorção de Na+ e a excreção de K+ no túbulo distal. (c) Renina- enzima das célulasJG. Atua sobre o angiotensinogênio do plasma, convertendo-o em ANGI. (d) ANGII - hormônio peptídeo sintetizado a partir de ANGI. Aumenta a pressão do sangue por ação sobre as arteríolas, o encéfalo e o córtex suprarrenal. (e) ADH - hormônio peptídeo do hipotálamo. Aumenta a reabsorção de água pelo néfron distal. (f) ECA - enzima encontrada no endotélio vascular. Converte ANGI em ANGII. 22. Vasoconstrição, aumento do débito cardíaco, conservação de água pelos rins e aumento da sede. Se a pressão do sangue diminui a níveis muito baixos, o suprimento de oxigênio para o cérebro irá diminuir, resultando em dano ou morte. 23. (a) Ambas estão no néfron distal. As células P estão associadas com a reabsorção de Na+ mediada por aldosterona; as células I estão envolvidas na regulação ácido-base. (b) Todas são parte do sistema RAAS. A renina e a ECA são enzimas, enquanto a ANGII e a aldosterona são hormônios. Ver Figura 20-13. (c) Em ambos os casos, o pH do corpo diminui para menos de 7,38. A acidose respiratória é o resultado da retenção de C02 (por inúmeras causas), ao passo que a acidose metabólica resulta da produção excessiva de ácidos metabólicos. A acidose respiratória pode ser compensada pela excreção renal de H+ e retenção de HC03 - • A acidose metabólica pode ser compensada pelo aumento da ventilação, aumento da excreção renal de H+ e retenção de HC03 - . Na acidose respiratória, a Pcoi arterial está elevada; na acidose metabólica, ela normalmente está diminuída. (d) Túbulo proximal - não é regulada. Néfron distal - regulada por ADH. Ramo ascendente da alça de Henle - impermeável à água. (e) Ambas - pH acima de 7,42. A alcalose metabólica pode ser causada por excessiva ingestão de antiácidos contendo bicarbonato ou por vômitos; a alcalose respiratória pode ser causa-

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da por hiperventilação. A alcalose metabólica pode ser compensada pelo decréscimo da ventilação, pelo decréscimo da excreção renal de H+ e pelo aumento da excreção de HC03 - . A alcalose respiratória pode ser compensada pela redução da excreção renal de H+ e aumento da excreção de HC03 - • 24. As células concentram solutos orgânicos para aumentar sua osmolaridade interna.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 25. (a) Acidose respiratória aguda, acidose respiratória crônica. (b) Acidose respiratória crônica. (c) A compensação renal aumenta o seu pH pela excreção de H+ e reabsorção de HC03 - • Sua Pcoi está elevada devido ao seu enfisema. 26. Esses fármacos diminuem a reabsorção de água mediada pelo , ADH. E útil em pacrentes que secretam excesso de vasopressina, ou ADH (SIADH, síndrome da secreção inapropriada de ADH) ou na hiponatremia, como no caso da mulher do problema deste capítulo. 27. (a) alcalose metabólica parcialmente compensada. (b) Após vomitar ácido (H+), seu corpo ficou com excesso de HC03 - . (c) A hipoventilação aumenta a Pc02 e também aumenta HC03 e H+. O aumento de H+ diminui o pH (compensação). A hipoventilação também diminui a P02 arterial e diminui o conteúdo total de oxigênio do sangue (ver Figura 17-15). 28. A pressão do sangue é alta. Sua concentração de Na+ no plasma e a osmolaridade do plasma são baixas. Use a Tabela 20-1 para selecionar as vias reflexas para o mapa.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 29. (a) pH = 6,1 + log 24/(0,03 x 40) = 7,40 (b) 7,34 30. 428,6 mL (600 mosmol/? L = 1.400 mosmol/L) 31. (a) 400 mg glicose/100 mL x 130 mL/min = 520 mg glicose/ min filtrada. (b) Pode reabsorver até o Tm, portanto 400 mg/min reabsorvidos. (c) Excretado = filtrado - reabsorvido = 120 mg/min x 1.440 min/dia = 172,8 g/dia excretado. (d) Converter gramas em miliosmoles: 172,8 g x mole/180 g x 1.000 mosmol/mole = 960 mosmol glicose excretada/dia. Concentração = quantidade/volume. 1.200 mosm/L = 960 mosmol/? litros. Necessita de 0,8 litro adicional.

CAPÍTULO 21 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Digestão - degradação química ou mecânica dos nutrientes. A absorção é o transporte do lúmen para o LEC (água); a secreção é o transporte do LEC para o lúmen (enzimas). Motilidade-movimento de material ao longo do trato digestório. 2. Absorção e digestão; secreção e motilidade. Sem que haja regulação da absorção e da digestão, o corpo assegura que sempre absorverá o máximo de nutrientes disponíveis. 3. (a) 2 (b) 3 (c) 4 (d) 7, 10 (e) 8 (f) 2, 3, 7 (g) 9 4. Camadas (a partir do lúmen): mucosa (epitélio, tecido conectivo e músculo liso), submucosa (tecido conectivo), muscular (músculo liso) e serosa (tecido conectivo). 5. O epitélio secretor (endócrino e exócrino) reveste o estômago; o epitélio absortivo possui poucas células secretoras reveste o intestino.

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Apêndice A

6. Placas de Peyer - nodos de tecido linfático. Células M - células epiteliais que transferem informações do lúmen do TGI para as placas de Peyer. 7. A motilidade move o alimento no trato gastrintestinal e ajuda a misturar o alimento com as secreções. A motilidade resulta da contração das camadas musculares longitudinal e circular para criar movimentos peristálticos propulsivos ou movimentos segmentares de mistura. 8. Pró-enzimas inativas digestórias. Elas precisam que um segmento da cadeia proteica seja removido para se tornarem ativas. Exemplos: pepsinogênio-pepsina e tripsinogênio-tripsina. 9. (a) 8, 9 (b) 3 (e) 1, 7 (d) 1, 3, 7 (e) 6 (f) 2 (g) 4 (h) 5 10. (a) Aumenta a área de superfície para as enzimas agirem; estômago e intestino delgado. (b) Motilidade e secreção ao longo de todo o trato digestório. (e) O pH ácido do estômago auxilia a degradação dos alimentos e digere os microrganismos. (d) O tamanho determina a área de superfície onde as enzimas podem atuar. 11. capilares; sistema porta do figado; figado; linfático; membrana basal (lâmina basa[). 12. Sistema nervoso entérico (SNE): rede de neurônios dentro do TGI que pode detectar um estímulo, integrar informações e criar uma resposta apropriada sem que haja integração ou estímulo do SNC. Também interage com o SNC por meio de neurônios sensoriais e autonômicos. 13. Reflexos curtos são reflexos medidos inteiramente dentro do sistema nervoso entérico. Eles regulam a secreção e a motilidade. Reflexos longos são reflexos GI integrados no SNC. 14. Substâncias parácrinas auxiliam a mediar a secreção e a motilidade. Exemplos: serotonina (5-HT) e histamina.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 15. Use a figura 21-22 e adicione detalhes. Mapa 2: use informações da p. 707. 16. (a) Mastigação é triturar os alimentos; deglutição é engoli-los. (b) As vilosidades são dobras do intestino; as microvilosidades são dobras da membrana celular. Ambas aumentam a área de superfície. (e) Todos os padrões de contração muscular GI. O complexo motor migratório move material do estômago para o intestino grosso no período entre as refeições. A peristalse são ondas progressivas de contração. A contração segmentar é a contração e relaxamento de segmentos pequenos do intestino. Movimentos de massa empurram material para o reto, desencadeando a defecação. O vômito é a expulsão vigorosa do conteúdo GI pela boca. A diarreia é a quantidade excessiva de fezes aquosas. (d) O quimo são alimentos semidigeridos e secreções; produzido no estômago. (e) Os reflexos curtos são integrados no sistema nervoso entérico. Os reflexos longos são integrados no SNC. (f) Plexo submucoso - SNE na camada submucosa; Plexo mioentérico - SNE entre as camadas musculares da parede do TGI. O nervo vago conduz informação sensorial e sinais eferentes entre o encéfalo e o SNE. (g) Fase cefálica - reflexos digestórios desencadeados por estímulos recebidos no encéfalo. Fase gástrica - reflexos curtos que começam com a entrada do alimento no estômago. A fase intestinal começa quando o quimo entra no intestino delgado. 17. Veja as Figuras 21-6, 21-8, 21-9 e 21-21. 18. Ambos usam neurotransmissores e neuromoduladores (serotonina ,VIP e NO). As células entéricas de suporte são similares à

astroglia do SNC. Os capilares GI não são muito permeáveis, como a barreira hematencefálica. Ambos atuam como centros integradores. 19. Veja a Tabela 21-1 para os hormônios específicos. 20. Veja as Figuras 21-6 e 21-26.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 21. A hepcindina faz com que os enterócitos destruam os transportadores ferroportina. Se a hepcidina está ausente ou não funcional, a captação de ferro intestinal não pode ser regulada para baixo quando os níveis de ferro estiverem muito altos, e esses pacientes têm níveis elevados de ferro no plasma. 22. Diarreia grave ~ perda de bicarbonato ~ acidose metabólica. 23. (a) A ingestão de gordura na refeição desencadeia a contração da vesícula biliar liberando sais biliares, mas o bloqueio dos duetos biliares que impede a secreção da bile causa dor. (b) A formação de micelas estará diminuída pela falta dos sais biliares. Digestão de carboidratos - diminui porque as secreções pancreáticas que contêm amilase não podem ultrapassar o bloqueio. A absorção de proteínas diminui por causa da baixa secreção pancreática, mas a digestão das proteínas também é feita por enzimas da borda em escova, e não para completamente quando o dueto biliar está bloqueado. Portanto, algumas proteínas serão absorvidas. 24. A membrana apical tem canais de vazamento de Na+ e de K+. A membrana basolateral tem a Na+-K+-ATPase. Com fluxo alto, a saliva possui mais Na+ e menos K+.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 25. (a) O MIT iniciou com concentrações iguais em ambas as soluções, mas no final estava mais concentrado no lado seroso. Portanto, o MIT deve estar se movendo por transporte ativo. (b) O MIT se move do lado apical para o lado basolateral, o que é absorção. (e) O transporte através da membrana apical vai do banho para o tecido. O MIT é mais concentrado no tecido do que no banho. Portanto, este deve ser transporte ativo. (d) O transporte através da membrana basolateral vai do tecido para o saco. O tecido tem mais MIT do que o líquido do saco. Portanto, ele deve ser transportado por transporte passivo.

CAPÍTULO 22 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. Metabolismo - todas as rotas usadas para síntese; produção, uso ou armazenamento de energia. As vias anabólicas são primariamente sintéticas; as vias catabólicas quebram moléculas grandes em moléculas menores. 2. Transporte (movimento de moléculas através das membranas), trabalho mecânico (movimento muscular) e o trabalho químico (síntese de proteínas). 3. A quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura de 1 litro de água em 1 ºC. Na calorimetria direta, o alimento é queimado para determinar quanta energia ele contém. , 4. E a razão entre o C02 produzido e o 0 2 utilizado pelo metabolismo celular. Um QR típico é de 0,82. 5. A taxa metabólica basal (TMB) mais baixa de um indivíduo é medida em repouso após dormir e depois de 12 horas em jejum. A TMB é mais alta em um homem adulto porque as mulheres têm mais tecido adiposo e menor frequência respiratória. Ou-

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tros fatores que afetam a TMB são a idade, a atividade física, a massa muscular magra, a dieta, os hormônios e a genética. Degradadas para gerar a energia usada na síntese ou armazenamento. Estado absortivo - reações anabólicas e armazenamento de nutrientes. Estado pós-absortivo - mobiliza nutrientes armazenados para obtenção de energia e síntese. Um grupo de nutrientes (glicose, ácidos graxos livres e aminoácidos) que estão disponíveis no sangue para serem usados pelas células. Manter os níveis adequados de glicose para o encéfalo. Glicogênio e gordura no tecido adiposo. Proteínas: síntese de proteínas, produção de energia e conversão em gordura para armazenamento. Gorduras: síntese lipídica (tais como as membranas celulares), energia e armazenamento como gordura. A insulina diminui a glicose do sangue e o glucagon a aumenta. Aminoácidos e glicerol. Gliconeogênese. Degradação excessiva de ácidos graxos, como ocorre no jejum. Podem ser usadas como combustível pelo encéfalo e por outros tecidos periféricos. Muitos corpos cetônicos são ácidos fortes e podem causar acidose metabólica. Aumento da glicose plasmática e estímulo parassimpático estimula, o estímulo simpático inibe. O diabete melito do tipo 1 resulta da falta absoluta de insulina. No diabete do tipo 2 as células não respondem normalmente à insulina. Ambos os tipos são caracterizados por níveis elevados de glicose em jejum. No diabete do tipo 1, o corpo usa gorduras e proteínas como combustível. O diabete do tipo 2 não é tão grave porque as células conseguem usar um pouco da glicose. Estimulada pelo baixo nível de glicose ou aumento de aminoácidos plasmáticos. O fígado é o seu alvo primário, o qual aumenta a glicogenólise e a gliconeogênese. (a) enzima produzida pelo endotélio dos capilares que converte os triacilgliceróis em ácidos graxos livres e monoacilgliceróis (b) cossecretada com a insulina; diminui o esvaziamento gástrico e a secreção de ácido gástrico. (c) o "hormônio da fome" secretado pelo estômago. (d) peptídeo hipotalâmico que causa aumento na ingestão de alimentos. (e) Componentes proteicos das lipoproteínas. A apoproteína B no LDL colesterol, facilita o seu transporte para dentro da maioria das células. (f) "Hormônio da saciedade" produzido pelos adipócitos. (g) Perda de água na urina devido à alta quantidade de solutos urinários. A hiperglicemia causa desidratação por meio da diurese osmótica. (h) As células-alvo não respondem normalmente à insulina. (a) estimula (b) inibe (c) estimula (d) estimula (e) estimula

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 20. Use as Figuras 22-2, 22-5 ou 22-6. Use diferentes cores para cada órgão ou hormônio. 21. A concentração do glucagon varia muito pouco durante o dia, ao passo que a insulina varia de acordo com a ingestão alimentar. Assim, parece que é mais a razão do que a quantidade absoluta do hormônio que determina a direção do metabolismo. 22. (a) A glicose é um monossacarídeo. A glicogenólise é a degradação do glicogênio. A glicogênese é a produção de glicogênio a partir da glicose. A gliconeogênese é a síntese da glicose a partir de aminoácidos e gorduras. O glucagon é um

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hormônio que aumenta a glicose plasmática. A glicólise é a primeira via do metabolismo da glicose para a produção de ATP. (b) A termogênese é a produção de calor pelas células. A termogênese com tremor ocorre quando os músculos se contraem, produzindo calor como subproduto. A termogênese sem tremor ocorre em todas as células. A termogênese induzida pela dieta representa o calor gerado pelas reações digestórias e anabólicas que ocorrem durante o estado absortivo. (c) As lipoproteínas são moléculas transportadoras. Os quilomícrons são complexos de lipoproteínas que se formam no epitélio intestinal e são absorvidos pelo sistema linfático. O colesterol é um componente esteroide das membranas celulares e o precursor dos hormônios esteroides. O HDLcolesterol coloca o colesterol para dentro das células do fígado onde este é metabolizado ou excretado. LDL-colesterol - concentrações elevadas estão associadas com a aterosclerose. A apoproteína é o componente proteico das lipoproteínas. (d) A calorimetria é a medida do conteúdo de energia e é um modo de determinação da taxa metabólica. A calorimetria direta envolve a medida da produção de calor pela queima dos alimentos. A calorimetria indireta mede o consumo de oxigênio e a produção de C02 • (e) A perda de calor por condução é a perda de calor do corpo para um objeto mais frio. A perda de calor radiante resulta da perda da produção de ondas eletromagnéticas infravermelhas. A perda de calor por convecção resulta do movimento do ar quente para cima e sua substituição por ar frio. A perda de calor por evaporação ocorre quando a água evapora. (f) O estado absortivo ocorre após uma refeição, quando o anabolismo excede o catabolismo. O estado pós-absortivo existe quando o catabolismo excede o anabolismo. (a) A hiperglicemia resulta da falta de produção de insulina. (b) A glicosúria ocorre quando a glicose filtrada excede a capacidade dos rins de reabsorvê-la. (c) A poliúria resulta da diurese osmótica causada pela glicosúria. (d) A cetose resulta do metabolismo aumentado dos ácidos graxos. (e) A desidratação é uma consequência da poliúria causada pela diurese osmótica. (f) A sede intensa é uma consequência da desidratação. Se uma pessoa ingere uma refeição que tenha proteína pura e somente a insulina está sendo liberada, as concentrações de glicose no sangue poderão cair muito. A cossecreção de glucagon assegura que as concentrações de glicose plasmática permaneçam dentro dos níveis normais. Veja a Figura 22-1. Veja as Figuras 22-19 e 22-20.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 27. O excesso de aminoácidos, além do necessário para a síntese de proteínas, será armazenado como glicogênio ou gordura. 28. Quando a secreção da insulina (eixo x) aumenta, a glicose plasmática (eixo y) diminui. 29. Veja a Figura 18-9 da página 608. (a) A acidose desvia a curva para a direita. O efeito da baixa quantidade do difosfoglicerato (DPG), entretanto, desvia a curva para a esquerda (como a Fig. 18-11 na p. 608). O efeito de ambas as condições simultaneamente seria próximo da ligação normal ao oxigênio. (b) Quando o pH se aproxima do normal, a curva desvia de volta para a esquerda. Com o DPG ainda baixo, a curva estaria entre odes-

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Apêndice A

vio à esquerda devido aos níveis baixos de DPG e o normal. A liberação de oxigênio após o tratamento seria, portanto, menor que o normal.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 30. A resposta varia. Uma mulher com 1,62 m pesando 50 kg tem um IMC de 19. 31. Gordura: 6 g x 9 kcal/g = 54 kcal. Carboidrato: 30 g x 4 kcal/g = 120 kcal. Proteína: 8 g x 4 kcal/g = 32 kcal. Total = 206 kcal. 54/206 = 26o/o de calorias a partir das gorduras.

HORMÔNIO PROTEÍNA

CHO

GORDURA

e e

Cortisol

e (no músculo esquelético)

Hormônios da tireoide

A (crianças) C (adultos)

e e

G

A

e

e

Insulina

A

A

A

Glucagon

C

e

e

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS

CAPÍTULO 23 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. zona glomerulosa (aldosterona), zona fasciculada (glicocorticoides) e zonas reticular (esteroides sexuais, basicamente androgênios). 2. (a) Hormônio liberador da corticotrotina (hipotálamo)~ hormônio adrenocorticotrópito (adeno-hipófise) ~ cortisol (córtex da suprarrenal) retroalimentam inibindo a secreção do CRH e do ACTH. (b) Hormônio liberador do hormônio de crescimento e somatostatina (hipotálamo) ~ hormônio de crescimento (adeno-hipófise). (c) Diminuição do Ca2 + plasmático~ hormônio da paratireoide (PTH) (glândulas paratireoides) ~aumenta os níveis de Ca2 + plasmático aumentando a reabsorção óssea, entre outros efeitos ~ retroalimentação negativa inibe a secreção do PTH. (d) O hormônio liberador da tireotrofina (hipotálamo)~ hormônio estimulador da tireoide (tireotrofina) (adeno-hipófise) ~ tri-iodotironina (T3) e tiroxina (T4) (glândula tireoide) ~ retroalimentação negativa para o hipotálamo e para a adeno-hipófise. 3. Condições: dieta adequada, ausência de estresse crônico e quantidade adequada do hormônio da tireoide e do hormônio do crescimento. Outros hormônios importantes: insulina, somatomedinas e hormônios sexuais na puberdade. 4. A tri-idotironina (T3) e a tetraiodotironina (T4 ou tiroxina). O T3 é o hormônio mais ativo da tireoide; grande parte deste hormônio é produzida a partir do T4 nos tecidos periféricos. 5. (a) incluem ACTH (secreção do cortisol) e MSH (não significativo em humanos). (b) A perda óssea que ocorre quando a reabsorção do osso excede a sua deposição. (c) A porção inorgânica da matriz óssea que consiste principalmente de sais de cálcio. (d) Hormônios esteroides que regulam minerais, p. ex., aldosterona. (e) Pequenas espículas de osso que circundam as cavidades da medula óssea vermelha, em áreas de osso esponjoso. (f) Pró-opiomelanocortina, precursor inativo do ACTH e de outras moléculas. (g) Zonas de crescimento presentes em ossos longos, formadas por cartilagem. 6. Funções: coagulação do sangue, contração e excitabilidade do músculo cardíaco, contração dos músculos esquelético e liso, sistemas de segundo mensageiro, exocitose, junções de oclusão, resistência dos ossos e dos dentes. 7. Nesta tabela, A indica anabolismo, C indica catabolismo. CHO = carboidrato

8. (a) Veja a Figura 7-20c, p. 237. (b) Veja a Figura 7.20b, p. 237. (c) Substituir pelos hormônios da via da tireoide na Figura 7-20c. (d) Substituir pelos hormônios da via da tireoide na Figura 7-21a, página 238. 9. (a) O CRH hipotalâmico estimula a secreção de ACTH da adeno-hipófise que estimula a secreção de glicocorticoides, como o cortisol, pelo córtex da suprarrenal, (zona fasciculada). (b) As células foliculares da glândula tireoide secretam coloide a partir do qual os hormônios são produzidos; células e secretam calcitonina. (c) A síntese de hormônio da tireoide é controlada pelo TSH, cuja liberação é controlada pelo TRH. Na glândula tireoide, a tirosina e o iodo combinam-se na tireoglobulina para produzir os hormônios da tireoide. A globina ligadora de hormônios da tireoide (TBG) carrega os hormônios da tireoide no sangue. A deiodinase na célua-alvo remove o iodo do T4 para produzir a T3 • (d) O hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) estimula a secreção do hormônio de crescimento (GH ou somatotropina) da adeno-hipófise. A somatostatina (GHIH) inibe a produção de GH. O hormônio do crescimento se liga a proteínas que ligam metade do GH no sangue. Os fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGFs) provenientes do fígado agem junto com o GH para promover o crescimento. (e) Onanismo resulta da deficiência grave de GH na infância. O gigantismo resulta da hipersecreção de GH durante a infância. A acromegalia é o alongamento da mandíbula e o crescimento das mãos e pés, causada pela hipersecreção do GH em adultos. (f) A hiperplasia é o número aumentado de células. A hipertrofia é o tamanho aumentado das células. (g) Os osteoblastos são células do osso que secretam a matriz orgânica óssea. Os condrócitos são células cartilaginosas. Os osteoclastos são células que destroem o osso. (h) O PTH aumenta o cálcio plasmático estimulando a reabsorção óssea, e renal e a absorção intestinal do cálcio. O calcitriol (1,25-dihidroxicolecalciferol) é um derivado da vitamina D que medeia o efeito do PTH sobre a absorção intestinal do cálcio. A calcitonina diminui a reabsorção óssea do cálcio. O estrogênio promove a deposição óssea. 10. Os hormônios da tireoide têm receptores intracelulares, assim espera-se o início da ação em 60 a 90 minutos. Entretanto, os efeitos do hormônio da tireoide na taxa metabólica são aparentes dentro de poucos minutos e pensa-se que estejam relacionados a mudanças no transporte de íons através das membranas das células e das mitocôndrias. 11. Um equivalente é a molaridade do íon vezes o número de cargas/íon. Ca2 +: 2,5 mmol/L x 2 = 5 mEq.

Apêndice A

12. Veja a Figura 23-18. As células produzem H+ com o auxílio da anidrase carbônica. A partir de C0 2 + H20 a membrana apical secreta H+ usando uma H+ATPase e a membrana basolateral secreta ttco-3 com um antiportador cloreto-bicarbonato ou um simportador sódio-bicarbonato.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 13. O estresse fisiológico estimula a secreção do cortisol, que aumenta a glicose no sangue. Um aumento na insulina provoca o efeito oposto. 14. Resposta normal: a supressão do ACTH pela dexametasona diminui o cortisol plasmático. O paciente A não mostra resposta à dexametasona, sugerindo que há hipersecreção da suprarrenal que é insensível ao ACTH. O paciente B mostra uma diminuição de cortisol após a dexametasona, sugerindo que o problema está na hipófise. 15. Sr. A - níveis elevados de TSH; Sr. B - níveis baixos e a Sra. C níveis elevados. (a) Não é possível determinar se existe um erro do laboratório nos resultados do Sr. A ou da Sra. C sem saber os níveis do hormônio da tireoide. (b) O Sr. B pode ser excluído, porque seu TSH seria baixo, se o diagnóstico está correto. 16. (a) Pessoas de todas as idades apresentaram insuficiência de vitamina D no final do inverno. Esta deficiência foi mais pronunciada entre os 18 e 29 anos de idade e menos pronunciada em indivíduos com 50 anos ou mais. No final do verão, poucos indivíduos apresentaram deficiência de vitamina D. Variáveis: estação quando o sangue foi coletado, idade e o/o de pessoas com insuficiência de vitamina D. (b) A energia do sol é necessária para os precursores na pele serem convertidos em vitamina D. Os dias no inverno são mais curtos e nas latitudes mais ao norte dos Estados Unidos, como em Boston, as pessoas passam menos tempo do lado externo durante o inverno. Isto explica as diferenças nos dados entre as duas estações. Pouco mais da metade das pessoas examinadas apresentaram deficiência, entretanto, sugerindo que a maioria das pessoas consumia vitamina D suficiente. A maior diferença sazonal ocorre no grupo com 18 a 29 anos de idade que, provavelmente, ficam mais tempo fora de casa no verão do que os membros dos outros grupos. (c) Como a vitamina D está presente em suplementos multivitamínicos, o consumo destes suplementos deveria reduzir a insuficiência de vitamina D.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS 17. (a) 5 mg Ca2 +/ L plasma x 125 mL plasma filtrado/min x 1.440 min/dia = 900 mg Ca2 + filtrado/dia. (b) Para mater o esquilíbrio do Ca2 + ele deve excretar 170 mg/ dia. (c) 900 mg filtrado - 170 mg excretado = 730 mg reabsorvido. 730/900 = 81 %.

CAPÍTULO 24 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. A capacidade de se defender contra as doenças causadas por patógenos. Memória - células imunitárias que "lembram" de uma exposição prévia a um antígeno e geram uma resposta imunitária mais forte. Especificidade - anticorpos direcionados a antígenos específicos. 2. O timo, a medula óssea, o baço, os linfonodos e o tecido linfático difuso.

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3. proteger o corpo contra patógenos estranhos, remover tecidos e células mortas ou danificadas e reconhecer e remover células "próprias" anormais. 4. Os vírus brotam das células hospedeiras ou as matam rompendo-as. Eles danificam as células hospedeiras, eliminando-as, controlando o seu metabolismo ou tornando-as cancerígenas e se reproduzem descontroladamente. 5. Detectar o patógeno, reconhecê-lo como estranho, organizar uma resposta e recrutar ajuda de outras células. Se o patógeno não pode ser destruído, ele pode ser suprimido. 6. (a) reação alérgica grave mediada pela Ig-E com vasodilatação generalizada, colapso circulatório e broncoconstrição. (b) Agregar-se. Quando as células do sangue são expostas a um anticorpo, uma reação antígeno-anticorpo pode causar a aglutinação das células do sangue. (c) Muitas reações imunitárias são extravasculares (fora dos vasos sanguíneos). (d) Liberação de substâncias químicas dos grânulos citoplasmáticos para o LEC. (e) Opsoninas que recobrem os patógenos; liberadas nos estágios iniciais da lesão ou infecção. (f) Uma célula de um clone se divide produzindo muitas células idênticas. (g) Capacidade do sistema imunitário de encontrar e destruir células anormais (especialmente cancerosas). 7. Histiócitos, células de Kupffer, osteoclastos e micróglia. 8. Os monócitos e os macrófagos, que ingerem e destroem invasores e células anormais. 9. (a) 5 (b) 1 (c) 3 (d) 6 (e) 2 (f) 4 10. Barreiras físicas incluem a pele, membranas mucosas, e o movimento mucociliar respiratório. Barreiras químicas incluem lisozimas, opsoninas e enzimas e anticorpos. 11. Os linfócitos B secretam anticorpos; os linfócitos Te as células NK matam as células infectadas. Os linfócitos T ligam-se ao antígeno apresentados pelos complexos MHC; as células NK podem então se ligar aos anticorpos que recobrem as células estranhas. 12. A capacidade do sistema imunitário do corpo de ignorar as suas próprias células. Ocorre porque os linfócitos T que reagem com as "células próprias" são eliminados pela deleção clonal. Se a autotolerância falha o corpo produz anticorpos contra ele próprio (doença autoimune). 13. A capacidade do sistema nervoso de influenciar a função imunitária, positiva ou negativamente. 14. Estresse - estímulo não específico que altera a homeostase. Estressor é o estímulo que causa estresse. A síndrome da adaptação geral é uma resposta ao estresse que inclui ativação das glândulas suprarrenais (resposta de luta-ou-fuga da medula suprarrenal de secreção de cortisol pelo córtex).

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 15. Use figuras e tabelas do Capítulo para a criar o mapa. 16. Quando os linfonodos aprisionam as bactérias, uma resposta inflamatória localizada (inchaço e ativação de nociceptores por citocinas) resulta em linfonodos inchados e doloridos. 17. A histamina abre os poros dos capilares, de modo que as células do sistema imunitário e as proteínas possam sair do sangue. A interleucina-1 aumenta a permeabilidade capilar, estimula as proteínas da fase aguda e causa febre. As proteínas da fase aguda agem como opsoninas. Complemento - opsoninas, quimiotaxinas, liberação de histamina, complexo de ataque à membrana. O interferon gama ativa os macrófagos. Estas moléculas trabalham juntas, então não são antagonistas. Se o efeito do

890

18.

19.

20. 21. 22.

Apêndice A

seu trabalho combinado é maior que a soma do seu trabalho individual, eles são sinérgicos. (a) Patógenos são quaisquer organismos que causam uma doença. Micro-organismos - organismos microscópicos, patogênicos ou não. Pirogênios - substâncias químicas que causam febre. Antígenos - substâncias que desencadeiam uma resposta imunitária e reagem com os produtos desta resposta. Anticorpos são substâncias químicas produzidas para lutar contra uma doença. Antibióticos são fármacos que destroem bactérias ou fungos. (b) Uma infecção é uma doença causada por um patógeno, especialmente por vírus ou bactérias. A inflamação é uma resposta não específica a uma célula danificada ou um invasor, incluindo os não patogênicos, como uma lasca de madeira. Uma alergia é uma resposta inflamatória a um invasor não patogênico, como o polém das plantas. Em uma doença autoimune, o corpo produz anticorpos contra suas próprias células. (c) Alérgenos são substâncias não patogênicas que geram reações alérgicas. As bactérias são organismos celulares. Os vírus e retrovírus são parasitas acelulares que precisam invadir as células do hospedeiro para se reproduzirem. Os retrovírus fazem com que as células hospedeiras produzam DNA viral para que o vírus possa se reproduzir. (d) As quimiotaxinas são substâncias químicas que atraem as células imunitárias. As citocinas são peptídeos produzidos sob demanda e secretadas para agir em outras células. As opsoninas são proteínas que cobrem e marcam o material estranho para que possa ser reconhecido pelo sistema imunitário. As interleucinas são citocinas que inicialmente se pensava que agissem somente nos leucócitos. Os interferons são citocinas dos linfócitos que ajudam na resposta imunitária. A bradicinina é um vasodilatador parácrino. (e) imunidade inata - não específica, presente desde o nascimento. A imunidade adquirida é direcionada a invasores específicos. A imunidade adquirida pode ser dividida em imunidade mediada por células e imunidade humoral (anticorpos). (f) As respostas de hipersensibilidade imediatas são mediadas por anticorpos e ocorrem após alguns minutos da exposição ao alérgeno. As reações de hipersensibilidade tardias podem levar diversos dias para se desenvolver e são mediadas pelas células T auxiliares e pelos macrófagos. (g) Estes são todos substâncias químicas da resposta imunitária. O complexo de ataque à membrana e a perforina são proteínas de poro da membrana. As perforinas permitem que as granzimas (enzimas citotóxicas) entrem na célula. Ver a Figura 24-12. A região Fc determina a classe do anticorpo. A região Fab contém sítios de ligação com o antígeno que confere a especificidade do anticorpo. Ver Figura 24-17. Ver Figura 24-18. Ver Figura 24-19.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 23. O sangue do tipo O é o doador universal, pois nestes eritrócitos falta antígenos de superfície A ou B, e não desencadeiam resposta imunitária. O sangue do tipo AB é o receptor universal porque seus eritrócitos têm tanto antígenos A quanto B, e não possuem anticorpos anti A e B. 24. Maxie e o bebê são 00. Snidley pode ser BB ou BO. O bebê recebeu um gene O de Maxie e poderia ter recebido outro gene O de Snidley. Assim, é possível que Snidley seja o pai do bebê.

25. O estresse emocional causa secreção aumentada de cortisol, que , suprime o sistema imunitário. E também provável que os estudantes estejam passando mais tempo dentro de locais fechados tendo contato mais próximo com outros estudantes. 26. As células imunitárias de Bárbara reconhecem seu tecido conectivo como um antígeno, e o ataca. O início das doenças autoimunes frequentemente está associado a uma infecção, e se pensa que representam uma reação cruzada de anticorpos desenvolvidos por causa da infecção. O estresse suprime o sistema imunitário. 27. Um aumento nos neutrófilos está associado com infecção bacteriana. Um aumento de eosinófilos está associado com infecções parasitárias.

CAPÍTULO 25 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. ATP e fosfato de creatina. 2. Aeróbia; tanto a glicose quanto os ácidos graxos. 3. Metabolismo aeróbio: o oxigênio é necessário; a glicose entra na glicólise e no ciclo do ácido cítrico. Produz 30 a 32 moléculas de ATP/glicose por meio da fosforilação oxidativa. Metabolismo anaeróbio: não usa oxigênio; a glicose sofre glicólise e produz ácido láctico. Produz somente 2 ATP/glicose. 4. Glicogênio, glicose plasmática e glicose produzida por meio da gliconeogênese. 5. Cortisol, hormônio do crescimento, adrenalina e noradrenalina aumentam os níveis plasmáticos de glicose. 6. No início do exercício, o uso do ATP do músculo excede a produção aeróbia do ATP e então os estoques celulares de ATP são usados. Isto cria um déficit de oxigênio que é refletido pelo aumento no consumo de oxigênio após o exercício terminar. 7. O sistema circulatório. 8. Normal- 37 ºC. Sudorese e vasodilatação cutânea.

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 9. Veja as figuras nos Capítulos 4, 15, 17, 18, 23 e 25. 10. A secreção de insulina diminui por causa do estímulo simpático sobre as células J3-pancreáticas. Menos insulina ~ fígado produz glicose; tecidos sensíveis à insulina não captam glicose do sange ~ glicose disponível para o encéfalo e para os músculos em exercício (a captação da glicose não precisa de insulina). 11. Vantagens: rápida; usa a glicose prontamente disponível. Desvantagens: baixa produção de ATP por molécula de glicose; contribui para a acidose metabólica. 12. (a) ATP - energia para a contração muscular. ADP - aceita um fosfato de alta energia do PCr e torna-se ATP. (b) A mioglobina é uma proteína ligadora de 0 2 muscular que ajuda na difusão do oxigênio do sangue para a mitocôndria. A hemoglobina é o pigmento ligador de oxigênio dos eritrócitos que transporta oxigênio dos pulmões para as células. 13. (a) 3 (b) 1,2,3,4,5 (c) 1,2,4,5,6 (d) 6 (e) não há correspondência (f) 6 (g) 1 (retomo venoso), 4 14. (a) aumenta (b) diminui (c) aumenta (d) aumenta (e) aumenta (f) aumenta (g) permanece o mesmo (h) diminui 15. O aumento da frequência cardíaca reduz o tempo de enchimento e ajuda a compensar o aumento do volume diastólico final que seria esperado a partir do aumento do retorno venoso. 16. (1) o reflexo barorreceptor é ajustado em pontos de referência mais altos, (2) sinais aferentes dos barorreceptores são bloquea-

Apêndice A

dos na medula espinal, ou (3) estímulos de quimiorreceptores e mecanorreceptores dos tecidos que estão sendo exercitados superam o estímulo barorreceptor. 17. Exercícios regulares diminuem o risco de ataques cardíacos e a pressão sanguínea, melhoram o perfil lipídico e diminuem o risco de desenvolver diabete do tipo 2. 18. O músculo em exercício não necessita de insulina para captar a glicose; logo, o exercício regular pode auxiliar na manutenção do nível normal de glicose.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS 19. água, NaCl, e K+ para repor o líquido e os íons perdidos no suor mais um carboidrato que é facilmente absorvido e metabolizado para formar ATP.

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTATIVOS 20. DC = 60 batimentos/minuto x 70 mL/batimento = 4.200 mL/ min. Se a frequência cardíaca dobra, o DC vai para 8.400 mL/ min, ou dobra também.

CAPÍTULO 26 NÍVEL UM REVISANDO FATOS E TERMOS 1. (a) 3, 4,5 (b) 8 (e) 2, 7 (d) 2,6 (e) 2 (f) 1 2. SRY. 3. As gônadas produzem gametas e secretam hormônios sexuais. O gameta da mulher é o ovócito (óvulo); do homem é o espermatozoide. Os hormônios gonadais femininos são o estrogênio, a progesterona, os androgênios e a inibina. Os hormônios gonadais masculinos são os androgênios e a inibina. 4. Espermatozoide recém-formado: lúmen dos túbulos seminíferos ~ epidídimo ~dueto deferente~ dueto ejaculatório (passando pelas glândulas seminais, próstata e glândulas bulbouretrais) ~uretra. Ovócito ovulado: tuba uterina~ cavidade uterina~ cérvix (colo do útero) ~ vagina 5. (a) Converte androgênios em estrogênios. (b) Junções de oclusão que impedem o livre movimento de substâncias entre o sangue e o lúmen dos túbulos seminíferos. (e) Proteína sintetizada pelas células de Sertoli e secretada no lúmen do túbulo seminífero, onde se liga e concentra androgênios. (d) Formado pela primeira divisão meiótica de um ovócito primário; se desintegra e não tem função. (e) Estrutura semelhante a um lisossomo presente na cabeça do espermatozoide; contém enzimas essenciais para a fertilização. 6. (a) Falso. um pouco é produzido pela glândula suprarrenal em ambos os sexos. (b) Falso. Ambos os sexos os produzem. (e) Verdadeiro (d) Flaso. Altos níveis de estrogênio na fase folicular tardia ajudam a preparar o útero para a implantação de um óvulo fertilizado. (e) Verdadeiro. 7. Uma mistura de espermatozoides e líquido produzido principalmente pelas glândulas acessórias. Veja a Tabela 26-3 para os seus componentes. 8. A forma mais eficaz de contracepção é a abstinência. A forma menos eficaz é evitar a relação sexual durante o período em que a mulher acredita que pode estar fértil.

891

NÍVEL DOIS REVISANDO CONCEITOS 9. Lista 1: use as Figuras 26-3, 26-4 e 26-5. Lista 2: use as Figuras 26-12, 26-13 e 26-14. 10. Veja a Figura 26-11. 11. VejaaFigura26-14. 12. Homens possuem somente um cromossomo Y, que frequentemente não possui um gene correspondente a um gene encontrado no cromossomo X. Assim, um homem que herdar uma característica recessiva do X irá apresentá-la, ao passo que a mulher que herdar a mesma característica recessiva não irá apresentá-la se o segundo cromossomo X tiver o gene dominante para esta característica. 13. (a) Gameta: ovócito e espermatozoide. Um zigoto formado a partir da fusão do ovócito e do espermatozoide; sofre mitose e torna-se um embrião. Na 8ª semana de gestação, o embrião se toma um feto. (b) O coito é o ato sexual, ou intercurso. Ereção - o pênis se torna rígido e aumentado. Orgasmo masculino - os espermatozoides se movem para dentro da uretra durante a emissão, depois saem do corpo no sêmen durante a ejaculação. As zonas erógenas são porções do corpo que têm receptores para estímulos sexuais. (e) Capacitação - maturação necessária do espermatozoide antes que ele possa fertilizar o ovócito. Reação acrossômica - enzimas ajudam o espermatozoide a penetrar na zona pelúcida que envolve o ovócito. Reação corcial - grânulos presentes no citoplasma do óvulo liberam o seu conteúdo para mudar as propriedades da membrana do óvulo. (d) A puberdade é o período em que a pessoa se torna sexualmente madura. Menarca - o primeiro período menstrual. Menopausa - os ciclos reprodutivos femininos cessam. Andropausa - equivalente masculina controversa da menopausa 14. (a) O FSH em ambos os sexos estimula a produção gamética. (b) A inibina inibe a secreção de FSH. (e) A ativina estimula a secreção de FSH. (d) o GnRH estimula a liberação de FSH e LH. (e) O LH, em ambos os sexos, estimula a produção de hormônios sexuais pelas gônadas; nas mulheres o LH é também necessário para a maturação gamética. (f) A DHT é um metabólito da testosterona responsável pelo desenvolvimento da genitália masculina no feto. (g) O estrogênio está presente em ambos os sexos, mas tem efeito predominante nas mulheres; formação do gameta feminino e algumas características sexuais secundárias. (h) Testosterona nos homens - formação gamética. Em ambos os sexos, é responsável por algumas características sexuais secundárias, como o crescimento dos pêlos. (i) A progesterona é encontrada somente nas mulheres; ela ajuda a preparar o útero para a gestação. 15. As quatro fases são similares em ambos os sexos. Na fase de excitação, o pênis e o clitóris se tornam eretos devido ao fluxo sanguíneo aumentado. A vagina secreta líquidos para a lubrificação. No orgasmo masculino, acontece a ejaculação, no orgasmo feminino o útero e as paredes da vagina se contraem. 16. (a) A hCG ajuda o corpo lúteo a não morrer. (b) O LH não possui papel direto na gravidez. (e) O HPL tem um papel na regulação do metabolismo materno durante a gravidez. (d) O estrogênio é necessário para o desenvolvimento das mamas; sinal de retroalimentação negativa impedindo o desenvolvimento de novos folículos.

892

Apêndice A

(e) Progesterona - manutenção do revestimento uterino; impede contrações uterinas; desenvolvimento das glândulas , . mamanas. (f) Relaxina - impede as contrações uterinas. (g) Os níveis de PIH diminuem, então os níveis de prolactina irão aumentar, permitindo a produção do leite.

20. Durante a gravidez, a glicose no sangue da mãe está disponível para o feto, que metaboliza a energia extra e ganha peso. O feto também regula para cima a secreção de insulina para lidar com a glicose que cruza a placenta. Após o nascimento, quando a insulina ainda está alta, mas a glicose cai para níveis normais, o bebê pode tornar-se hipoglicêmico.

NÍVEL TRÊS SOLUCIONANDO PROBLEMAS

NÍVEL QUATRO PROBLEMAS QUANTITATIVOS

17. Geralmente, após a fertilização, o segundo corpúsculo polar, contendo um conjunto haploide de cromossomos, é liberado do zigoto. Se todos ou alguns cromossomos do segundo corpúsculo polar são retidos, o embrião terá três cópias de um cromossomo em vez de apenas dois. 18. Se um cisto não ovulado continua a secretar estrogênio e não se desenvolve em corpo lúteo, o revestimento uterino continua a crescer e as mamas irão se desenvolver, exatamente como ocorre durante a gravidez . .19. (a) Homem (b) Testículos não funcionais (c) Sem duetos de qualquer tipo (d) Mulher

21. (a) porque foi administrada nos indivíduos. (b) por causa da retroalimentação negativa da testosterona. (c) A produção de espermatozoide diminui no intervalo A-B por causa dos níveis diminuídos de FSH e LH. Aumenta em direção ao final do intervalo B-C porque o FSH permitiu que a produção de espermatozoide fosse retomada. A produção de espermatozoides não aumenta significativamente no intervalo D-E.

. 1s1ca e ,

atemática

Richard D. Hill e Daniel Biller,

University of Texas

INTRODUÇAO Este apêndice discute aspectos selecionados de biofísica, o estudo da física aplicada aos sistemas biológicos. Como os sistemas vivos estão em contínua troca de força e energia, é necessário definir esses conceitos importantes. De acordo com o cientista do século XVII Sir Isaac Newton, um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a continuar movendo-se em linha reta a menos que alguma força esteja atuando sobre ele (Primeira Lei de Newton). Newton adicionalmente definiu força como uma influência, mensurável em intensidade e direção, que opera em um corpo de tal maneira que produz uma alteração no seu estado de repouso ou movimento. Colocando de outra maneira, a força fornece energia para uma quantidade, ou massa, permitindo que ela realize trabalho. Em geral uma força motriz multiplicada por uma quantidade rende energia, ou trabalho. Por exemplo: força x distância= trabalho. A energia existe em duas formas gerais: energia cinética e energia potencial. Energia cinética [kinein, mover] é a energia possuída por uma massa em movimento. Energia potencial é a energia possuída por uma massa devido à sua posição. A energia cinética (EC) é igual à metade da massa (m) de um corpo em movimento multiplicada pelo quadrado da velocidade (v) do corpo: EC = ~

mv2

Energia potencial (EP) é igual à massa (m) de um corpo multiplicada pela aceleração devido à gravidade (g) vezes a altura (h) do corpo sobre a superfície da terra: EP = mgh

ondeg = 10 m/s

Corrente elétrica (I): A corrente elétrica é expressa em amperes (A). Quantidade de substância (n): A quantidade de uma substância é expressa em moles (mol). Usando estas unidades fundamentais de medida, podemos agora estabelecer unidades-padrão para os conceitos físicos (Tabela B-le ). Embora estas sejam unidades-padrão para esses conceitos neste momento, elas não são as únicas unidades usadas para os descrever. Por exemplo, força também pode ser expressa em dinas, a energia pode ser expressa em calorias, pressão pode ser medida em torrou mmHg, e potência pode ser expressa em cavalos-vapor. Contudo, todas estas unidades podem ser convertidas em uma unidade-padrão correspondente, e vice-versa. O restante deste apêndice discute algumas aplicações relevantes biologicamente dos conceitos físicos. Esta discussão inclui tópicos como princípios bioelétricos, princípios osmóticos e comportamento dos gases e líquidos relevantes para os organismos vivos.

PRINCÍPIOS BIOELÉTRICOS Os sistemas vivos são compostos de diferentes moléculas, muitas das quais existentes em um estado carregado. As células são preenchidas com partículas carregadas, como as proteínas e os ácidos orgânicos, e íons estão em contínuo fluxo através da membrana celular. Consequentemente, as forças elétricas são importantes para a vida.

2

Unidades-padrão para conceitos físicos

As energias potencial e cinética são mensuradas em joules.

CONCEITO MEDIDO

UNIDADE-PADRAO (SI *)

DEFINIÇÃO/ DERIVAÇÃO MATEMÁTICA

Força

Newton (N)

1 N = 1 kg X m/s

Energia/Trabalho/Calor

Joule (J)

1J=1NXm

(m).

Potência

Watt (W)

1W=1 J/s

Tempo (t): O tempo é expresso em segundos (s).

Carga elétrica

Coulomb (C)

1C=1AXs

Massa (m): A massa é expressa em quilogramas (kg), sendo definida como o peso de um corpo em um campo gravitacional.

Potencial

Volt (V)

1 V= 1 J/C

Resistência

Ohm (fi)

1fi=1 V/A

Temperatura (1): A temperatura absoluta é expressa na escala Kelvin (K),

Capacitância

Farad (F)

1F=1C/V

Pressão

Pascal (Pa)

1 Pa

UNIDADES BÁSICAS DE MEDIDA Para os conceitos físicos serem úteis em empreendimentos científicos, eles precisam ser mensuráveis e devem ser expressos em unidades-padrão de medida. Algumas unidades fundamentais de medida incluem as que seguem: Comprimento (l): O comprimento é expresso em metros

onde K = graus Celsius (ºC) + 273,15 e ºC = (graus Fahrenheit - 32)/ 1,8

*SI, Sistema Internacional de Unidades

=

1 N/m 2

2

894

Apêndice B

Quando moléculas ganham ou perdem elétrons, elas adquirem cargas positivas ou negativas. Um princípio básico da eletricidade é que cargas opostas se atraem e cargas semelhantes se repelem. Uma força precisa agir em uma partícula carregada (uma massa) para provocar mudanças em sua posição. Consequentemente, deve ser uma força que atue nas partículas carregadas para causar atração ou repulsão, e esta força elétrica pode ser mensurada. A força elétrica aumenta quando a intensidade (número) de cargas aumenta, e decresce à medida que a distância entre as cargas aumenta. Esta observação foi chamada de lei de Coulomb e pode ser escrita: F =

qiqz 2

sd

onde q1 e q2 são as cargas elétricas (coulombs), d é a distância entre as cargas (metros), E é a constante dielétrica e Fé a força de atração ou repulsão, dependendo do tipo de carga nas partículas. Quando cargas opostas são separadas, uma força atua .... sobre uma distância para uni-las. A medida que as cargas se aproximam, trabalho está feito pelas partículas carregadas e está sendo liberada energia (Fig. B-le ). Inversamente, para separar cargas unidas, energia precisa ser adicionada e trabalho realizado. Se as cargas são separadas e mantidas dessa forma, elas têm potencial de realizar trabalho. Este potencial elétrico é chamado de voltagem. Voltagem é medida em volts (V).

Se você separar duas cargas opostas, haverá uma força elétrica entre elas.

Se você aumentar o número de cargas que são separadas, a força aumenta. _

-

-

Se você aumentar a distância entre as cargas, a força diminui.

-e

Se as cargas são separadas por uma distância d, elas têm o potencial de realizar trabalho. Este potencial elétrico se chama voltagem. Se cargas separadas podem se mover juntas, elas realizam trabalho e energia é liberada. A quantidade de trabalho feito depende do número de partículas e da distância entre elas. Para separar as partículas carregadas, energia precisa ser colocada no sistema e • precisa ser realizado trabalho.

-

e

FIGURA B-1

Força elétrica.

d

Se cargas elétricas são separadas e há uma diferença de potencial entre elas, então a força entre as cargas permite que os elétrons fluam. O fluxo de elétrons é chamado de corrente elétrica. A constante de Faraday (F) é uma expressão da carga elétrica carregada por um mol de elétrons e é igual a 96.485 coulombs/mol. A quantidade de corrente que flui depende da natureza do material existente entre as cargas. Se o material impede o fluxo de elétrons, então se diz que ele oferece resistência (R), medida em ohms. A corrente é inversamente proporcional à resistência, de modo que a corrente diminui à medida que a resistência aumenta. Se um material oferece grande resistência ao fluxo de elétrons, então ele é chamado de isolante. Se a resistência é baixa, e a corrente flui relativamente livre, então o material é chamado de condutor. Corrente, voltagem e resistência são relacionadas pela lei de Ohm, a qual estabelece que:

V= IR onde

V= diferença de potencial, em volts I = corrente, em amperes R = resistência, em ohms

Em sistemas biológicos, a água pura não é um bom condutor, mas a água contendo NaCl dissolvido é um bom condutor porque os íons fornecem cargas para conduzir a corrente. Nas membranas biológicas, os lipídeos possuem poucos ou nenhum grupo carregado, por isso oferecem grande resistência ao fluxo de corrente através deles. Dessa forma, diferentes células podem ter diferentes propriedades elétricas dependendo da composição de lipídeos de suas membranas e da permeabilidade de suas membranas aos íons.

PRINCÍPIOS OSMÓTICOS Ponto de congelamento, pressão de vapor, ponto de ebulição e pressão osmótica são propriedades das soluções coletivamente chamadas de propriedades coligativas. Estas propriedades dependem do número de partículas de soluto em uma solução. A pressão osmótica é a força que determina a difusão da água através de uma membrana. Como não há solutos na água pura, não há pressão osmótica. Porém, se for adicionado um soluto como o NaCl, quanto maior a concentração (e) de um soluto dissolvido na água, maior a pressão osmótica. A pressão osmótica ('TT) varia diretamente com a concentração de soluto (número de partículas (n) por volume (V)): 'TT = (n/V)RT 'TT = cRT

onde Ré a constante do gás ideal (8,3145 joules/K mal) e Té a temperatura absoluta, em Kelvin. A pressão osmótica pode ser mensurada pela determinação da pressão mecânica que precisa ser aplicada a uma solução de modo que a osmose cesse. O equilíbrio da água no corpo está sob controle dos gradientes de pressão osmótica (gradientes de concentração). A maioria das membranas celulares permite que a água passe com liberdade, primariamente através de canais abertos ou de vazamento. Para controlar o movimento da água, o organismo remove esses canais da membrana ou controla o movimento do soluto que cria os gradientes de concentração.

Apêndice B

COMPORTAMENTOS RELEVANTES DOS GASES E LÍQUIDOS Os sistemas respiratório e circulatório do corpo humano obedecem as leis da física que governam o comportamento dos gases e líquidos. Esta seção discute algumas leis importantes que governam esses comportamentos e como nossos sistemas corporais utilizam essas leis.

895

Esta equação é lida como "pH é igual ao log negativo na base 10 da concentração do íon hidrogênio". Mas o que é um logaritmo? Um logaritmo é o expoente ao qual você teria que elevar a base (10) para obter o número que você está interessado. Por exemplo, tomando o número 100, você teria o quadrado da base (10): 2

10 = 100

Gases A lei dos gases ideais diz que: PV= nRT

onde

P = pressão dos gases no sistema V= volume do sistema n = número de moles no gás T = tem peratura R = constante do gás ideal (8,3145 J/K mol)

Se n e T são mantidos constantes para todas as pressões e volumes em um sistema de gases, então quaisquer duas pressões e volumes nesse sistema estão relacionadas pela Lei de Boyle, P1 VI= P2 V2

onde P representa pressão e V representa volume. Este princípio é relevante para os pulmões humanos, pois a concentração de gás nos pulmões é relativamente igual à da atmosfera. Além disso, a temperatura do corpo é mantida a uma temperatura constante por mecanismos homeostáticos. Consequentemente, se o volume dos pulmões é mudado, então a pressão nos pulmões muda inversamente. Por exemplo, um aumento na pressão causa uma diminuição no volume, e vice-versa.

Líquidos Pressão do líquido (ou pressão hidrostática) é a pressão exercida por um líquido em um corpo real ou hipotético. Em outras palavras, a pressão existe havendo ou não um corpo submergido no líquido. O líquido exerce uma pressão (P) em um objeto submergido nele a uma certa profundidade a partir da superfície (h). A lei de Pascal nos permite encontrar a pressão do líquido a uma profundidade específica para qualquer líquido. Ela estabelece que: p

onde:

=

pgh

P = pressão do líquido (medida em pascais, Pa) p = densidade do líquido g = aceleração devido à gravidade (10 m/s 2) h = profundidade abaixo da superfície do líquido

A pressão do líquido não está relacionada com a forma do recipiente no qual está localizado.

REVISAO DE LOGARITMOS Entender logaritmos ("logs") é importante em biologia devido à definição de pH:

A base 10 foi elevada à segunda potência; consequentemente, o log de 100 é 2: log 100 = 2 Alguns outros exemplos simples incluem: 101 = 10

O log de 10 é 1.

10° = 1

O log de 1 é O.

10- 1 = 0,1

O log de 0,1 é -1.

E os números que estão entre as potências de 10? Se o log de 10 é 1 e o log de 100 é 2, o log de 70 estará entre 1 e 2. O valor exato pode ser obtido em uma tabela de log ou determinado na maioria das calculadoras. Para calcular o pH, você precisa conhecer outra regra dos logs que diz: - log x = log(l/x) e uma regra dos expoentes que diz: l/l(f = 10-x Suponha que você tem uma solução cuja concentração de hidrogênio [H+] é 10- 7 mEq/L. Qual é o pH desta solução? pH = - log[H+] pH = - log[l0- 7] Usando a regra dos logs, isto pode ser reescrito como pH = log(l/10- 7) Usando a regra dos expoentes, isto pode ser reescrito como pH = log 107 O log de 107 é 7, então a solução possui um pH de 7. Logaritmos naturais (ln) são logs de base e. A constante matemática e é aproximadamente igual a 2,7183.

enética Richard D. Hill, University of Texas

O QUE É DNA? O ácido desoxirribonucleico (DNA) é a macromolécula que armazena a informação necessária para construir os componentes estruturais e funcionais da célula. Ele também fornece a base para a herança que é passada dos pais para os filhos. A união destes conceitos sobre o DNA permite criar uma definição funcional de gene. Um gene (1) é um segmento de DNA que codifica a síntese de uma proteína e (2) atua como uma unidade de herança que pode ser transmitida de geração para geração. A aparência externa (fenótipo) de um organismo é determinada em grande parte pelos genes herdados (genótipo). Assim, você pode começar a ver como a variação no DNA pode causar uma variação no organismo inteiro. Estes conceitos formam a base da genética e da teoria evolutiva.

NUCLEOTÍDEOS E PAREAMENTO DE BASES O DNA pertence a um grupo de macromoléculas chamadas de ácidos nucleicos. O ácido ribonucleico (RNA) é também um ácido nucleico. Os ácidos nucleicos são polímeros formados por monômeros [mono-, um] chamados de nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste em um nucleosídeo (uma pentose, ou açúcar de 5 carbonos, ligado covalentemente a uma base nitrogenada) e um ácido fosfórico com pelo menos um grupo fosfato (Fig. C-la e ). As bases nitrogenadas nos ácidos nucleicos são classificadas como purinas ou pirimidinas. As purinas são as bases guanina (G) e adenina (A); as pirimidinas são as bases citosina (C), timina (T), encontradas apenas no DNA, e uracila (U), encontrada somente no RNA. Para lembrar quais bases do DNA são pirimidinas, olhe para a primeira sílaba. A palavra pirimidina e os nomes das pirimidinas do DNA possuem todos a letra "i" na primeira sílaba. Quando os nucleotídeos se unem para formar polímeros como o DNA e o RNA, o grupo fosfato de um nucleotídeo liga-se covalentemente ao grupo açúcar do nucleotídeo adjacente (Fig. C-lb, c). A extremidade do polímero que possui um açúcar não ligado é chamada de extremidade 3' ("três linha"). A extremidade do polímero com um grupo fosfato não ligado é chamada de extremidade 5 '.

ESTRUTURA DO DNA Nos humanos, muitos milhões de nucleotídeos são unidos para formar o DNA. O DNA eucariótico em geral apresenta em forma de dupla hélice de fita dupla (Fig. C-2 • ) que parece com uma escada em espiral ou um zíper torcido. As cadeias açúcar-fosfato, ou esqueleto, são os mesmos para toda a molécula de DNA, mas a sequência de nucleotídeos é única para cada organismo individual.

O esqueleto da dupla hélice é formado por ligações fosfodiéster covalentes que ligam um açúcar desoxirribose de um nucleotídeo a um grupo fosfato do nucleotídeo adjacente. Os "degraus" da dupla hélice são criados quando as bases nitrogenadas em uma fita de DNA formam ligações de hidrogênio com as bases nitrogenadas da fita de DNA adjacente. Este fenômeno é chamado de pareamento de bases. As regras para o pareamento de bases são as que seguem: 1. As purinas pareiam apenas com pirimidinas. 2. A guanina (G) forma três ligações de hidrogênio com a citosina (C) no DNA e no RNA. 3. A adenina (A) forma duas ligações de hidrogênio com a timina (T) no DNA ou com a uracila (U) no RNA. O número de ligações de hidrogênio está diretamente relacionado à quantidade de energia necessária para quebrar o par de bases. Consequentemente, mais energia é necessária para quebrar as ligações G:::C (cada":" representa uma ligação de hidrogênio) do que as ligações A::T. Este fato pode ser útil experimentalmente para fazer conjecturas gerais sobre a similaridade de duas amostras de DNA. As duas fitas de DNA são ligadas com orientação antiparalela, de forma que a extremidade 3' de uma fita é ligada à extremidade 5' da segunda fita (ver Fig. C-lc). Esta organização tem implicações importantes para a replicação do DNA.

A replicação do DNA é semiconservativa Para ser transmitido de uma geração para a outra, o DNA precisa ser replicado. Além disso, o processo de replicação precisa ser preciso e rápido o suficiente para um sistema vivo. As regras do pareamento de bases das bases nitrogenadas permite que se crie um sistema adequado de replicação. Na replicação do DNA, proteínas especiais abrem a dupla hélice do DNA e constroem o novo DNA pelo pareamento de novas moléculas de nucleotídeos com as duas fitas de DNA existentes. O resultado desta replicação são duas moléculas de fita dupla de DNA, sendo que cada molécula de DNA contém uma fita de DNA molde e uma fita de DNA recém sintetizada. Esta forma de replicação é chamada de replicação semiconservativa. A replicação do DNA é bidirecional. A porção do DNA que é aberta e que possui enzimas realizando a replicação é chamada de forquilha de replicação (Fig. C-2). A replicação inicia em muitos pontos (replicons) e continua ao longo de ambas as fitas originais (molde) simultaneamente até toda a forquilha de replicação estar pareada. Os nucleotídeos são incorporados para formar novas fitas de DNA com a ajuda de uma enzima chamada de DNA polimerase. A DNA polimerase só pode adicionar nucleotídeos na extremidade 3' de uma fita de DNA em formação. Por esta razão, é dito que o DNA replica na direção 5' para 3'.

898

Apêndice C

• FIGURA C-1 Nucleotídeos e DNA. (a) Um nucleotídeo é composto de um açúcar pentose, uma base nitrogenada e um grupo fosfato. (b) Nucleotídeos ligam açúcar a fosfato para formar ácidos nucleicos. A extremidade com um açúcar não ligado é designada extremidade 3'; a extremidade com um grupo fosfato não ligado é a extremidade 5'. (e) Duas fitas de nucleotídeos se ligam por ligações de hidrogênio entre os pares de bases complementares para formar a dupla hélice de DNA. A adenina sempre com a timina, e a guanina com a citosina.

{a)

Fosfato OH

Base

,,,._,H

1

HO -P - O - CH 2

li

o

Açúcar H

Nucleotídeo desoxirribose {b)

H

H

OH

H

Fosfato

Base Forquilha de DNA replicação polimerase

Fita líder, Extremidade 5' 1

Fita deDNA

Cadeia nucleotídica

Fita de DNA 2

p Fita de DNA 1 Extremidade 5'

,,,,...-- Fragmento de Okazaki

~ Adenina ~ Guanina

--- --T --- --- - _.-'--..<

,,-- Nucleotídeo doDNA

LEGENDA Extremidade 3'

{e)

tremidade 3' da fita molde de DNA

B:=> Citosina A

~ Timina

,,

Extremidade 5' da fita molde de DNA

p

,, ........................

e

e

__

FIGURA C-2

Replicação do DNA.

p

----- -

,,

Célula não dividida

,,

p

,,

G

Extremidade 3'

Cromatina no núcleo

--- ----- e --- --- ---

'--i.---

Extremidade 5' Fita de DNA 2

Dupla ....------'..,. hélice deDNA

Nucleossomos ._____ H istonas

LEGENDA

Fita de DNA 1

P =fosfato

D = desoxirribose

G = guanina A= aden ina

c =citosina T = t im ina

• FIGURA C-3

Níveis de organização do DNA.

Apêndice C

Aminoácidos do corpo humano Cada aminoácido tem uma abreviação de seu nome de três letras e uma de uma única letra, usadas para indicar a sequência de aminoácidos em proteínas grandes. Os aminoácidos essenciais estão marcados com um asterisco. Estes nove am inoácidos não podem ser produzidos pelo corpo e precisam ser obtidos da dieta.

AMINOÁCIDO

ABREVIAÇÃO DE TRÊS LETRAS

S(MBOLO DE UMA LETRA

Alanina

Ala

A

Arginina

Arg

R

Asparagina

Asn

N

Asparagina ou ácido aspártico

Asx

B

Ácido aspártico

Asp

D

Cisteína

Cys

e

Ácido glutâmico

Glu

E

Glutamina

Gln

Q

Glutamina ou ácido glutâmico

Glx

z

Glicina

Gly

G

*Histidina

His

H

*1soleucina

lle

1

Lys

K

"Metionina

Met

M

"Fenilalanina

Phe

F

Prolina

Pro

p

Serina

Ser

s

Thr

T

*Triptofano

Trp

w

*Tirosina

Tyr

y

"val ina

Vai

V

* . .

L1s1na

*

.

Treon1na

"Aminoácidos essenciais.

899

A orientação antiparalela das fitas de DNA e a direcionalidade da DNA polimerase impõem a replicação de dois diferentes modos: replicação contínua e replicação descontínua. A DNA polimerase pode replicar continuamente ao longo de somente uma fita molde de DNA: a fita molde está na orientação 3' para S'. O DNA replicado continuamente é chamado de fita líder. A replicação do DNA ao longo da outra fita molde é descontínua porque a orientação da fita é de 5' para 3'. A replicação do DNA nesta fita ocorre em fragmentos curtos chamados de fragmentos de Okazaki que são sintetizados na direção oposta da forquilha de replicação. Depois, outra enzima, conhecida como DNA ligase, conecta estes fragmentos em uma fita contínua. O DNA replicado desta forma é chamado de fita descontínua. Como a extremidade S' da fita de DNA descontínua não pode ser replicada pela DNA polimerase, uma enzima especializada chamada de telomerase replica a extremidade 5'. Muito da precisão da replicação do DNA vem do pareamento de bases, mas às vezes ocorrem erros na replicação. Contudo, existem vários mecanismos de controle de quali12 9 dade para manter a taxa de erro em 1 erro a cada 10 a 10 pares de bases. O tamanho do genoma (a quantidade total de DNA em um organismo) em eucariotos está na faixa de 109 a 1011 pares de bases por genoma, de modo que esta taxa de erro é suficientemente baixa para evitar muitas mutações letais, mas ainda permite que ocorra variação genética.

•

,.,,

OSI oes

natômicas

o ANTERIOR (situada na frente de): em humanos, em direção à frente do corpo (ver VENTRAL)

SUPERIOR (mais alto): localizada em direção à cabeça ou à parte superior do corpo

POSTERIOR (situada atrás): em humanos, em direção à parte de trás do corpo (ver DORSAL)

INFERIOR (mais baixo): localizada longe da cabeça ou da parte superior do corpo

MEDIAL (medio, como em linha mediana): localizada mais próxima à linha média do corpo (a linha que divide o corpo em meia imagem em espelho)

PRONO: deitado sobre o estômago, face para baixo

LATERAL (lado, como em passe lateral do fütebol): localizada em direção aos lados do corpo DISTAL (distante): mais distante do ponto de referência ou do centro do corpo

SUPINO: deitado sobre a parte de trás, face para cima DORSAL: refere-se à parte de trás do corpo VENTRAL: refere-se à frente do corpo IPSILATERAL: no mesmo lado CONTRALATERAL: no lado oposto

PROXIMAL (mais próximo, como em proximidade): mais próxima do centro do corpo

Superior

Superior •

•••

Direita

••

Plano - frontal (coronal)

••

•• •• ••

1---

••

••

••

Esquerda

Plano sagital

••

•• •• •

Plano transverso

••• •

•

---

·.-..••

-

,,,,.

•

....

~....

.. -..........

••

Posterior ;:;;:::=::=;:=::;:;::::::;;::;){ Anterior ou dorsal ou ventral

•

-: ..:_

•·

Proximal Distal

• • • ••

•

•

..-

••

.--•••• Distal

{a) Planos seccionais

Inferior

{b) Direções do corpo

Inferior

. ossaria ,

,

•

ice

Observação: Um t após um número de página in dica que o conteúdo está localizado em uma tabela, e um f, em uma figura. Cp corresponde a capítulo. A~

(A-Beta), fibras, 346, 347, 346t Ao (A-delta), fibras, 346, 347, 346t Abalo muscular, 412, 414(, 419-420, 419f classificação das fibras musculares e, 422-423, 423(, 424t somação e, 425-426, 425f Abalo, um único ciclo de contração/relaxamento em uma fibra muscular, (Cp 12), 412, 414(, 419-420, 419f somação e, 425-426, 425f ABC, superfamília. Ver Superfamília de proteín as de ligação ao cassete de ATP (ABC) Abdome, (Cp 3), 54, 55f Ab ordagem mecanicista capacidade de explicar os mecanismos dos eventos fisiológicos, (Cp 1), 2-3 Abordagem teleológica descrição dos processos fisiológicos p elo seu propósito em vez de pelos seus mecanismos, (Cp 1), 2-3 Absorção capilar, 528-530, 530f edema e, 532 Absorção transferência de substâncias do lúmen dos rins ou do trato gastrintestinal para o espaço extracelular, (Cp 5, 15, 21), 77, 155, 155(, 528, 688, 688(, 703-704, 709(. Ver também Digestão ácido nucleico, 706-707 capilar, 528-530, 530f carboidrato, 703-705, 703-705{, 715 gordura, 704-706, 706(, 707{, 715-716 íons/água, 708, 708f pep tídeo, 704-705, 704-705( proteín a, 703-705, 703-705(, 715 vitaminas/minerais, 707-708 Abstinência, 852-853, 853-854t Ação das massas, lei de para uma reação em equilíbrio, a razão substratos/produtos é semp re a mesma, (Cp 4, 18, 20), 102-103, 103f equilíbrio ácido-base e, 674 ligação oxigênio-h emoglobina e, 605 tran sp orte de gases e, 603 tran sp orte hormonal e, 223-224 Aceleração linear, 363, 364(, 365f Aceleração rotacional, 363, 364(, 365f Acetil CoA. Ver Acetil coenzima A Acetil coenzima A (acetil CoA) in termediário metabólico que liga a glicólise e a ~-oxidação ao ciclo do ácido cítrico, (Cp 4, 22), 104-105, 110, 110{, 11 lf, 277, 393t, 73 lf na síntese lipídica, 117, 118f no metabolismo lipídico, 115, 115f Acetilcolina (ACh ) neurotransmissor utilizado pelos neurônios do sistema n ervoso central e periférico, (Cp 6 1 8 1 9, 11, 12, 14, 17), 41, 189, 276t, 277, 278(, 389, 391(, 392, 393t, 395 acoplamento excitação-contração, no, 417-419, 418f agonistas e antagonistas da, 41, 395, 395t asma e, 590-592 como vasodilatador, 521-523t frequência cardíaca afetada p ela, 486-487, 500(, 501 inativação da, 281 na junção neuromuscular, 400, 400(, 412, 417-419, 418f no controle do músculo liso, 438-439 recep tor de, 276t, 279, 389, 391{, 393t, 395, 395t, 399, 399( ligação com a-bungarotoxina, 277 na m iastenia grave, 278, 401 secreção de, 317t, 318, 318(, 395 síntese axonal da, 277, 278(, 392

Acetilcolinesterase enzima que degrada a acetilcolin a na sinapse, (Cp 8 1 11), 281, 393t, 399 na junção neuromuscular, 399, 400f ACh. Ver Acetilcolina Acidente vascular cerebral (d errame) bloqueio ou ruptura de um vaso sanguíneo no encéfalo, (Cp 10, 15), 518, 5 19 Acidez. Ver também pH , íon hidrogênio e, 38, 38f Acid o 13-hidroxibutírico ácido metabólico forte produzido a partir da beta-oxidação das gorduras, (Cp 22), 735-737 , Acido acetilsalicílico. Ver Aspirina , Acido acetoacético ácido metabólico formado a p artir da oxidação dos ácidos graxos, (Cp 22), , 735-737 Acido araqu idônico ácido graxo de 20 carbonos precursor de moléculas , cascata do ácido araquidônico, 192, 192f Acido beta-(13) h idroxibu tírico ácido metabólico forte produzido a p artir da beta-oxidação das gorduras, (Cp 22), 735-737 , Acido biliar detergente esteroides produzidos a yartir do colesterol pelo fígado, (Cp 21), 699 Acido carbônico (H 2 COJ produzido a partir da reação do C02 com a água, (Cp 18, 20), 610, , 610(, 673-674 Acido cítrico, n o sêmen , 843t , Acido clorídrico (ácido gástrico), 687 neutralização do, 714 , secreção do, 695, 695f, 711, 711f Acido desoxirribonucleico. Ver DNA , Acido fólico, 100-101 , Acido gama-aminobutírico (GABA) n eurotransm issor inibitório do SNC, (Cp 81 9), 32, 276t, 277 recep tores para, 276t Ácido gástrico (HCl), 687 neutralização do, 714 , secreção de, 695, 695(, 711, 71 lf Acido glutâmico, 899t , Acido graxo cadeia longa de átomos de carbono ligados a hidrogênio e que termina em um grupo carboxila, (Cp 2, 22), 28, 29, 30{, 115, 115(, 704-706, 707{, 731(, 735-737, 735-736( gosto e, 355 livre, 704-705, 706(, 730, 730( metabolismo dos, 115, 115{, 731{, 735-737, 735-736( para a contração muscular, 421, 814-816, 8 15(, 816f no metabolismo da glicose, 107, 108f sín tese dos, 117, 118f no retículo endoplasmático liso, 68, 117, 118f , Acido graxo mon oin saturad o ácido graxo com ,uma ligação dupla, (Cp 2), 29, 30, 30( Acido graxo p oli-insaturado ácido graxo com ,mais de uma ligação dupla, (Cp 2), 29, 30, 30( Acido graxo saturad o ácido graxo que não tem ligações duplas entre os carbonos, (Cp 2), 29-30, ,30( Acido graxo sintase enzima usada na síntese de ,ácidos graxos, (Cp 4), 117, 118f Acido láctico produto final da glicólise an aeró,bia, (Cp 20), 109, 110{, 731f Acido linolênico, 30( , Acido nicotínico (niacina), 735-736 , Acido oleico, 30( , paladar e, 355 Acido palm ítico, 29, 30( , Acido pantotênico, 100-101, 110 , Acido ribonucleico. Ver RNA

,

Acido molécula que ioniza e contribui com H+ em uma solução, (Cp 2, 20), 38 fontes de, 673-674 secreção GI de, 687, 695, 695{, 711, 71 lf , Acido úrico, cálculos renais, 643 , Acid o úrico produto residual nitrogenado, (Cp 5, 19), 151,623, 625,639, 645 , Acidos graxos in satura dos ácidos graxos com uma ou mais ligações duplas entre os carbonos, (Cp 2), 29, 30, 30( , Acidos graxos livres, 704-705, 706{, 730, 730( , Acidos nucleicos, 33{, 34-35, 34f digestão de, 706-707 Acidose láctica, 673-674, 679 Acid ose metabólica estado de acidose resultante da produção excessiva de ácidos metabólicos, (Cp 20, 22), 679-680, 679t diabete melito e, 673-674, 679, 743-745, 744(. Ver também Cetoacidose Acidose p H extracelular menor que 7, 38, (Cp 18, 20), 609, 610, 673-674, 676-677, 679-680, 679t células intercaladas e, 678, 678f compensação renal da, 676-678, 676-678( compensação respiratória da, 675-677, 675f desequilíbrio do potássio e, 673-674 diabete melito e, 673-674, 679, 743-745, 744f Acidose respiratória acidose devido à retenção de C02, (Cp 18, 20), 609, 611, 679, 679t , Acin o (células acin ares) glândulas salivares, 697 p ancreático, 695, 696( tireoide. Ver Folículo, Tireoide Aclimatação à grande altitude, 598, 606 Aclimatação adaptação fisiológica a uma mudança ambiental, (Cp 6 1 25), 202-203 à grande altitude, 598, 606 ao exercício no calor, 822 Aclimatização adaptação fisiológica a uma mudança ambiental sob condições laboratoriais, (Cp 6), 202-203 Acomod ação processo pelo qual o olho ajusta a forma da lente (cristalino) p ara man ter os objetos no foco, (Cp 10), 369, 370( Acomplamen to farmacom ecânico contração que ocorre no músculo liso como resultado de uma ligação com ligante; não é acompanhada por uma mudan ça no potencial de membrana, (Cp 12), 437-438, 438-439( Acoplamento excit ação-con t ração sequência de poten cias de ação e liberação de Cai+ que inicia a contração muscular, (Cp 12, 14), 412, 414{, 417-419, 418f cardíaca, 482-483, 482f Acrom egalia crescimento anormal da cartilagem e dos tecidos moles devido ao excesso de secreção do hormônio de crescimento no adulto, (Cp 23), 769-771, 769-771( Acrossomo vesícula presente no espermatozoide similar a um lisossomo que contém enzimas poderosas que são essenciais para a fertilização, (Cp 26), 839-841, 839-841( ACTH. Ver Hormônio adenocorticotrópico Actina G molécula de actina globular, (Cp 12), 409, 41 1{, 415 durante a contração, 415, 416f Actina proteína globular (actina G) que polimeriza p ara formar filamentos finos (actina F), (Cp 3, 12), 63, 65t, 66{, 409, 410{, 411f durante a contração, 412-415, 414{, 415-416, 416f músculo liso, 434, 435f na junção celular, 74-75, 75-76(

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" Glossário/lndice

Açúcar do leite. Ver Lactose Açúcar no sangue. Ver Diabete melito Acuidade precisão da visão, (Cp 10), 374 Acuidade visual, 3 74 Acupuntura, 349 Adaptação dos receptores processo pelo qual os receptores sensoriais diminuem sua resposta a um estímulo com o tempo, (Cp 10), 341-342, 342{ Adenilato ciclase enzima ligada à membrana que converte o ATP em AMP cíclico, (Cp 6), 185t, 188-189 Adenina base nucleotídica encontrada no ATP, DNA, RNA e AMPc, (Cp 2, 4, Apêndice C), 33{, 34,34{ codificação de aminoácidos, 117-1 18, 118{ Adenoma, 235-236 secretor de ACTH, 237-238{, 238-239, 762-763 Adenosina nucleosídeo composto de adenina e uma ribose purina, (Cp 8, 9, 15), 276t, 277, 320 como vasodilatador, 521-523t, 522-524 receptores para, 276t, 320 Adesão focal junção entre a actina intracelular e proteínas da matriz, (Cp 3), 74-75, 75-76{ Adesão plaquetária as plaquetas aderem ao colágeno exposto da parede dos vasos sanguíneos danificados, (Cp 16), 559{, 560-561 Adesões célula-célula, 72, 72t, 74-75 ADH. Ver Hormônio antidiurético Adipócito células de gordura, (Cp 3, 16, 22), 62f, 81-82, 83f Adipocitocina, 725 Adiponectina, 218{ ADP. Ver Difosfato de adenosina Adrenalina neurormônio catecolamina secretado pela medula da suprarrenal, (Cp 6, 7, 8, 11, 14, 15, 22, 23), 193, 194, 194{, 218{, 225-226{, 225-228, 394, 739-740t agonistas e antagonistas da, 395t contratilidade cardíaca afetada por, 502, 503{, 504{ efeitos vasoativos da, 194, 194{, 521-523t, 522-524 exercício afetando, 816 frequência cardíaca afetada pela, 486, 487{, 500-501 meia-vida da, 223-224 secreção de insulina e, 739-740, 739-740t sinergismo envolvendo, 234-235, 234-235{ Adrenérgico adjetivo que se refere à adrenalina (epinefrina) ou noradrenalina, (Cp 6, 11), 193, 277 Aequorina, 191 Aeróbio adjetivo que se refere a um processo que necessita oxigénio, (Cp 4), 107 Afasia, 325-327 Afasia de expressão incapacidade de falar coerentemente como consequência de lesão na área de Broca, (Cp 9), 325-327 Afasia receptiva incapacidade de entender infomação visual ou falada devido a dano na área de Wernicke, (Cp 9), 325-327 Afinidade grau pelo qual uma proteína é atraída por seu ligante, (Cp 2), 40-41 fatores que afetam a, 41, 41f Agente inotrópico qualquer substância química que afeta a contratilidade, (Cp 14), 502 Agente uricosúrico, 639-640 Agentes antiplaquetários, 564 Aglutinaç.ã o agregação de células, (Cp 24), 805 Agonista moléculas que se combinam com um receptor e mimetizam uma resposta, (Cp 2, 6, 11), 41, 193-194, 193{ neurotransmissor, 395, 395t Agregação plaquetária plaquetas ativadas aderem umas às outras, (Cp 16), 559{, 560-561, 561-562t aspirina afetando a, 564 Água,24,25{ absorção pelo sistema digestório, 708, 708{, 715 como molécula polar, 25, 25{, 36, 36{

corporal, 158-159, 158{, 158t, 652-653 distribuição da, 158-159, 158{ estimada, 159 total, 158, 158t excreção na urina, 653, 653{ peptídeos natriuréticos, 664-666, 665-666{ gases dissolvidos na, 599, 599{ ingestão de, 653, 653{, 664-665, 672 movimento da, 134, 135{, 158-163, 158{, 158t, 159{, 160t, 161-162t, 162{, 163{, 163t, 164t no plasma, 547, 548{ no sémen, 843t perda insensível da, 653, 653{ reabsorção tubular renal da, 635, 635{ vasopressina e, 655-657, 656{, 657{ secreção pelo sistema digestório, 695-696 soluções em, 36, 36{ tensão superficial da, 26{, 27, 36 transporte pelo sistema circulatório, 469, 469t vasos retos na remoção da, 660-661 Água corporal, 158-159, 158{, 158t, 652-653. Ver , também Agua, balanço hídrico distribuição da, 158-159, 158{ estimada, 159 , total, 158, 158t Agua corporal total, 158, 158t AIDS, 783-785, 798-799, 803, 804, 807, 809 desenvolvimento de vacina e, 803, 809 tratamento do, 783-785, 798-799, 807, 809 AIDS/ infecção por HIV, 783-785, 798-799, 803, 807,809 desenvolvimento de vacina e, 803, 809 tratamento para, 783-785, 798-799, 807, 809 Alantoide membrana extraembrionária que torna-se parte do cordão umbilical, (Cp 26), 856-858 Alavanca,428,430{ Albumina proteína plasmática sintetizada no fígado, (Cp 2, 7, 15, 16), 223-224, 547, 548{, 548-549t desnaturação da, 43 Alça de Henle porção do túbulo renal que produz urina diluída e fornece as condições necessárias para produzir urina concentrada, (Cp 19, 20), 625, 627{, 628, 628{, 629t como multiplicador de contracorrente, 658-600, 659-660{ concentração da urina determinada na, 654-655, 655{ Alça de resposta via de controle que começa com o estímulo e termina com a resposta, (Cp 6), 197-199, 197-203, 199-200{, 202-203{ modulada por alças de retroalimentação, 202-204, 203-204{, 203-204{ Alça de retroalimentação informação sobre uma resposta homeostática que é enviada de volta para o centro integrador, (Cp 6, 7), 197-199, 199-200{, 202-204, 303{, 203-204{, 758 da via hipotalâmico-hipofisária, 230-232, 231-232{, 758 exerácio e, 817-818 na integração do movimento, 458-459, 459, 459{, 460, 460{, 461-462, 461{ no controle da reprodução, 836-837, 837{, 837t Alça de retroalimentação positiva uma alça de retroalimentação na qual a resposta reforça o estímulo, desencadeando um ciclo vicioso que aumenta mais e mais a resposta, (Cp 6, 26), 203-204, 203-204{ na hipertensão, 539 no choque, 520-521 no controle da reprodução, 836-837, 837{, 837t no potencial de ação, 263, 265{ Alcalose metabólica estado de alcalose usualmente resultante da perda de ácidos gástricos pelo vômito ou ingestão excessiva de antiácidos alcalinos, (Cp 20, 21), 679t, 680 Alcalose pH extracelular maior que 7, 42, (Cp 20), 673-674, 676-677, 679, 679t células intercaladas na, 678, 678{

compensação renal da, 676-678, 678{, 680 compensação respiratória da, 680 desequilíbrio do K+ e, 673-674 Alcalose respiratória alcalose devido à hiperventilação que diminui a Pco2 arterial, (Cp 20), , 679t, 680 Alcool, 276t Aldosterona hormônio esteroide que estimula a reabsorção de Na+ e secreção do K+no rim, (Cp 7, 20, 23), 218{, 224-225, 224-225{, 661-664, 662-664{, 675, 758, 759{, 836{ secreção suprarrenal da, 218{, 224-225{, 661-662, 758, 759, 759{ Alérgeno qualquer substância capaz de desencadear uma reação alérgica, (Cp 24), 803 Alergia (resposta alérgica), 783, 803-804, 803{ alimentar, 704-705 eosinófilos na, 789 Alergia alimentar, 704-705 Alergia ao glúten, 704-705 Alfa- (a) amino-3-hidroxi-5-metilisoxazole-4-ácido propiônico, 279 Alfa (a)-cetoglutarato, 677 Alfa, bloqueadores, 395 Alfa hélice configuração espiral formada por algumas cadeias de aminoácidos, (Cp 2), 31{, 32 Alfa-bungarotoxina toxina de cobra que é um antagonista do receptor nicotínico, (Cp 8), 276t, 277, 395t, 399 5-alfa-redutase enzima que converte a testosterona em DHT, (Cp 26), 831, 836{ Algoritmo, 535, 578 Alho, 192 Alimentação. Ver Ingestão alimentar Alimento armazenamento no estômago do, 711 energia constante do, 727 Alongamento, comtração (excêntrica), 427 ALS. Ver Esclerose lateral amiotrófica Altitude, 598, 600, 601, 603, 606, 610, 617-618 Altitude, grande, 598, 600, 603, 610, 617, 617-618 Altitude, grande e edema cerebral, 603 Altitude, grande e edema pulmonar, 603 Altitude, grande e hipoxia, 600, 603, 606, 610 Altura do som, 355 Alvéolos superfície de trocas dos pulmões, onde o oxigénio e o dióxido de carbono são transferidos entre o ar e o sangue, (Cp 17), 570, 573{, 574-575, 574{ composição gasosa e, 588-590, 588-590{ no enfisema, 583 Amamentação (lactação), 860-861, 860{, 861{ ocitocina e, 209, 861, 861{ AMAN. Ver Polineuropatia axonal motora aguda Amenorréia, 863 AMH. Ver Hormônio antimülleriano Amido polissacarídeo digestível produzido pelas plantas, (Cp 2, 21), 28, 29{, 703-704, 703-704{ Amígdala porção do encéfalo relacionada à emoção e à memória, (Cp 9), 307, 309{, 313, 313{, 321 Amilase enzima que digere o amido em maltose, (Cp 4, 21), 100-lOlt, 608, 703-705, 703-704{ salivar, 708, 711 Amilase salivar, 708, 711 Amilina peptídeo co-secretado com a insulina, (Cp 22), 735-737, 737-738{, 746-747 Aminação adição de um grupo amino a uma molécula, (Cp 4), 104 Aminase, 104t Aminoácido molécula com um átomo central de carbono ligado a um átomo de hidrogénio, um grupo amino, um grupo carboxila e um grupo variável de átomos denominado "R". São os constituintes das proteínas, (Cp 2, 4, 8, 21, 22, Apêndice C), 31-32, 31{, 730{, 731{, 732-734, 735-737, 899t catabolismo de proteínas e, 114-115, 114{, 704-705, 704-705{ codificação do, 117-118, 118f como neurotransmissor, 276t, 277

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Glossário/lndice

essencial, 31 estrutura do, 31{, 32 hormônios derivados de, 220-221t, 224-227, 22S-226f liberação de glucagon e, 741-743 secreção de insulina e, 730, 732-734 síntese de glicose e, 116-1 17, 117f, 730f, 731, 732-733t, 732-734, 73S-737 síntese de proteína e, 730{, 732-733t, 732-734 substituição de, doenças hereditárias e, 117 tradução do RNAm na produção de, 123-124, 126, 123{ Aminoácidos essenciais nove aminoácidos do corpo humano que não podem ser sintetizados e devem ser obtidos pela dieta, (Cp 2), 31, 31{, 899t. Ver também Aminoácidos , y-aminobutírico, ácido. Ver Acido gama-aminobutírico Aminopeptidase enzima digestória que remove aminoácidos da extremidade NH 2 de um peptídeo, (Cp 2, 21), 40, 703-70Sf, 704-70S Amiotrofica lateral, esclerose (ASL/ou doença de Gehrig), 2S3 Amnésia anterógrada incapacidade de lembrar informações recentemente adquiridas, (Cp 9), 323-324 Amnion membrana extraembrionária que secreta líquido amniótico, (Cp 26), 8S6-8S7, 8S6-8S8f, Amônia, 114{, llS, 676-677, 677{ AMP cíclico (AMPc/ adenosina-3'-5'-monofosfato) nucleotídeo que participa da transferência de sinais entre o meio externo e a célula, (Cp 2, 6), 33{, 34, 18St, 786t, 188-189, 277 ação de hormônios peptídeos e, 222-223 Ampére (A), 890-891 Amplificação, 184, 184{, 18S, 18St na transdução do som, 3S6 Amplificação de sinal processo pelo qual uma única molécula sinalizadora pode gerar múltiplas moléculas efetoras intracelulares, (Cp 6), 184, 184{, 18Sf, 18St Amplitude de uma onda sonora, 3SS, 3S7f do potencial de ação, 261 do potencial graduado, 2S8 Ampola (vestíbulo), (Cp 10), 363, 364{ AN. Ver Anorexia nervosa Anabolismo rotas metabólicas que necessitam de entrada de energia e que sintetizam grandes moléculas a partir de pequenas moléculas, (Cp 4, 22), lOS, 116-126, 729, 732-73S, 732-734{ insulina e, 737-742, 739-742{ Anaeróbio adjetivo referente a um processo que não requer oxigênio, (Cp 4), 107 Anáfase, 898{, 899{ Analgesia, 277, 348 Análogos da amilina, 746-747, 746-747t Anatomia estudo da estrutura, (Cp 1, 9), 2. Ver também Sistemas, estruturas, órgãos específicos relações estrutura-função e, 2, 6-7 Anderson, Bengt, 667 André, o gigante, 769-771 Androgênio hormônio esteroide produzido nas gônadas e no córtex da suprarrenal; hormônio dominante nos homens, (Cp 7. 23, 26), 218{, 831, 836, 837, 837t, 843-844 características sexuais secundárias da mulher, 8S0-8S 1 do homem, 843-844 receptores para, 831 anormal, 236-237 síntese nas células da teca, 849, 849{ suprarrenal, 218f, 7S9, 7S9f Andropausa, 863 Androstenediona, 7S8, 7S9f, 760 Anel, 27, 27{ Anel de porfirina, 60S, 606{ Anel vaginal, contraceptivo, 853-854 Anelídeos, sistema nervoso dos, 298, 298{ Anemia, deficiência de ferro, SS4-SS7, SS6-SS7t Anemia aplástica, SS6-SS 7t A

Anemia estado patológico em que ocorre baixa quantidade de hemoglobina no sangue, (Cp 16, 21), SSS-SS7, SS6-SS7t perniciosa, 711 Anemia hemolítica, SSS-SS7, SS6-SS7t Anemia perniciosa, 711 Anemia por hipóxia, 601t Anêmona, 219-220 rede nervosa da, 297 Anestésico local, potencial de ação afetado pelo, 272 Anfetamina, 39St Anfipático, (Cp 21), 706 ANG 1. Ver Angiotensina 1 ANG II. Ver Angiotensina II Angina, 192 Angiogênese processo pelo qual novos vasos sanguíneos se desenvolvem, especialmente após o nascimento, (Cp lS), S16 Angiograma coronariano, SOO Angioplastia, SOO Angioplastia com balão, SOO Angiostatina, S16 Angiotensina 1 (ANGl), 662-663, 663-664{ Angiotensina II (ANGII) hormônio trófico que regula a secreção da aldosterona; também aumenta a pressão sanguínea e causa sede e secreção de ADH, (Cp lS, 20), S21-S23t, S22-S24, 634, 662-66S, 663-664{, 671{, 672 Angitensinogênio, 218{, 662-663, 663-664{ Anidrase carbônica enzima que catalisa a conversão do dióxido de carbono e água em ácido carbônico, (Cp 4, 18, 20, 21), 102, 609-610, 673-674 na secreção de bicarbonato, 69S Animais, energia usada por, 6-7, 6-7t Anion íons carregados negativamente, (Cp 2), 23,23t distribuição de, 13S, 13Sf reabsorção tubular renal dos, 63S, 63Sf Anorexia nervosa, 71S, 726, 727, 732-733, 74S, 7S2-7S3 Anquirina-B, 494 Ansiedade, 287 Antagonismo uma substância que se opõe à ação de outra, (Cp 2, 6), 42, 193-194, 193{, 23S-236. Ver também Controle antagonista da divisão autonômica, 196-197, 197-198{, 249,388,390{ hormônio, 23S-236 Antagonista uma substância com ação oposta à ação de outra, (Cp 2, 6, 11), 42, 193-194, 193{, 23S-236 irreversível, 42, 42t neurotransmissor, 39S, 39St Antagonistas do receptor de vasopressina, 684 Antagonistas funcionais, hormônios como, 23S-236 Antagonistas irreversíveis, 42, 42t Antebraço, como um sistema de alavanca, 428-430, 430{, 43 lf Antiácido, 700, 713, 719 Antibiótico, 784 Anticoagulante qualquer substância química que inibe a coagulação sanguínea, (Cp 16. 24), S63-S64, S64t Anticódon triplete de RNAt que pareia com o códon de RNAm de um aminoácido, (Cp 4), 123{, 124, 126 Anticolinesterases, 39S Anticorpo antiovariano (antiovócito), 8S4-8SS Anticorpo contra ilhotas do pâncreas, 806 Anticorpo ligado ao antígeno, 79S-797, 796-797{ Anticorpo uma molécula direcionada para um patógeno espeáfico que ajuda a destruí-lo. Sinônimo: imunoglobulina, (Cp 2, 16, 24), 39, S47, 784-78S, 792-793t, 794-798, 79S-797f antiespermatozoide, 8S4-8SS antiovariano (antiovócito), 8S4-8SS antitireoide, 240 construído geneticamente (humanizado), 806 estrutura do, 79S-796, 79S-796f A

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funções do, 79S-798, 796-797{ grupos sanguíneos ABO e, 804{, 80S ligação ao antígeno, 79S-797, 796-797{ na imunidade passiva, 793-794 na infecção bacteriana, 79S-796, 796-797{, 799-800, 801{ na infecção viral, 801, 802-803, 802{ na miastenia grave, 278 na reação alérgica, 803 no leite materno, 861 transportados pelos lipossomos, 60 transporte do no sistema circulatório, 469, 469t por endocitose mediada por receptor, 1S3 por transcitose, 1S7 Anticorpos antiespermatozoide, 8S4-8SS Anticorpos antitireoide, 240 Anticorpos humanizados, (Cp 24), 806 Anticorpos produzidos geneticamente, 806 Antidepressivos, 322, 39S Antidepressivos tricíclicos, 322, 39S Antígeno específico da próstata (PSA), 100-lOlt Antígeno substâncias que desencadeiam uma resposta imunitária do corpo e que pode reagir com produtos dessa resposta, (Cp 21, 24), 783 anticorpo causando aglutinação, 79S-796, 796-797{ peptídeos como, 704-70S respostas alérgicas ao, 803-804, 803{ Antígenos dos eritrócitos, 804-80S, 804{, 80St Antígenos leucocitários humanos (HLA) nome da classificação das proteínas MHC humanas, (Cp 24). 804-80S, 804{, 80St Anti-hipertensivo, S22-S24, S39-S40 Anti-histamina, 791-792 Anti-inflamatório, para gota, 639-640, 643 Antioxidantes moléculas que neutralizam radicais livres, (Cp 2), 21, 24 melatonina como, 239{ Antiporteador cloreto-bicarbonato transportador de membrana que troca um c 1- por um bicarbonato usado para o desvio de cloretos, (Cp 18), 149 Antiproteases, 791-792 Antipsicóticos, 276t Antitoxina, tétano, 4S7 Antitoxina tetânica, 4S7 Antitrombina, III, S64 Antro (1) porção distal do estômago; (2) cavidade cheia de líquido no folículo ovariano maduro, (Cp 21, 26) do estomago, 689, 690{ folicular, 84St, 847t, 848{, 849 Ânus,689, 716, 717{ Aorta, parte abdominal, 470{, 471 Aorta principal artéria que leva o sangue do ventrículo esquerdo para o corpo, (Cp 14), 470{, 471, 476{, 477{, 478, 478t, S14-S1S pressão na, 471{, S16 velocidade do fluxo sanguíneo na, S29f Aparelho justaglomerular GG) região onde o túbulo distal do néfron passa entre as arteríolas aferente e eferente, (Cp 19), 62S, 627{, 633, 633{ Aparelho lacrimal, (Cp 10), 36S-366 APC. Ver Célula apresentadora de antígeno Apêndice vermiforme, 716, 717{ Apetite, 72S-726, 726{ Apetite por sal, 3S3, 6Sl, 667-668 , Apice do coração, 476{, 478 Ápice do pulmão, S72f Aplisia, 298 Apneia do sono, 320 obstrutiva, S90-S92, 614 Apneia interrupção da respiração, (C. 17) S87-S89t sono, 320, S90-S92, 614 Apneia obstrutiva do sono, S90-S92, 614 ApoA (apoproteína A), 733-73S ApoB (apoproteína B), (Cp lS, 22), S37, 733-73S Apolipoproteína. Ver Apoproteína Apoproteína A (apo A), 733-73S

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Apoproteína B (apo B), (Cp 15, 22), 537, 733-735 Apoproteína proteínas plasmáticas ligadas ao colesterol e aos triacilgliceróis, (Cp 15, 22), 732-734{, 733-735 Apoptose (suicídio celular) morte celular programada, (Cp 3, 24, 26), 85 células T citotóxicas causando, 799-800 das células infectadas por vírus, 791-792 do corpo lúteo, 850-851 no enfisema, (Cp 18), 602 Aprendizado associativo aprendizado que ocorre pela associação de dois estímulos, (Cp 9), 323-324 Aprendizado não associativo, 323-324 Aprendizagem, 322-323-324 hipocampo na, 307, 309{, 313, 313f potenciação de longa duração e depressão de longa duração, 287 sistema límbico e a, 307, 309{, 313, 313f AQP2. Ver Aquaporina 2 Aquaporina 2 (AQP2), 656, 657f Aquaporina(s) família de canais de água da membrana, (Cp 5, 20), 143, 158, 654, 656-657, 657f Aqueduto de Sílvio, 304{. Ver Aqueduto do mesencéfalo Aqueduto do mesencéfalo, 304f Aracnoide máter a membrana intermediária das meninges, (Cp 9), 301, 302{, 304f Aranha teia-de-funil, neurotoxina produzida por, 277 neurotoxinas produzidas pelas, 277 Aranhas, , Area de associação auditiva, 315f , Area de associação motora, 315{, 317 , Area de associação partes do cérebro que traduz a informação sensorial em percepção, (Cp 9), 307, ,309{, 314 Area de associação pré-frontal, 315f , Area de associação sensorial, 315f , Area de associação visual, 315f , Area de Broca centro da fala localizado no lobo frontal, (Cp 9), 325-326, 325-326{, 325-327 Área de superfície dos pulmões, 569 , taxa de difusão e, 598 Area de Wernicke um dos centros cerebrais da fala, (Cp 9), 325-326, 325-326{, 325-327 , Area intercapsular, gordura marrom na, 750 Áreas motoras, 307, 309{, 314 Áreas sensoriais (campos) do córtex cerebral, 307, 309{, 314 Aretaeus da Capadócia, 623, 743 Arginina aminoácido precursor do óxido nítrico, (Cp 6), 192 Aristóteles, 2, 307, 309 Armazenagem de energia de longo prazo, 727 Armazenamento de energia de curto prazo, 727 Aromatase enzima que converte androgênios em estrogênios, (Cp 26), 759{, 836, 836{, 849 Arritmia, 492, 494, 538 Arritmia cardíaca, 492, 494 Artéria arqueada, 626( Artéria central da retina, 367( Artéria coronária artéria que fornece sangue para o músculo cardíaco, (Cp 14), 470{, 471, 477{, 478 Artéria hepática, 470{, 471, 698f Artéria pulmonar vaso sanguíneo que transporta sangue com baixa concentração de oxigênio do lado direito do coração para o pulmão, (Cp 14), 470, 470{, 476{, 477{, 478, 478t, 575 Artéria renal, 470{, 471, 624, 625, 626( Artéria vasos sanguíneos que transportam o sangue para longe do coração, (Cp 14, 15), 469, 470f, 513{, 514, 514-515, 514f pressão na, 471{, 516, 518f velocidade do fluxo sanguíneo na, 529f Arteríola aferente arteríolas renais que levam sangue para o glomérulo, (Cp 19), 625, 626{, 627{, 628f resistência na, taxa de filtração glomerular e, 632{, 633

Arteríola as menores artérias e local de resistência variável no sistema circulatório, (Cp 15, 17), 513{, 514-515, 514{, 520-526, 525-526( controle local da, 514 pelo oxigênio e dióxido de carbono, 521-523t, 522-524, 590-591, 590-591{, 590-591t controle simpático da, 390{, 514, 522-524, 525-526( termorregulação e, 750 pressão na, 471{, 518f renal, 625, 626{, 627{, 628{, 632-633, 632( resistência em (resistência periférica), 514, 520-526, 521-523t, 522-526{, 525-526, 526-527( distribuição sanguínea e, 525-526 taxa de filtração glomerular e, 632-633, 632( velocidade do fluxo sanguíneo, 529f Arteríola eferente, 625, 627{, 628f resistência da, taxa de filtração glomerular e, 632{, 633 Articulação do cotovelo, no sistema de alavanca-fulcro, 429, 430{, 431f Artigo científico revisado, 15 Artigos de revisão, 15 Artrite reumatoide, 70, 791-792, 805t Ascite, 532, 532f -ase (sufixo), 103, 104 Asma doença pulmonar caracterizada por broncoconstrição, (Cp 17, 18), 438-439, 590-592 ventilação alveolar/troca de gases e, 602, 602( Asma induzida pelo exercício, 590-592 Aspartato aminoácido que também atua como neurotransmissor excitatório, (Cp 8), 277 Aspirina, 193, 349, 564 Astigmatismo visão borrada causada por irregularidades na forma da córnea, (Cp 10), 371 Astrócito célula da glia no SNC que faz contato com neurônios e vasos sanguíneos, (Cp 8) 1 253, 254f Ataque cardíaco. Ver Infarto do miocárdio Aterosclerose condição patológica em que lipídeos e depósitos de cálcio se acumulam abaixo do endotélio vascular, (Cp 5, 12, 15, 24), 154, 537-538, 538{, 733-735 colesterol e, 154, 537, 733-735 diabete e, 537, 746-747 hipertensão e, 539, 539f inflamação e, 537-538, 538{, 539, 791-792 Ativação (canal), 258 Ativação (gene), 119, 120f por hormônios esteroides, 224-225, 225-226f Ativação (proteína) 41, 4 lf, 42t Ativação proteolítica, 41, 41{, 42t, 100-101 Ativador alostérico, 42, 43f Ativador tecidual de plasminogênio (t-PA) molécula que promove a dissolução de coágulos sanguíneos, (Cp 16), 562, 562{, 564 para o infarto do miocárdio, 487 Atividade física. Ver Exercício Atividade/nível de atividade. Ver também Exer,

.

ClClO

taxa metabólica e, 728 Ativina hormônio peptídeo das gônadas que estimula a secreção de FSH, (Cp 26), 836, 842 Atletas, doping sanguíneo. Ver Doping sanguíneo Átomo a menor partícula de um elemento, (Cp 2, 5), 2, 2f, 21-22, 21f combinação de, 28, 28t ATP. Ver Trifosfato de adenosina ATP sintase enzima que acopla o movimento de prótons através da membrana mitocondrial interna com a síntese de ATP. Sinônimo: F1FoATPase, (Cp 4), 112{, 112-113 ATPase, 146-148, 147-148t Atresia apoptose dos folículos ovarianos, (Cp 26), 849 Atrio câmara superior do coração que recebe o sangue a partir dos vasos sanguíneos, (Cp 14), 469, 470{, 476{, 477{, 478t ;

;

Atrio direito câmara do coração que recebe sangue venoso sistêmico, (Cp 14), 470, 470{, 471, 476{, 477{, 478t Atrio esquerdo câmara do coração que recebe sangue dos pulmões, (Cp 14), 470{, 471, 476{, 477{, 478t Atriopeptina. Ver Peptídeo atrial natriurético Atrito, perda de pressão e, 471, 471f, 472 taxa de difusão e, 138 Atrito pericárdico, 478, 581 Atrofia, 70, 235-237 muscular, 70, 431 Atrofia sistêmica múltipla, (Cp 11), 396-397 Atrofina antagonista de receptor muscarínico, (Cp 8), 276t, 395t Audição, 315, 315{, 334t, 353-362, 357{, 358{, 360{, 361{, 362( localização do estímulo e, 339-341, 339-340{, 361 receptores sensoriais da, 200-201{, 335-336, 335f Auscultação, 497, 590-592 Autismo, 229-230 Autodigestão, 687 Auto-reconhecimento. Ver Reconhecimento do , . propr10 Autorregulação miogênica, 481, 522-524 da taxa de filtração glomerular, 633 Autorregulação miogênica, 481, 522-524, 633 da taxa de filtração glomerular, 633 Autossomo os 22 pares de cromossomos que contêm informações que não estão relacionadas com o desenvolvimento sexual, (Cp 26), 829 Autotolerância falta de resposta imunitária às células do corpo, (Cp 24), 805-806 Axônio extensão de um neurônio que transporta sinais para a célula-alvo, (Cp 8) 1 247-248t, 249, 250{, 251{, 251-253, 251-252( canais de sódio no, 263, 264{, 265f condução dos potenciais de ação afetada por diâmetro/resistência do, 270, 270( mienilização e, 270-272, 271f dano/destruição do, 279 neurônio motor somático, 397{, 398 neurotransmissores autonômicos sintetizados pelo, 277, 278{, 392, 393( regeneração do, 288{, 289 Axônios mielinizados, 250{, 270-272, 271f Axoplasma citoplasma do axônio, 247-248t Azia, 490-491, 495f AZT, 784-785 ;

Baço, 786{, 787-788, 787f Bactéria encapsulada, 784 Bactérias, 783, 784, 784t colônicas, 717 resposta imunitária a, 795-796, 796-797{, 797-800, 801f Bactérias colônicas, 717 Bainha de mielina, 250{, 253, 254f composição da, 5 7t lesão axônica e, 288f Balanço de massa, lei do, se a quantidade de uma substância no corpo permanece constante, qualquer ganho deve ser compensado por uma perda igual, (Cp 5), 133-134, 133{, 134{, 623, 651, 687, 688 Balanço do cloreto, potencial de repouso da membrana e, 169, 257 Balanço hidroeletrolítico, 623, 651-652, 652{. Ver também Eletrólitos específicos e equilíbrio hídrico controle integrado do, 651-652, 652{, 668-672, 668{, 670t, 671f mecanismos comportamentais na manutenção do, 651, 667-668 sistema digestório na manutenção do, 687-688, 688f Balsas lipídicas, 60, 61f

,,

Glossário/lndice

Banda A banda do sarcômero do músculo estriado cuja extensão equivale ao filamento grosso, (Cp 12), 409, 411(, 413{ durante a contração, 412-413, 414{ Banda 1 região do sarcômero ocupada somente por filamentos finos, (Cp 12), 409, 411(, 413{ durante a contração, 412-413, 414{ Banting, Frederic G., 217, 219, 238-239 Barbiturato, 276t Barorreceptor do corpo carotódeo receptor na artéria carótida que monitora a pressão sanguínea (C. 15), 533, 533f, 539, 670t, 672 exercício e, 820 Barorreceptor mecanorreceptores sensíveis ao estiramento que respondem a mudanças da pressão, (Cp 15), 200-201(, 532-533, 533(, 539, 670t, 672 Barorreceptores atriais, 670t Barras gráfico de, 12f, 13 Barreira da difusão, do sistema nervoso entérico, 701 Barreira hematencefálica junções de oclusão nos capilares do encéfalo que impedem a livre troca de substâncias entre o sangue e o líquido cerebrospinal, (Cp 9, 15), 74-75, 253, 303-305, 305(, 515, 526-527, 839-841 Barreira hematotesticular junções de oclusão entre células de Sertoli impedem a livre troca entre o líquido extracelular e o lúmen dos túbulos seminíferos, (Cp 26), 839-841 Barreira mucobicarbonato, 713, 713{ Barreiras de filtração, 630-631, 630{ aminoácidos codificados por, 117-118, 118{ Base do coração, 476(, 478 Base do pulmão, 5 72f Base nitrogenada molécula de carbono-nitrogênio com uma estrutura em anel que é um componente essencial de um nucleotídeo, (Cp 2, 20, Apêndice C), 33(, 34, 897 aminoácido codificado por, 117-118, 118{ Base molécula que diminui a concentração de H+ de uma solução combinando-se com o H+livre, (Cp 2, 20), 38 fontes das, 673-674 Basófilo leucócito que libera histamina, heparina e outras substâncias químicas na resposta imunitária, (Cp 16, 24), 548-552(, 788-789, 789(, 791-792 Basolateral/superfície membrana o lado das células epiteliais transportadoras que está em contato com o líquido extracelular. Sinônimo: membrana serosa, (Cp 3, 5, 21), 77, 77(, 154-155, 155{ no trato gastrintestinal, 692, 695 Bastões, 789, 789(. Ver também Neutrófilos Bastonete receptores para a visão monocromática noturna, (Cp 10), 273-274, 372, 373(, 374{ Batten, doença, transplante de células-tronco neurais para, 255 Bayliss, W.M., 701 BDNF. Ver Fator neurotrófico derivado do encéfalo Beaumont, William, 687 Benzoato, 624 Benzoato de potássio, 624 Bernard, Claude, 4-5 Berthold, A.A., 217, 219 Best, Charles H., 217, 219, 238-239 Beta (13) endorfina, 223-224{, 277, 349, 763, 763{ Beta, cadeia, 605, 606{ Beta, receptor, 193, 194, 194(, 276t, 277, 390(, 392, 394t, 395t Beta 1-((3 1) 1 receptor, 392, 394t Beta2 -((3 2) 1 receptor, 392, 394t Beta3-(j33), receptor, 392, 394t Beta-bloqueador fármacos antagonistas do receptor beta-adrenérgico; usado para o tratamento da hipertensão, (Cp 11, 14), 196-197, 395, 395t, 540 no infarto do miocárdio, 487 Beta-oxidação processo em que os ácidos graxos são quebrados pela remoção sequencial de uni-

dades de dois carbonos, (Cp 4, 12, 22), 115, 115(, 421, 735-737, 741-742 exercício e, 816 Bexiga. Ver Bexiga urinária Bexiga envergonhada, 644 Bexiga urinária, 624, 626(, 643-644, 644{ controle autonômico da, 390(, 644 infecção da, 624 Bicamada, membrana, 55, 57, 58f, 59f Bicamada fosfolipídica, 55, 57, 58f, 59f Bicamada lipídica (fosfolipídeos), 55, 57, 58{, 59f Bíceps braquial, músculo, 408 sistema de alavanca e, 429, 430(, 43 lf 2, 3-bifosfoglicerato. Ver 2, 3-difosfoglicerato Bifosfonados, 777-778 Biguanida, 746-747t Bile solução secretada pelo fígado e composta basicamente por ácidos biliares, pigmentos biliares e colesterol, (Cp 16. 21), 555-556, 699, 703-704, 714 Bilirrubina produto da degradação dos grupos heme da hemoglobina, (Cp 16, 21), 555-556, 699, 714 Bioenergética, 97 Biofísica, 890-891 Biorna, 5-6 Biomolécula moléculas orgânicas associadas com organismos vivos: carboidratos, lipídeos, proteínas e nucleotídeos, (Cp 2), 28-36, Ver também tipo específico Biorritmo. Ver Ritmo biológico Biosfera, 2, 2f Biotina, 100-101 Blasto (sufixo), 80 Blastocisto embrião inicial, que consiste em uma bola oca de células, (Cp 26), 856-857, 856-858{ Bloqueador de canais de cálcio fármacos que bloqueiam os canais de Ca2; usadas no tratamen to da hipertensão arterial, (Cp 15), 196-197, 532, 539-540 Bloqueador do receptor da histamina, 196-197, 713, 717,719 Bloqueadores dos receptores da angiotensina, 196-197, 540, 664-665 Bloqueio cardíaco, 490-491, 495{ Bloqueio cardíaco completo condição patológica na qual os sinais elétricos não podem passar dos átrios para os ventrículos, (Cp 14), 490-491, 495{ Blue bloater, 569. Ver também Bronquite crônica BNP. Ver Peptídeo natriurético cerebral Boca,689, 690{ digestão na, 708, 709(, 709-710{ Bócio glândula tireoide aumentada, (Cp 7, 23), 216, 216(, 766, 767, 768 Bolha, na apoptose, 85 Bolha parte enfraquecida do tecido pulmonar, (Cp 17), 584 Bolo uma massa, (Cp 21), 694, 694{ Bomba calorimétrica instrumento que determina o conteúdo calórico do alimento através da combustão, (Cp 22), 727 Bomba de prótons, 147-148t Bomba eletrogênica, 168 Bomba muscular esquelética, 501, 504(, 517 no fluxo linfático, 531 Bomba respiratória, 501, 504(, 517 Bombas. Ver ATP-ase Borda de escova nome dado às microvilosidades que recobrem a superfície luminal intestinal e epitélio dos túbulos renais, (Cp 21), 703-704, 703-704(, 714, 715, 715{ Bordetella pertussis, toxina, 195-196t Botão axônico. Ver Terminal axônico Botão sináptico. Ver Terminal axônico Botões gustatórios, 352-353, 352{ botões terminais, 399{ Botox®, 431 Boyle, Robert, 577

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Braço, como sistema de alavanca, 428-430, 430(, 431{ Bradicardia frequência cardíaca lenta, (Cp 14), 492, 767 Bradicinina vasodilatador parácrino, (Cp 20, 22), 521-523t, 664-665, 792-793, 792-793t BrainGate®, 297 Bromocriptina, 276t Broncoconstrição, 586, 590-592, 617 Broncodilatação, 586 Brônquio primário as duas primeiras vias áreas criadas pela ramificação da traqueia, (Cp 17), 571, 573(, 574{ Bronquíolos pequenas vias áreas colapsáveis com paredes de músculo liso, (Cp 17), 571, 573(, 574(, 586 controle autonômico dos, 390{ controle local, pelo oxigênio e dióxido de carbono, 590-591, 590-591(, 590-591t resistência aérea e, 586 Bronquíolos respiratórios, 5 71 Brônquios, 570, 571, 572(, 573(, 574{ resistência das vias aéreas e, 586 Bronquite crônica, 569, 571, 580, 590-592 Brown-Séquard, Charles, 217, 219 Bulbo olfatório parte do encéfalo que recebe sinais de entrada dos neurônios olfatórios primários, (Cp 10), 338, 338(, 349, 350(, 351{ Bulbo/medula oblonga porção do tronco encefálico que contém centros respiratórios, de controle cardiovascular, da deglutição e de outras funções inconscientes ou involuntárias, (Cp 9, 18, 21), 300(, 301, 308-307, 309(, 310-311 no controle da respiração, 613-614, 613{ processamento sensorial e, 338, 338{ respostas autonômicas e, 387, 387(, 388(, 449-450 Bulimia nervosa, 752 a-bungarotoxina toxina de cobra que é antagonista dos receptores nicotínicos, (Cp 8) 276t, 277, 395t, 399 Bupropiona (Zyban®), usado na dependência da nicotina, 389, 401 Busca de palavras-chave, 15 Busca de termos, definição, 15 Byretta®. Ver Exendina-4 Ca2+- ATPase. Ver Cálcio-ATPase Ca2+ Ver Íon cálcio Cadeia (a) alfa, 605, 606{ Cadeia delta (8), 605 Cadeia gama (y), 605 Cadeia leve (imunoglobulina), 795-796, 795-796{ Cadeia leve (miosina) cadeia proteica pequena que constitui parte da cabeça da miosina do músculo liso, (Cp 12), 434 Cadeia leve de miosina, 434, 435, 436{ Cadeia pesada (imunoglobulina), 751, 814, 817, 818, 820-822, 824-825 Caderina proteína integral da membrana das junções de adesão que deixam duas células unidas, (Cp 3), 72t, 73(, 74-75, 75-76{ Cafeína, 320 Cãimbra (músculo), 431 Cãimbra muscular, 431 Caixa torácica, 570 durante a expiração, 582 durante a inspiração, 580-581, 580{ Caixa torácica costelas, esterno e coluna verterbral e músculos associados, (Cp 17), 570 Cajal, Santiago Rámon, 693 Calciferol (1, 25-dihidroxivitamina D3 ), 218{ Calcificação, 82 Cálcio, 22, 772-778, 773-774{, 773-774t absorção do, 708 hormônio da paratireoide afetando, 225-228, 227-228f, 775-776 como fator de coagulação (fator IV), 536t, 564, 772-774

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" Glossário/lndice

como sinal intracelular, 184, 185(, 186-187t, 188-189, 188-189(, 190-191, 190(, 191(, 772-774, 773-774t mensuração, 191 na junção neuromuscular, 417-419, 418{ para liberação do neurotransmissor, 274-275 potenciação de longa duração e, 286-287, 286{ transdução do paladar e, 353, 354{ crescimento ósseo e, 771-773 funções do, 772-774, 772-773t hiperparatireoidismo e, 760, 765, 771-772 ingestão de, 773-774, 773-774{ monitoração pela paratireoide da concentração do, 225-228, 227-228(, 774-776, 775-776(, 775-776t anormal, 195-196t na contração muscular, 191, 415, 415(, 417-419, 418{ duração do abalo e, 422 fadiga e, 422 músculo cardíaco, 482-483, 482(, 502-503, 503{ músculo liso, 435-438, 436-438{ gastrintestinal, 693 na regulação miogênica, 522-524 níveis sanguíneos do, 772-774. Ver também Equilíbrio do cálcio; Hipercalcemia; Hipocalcemia osteoporose e, 777-778 perda de, 773-775, 773-774{ reabsorção no túbulo renal do, 635, 635{ hormônio da paratireoide e, 775-776 total no corpo, 773-774 transporte do, 92 Cálcio ATP-ase transportador de membrana que move o Ca2+contra o seu gradiente de concentração, (Cp 5, 12), 147-148t, 419, 436, 483, 503, 503(, 774-775 Cálcio corporal total, 773-774 Cálcio intracelular, 773-774, 773-774t Calcitonina hormônio da tireoide que diminui a concentração do Caz+ plasmático em animais inferiores, (Cp 7, 23), 218(, 238-239, 764, 764(, 773-774(, 776-777, 776-777t Calcitriol (vitamina D:i), 218(, 773-774(, 775-777, 775-776(, 776-777t Cálculo renal, 643 de cálcio/hiperparatireoidismo e, 758, 765, 777-778 Caldesmona proteína regulatória da actina do músculo liso, (Cp 12), 435 Calicreína, 563t Calmodulina segundo mensageiro intracelular que se liga ao Ca2+, (Cp 61 12), 186-187t, 191, 435,436{ Calor perda de energia como, 747, 747(, 893t respostas do corpo ao, 750, 751{ transporte do, no sistema circulatório, 469, 469t Caloria, 105, 727 Caloria. Ver Quilocaloria Calorimetria, 727, 728 Calorimetria direta procedimento pelo qual o alimento é queimado e o calor liberado é capturado e medido, (Cp 22), 727 Calorimetria indireta estimativa da taxa metabólica pela mensuração do consumo de oxigênio, (Cp 22), 728 Calorões, 751 CaM. Ver Calmodulina CAM. Ver Moléculas de adesão celular Camada, elétron uma série de níveis energéticos ao redor do núcleo de um átomo que contém elétrons, (Cp 2), 23 Camada epitelial, 76-77. Ver também Epitélio Câmara anterior, 365-366 Câmara postrema (vítrea), 365-366, 367{ Câmaras cardíacas, 477(, 478 cAMP. Ver AMP cíclico

Campo receptivo região dentro da qual um neurônio sensorial pode detectar um estímulo, (Cp 10), 336-338, 337{ Campo receptivo secundário, 336-337, 337{ Campo visual, 377, 377-378{ Campo visual centro off/periferia on, 377 Campo visual centro on/periferia off, 377 Camundongo, genoma, 272 Camundongo agouti, 763 Camundongo knockout camundongo cujo DNA foi alterado para remover (knock-out) um gene específico, (Cp 8 1 26), 240, 272, 725 Camundongo transgênico camundongo cujo DNA foi alterado para conter genes adicionais que normalmente não estão presentes, (Cp 8), 240,272, 725 Canais catiônicos monovalentes, 143 Canais controlados mecanicamente canal que se abre em resposta a estímulos mecânicos, como pressão e calor, (Cp 5, 8), 144, 257 Canais controlados por voltagem canal com portão que abre e fecha em resposta a mudanças no potencial de membrana, (Cp 5, 8, 10), 144, 25 7. Ver também tipo específico célula beta, na secreção de insulina, 170(, 171, 738-739 condução saltatória e, 271, 271{ neurotoxinas afetando, 277 potencial de ação e, 267-269, 268{ Canais de cálcio ativados pelo estiramento, no músculo liso, 436-437, 437-438{ Canais iônicos, isoformas, (Cp 8), 258 Canal aberto (canal/poro de vazamento), 143(, 144. Ver também Canal de vazamento Canal auditivo, 354, 356f, 358{ Canal auditivo. Ver Meato acústico externo Canal central, 301, 302(, 304{ Canal com portão canal que se abre e se fecha a estímulos, (Cp 5, 8), 143f, 144. Ver também Canal iônico controlado por ligante; Canal iônico controlado por voltagem ativação e inativação dos portões do canal de sódio e, 263, 264(, 265{ período refratário e, 264-265, 266{ na transdução de sinal, 182, 183(, 189, 189{ permeabilidade iônica do neurôn io e, 257-258 Canal comtrolado por nucleotídeo áclico ativado por hiperpolarização (canal HCN), 485 Canal controlado por ligante canais cuja abertura é controlada pela ligação com um ligante químico, (Cp 5, 8), 144, 182, 183(, 189, 189(, 190(, 257 Canal CTRF. Ver Regulador transmembrana da fibrose cística Canal de água, 143 Canal de Ca2+ controlado pelo estoque canais de Ca2+ da membrana que se abrem quando os estoques intracelulares de Caz+ estão depletados, (Cp 12), 436-437, 437-438{ Canal de cálcio canal iônico que permite o movimento do Ca2+ através de uma membrana, (Cp 5, 6, 10, 11, 12, 14, 15), 143 ativado por estiramento, 436-437 controlado por voltagem bloqueados por neurotoxinas, 277 na secreção da insulina, 170(, 171, 738-739 ECaC, 774-775 mutação no na paralisia periódica, 420 na síndrome do Q T longo, 258 na contração do músculo liso, 434, 436-438, 437-438{ no trato intestinal, 693 na hipertermia maligna, 751-752 neuronal, 25 7 no acoplamento excitação-contração, 418-419, 418{ tipo L, 418, 418f, 482, 482{ Canal de cálcio tipo L, 418, 418(, 482, 482{

Canal de cloreto, 143 na secreção ácida gástrica, 695 neuronal, 25 7 Canal de K+ controlado por ATP canal de K+ encontrado nas células beta-pancreáticas que se fecha quando a razão ATP/ADP aumenta, (Cp 5), 170(, 171 Canal de liberação do cálcio, no acoplamento excitação-contração, 418, 418{ no músculo cardíaco, 482, 482{ no músculo liso, 434 Canal de potássio, 143 ativado pelo cálcio (canal de K+ ativado pelo Ca2+), 191 mutação no, na síndrome do Q-T longo, 258, 494 na medula renal externa (ROMK), (Cp 20), 661-662 na secreção de insulina, 170(, 171, 738-739 neuronal, 25 7 no potencial de ação, 262-263, 262{ período refratário e, 264, 266{ potencial de membrana em repouso e, 167(, 168, 257-258 Canal de potássio ativado pelo cálcio (canal de K+ativado pelo Ca2+), 191 Canal de Schlemm (seio venoso da esclera), 365-366, 367{ Canal de Schlemm, 365-366, 367(. Ver Seio venoso da esclera Canal de sódio, 143 epitelial (ENaC), nas células principais, 661-662 mutação no na paralisia periódica, 420, 440-441 na síndrome do Q-T longo, 258, 494 neuronal, 25 7 neurotoxinas bloqueando, 277 no acoplamento excitação-contração, 417-418, 418{ no potencial de ação, 260, 262-263, 262(, 267-269, 268{ mielinização e, 271, 271{ neurotoxinas que afetam o, 272 portões de ativação e de inativação do, 263, 264{, 265{ período refratário e, 264-265, 266{ Canal de vazamento canais iônicos que passam a maior parte do tempo em estado aberto, (Cp 5, 8), 143(, 144 na secreção de insulina, 170(, 171 nas células principais, 661-662 potencial de membrana em repouso e, 167(, 168,257 Canal Ir canais de cátion monovalentes presentes nas células cardíacas autoexcitáveis que contribuem para o potencial marcapasso, (Cp 14), 485,486{ catecolaminas afetando, 486 Canal iônico, 143 ativação, inativação de, (Cp 8)1 258 com portão. Ver Canal com portão condutância no, 257 mutações no (canalopatias), 15, 258 na transdução da luz, 375-376, 376{ na transdução de sinal, 182, 183{, 189, 189{, 190{ na transdução do paladar, 353, 354{ na transdução do som, 356, 358, 360{ no equilíbrio, 363 no trato gastrintestinal, 695 permeabilidade do, sinais elétricos criados por, 258 Canal KATJ" Ver Canal de K+ controlado por ATP Canal semicircular três canais preenchidos com líquido do vestíbulo que detectam os movimentos rotacionais, (Cp 10), 355, 356{, 363,364{ Canalículos biliares canais do fígado para os quais a bile é secretada, (Cp 21), 698{ Canalopatia, 15, 258, 498

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Glossário/lndice

Câncer, 62 an giogênese e, 516 cervical, 54, 62, 71, 80, 85f, 87 junções de ancoragem e, 74-75 oncogenes/vírus oncogênicos e, 784-785 próstata, 839 sistema imunitário e, 783, 806 Câncer cervical, 54, 62, 71, 80, 85f, 87 Câncer de próstata, 839 Cand idat o a hormônio moléculas que ainda não foi demonstrado apresentarem todas as qualificações para serem consideradas um hormónio, (Cp 7), 219-220 Cannabis sativa, 278 Cannon , postulados, 196-199, 197-198( Cannon, Walter B. o pai americano da fisiologia americana, (Cp 1), 4-5, 196-197 Capacidade a soma de dois ou mais volumes pulmonares, (Cp 17), 579, 579( Cap acidade de transporte de oxigênio, 604, 605( doping san guíneo e, 547, 552-553 Capacidade inspiratória, 579, 579( Capacidade pulmonar soma de dois ou mais volumes pulmonares, (Cp 17), 579, 579( Capacidade pulmon ar total (CPT) capacidade vital mais o volume residual, (Cp 17), 579, 579( Capacidade residual funcion al, 579, 579( Capacidade verbal, lateralização cerebral e, 314, 316( Capacidade vital (CV) quantidade máxima de ar que pode ser voluntariamente movida para dentro e p ara fora do sistema respiratório, (Cp 17), 579, 579( Capacitação mudanças no esp ermatozoide que conferem capacidade p ara que o mesmo nade rapidamen te e fertilize o ovócito, (Cp 26), 854-857, 856-857( Capacitância, 890-891 Capilar fenestrado capilar com p oros gran des no endotélio, (Cp 15, 19), 526-527, 528( glomerular, 630, 630( Capilar p eritubular, 625, 627(, 628( pressão no, reabsorção e, 639 Capilar vasos sanguíneos muito pequen os on de o san gue troca material com o líquido intersticial, (Cp 5, 14, 15), 468, 470(, 471, 513(, 514(, 515, 525-530, 528{, 530( barreira hematencefálica e, 303, 305(, 515, 526-527 epitélio do, 76-77 linfa, 530-531, 530(, 786( pressão no, 471(, 518( filtração glomerular e, 631-632, 631f pulmonar, 570, 573( velocidade do fluxo sanguíneo no, 525-528, 529( Capilares glomerulares, 625, 626(, 627(, 628( barreiras de filtração e, 630, 630( Capilares linfáticos pequenos vasos do sistema linfático, (Cp 15), 530-531, 530(, 786( Capilares pulmonares, 570, 573( Capsaicina, 346 Capsídeo viral, 784, 784( Cápsula, baço, 787-788, 787( Cápsula, fuso muscular, 452 Capsula, linfonodo, 786{, 787-788 Cápsu la b acter iana parede de polissacarídeos que envolve uma bactéria e imp ede que fagócitos se liguem a ela, (Cp 24), 784 Cápsu la de Bowman segmento inicial do túbulo renal; recebe o líquido filtrado dos capilares glomerulares, (Cp 19), 625, 627(, 628(, 629t, 630(, 631 Captação de oxigênio, afetan do a P02 alveolar, 601-602, 602f Capuz cervical, 853-854, 853-854t Caracóis, neurotoxin as produzidas por, 277 Caracol cone, neurotoxinas produzidas p or, 277 Características sexuais, primária e secun dária, 843, 850-851

Características sexu ais primárias órgãos sexuais internos e genitália externa que distingue cada sexo, (Cp 26), 843, 850-851 Características sexu ais secu ndárias características corporais como a forma do corpo que distinguem os homen s das mulheres, (Cp 26), 843, 850-85 1 Carbamino-hemoglobina hemoglobin a ligada ao dióxido de carbon o, (Cp 18), 611 Carboidrat o biomolécula cuja estrutura básica é (CH 20n); inclui açúcares, amido, glicogênio, (Cp 2, 5, 12, 21, 22), 28, 29f, 730(, 732-734. Ver também Glicose combinado com moléculas, 33 como fonte de energia, 107-109, 108(, 109(, 112-113(, 730-731, 730(, 731(, 732-734, 732-733t para o músculo esquelético, 116, 814-816, 815(, 816( con teúdo de energia metabólica do, 727 dieta cetogênica e, 735-737 digestão e absorção de, 703-705, 703-705(, 711, 715 membrana, 57t, 60-61 metabolismo do, 107, 108(, 730-731, 730(, 73 1(, 732-734, 732-733t deficiên cia de insulina e, 197-199, 743, 744( Ver também Diabete melito exercício e, 116, 814-816, 815(, 816( Carboidratos da membran a, 57, 60-61 Carbono, 22 Carboxipeptidase enzima que quebra as ligações peptídicas n a extremidade carboxila de um peptídeo, (Cp 21), 703-705(, 704-705 Carga corporal, no balanço de massa, 133, 134( Carga elétrica, 164, 890-892 lei da conservação da, 164 separação de, 165-167, 165(, 166( Carga filtrada, 641, 642 Carga peso ou força que se opõe à contração de um músculo, (Cp 1, 12), 412 sistema de alavan ca-fulcro e, 429-430, 430(, 43 1( Carga viral, na infecção p or HIV/ AIDS, 807 Carga-velocidade, relação, 430, 431( Carnitina, no sêmen, 843t Carreador antiporte proteína transportadora de membrana que move duas ou mais moléculas em direções opostas através da membrana, (Cp 5), 143f, 144, 149t Carreador de solutos, superfamília (SLC), 142 Carreador d e uniporte proteína transportadora da membran a que move somente um tipo de molécula, (Cp 5), 143(, 144 CART (transcrito regulado pela cocaína e anfetamina), 726t Carticel, 82 Cartilagem tecido con ectivo firme e elástico que contém fibras colágenas, (Cp 3), 82, 82t, 83f substituição, 82 Casca do salgueiro, 349 Cascata da coagulação, 559(, 560-561, 562, 562( cálcio n a, 563t, 564, 772-774 Cascata do complemento, 792-793, 799-800 Cascata resposta em que uma série de moléculas inativas são con vertidas em uma forma ativa até um produto ser formado, (Cp 6), 185-187, 186-187( ácido araquidónico, 192-193, 192( coagulação, 559(, 560-561, 562, 562( cálcio na, 563t, 564, 772-774 complemento, 792-793 Castração remoção das gónadas, (Cp 7), 216-217, 219 Catabolismo de p roteínas, 114-1 15, 114( Catabolism o reações que liberam en ergia e resultam na quebra de biomoléculas grandes, (Cp 4, 22), 105, 107, 108-116, 108(, 109(, 729, 735-737, 735-736( de proteínas, 114-115, 114(

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Catalase enzima que converte o peróxido em oxigênio e água, (Cp 3), 70 Catalisador molécula que aumenta a velocidade de uma reação química sem que ela própria seja mudada, (Cp 4), 100 Catecolamina molécula sinalizadora formada a partir da tirosina; inclui adrenalina, noradrenalina e dopamina, (Cp 7, 11, 14, 22, 23), 220-221t, 224-227, 225-226(, 225-229, 739-740t efeito inotrópico das, 502-503, 503( exercício afetando as, 816 frequência cardíaca afetada p elas, 486, 500-501 secreção da medula da suprarrenal, 394-395, 758 secreção de insulina e a, 739-740, 739-740t secreção simpática das, 392 Cateter urinário, 644 Cátion íons positivamente carregados, (Cp 2), 23,23t Cavéolas invagin ações das membranas celulares em forma de frasco com receptores para concen trar o m aterial a ser capturado pela célula, (Cp 5), 154, 528 no músculo liso, 434, 434( Caveolin e proteína de membrana encon trada n as cavéolas, (Cp 5, 12) 154 Cavidade abdomin op élvica, (Cp 3), 54, 55f Cavidade craniana, (Cp 3), 54, 55f Cavidade nasal, 5 72f Cavidade oral, 689, 690f digestão n a, 708, 709(, 709-710( Cavidade pericárdica, S 72f Cavidade pleural, 572( Cavidade retroperitoneal, 624 Cavidade torácica, (Cp 3), 54, 55f, 476(, 478, 570, 572(, 580( Cavidades corporais, 54, 55f CBG. Ver Globulina ligadora de corticosteroides CCK. Ver Colecistocin ina CD36, 355 CD4, 798-799. Ver Células T auxiliares Ceco parte inicial do intestin o grosso, (Cp 21), 716, 717( Cefálico, (Cp 9), 298 Celoma, 5-6 Célula absortiva célula epitelial intestinal cuja fun ção primária é a absorção. Sinónimo: enterócito, (Cp 21), 692, 703-704(, 703-706, 708 Célula a lfa célula pancreática que secreta glucagon. Sin ónimo: célula A, (Cp 22), 735-737, 737-738(, 741-742, 741-742t, 741-743( Célula alveolar do tipo I células alveolares fin as para a troca de gases, (Cp 17), 573(, 575 Célula a lveolar do tipo II células alveolares que sintetizam e secretam surfactante, (Cp 17), 573(, 574 Célula apresentadora de antígeno células imunitárias que ingerem e digerem p atógenos, e depois inserem um fragmen to do patógeno em uma superfície proteica, (Cp 24), 788, 789(, 789-790, 789-790( na reação alérgica, 803, 803( Célula B. Ver Linfócito B Célula bipolar luz-off, 377 Célula bipolar luz-on, 377 Célula citotóxica, 788, 789( Célula D célula endócrina pancreática que secreta somatostatina, (Cp 21, 22), 71 l f, 712, 712(, 713, 735-737, 737-738( Célula de Schwann célula que forma a mielina ao redor de um axónio periférico, (Cp 8, 11), 25 lf, 253, 254(, 255( na junção neuromuscular, 399, 399( regeneração axon al e, 288(, 289 Célula de sustentação. Ver Célula de Sertoli Célula dendrítica célula imunitária apresentadora de antígeno com processos lon gos e finos citoplasmáticos, (Cp 24), 788, 789(, 789-790 Célula en dócrina, 76-77, 222-223, 225-228, 227-228( como alvo de hormónio trófico, 229-230, 230-231(

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na via de controle reflexo, 200-201, 207{, 208, 225-228, 227-228( p otencial de membrana como sinal e, 170{, 171 Célula endotelial. Ver Endotélio Célula G célula do estômago que secreta gastrina, (Cp 21), 711{, 712, 712f Célula ganglionar magnocelular. Ver Célula M Célula germinativa células gonadais embrionárias que produzem os gametas, (Cp 26, Apêndice C), 829, 834 Célula glomal células dos corpos caróticos e aórticos que respondem a oxigénio baixo, (Cp 18), 615 Célula 1, Ver Célula intercalada CélulaJG (justaglomerular). Ver Células granulares Célula justaglomerular. Ver Células granulares Célula M (1) células ganglionares magnocelulares na retina que transmitem informações sobre o movimento, localização e percep ção de profundidade; (2) células ep iteliais modificadas do intestino que ficam sobre as placas de Peyer; absorvem conteúdo intestinal por transcitose, (Cp 10, 21), 377, 718 da retina, 3 7 7 intestinal, 718 Célula muscular, 408t. Ver também Fibra muscular junção comunicante na, 84 potencial de membrana em repouso da, 167 Célula muscular lisa, 62{, 433-434, 433{, 434f Célula natural killer (célula NK) tipo de linfócito que aparentemente ataca certos tumores e células infectadas por vírus, (Cp 24), 789{, 789-790, 791-794, 798-799{, 802 Célula nervosa. Ver Neurônios Célula NK. Ver Célula natural killer Célula piramidal, 317 Célula polipoide célula com múltiplos núcleos e portanto com quan tidade de DNA maior que a diploide, (Cp 16), 559 Célula pós-sináptica célula-alvo na sinapse, (Cp 8), 250{, 251-252, 273, 274f resposta rápida e lenta na, 279-280, 280f Célula PP célula endócrina pancreática que secreta polipep tídeo pancreático, (Cp 22), 735-737 Célula pré-sináptica célula que libera o neurotransmissor em uma sinapse química, (Cp 8), 251-252,273,274( célula gustatória tipo III, 353 Célula principal. Ver Célula P Célula progenitora, 548-549, 549-550( Célula r eticuloendotelial termo antigo para designar os macrófagos, (Cp 24), 788 Célula T. Ver Linfócito T Célula-tronco linfoática, 549-550( Célula-tronco muscular, 85-88 Célula-tronco neural, 85-88, 253-255, 300 Célula unidade funcional básica da maioria dos seres vivos, (Cp 3, 4, 61 16), 2, 2f, 62-71, 63{, 64f anatomia da, 62-71, 63{, 64f compartimentos/compartimentalização da, 6-7, 62-71, 63{, 64f enzimas, 102-103 finalização das vias sin alizadoras pela, 195-196 núcleo da, 62, 63f, 64{, 70-71, 71f propriedades mecânicas da, 6-7 proteínas no funcionamento da, 117-119 regulação da concen tração das enzimas na, 102 rotas metabólicas reguladas pela, 105-106, 106f tecidos formados pelas, 72-84, 84t tipos de, 62, 62( tronco, 85-87 Célula velada, 789(. Ver também Célula dendrítica Célula-alvo (alvo), 179, 181{, 199-200, 199-200{, 201, 758. Ver também Efetor célula T, 797-798, 797-798( disfunção endócrina e, 236-237 interações/transporte hormonal e, 219-220, 233-236, 234-235( responsividade alterada da, 236-237, 758

Células alveolares, tipo 1 e II, 573f, 574, 575 Células amácrinas, na retina, 373{, 377 Células autoexcitáveis células cardíacas que despolarizam expontânea e ritmicamente e disparam potenciais de ação, (Cp 14), 481. Ver também Marcapasso potenciais de ação das, 481, 485-486, 486{, 488-489, 488t, 489f Células beta do pâncreas células endócrinas que secretam insulin a, (Cp 5), 170{, 171, 201, 735-737, 737-738( no diabete melito tipo 1, 743 Células C células da tireoide que secretam calcitonina, (Cp 23), 764, 764f Células caliciformes célula exócrin a única que produz muco, (Cp 3, 17, 21), 79, 79{, 154, 696, 697, 703-704( do epitélio respiratório, 574 Células ciliadas (células pilosas) células sensoriais associadas à transdução do som e do equilíbrio, (Cp 10), 335-336, 335{, 355-358, 359{, 360{, 362, 363, 364{, 365f Células cromafins neurônios pós-ganglion ares simpáticos modificados da medula da suprarrenal que secretam adrenalina, (Cp 11), 394, 394f Células da crista neur al células embrionárias que formam o sistema nervoso periférico, Células da glia células de suporte do sistema n ervoso cen tral que não são excitáveis, (Cp 8) 1 84, 247-248t, 249, 253, 254{, 255f diferenciação de células-tronco em, 255 do sistema nervoso emtérico, 701 Células da granulosa células do folículo ovariano que secretam estrogênio, (Cp 26), 844, 845t, 846{, 847t, 849, 849f Células da ilhota pancr eática. Ver Ilh ota de Langerhans Células de gordura. Ver Adipócito Células de Kupffer, 788 Células de Langherh ans nome alternativo das células dendríticas, (Cp 24), 788, 789{, 789-790 Células de Leydig células testiculares que secretam testosterona, (Cp 26), 831, 834{, 839, 840{, 842,842( gonadotrofinas afetando as, 842-843 Células de memória linfócitos responsáveis pela criação de uma resposta imunitária mais forte e mais rápida após uma segunda exposição ao antígeno, (Cp 24), 789{, 793-795, 794-795{, 796-797{, 801 na reação alérgica, 803{, 804 Células de Sertoli células testiculares que secretam o hormônio an timülleriano e dão suporte à produção dos espermatozoides, (Cp 26), 831, 834, 840{, 839-841, 842, 842f Células ductais pancreáticas, 695, 696( salivares, 697 Células ependimárias, 253, 254{, 255 Células epiteliais, 75-76, 75-76(. Ver também Epitélio Células espumosas, (Cp 15), 537 Células F células endócrinas pan creáticas que secretam polipeptídeo pancreático, (Cp 22), 735-737 Células fixas, tecido conectivo, 80, 83f Células ganglionares, neurônios do olh o cujos axônios formam o nervo óptico, (Cp 10), 372, 373{, 377-378 Células ganglionares parvocelulares. Ver Célula P Células granulares células especializadas das paredes das arteríolas renais que sintetizam e liberam renina, (Cp 19, 20), 633{, 634, 634{, 663-664, 664-665{, 671{, 672 Células gustatórias, 352, 352{, 353 Células h ep áticas, 112-113, 698{, 699 transportadores GLUT nas, 147-148, 740-742, 740-741( Células h orizon tais, retina, 373{, 377 Células imunitárias, 788-790, 789{, 789-790( ativação das, 795-797, 796-797(

h ormônios/n europeptídeos afetando, 807 transporte no sistema circulatório das, 469, 469t Células intercaladas (célula I) células dos duetos coletores que tran sportam H+ e bicarbonato para o equilíbrio ácido-base, (Cp 20), 678, 678f Células intercaladas do tipo A células do dueto coletor que secretam ácido e reabsorvem bicarbon ato, (Cp 20), 678, 678f Células intercaladas do tipo B células do dueto coletor que secretam bicarbonato e reabsorvem ácido, (Cp 20), 678, 678f Células intersticiais de Cajal (ICC) células musculares lisas modificadas do trato digestório que parecem iniciar as ondas lentas, (Cp 21), 693, 694 Células intestinais de Cajal, 693, 694 Células lúteas, 849-851 Células mesangiais células contráteis do corpúsculo renal que alteram o fluxo sanguíneo glomerular, (Cp 19), 630-631, 630( n a nefropatia diabética, 631 Células m iocárdicas, 477f autoexcitáveis, 481 potencial de ação nas, 481, 485-486, 486{, 488-489, 488t condução elétrica n as, 487-489, 488t contráteis, 481 potencial de ação nas, 482, 482{, 484, 484{, 485{, 488t Células m ioepiteliais, 860, 860f Células móveis, do tecido conectivo, 80, 83f Células mucosas células que secretam muco. Sinônimo: células caliciformes, (Cp 21), 697, 711{, 713, 713(. Ver também Células caliciformes Células P (1) células gan glionares parvocelulares da retin a que transmitem informação sobre cor, forma e textura, (Cp 10) ou (2) células prin cipais do dueto coletor que são o alvo da ação da aldosterona, (Cp 20), 377-378, 661-662, 662-663( da retina, 377-378 do néfron, 661-662, 662-663( Células parietais células do estômago que secretam ácido clorídrico, (Cp 21), 695, 695{, 711, 711{, 712f Células pluripotentes células-tronco que podem originar muitos tipos celulares mas não todos, (Cp 3), 85, 548-549, 549-550( Células principais uma célula do estômago que secreta pepsinogênio, (Cp 21), 711{, 712 Células receptoras olfat órias, 349, 350{, 35 1, 351f Células sanguíneas, 82t, 83{, 548{, 548-549 produção das, 548-553, 549-550{, 550-551t Células satélites célula da glia que forma uma cápsula de suporte ao redor dos corpos dos neurônios nos gânglios, (Cp 8), 253, 254f Células similares às células enterocromafins células do estômago que secretam histamina, (Cp 21), 711{, 712, 712f Células T auxiliares células imunitárias que secretam citocinas e auxiliam outras células imunitárias, (Cp 24), 798-799, 798-799{, 799-800, 801, 801{, 802f n a infecção bacteriana, 799-800, 801f n a infecção por HIV/ AIDS, 783, 798-800, 807 na infecção virai, 801, 802f na reação alérgica, 803, 803f, 804 Células T citotóxicas linfócito que mata suas células-alvo, (Cp 24), 789{, 798-800, 798-799{, 801-802, 802f Células T killer (assassinas). Ver Células T citotóxicas Células Te . Ver Células citotóxicas Células TH. Ver Células T-auxiliares Células-tronco gastrin testinais, 692 Células vermelhas do sangue. Ver Eritrócito Células-tronco, sangue do cordão umbilical, 548-550

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Glossário/lndice

Célula-tronco células imaturas que têm a capacidade de se diferenciar, (Cp 3, 8, 21), 85-87, 548-550, 549-SSOf GI, 692 hematopoéticas, 548-550, 549-SSOf musculares, 85-88 neurais, 85-88, 253-255, 300 para doenças cardiovasculares, 502 Célula-tronco hematopoética, 548-500, SOOf Célula-tronco não comprometida, 548-549, 549-SSOf Célula-tron co pluripoten te h ematopoética, 548-550, 549-SSOf Celulose, 28, 29{, 703-704 Centimetros, 472, 576 Centríolo feixes de microtúbulos que direcionam o movimento das fitas de DNA durante a divisão celular, (Cp 3), 64{, 65-66, 65{, 839-841{ Centríolos na, 65-66, 65f Centro da fome centro hipotalâmico tonicamente ativo que p romove a ingestão alimentar, (Cp 22), 725, 726( Centro da saciedade centro hipotalâmico que diminui a ingestão alimentar, (Cp 22), 725 Centro de con trole cardiovascular bulhar, 532-535, 533(, 534{, 539 Centro de controle cardiovascular neurônios localizados no bulbo que integram a informação sensorial e as respostas autonômicas diretas para a manutenção da pressão sanguínea adequada, (Cp 15, 20), 532-535, 533{, 534{, 539, 652, 672 ativação do receptor de angiotensina II no, 664-665 Centro do vômito, 305, 718-719 Centro integrad or centro de controle que avalia um sinal de entrada e decide qual resp osta é mais apropriada, (Cp 6), 196-197, 196-197{, 197-199, 199-200, 199-200{, 200-201, 202-203{, 207{, 208-209 sistema n ervoso entérico como, 701 SNC como, 248{, 249 en céfalo, 207{, 209, 314-315 medula esp in al, 307, 307{, 314-315 Centro organizador dos microtúbulos, 65 Centro pneumotáxico. Ver Grupo respiratório pon tino Centro termorregulador, 749-750, 749{, 751 Centrômero, 833 Centrossomo centro organizador dos m icrotúbulos da célula, (Cp 3), 65 Cerebelo porção do encéfalo que coordena a execução dos movimentos, (Cp 9, 13), 298{, 299, 300{, 301, 302(, 308-307, 309{, 311 função do, 307, 309( integração do movimento e, 311, 459, 459{, 459t, 460, 460f processamento do equilíbrio no, 363-365, 365-366{ processamento sensorial no, 338, 338{ Cérebro porção maior do encéfalo, (Cp 9), 299, 300, 300{, 301, 308-307, 309{, 311-313, 311-312{, 313{, 338, 338{ Cerume, 361 Cerume cera do ouvido, (Cp 10), 361 Cérvix (colo u terino) parte estreitada do útero que se abre na vagina, (Cp 3, 26), 203-204, 203-204{, 844, 845{, 846f desenvolvimen to do, 831t Cetoácido, 673-674, 679, 745 Cetoacidose diabética, 745. Ver também Cetoacidose Cetoacid ose estado de acidose resultante da produção excessiva de corpos cetônicos, (Cp 20, 22), 673-674, 679, 735-737, 743, 744{, 745 a.-cetoglutarato, 677 Cetose, 735-737 epilepsia e, 735-737 cGMP. Ver GMP cíclico CGRP. Ver Peptídeo relacionado ao gene da calcitonina Chaperona. Ver Ch ap erona molecular

Chaperonas moleculares proteínas que ajudam uma proteína recém-sintetiza a se dobrar em uma dada forma, (Cp 4), 124, 126 Cheiro. Ver Olfação Choqu e anafilático (anafilaxia) reação alérgica marcada por broncocon strição e vasodilatação com hipotensão, (Cp 15), 193, 520-521, 792-793, 804 Choque cardiogênico, 520-521 Choque hipovolêmico, 520-521 Choque insuficiência circulatória grave generalizada, (Cp 15), 520-521 Choque sép tico, 520-521 Choque térmico, 751, 814, 8 17, 818, 820-822, 824-825 Cianose pele e mucosa com aparência azulada devida à quantidade excessiva de hemoglobina reduzida, (Cp 14), 470 Ciclo anovulatório, 849-850 Ciclo atividade-repouso, 205 sistema reticular de ativação e, 318, 319f Ciclo card íaco período de tempo desde o final de um batimento cardíaco até o próximo batimento, (Cp 14), 491-498, 499f curvas pressão-volume rep resentativas, 497-498, 497{, 499{ even tos elétricos do, 491, 492-495{, 499f even tos mecânicos do, 491, 494-497, 496f Ciclo claro-escuro, 205 Ciclo contração-relaxamento, 412, 414f no coração. Ver Ciclo cardíaco Ciclo de Krebs, 110. Ver também Ciclo do ácido cítrico Ciclo d o ácido cítrico rota metabólica chave na respiração aeróbia. Sinônimos: ciclo de Krebs, ciclo tricarboxílico, ciclo TCA, (Cp 4), 107, 108{, 110-111, 11 1-113{, 731f secreção de insulina e, 170(, 171 Ciclo do ácido tricarboxílico. Ver Ciclo do ácido cítrico Ciclo menstrual produção cíclica de ovócitos e preparação cíclica do útero para a gestação nas mulh eres, (Cp 26), 844-851, 847{, 849{ Ciclo ovariano ciclo mensal de desenvolvimento do ovócito no ovário, (Cp 26), 844, 847, 847t, 848f Ciclo respiratório uma inspiração seguida por uma expiração, (Cp 17), 578, 587-588( pressões do líquido pleural durante, 584 ciclo son o-vigília, 318, 319f melatonina e, 239{ Ciclo uterino, 844, 847, 848{ Cicloxigenase (COX) enzima que con verte o ácido araquidônico em prostan oides, (Cp 6), 192{, 193 aspirina afetando, 193, 564 Cifose, 777-778 Cílios pequen as estruturas semelhantes a pelos cujo movimento cria correntes que movem líquidos ou secreções ao lon go da superfície celular, (Cp 3, 10, 17), 65{, 66, 67, 574, 575{ Cimetidina, 276t, 713 Cinase da cad eia leve da m iosina (MLCK) enzima que fosforila as cadeias leves da miosina no músculo liso, (Cp 12), 435, 436f Cinase enzima que adicion a um grup o fosfato a um substrato, (Cp 4), 103, 104, 104t Cinesina uma proteína motora, (Cp 3), 67 Cinética dos canais a velocidade com que os canais abrem, fecham ou são desativados, (Cp 8), 258 Cinina, 522-524, 792-793, 792-793t Cininogênio, S63t Cinocílio álio mais longo das células pilosas (ciliadas) vestibulares que informa a direcion alidade, (Cp 10), 357, 363 Circuito neural, 307, 309 Circulação colateral, (Cp 15), 516 Cir culação p ulm onar a parte da circulação que leva o sangue para e dos pulmões, (Cp 14, 17), 471, 575-576

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Circu lação sistêmica p orção da circulação que transporta sangue para a maior parte dos tecidos e a partir deles, (Cp 14), 471 pressão sanguínea na, 516, 518f velocidade do fluxo sanguíneo na, 528, 529f Circulatório, (Cp 1, 14), 2, 2-3{, 3-4t, 468, 470{, 513-514, 513{ Circu ncisão remoção do prepúcio do pénis, (Cp 26), 838 Cirurgia de revascularização coron ariana, 500 Cisternas complexo de Golgi, 125f, 126 termin al, 408-409 Cisteína, 32 Cisterna term inal extremidades do retículo sarcoplasmático em contato com os túbulos T, (Cp 12), 408-409, 412f Cito (sufixo), 80 Cit ocina peptídeos regulatórios que controlam o desenvolvimento e a diferen ciação celular e a resposta imunitária, (Cp 6, 7, 15, 16, 24), 180-181, 217, 219, 220-221, 784-785, 791-793, 792-793t, 799-800, 801, 802{, 803{ angiogên ese e, 516 gastrintestinal, 701-704, 702t, 718 liberação de, por neutrófilos, 789 na febre, 75 1 na hematopoese, 550-55 1, 550-SS l t neuroimunomodulação e, 807 Citocinese, 899f Citocromo p450, isoenzimas, 715 Citocromos, 111 Cit oesqu eleto esqueleto interno da célula composto p or m icrofilamen tos, filamentos intermediários e m icrotúbulos, (Cp 3, 5, 16), 56, 60, 66-67, 66{ CAMs ligadas ao, 180 do eritrócito, 552-554, SSf na esferocitose h ereditária, 556-557 do n eurônio, 250 fagocitose usan do o, 152, 152{ Citoplasma todo o material que está dentro da célula, exceto o núcleo, (Cp 3, 12), 62-70, 63( fibras proteicas no, 63, 6St, 66{ resistên cia do, potencial graduado e, 259 Citosina, 33{, 34, 34{, 897, 898{ codificação dos aminoácidos e, 117-118, 118{ Cit osol líquido intracelular semigelatinoso que contém nutrientes, íons e produtos residuais dissolvidos, (Cp 3, 4, 12), 62, 63, 63{, 64f Citotoxicidade mediada por célu las dependente d e anticorpo processo pelo qual as células natural killer matam uma célula-alvo ligando-se à porção Fc dos anticorpos que estão recobrindo a célula, (Cp 24), 796-797, 796-797( CK. Ver Creatin a cinase Cl-. Ver Íon cloreto -clasto (sufixo), 80 Clatrina, 153, 153f Clau d ina proteína das junções oclusivas, (Cp 3) 73{, 74-75, 75-76{, 155 Clearance. Ver Depuração Cliques (estalidas), 497 Clitóris, 844, 845f desenvolvimento do, 831t, 833f Clivagem, proteína, 124, 126 Clone de linfócitos, 793-794, 793-794{ Clone grup o de células que são geneticamente idênticas, (Cp 24), 793-794, 793-794( Cloreto de sódio absorção pelo sistema digestório do, 708, 708{ como soluto não p en etrante, 161-162, 162{ formação do, 26, 36( ingestão de, 660-662, 661-662( no suor, na fibrose ástica, 133, 156, 165 secreção p elo sistema digestório do, 696, 697( solubilidade do, 36( Cloro, 22 Clostridium botulinus, 431 Clostridium tetani, 431, 448, 463 Cnidária, rede n ervosa, 297, 701

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CO. Ver Monóxido de carbono; Débito cardíaco Coagulação processo pelo qual o líquido sanguíneo forma um coágulo gelatinoso, (Cp 16), 561-565, 562(, 563(, 563t. Ver também Homeostasia distúrbios da, 560-561, 564-565 na prevenção da anticoagulantes, 563-564, 564t Coágulo, 548-549, 559, 559(, 560-562, 562(, 563( Ver também Coagulação defeitos nos receptores das integrinas e, 189 infarto agudo do miocárdio e, 468, 472, 537 ruptura da placa e, 537, 538f Coágulo sanguíneo, 548-549, 559, 559(, 560-562, 562(, 563( Ver também Coagulação, defeitos do receptor de integrinas e, 189 infarto do mioacárdio e, 468, 472, 537 ruptura da placa e, 537, 358f Coativação alfa-gama ativação simultânea dos neurónios motores alfa e gama de modo que, durante a contração muscular, as fibras intrafusais continuem a monitorar a tensão no músculo, (Cp 13), 451-453( Cobalamina. Ver Vitamina B12 Cocaína, 322, 395, 395t Coceira (prurido), 334t, 347 Cóclea estrutura enrolada da orelha que contém os receptores da audição, (Cp 10), 355-358, 356(, 359f som processado na, 356, 358-361, 361f Codeína, 349 Codificação (estímulo), 208, 208t, 339-342, 339-342( frequência de potenciais de ação e, 265, 267(, 341,341( Codificação do estímulo, 208, 208t, 339-342, 339-342( frequência de potenciais de ação e, 265, 267(, 341,341( para o tom, 358-361, 361f Codificação sensorial, 208, 208t, 339-340-342, 339-342( para o tom, 358-361, 361f Código da linha rotulada, A associação 1:1 de um receptor sensorial com a sensação, (Cp 10), 339-340 Código de frequência a frequência de potenciais de ação codifica a intensidade de um estímulo, (Cp 10), 265, 267(, 341, 341f Código de população o número de receptores sensoriais ativados codificam a intensidade de um estímulo, (Cp 10), 340-341, 340-341(, 341 Código genético, 118, 118f Códon de finalização (terminação), 118, 118f Códon de terminação, 118, 118f Códon três bases nitrogenadas de DNA ou RNAm que codificam a informação de um aminoácido, (Cp 4), 118, 118f Coeficiente de filtração, 632 Coenzima A, 110 Coenzima cofatores orgânicos que atuam como receptores ou carreadores para átomos ou grupos funcionais que são removidos dos substratos durante o curso de uma reação, (Cp 4), 100-101 Cofator uma molécula inorgânica ou orgânica não proteica necessária para a ativação da proteína, (Cp 2), 41, 41f, 42t, 100-101 Coito Sinónimo: intercurso, (Cp 26), 851-852 Colagenase enzima que degrada o colágeno, (Cp 26), 849-850 Colágeno fibras proteicas flexíveis, não elásticas do tecido conectivo, (Cp 3, 16, 26), 3 lf, 32, 72, 80, 81f, 83f hemostasia/ativação das plaquetas/coagulação e, 559(, 560-561, 560-561(, 561-562, 561-562t, 562(, 563t liberação por exocitose do, 154 Colateral ramo de um axônio, (Cp 8), 251-252 Colecistocinina (CCK) hormônio intestinal que regula a função digestória e pode ter um papel

no apetite, (Cp 7, 21, 22) 218(, 219-220, 277, 700, 702, 702t, 713, 726t Colesterol não HDL, valor, 733-735 Colesterol um esteroide que serve como base para os hormônios esteroides; também é um componente-chave das membranas, (Cp 4, 5, 15, 22), 30f, 31, 154, 222-223, 224-225(, 537, 699, 732-734(, 733-735 estrutura do, 30( hormônios esteroides derivados do, (Cp 7), 220-221t, 222-225, 224-225(, 759, 759(, 836f metabolismo do, 706, 707(, 732-734(, 733-735 na aterosclerose/doença coronariana, 154, 536, 537, 733-735 na membrana celular, 58, 58f níveis elevados de, 154, 526-527, 733-735 síntese do, 117 solubilidade do, 36 transporte do, 153, 154, 706, 707f, 732-734f, 733-736 Colesterol-lipoproteína de baixa densidade, 154, 537, 732-734(, 733-735 Colina, 277, 281, 393t Colinérgico adjetivo relacionado à acetilcolina, (Cp 8, 11), 277 Colipase cofator proteico que permite que a lipase se quebre aos sais da bilede uma emulsão, (Cp 21), 706, 706(, 707( Colite ulcerativa, 718 Colo (cólon) sigmoide, 716, 717f Colo (cólon) transverso, 716, 717f Colo ascendente, 716, 717f Colo descendente, 716, 717f Colo porção proximal do intestino grosso. Dividida em ascendente, transverso, descendente e sigmoide, (Cp 21), 689, 716, 717f Coloide, 764, 764(, 765f Colonócito célula epitelial transportadora do intestino grosso, (Cp 21), 708 Colostro secreção aquosa pobre em gorduras das glândulas mamárias produzida antes do parto, (Cp 26), 861 Coluna vertebral, 301 Coluna(s) (medula espinal), 306, 307( Comer. Ver Ingestão alimentar Compartimentalização divisão interna do corpo ou célula em compartimentos onde as funções podem ser isoladas umas das outras, (Cp 1, 3), 9, 53-92. Ver também Célula; Tecido compartimentos funcionais e, 54-55, 55f, 56f compartimentos intracelulares e, 62-71, 62f, 63f, 64f de enzimas, 106 membranas e, 55-61, 57f, 57t, 58f, 59f, 60f, 61f órgãos e, 87 remodelamento de tecidos e, 84-87 tecidos e, 87 transporte e, 136-137 Compartimento, 54 Compartimento basal, 839-841 Compartimentos corporais, 6-7, 54-55, 55f, 56( Ver também Compartimentalização transporte dentro e entre, 136-137 Compartimentos intracelulares, 62-71, 62f, 63( Ver também tipo específico Compartimentos, líquidos corporais, 55, 56f distribuição de água/solutos e, 134-135, 135(, 158-159 Compensação, manutenção da homeostase e, 4-5, 5-6f Compensação renal, nos distúrbios ácido-base, 676-678, 676-677(, 677(, 678f Compensação respiratória, no distúrbio ácido-base, 675-677, 675f Competição, 40, 194. Ver também Inibidor competitivo no transporte mediado por carreador, 149-150, 150(, 151f receptor, 193, 194 secreção de penicilina e, 639-640 Competidores, 40

Complacência capacidade de distensão do pulmão ou outro tecido, (Cp 1, 17), 6-7, 584 nos estados patológicos, 504, 584-585 ventilação alveolar/troca de gases e, 601-602, 602( Complacência pulmonar, 584-585 ventilação alveolar/troca de gases e, 601-602, 602( Complementaridade molecular compatibilidade física de um ligante e seu sítio de ligação, (Cp 2), 40 Complemento grupo de enzimas plasmáticas que estão envolvidas na função imunitária, (Cp 24), 792-793, 792-793t, 799-800, 801f ativação do, 795-796, 796-797(, 799-800, 801f Complexo de ataque à membrana proteínas produzidas por células imunitárias que criam poros na membrana de células-alvo, (Cp 24), 792-793, 792-793t, 793-794(, 799-800, 801f Complexo de Golgi organela que modifica e empacota proteínas dentro de vesículas, (Cp 3, 7), 64f, 68, 69( modificações pós-traducionais no, 125(, 126 síntese /armazenamento/liberação de hormônios peptídeos, 221-222, 222-223( Complexo de vitamina B, 100-101 absorção do, 707 Complexo motor migratório contrações que movem alimentos remanescentes e bactérias do estômago até o intestino grosso entre as refeições, (Cp 21), 694 Complexo principal de histocompatibilidade (MCH) complexos de proteínas de membrana que participam da resposta imunitária; tem um papel na rejeição de tecidos estranhos ao corpo, (Cp 5, 24), 792-793t, 797-798, 797-798(, 798-799, 804-806, 804(, 805t Complexo QRS onda complexa que representa a despolarização ventricular e a repolarização atrial, (Cp 14), 491, 492(, 494, 499f Comportamento aditivo, (Cp 9), 316 nicotina e, 322, 386, 389, 401-402 Comportamento afetivo comportamentos relacionados aos sentimentos e emoções, (Cp 9), 297 Comportamento cognitivo comportamentos que lidam com processos do pensamento em vez de emoção, (Cp 9), 297 aprendizagem e, 322-324 linguagem e, 325-327, 325-326( memória e, 322-326, 323-324(, 323-325t Comportamento de evitação, prevenção da desidratação e, 668 Comportamento de ingestão líquida, 651, 667, 672. Ver também Equilíbrio da água angiostensina II afetando, 664-665 no diabete melito, 655 Comprimento (unidade de medida), 893-894 Comunicação, 6-8, 179-181, 179(, 181( Vertambém Comunicação célula-célula Comunicação célula-célula substâncias químicas e processos elétricos pelos quais as células coordenam suas funções, (Cp 1, 6, 9, 14), 6-8, 179-181, 179(, 181f junções comunicantes na, 72-73, 75-76(, 179-180, 179f no sistema circulatório, 469 no sistema nervoso, 180, 181(, 273-281 integração da informação e, 281-289, 282(, 283f Comunicação de longa distância, 179, 180. Ver também Controle reflexo citocinas no, 180-181 Comunicação local, 179, 180, 180f citocinas na, 180-181 Concentração da urina, 654-655, 655f Concentração iónica potencial de ação e, 265 potencial de membrana e, 167(, 168, 256, 257 Concentração quantidade de soluto por unidade de volume de uma solução, (Cp 2), 36-37 osmose e, 159, 159f tonicidade e, 161-163, 162(, 163(, 163t, 164t

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Glossário/lndice

Condição iatrogênica condição causada pelo médico, (Cp 7), 23S-236, 494 Condição patológica, 4-S, S-6{ Condroblastos, 82t Condrócitos células que produzem cartilagem, (Cp 3, 23), 82, 772-773, 772-773( implan te, 82 Condução (calor) transferência de calor de uma substân cia para outra, 748, 748f Condução (potencial de ação) o movimento em alta velocidade de um poten cial de ação pelo axónio, (Cp 8), 266-269, 267(, 268(, 269{ afetada pela mielinização do axónio, 270-272, 271{ afetada pelo tamanho do axónio/neurónio, 270,270{ afetada por substâncias químicas, 272-273, 273{ no coração, 487-489, 489{, 490{ Condução saltatória aparentes saltos do poten cial de ação em axónios mienilizados, (Cp 8), 271,271( Condutân cia, (Cp 8), 2S7 Condutor, 164, 891-892 Cone de crescimento extremidade de axónios em crescimento, (Cp 8), 287, 288{ Cone d o axônio região do axónio onde ele se junta ao corpo celular; frequentemen te contém a zona de disparo, (Cp 8), 2S0f, 2S l -2S2, 2S9 Cone fotorreceptor da visão de alta acuidade e visão colorida duran te o dia, (Cp 10), 372, 373{, 374,374( Conexina proteína in tegral da membrana que forma junções comunicantes; capaz de abrir e fechar, (Cp 6), 72-73, 73(, 7S-76f, 179 Conexon proteína canal de uma junção comunicante comp osta por conexinas, (Cp 3, 6), 179 Conservação evolutiva da atividade hormonal, 238-239 Consolidação p rocesso que con verte a memória de curto prazo em memória de longa duração, (Cp 9), 323-32S Constante de dissociação (Kct), (Cp 2), 40 tran sp orte hormon al e, 223-224 Constante de equilíbrio (~), 40, 103 Constante de Faraday, 894-89S Constip ação, 716 Consumo de álcool, disfunção erétil e, 8Sl-8S2 Consumo de oxigênio desap arecimento do oxigénio durante a fosforilação oxidativa, quando o oxigénio se combin a com o hidrogénio na mitocóndria e forma água, (Cp 18, 22, 2S), 728, 816-817, 817{ inten sidade do exercício e, 816-817, 817f músculo cardíaco, 481-482 uso energético/taxa metabólica e, 727-728 Contagem de células T, 807 Contagem de eritrócitos, SS1-SS2f Contagem de leucócitos diferencial, (Cp 16), SS1-SS2, SS1-SS2f total, SS 1-SS2f Contagem de linfócitos T (célula T), 807 Contagem diferen cial de leucócitos, (Cp 16), SS1-SS2, SS1-SS2f Contagem dos leucócitos, SS1-SS2f, SS1-SS2 Contagem plaquetária, SS 1-SS2f Contagem sanguínea, SS 1-SS2, SS 1-SS2f COPO, na, S90-S92 Contagem total de leucócitos, SS 1-SS2f Conteúdo de energia metabólica dos alimentos, 727. Ver também En ergia; Metabolismo Contínuo capilar capilar cujas células endoteliais estão firmemen te unidas, (Cp lS), S26-S27, S28f Contração, músculo. Ver Con tração muscular Contração atrial. Ver Sístole atrial Contração estática (isométrica), 427-428, 428(, 429{ Contração excêntrica (alongamento) contração na qual o músculo alonga ao gerar tensão, (Cp 12), 427

Contração graduada contração muscular cuja força varia de acordo com a quantidade de Ca2+ que entra na célula, (Cp 14), 436-437, 483, 483f Contração isométrica contração que gera força sem movimento, (Cp 12), 427-428, 428(, 429{ Contração isotônica contração que gera força e move uma carga, (Cp 12), 427, 428f Contração miogênica contração que se origina dentro da fibra muscular como resultado de um estiramento, (Cp 12), 436-438 Contração muscular processos pelo qual um músculo gera força, (Cp 12), 412-421. Ver também Exercício energia/ATP para a, 41S-416, 416(, 420-421, 420{, 814-816, 81Sf, 816f glicose e, 420-421, 814-816, 81Sf, 816{ eventos elétricos e mecânicos na, 419-420, 419{ even tos moleculares da, 41S-416, 416f excitação-contração, acoplamento, 412, 414{ no músculo cardíaco, 482-483, 482f graduada, 436-43 7 isométrica, 427-428, 428{, 429{ isotónica, 427, 428{ metabolismo e, 41S-416, 416(, 420-421, 420(, 814-816, 81Sf, 816{ músculo cardíaco, 407, 432{, 481, 481-486, 481-48Sf con dução elétrica na coordenação do, 487-489, 489(, 490f músculo visceral e, 463 no músculo esquelético, 407, 412-421, 432{ no músculo liso, 407, 432, 432(, 433, 43S, 43Sf, 436-438, 436(, 437-438{ no trato gastrintestinal, 693, 693(, 694, 694{ sinal de cálcio na, 41S, 41Sf no músculo cardíaco, 403(, 482-483, 482{, S02-S03 somação da, 42S-426, 42Sf teoria do deslizamento dos filamen tos, 412, 412-413, 414f troponina e tropomiosina n a regulação da, 406-407, 406f unidade motora e, 426, 426-427, 426f Contração segmentar, 694, 694{, 716 Contração tónica, no músculo liso gastrin testinal, 693 Contração ventricular, 480{, 49S-496, 496{, 497(, 498,499( prematura, 494 pressão sanguínea e, S14, S16, S17f, S18f Contração ventricular isovolumétrica fase do ciclo cardíaco quando os ven trículos estão contraídos, mas todas as valvas estão fech adas e o volume do sangue dentro deles não muda, (Cp 14), 496, 496(, 497, 498, 499{ Contração ven tricular prematura, 494 Contracepção, in jeção hormonal, 8S3-8S4, 8S3-8S4t Contracepção, vacina, 8S4-8SS Contracepção. Ver Controle de n atalidade Contraceptivo oral, 8S3-8SS, 8S3-8S4t Contrações fásicas do músculo liso gastrintestin al, 693 Contrações uterin as, 8S6-8S8, 8S9, 860{ afetadas p ela ocitocin a, 203-204, 203-204(, 8S6-8S8, 8S9, 860{ retroalimentação positiva, no controle das, 203-204, 203-204{, 8S9 Contralateral n o lado oposto, (Cp 10), 327, 361, 901f Contraste, processamento do sinal na retina, 377 Contrátil, célula cardíaca, 481 potencial de ação na, 482, 482f, 484, 484f, 48Sf, 488t Contratilidade capacidade intrín seca das fibras musculares cardíacas de se contraírem em um dado comprimento da fibra, (Cp 14), SOl, S04, S04f. Ver também Músculo cardíaco con trole neural e endócrin o da, S02-S03, S02f, S03f

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Controle antagonista hormónios ou n eurónios com efeitos opostos sobre alguma fun ção homeostática, (Cp 6, 7. 8, 11, lS), 196-197, 197-198(, 201-202-203, 23S-236, 249, 388, 390{ da frequência cardíaca, 196-197, 197-198{, SOO-SOl, SOO{ Controle antecipatór io resposta an tecipatória que inicia uma alça de resposta em an tecipação a uma mudança que está para ocorrer, (Cp 6), 203-204,447,4S8-4S9,461, 462f exercício e, 817, 820-821 recep tores da orofaringe e, 667 secreção de insulina e, 738-739 Controle da dor, 348-349, 349 Controle de n atalidade, 8S2-8SS, 8S3-8S4t Controle experimental. Ver Controle Controle local con trole homeostático que ocorre estritamente no tecido ou célula usan do sinais parácrin os ou autócrinos, (Cp 6, l S), 197-199, 199-200(, S21-S23 Controle nervoso, 197-209, 199-200{ Controle neuroendócrino molécula sinalizadora secretada por um neurónio no san gue onde funciona como um hormónio, (Cp 6), 206(, 209. Ver também Reflexo n euroendócrino Controle p arte de um experimento delineado para assegurar que qualquer mudança observada ocorra devido à manipulação experimental e n ão por um fator externo, (Cp 1), 7-8-10 Controle p uxa-empurra, 732-733, 732-733( Controle tônico controle contínuo que é ajustado para cima ou para baixo, (Cp 6, 11, 12, l S), 196-197, 201, 201f da frequência cardíaca, SOO das arteríolas, S22-S24, S22-S24f do músculo liso, 438-439 Convergência das ondas lumin osas, 369, 369{ Convergência um número de neurónios pré-sin áp ticos que estimulam um número men or de n eurónios pós-sinápticos, (Cp 10, 13), 281, 282(, 448 na retina, 373{, 377 neurónio sensorial. 336, 337{ Convulsão. Ver Epilepsia Cópula, 8Sl-8S2 Coqueluche, 19S-196t Coquetel da AIOS, 783, 80 7, 809 Coração órgão muscular que serve como bomba para o sistema circulatório, (Cp 14), 468, 470{, 476-477{, 478t. Ver também Termos com cardíaco anatomia do, 476-477f, 478-479 atividade elétrica do (eletrocardiograma), 491-494, 491{, 492{, 493(, 494{ células musculares no, 481-487. Ver também Músculo cardíaco como bomba, 487-SOS, S13f. Ver também Ciclo cardíaco condução no, 487-489, 489(, 490f controle antagonista do, 196-197, 197-198{, 390{, SOO-SOl, SOO{ desenvolvimento embrionário do, 479, 479{ hormónios produzidos pelo, 218-220( sup rimento/fluxo de san gue e, 477{, 478, S2S-S26f Cordão nervoso, 298, 298{ Cordão umbilical, 8S6-8S8f Cordas tendíneas cordões de colágeno que impedem que as valvas atrioventriculares sejam emp urradas para den tro dos átrios duran te a contração ventricular, (Cp 14), 477(, 479, 480{ Córion , 8S6-8S7, 8S6-8S8f Córnea a p arte clara que recobre a sup erfície an terior do olho, (Cp 10), 367, 367( Corno dorsal região da medula espin al que contem n úcleos sensoriais, (Cp 9), 306, 307{ Corno ventral região da medula espinal que contém n úcleos eferentes, (Cp 9), 306, 307{ Coroa radiada, 8S4-8SS, 8S6-8S7f Corpo, 6-7, S4-SS, SSf, S6f

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Corpo albicante remanescente de um corpo lúteo degenerado, (Cp 26), 845t, 848{, 850-851 Corpo aórtico barorreceptor receptores sensíveis à pressão, (Cp 15), 533, 533{, 539, 670t, 672 exercício e, 820 Corpo aórtico região da parede da aorta que contém receptores sensoriais, (Cp 18), 615 Corpo basal estrutura citoplasmática onde os microtúbulos dos cílios e flagelos terminam, (Cp 3), 66 Corpo caloso região central onde os neurônios passam de um hemisfério do cérebro para o outro, (Cp 9), 308{, 311-312, 311-312{, 313 Corpo carotídeo estrutura sensorial nas artérias carótidas que monitoram a pressão sanguínea, oxigénio e o pH plasmático, (Cp 15, 18, 20), 615,615{ Corpo celular parte da célula que contém o núcleo e muitas organelas. Sinônimo: soma celular, (Cp 8), 247-248t, 250-251, 250{ injúria neural e, 251 Corpo do estômago, 689, 690{ Corpo esponjoso uma coluna de tecido erétil esponjoso no pénis, (Cp 26) 838, 839{ Corpo estriado. Ver Núcleos da base Corpo lúteo estrutura do ovário que produz estrogênio e progesterona após a ovulação, (Cp 26), 845t, 846{, 847, 848{, 849{, 849-851 Corpo/núcleo geniculado lateral núcleo do tálamo onde as fibras ópticas fazem sinapse com neurônios que vão para o córtex visual, (Cp 9, 10), 301, 367, 377-378, 377-378{ Corpos cavernosos duas colunas de tecido erétil do pénis, (Cp 26), 838, 839{ Corpos cetônicos (cetonas), 115-116, 731{, 735-736{, 735-737, 745 Corpos densos proteínas de fixação para as fibras de actina do músculo liso, (Cp 12), 434, 435{ Corpúsculo de Barr cromossomo X inativado presente nas células das mulheres, (Cp 26), 830 Corpúsculo de Meissner, 345{, 345t Corpúsculo de Pacini receptores sensoriais da pele que detectam a vibração, (Cp 10), 335{, 345, 345{, 345t Corpúsculo de Ruffini receptor cutâneo para a pressão contínua, (Cp 10), 345{, 345t Corpúsculo polar, primeiro e segundo cromossomos que são descartados do ovócito que está sofrendo meiose, (Cp 26), 834, 835, 835{, 849-850, 856-857{ Corpúsculo renal o glomérulo e mais a cápsula de Bowman, (Cp 19), 625, 630-631, 630{ Corrente de vazamento, 259 Corrente elétrica, 273, 893-895 Corrente iônica, (Cp 8), 258 Córtex auditivo, 315, 315{, 338{, 361, 362{ área de entrada da linguagem e, 325-327, 325-326{ Córtex cerebral porção mais externa do cérebro responsável pelas funções cognitivas superiores, (Cp 9, 10, 13, 15), 307, 309{, 311-312, 311-312{, 313{, 314, 315{, 316{ função/áreas funcionais do, 307, 309{, 314, 315{, 316{ informação sensorial processada pelo, 314-316, 3 l 7f Ver também Córtex somatossensorial integração do movimento e, 459, 459{, 459t, 460{ Córtex da suprarrenal porção externa da glândula da suprarrenal que produz hormônios esteroides, (Cp 7, 11, 23), 218-220(, 222-223, 224-225(, 394, 394(, 758, 759, 759{ hipersecreção por problema com, 237-238(, 238-239 Córtex gustatório, 315, 315(, 338{ Córtex literalmente casca; porção externa ou superficial de um órgão, (Cp 7, 9, 19, 23) adrenal. Ver Suprarrenal, 218-219-220(, 222-223

auditivo, 315, 315(, 338(, 361, 362{ entrada da área da linguagem e, 325-327, 325-326{ cerebral. Ver Córtex cerebral gustatório, 315, 315{, 338{ motor, 315(, 317 fala/linguagem e, 325-326(, 325-327 integração do movimento, 459, 459t, 460, 460{ olfatório, 315, 315(, 338(, 349-351, 35 lf ovariano, 844 renal, 624, 626(, 627{ somatossensorial, 315, 315(, 344, 344{ visual, 315, 315(, 338(, 367, 377-378, 377-378{ Córtex motor, 315{, 317 fala/linguagem e, 325-326(, 325-327 na integração do movimento, 459, 459t, 460, 460{ Córtex motor primário regiões do lobo frontal que coordenam os movimentos do músculo esquelético, (Cp 9), 315(, 317 Córtex olfatório, 315, 315(, 338, 338(, 349-351, 351{ Córtex pré-motor, 315{ Córtex renal, 624, 626(, 627{ Córtex sensorial somático primário, 315, 315(, 338{ Córtex somatossensorial (córtex sensorial somático primário), 315, 315(, 344, 344{ Córtex visual região do córtex cerebral que processa a informação visual, (Cp 9, 10), 315, 315(, 338( 367, 377-378, , 377-378{ Corti, órgão de. Ver Orgão espiral Corticoesteroide, globulina ligadora, 223-224, 760 Corticosterona, 759(, 836{ Corticotrofina. Ver Hormônio adrenocorticotrófico Cortisol exógeno, 235-236, 235-236(, 238-239 Cortisol hormônio esteroide produzido pelo córtex da suprarrenal que regula o metabolismo, particularmente durante o estresse, (Cp 2, 7, 9, 23), 30(, 134, 218(, 223-224, 224-225(, 759, 759(, 760-763, 76lt, 808, 836{ crescimento e, 769-770 estresse e, 760, 761, 807, 808 exerácio afetando o, 816 exógeno/terapêutico, 235-237, 235-236(, 238-239, 761-763, 806 funções do, 761, 76lt meia-vida do, 223-224 neuroimunomodulação e, 807, 808 secreção do, 134, 759, 759(, 760-761, 760(, 761(, 808 deficiência (hipossecreção, hipocortisolismo ), 235-236, 238-239, 238-239(, 762-763 excesso (hipersecreção, hipercortismo), 235-236, 237-238(, 762-763, 762-763{ retroalimentação, controle do, 231-232, 231-232(, 235-237, 235-236(, 237-238, 237-238(, 238-239, 238-239(, 760-761, 760{ ritmos circadianos do, 205, 205(, 760, 761{ sinergismo envolvendo o, 234-235, 234-235{ Corynebacterium diphteriae, 797-798 Cossecreção secreção de mais de um composto de uma vesícula secretória, (Cp 7), 221-222, 222-223{ Cotransportador proteína que transporta mais de um tipo de molécula ao mesmo tempo, (Cp 5), 143(, 144 dependente de sódio, 148-149, 149t, 636, 704-705 não dependen te de sódio, 149t no trato gastrintestinal, 695, 704-705 Coulomb (C), 890-892 Coumadin®. Ver Warfarin COX isoenzimas (COXl e COX2), 192(, 193 afetadas pela aspirina, 193, 564

COX2 in ibidor fármacos que bloqueiam a cicloxigenase 2 para impedir a produção de prostaglandinas inflamatórias, (Cp 6), 193, 349 CPT. Ver Capacidade pulmonar total Cr. Ver Cromo Crânio, (Cp 3), 54, 55f, 301, 302(, 308{ proteção do olho e, 365-366, 365-366{ Crânio, 54, 55f, 301, 302(, 308{ Creatina, 32 Creatina cinase (CK) enzima que transfere um grupo fosfato de alta energia do fosfato de creatina para o ADP, (Cp 4, 12), 100-lOlt, 420, 420{ no infarto do miocárdio, 483, 487 Creatina fosfocinase (CPK) Ver Creatina cinase Creatinina, depuração, 642 Creatinina produto da quebra do fosfato de creatina, (Cp 19), 623, 641-642 Crenacão, eritrócitos, 554-555f Crescimento, 768-770, 861-863 afetado pelos hormônios da adeno-hipófise, 233-234, 233-234( Ver também Hormônio do crescimento hormônios da tireoide afetando o, 766, 771-772 monitoramento do, 769-770 ósseo, 769-771, 769-77lt, 771-773, 771-773{ tecidual, 771-772 Crescimento, gráficos, 769-770 Crescimento dos tecidos moles, 769-771, 771-772 Crescimento ósseo, 769-771, 769-77lt, 771-773, 771-773{ Crescimento tecidual, 771-772 Cretinismo hipotireoidismo congénito que causa retardo mental e estatura baixa, (Cp 23), 766 crescimento e, 771-772 CRH. Ver Hormônio liberador da corticotrofina Cripta bolsas profundas criadas por uma superfície altamente pregueada dos intestinos, (Cp 21), 691(, 692, 703-704{ absorção de peptídeos na, 704-705 na secreção de NaCl, 696, 697{ Criptorquidismo falha na descida de um ou dos dois testículos para dentro do escroto, (Cp 26), 838-839 Crista (vestíbulo), (Cp 10), 363, 364(, 365{ Cristais de ácido úrico, 625 Cristalino. Ver Lente Cristas (m itocôn drias) dobras da membrana interna mitocondrial, (Cp 3, 10), 67, 68f Cromátides-irmãs, 833, 834, 835, 835(, 899{ Cromatina, 71, 71f Cromo,21,22,24,27,36,39,46-47 toxicidade do, 36 Cromossomo, 829, 830, 830{ Cromossomo X cromossomo sexual feminino, (Cp 26), 829, 830, 830{ inativação do (corpo de Barr), 830 Cromossomo Y cromossomo sexual masculino, (Cp 26), 829, 830, 830(, 834 Cromossomos homólogos, 829, 830{ Cromossomos sexuais, 829, 830, 830{ CSF. Ver Fator estimulante de colônia Cumarina, anticoagulante, 564 Cúpula massa gelatinosa do vestíbulo que contém cílios das células ciliadas, (Cp 10), 363, 364(, 365{ Curare, 276t, 395t, 457 Curva de dissociação, oxigénio-hemoglobina. Ver Oxigénio-hemoglobina, curva de dissociação Curva de dissociação oxigénio-hemoglobina, 607,607{ fatores que afetam a, 607-608, 608(, 609{ Curva pressão-volume, ciclo cardíaco, 497-498, 497(, 499{ Cushing, Harvey, 7 62-7 63 CV. Ver Capacidade vital Cíclico, 375

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Glossário/lndice

Da. Ver Dalton Dados informações ou fatos obtidos a partir de um experimento, (Cp 1), 10 DAG. Ver Diacilglicerol Dalton (Da) 1 Dalton= uma unidade de massa atômica, (Cp 2), 22 Dalton, John, 22 Daltonismo, 375 Darbepoetin a, 561-562, 565 dB. Ver Decibel DDAVP uma forma de vasopressin a, (Cp 21), 704-705 Ddc, 784-785 Débito cardíaco (DC) quantidade de sangue bombeado p or cada ventrículo por unidade de tempo, (Cp 14, 15, 19, 25), 475-478, 498-500, 504, 504(, 514, 519-521, 520-521{ afetado pelo exercício, 818-819 no ch oque, 520-521 recebido pelos rins, 624 Decibel (dB) medida da intensidade da onda sonora, (Cp 10), 355, 357{ Decilitro (dL) 1/10 de um litro ou 100 mL, (Cp 2), 37 Defecação, 689, 716 Defeito visual, 370-371, 371{ Deficiência da miofosforilase (doença de McArdle), 432 Deficiência do fator de coagulação IX, 565 Deficiência do fator de coagulação VIII, 564-565 Deficiência em ácido fólico, 556-557t Déficit de oxigênio oxigênio necessário para o metabolismo repor o ATP muscular e as reservas de fosfato de creatina, 8 16-817, 817{ Deglutição ato de engolir algo, (Cp 21), 709, 709-710{ Degradação hormônio, 221-222 proteín a, 44 Degradação das proteínas, (Cp 3), 44 Deiodinase enzima tecidual que converte o T4 em T3 p ela remoção de um iodo, (Cp 23), 765 Deleção clonal, 805 Demência, 325-326 Dendrito ramificações finas que recebem e transferem informação para uma região integradora do neurônio, (Cp 8), 249, 250(, 251, 251{ Den sitometria óssea, exame, 777-778 Depressão (sináptica) de lon ga duração, 286, 287 Depressão (transtorno do h umor), 287, 322 exercício e, 823-824 Depressão de longa duração, (Cp) 8), 286, 287 Depressão revestida região da membran a celular onde ocorre endocitose, (Cp 5), 153, 153{ Depressões revestidas por clatrina, 153, 153{ Depuração da inulina, 641, 641{ Depuração medida do desaparecimento no sangue de uma substância, expressa em mililitros de plasma dep urado do soluto por unidade de tempo, (Cp 5, 19), 33-134, 639-640 excreção e, 133-134, 639-640, 642, 643{ man ejo renal de solutos e, 642-643, 642t taxa de filtração glomerular e, 639-642, 641{ Derivação (ECG), 491, 491(, 492 Derme, 86f Desacop lamento m itocondrial, 750 Desaminação remoção de um grupo amino de uma molécula, (Cp 4, 22), 104, 114, 114(, 735-737 Desaminase, 104t 1-desamino-8-D-arginina vasopressina (DDAVP), 704-705 Descendente, fase do potencial de ação, 262{, 263 Descida do leite, reflexo. Ver Reflexo da ejeção do leite Descoramento do pigmento visual processo no qual a ativação da luz causa a liberação do retin al da opsonina, (Cp 10), 375, 376{ Desejo alimentar, 353, 725-726 Desejo sexual. Ver Libido

Desenvolvimento embrion ário, 83 1-832, 832-833(, 834(. Ver também Estrutura específica Desenvolvimento fetal, 831-832, 832-833{ Desenvolvimento sexual, 829-832, 830(, 83 lt, 832-833(, 834{ Desenvolvimento sexual feminino, 830, 830(, 832, 832-833{ Desenvolvimento sexual masculino, 830, 830{, 831-832, 832-833(, 834{ Desequilíbrio dinâmico, 134 elétrico, 135, 164, 165{ químico, 134-135, 135{ Desfosforilação, 185 no relaxamento do músculo liso, 436, 436-437{ Desgranulação processo em que as células imunitárias liberam o conteúdo de seus grânulos, (Cp 24), 788, 791-792, 795-796, 796-797(, 799-800, 801(, 803{ Desidratação, 159, 569, 669-672, 671{ comportamento de evitação na prevenção da, 668 diabete melito e, 655, 743, 744{ diarreia causando, 653, 669, 717-718 exercício e, 822 patologia, 6 70t resposta homeostática à, 669-672, 671{ Desidratases, 104t Desidrogenase, 104t Desidropiandrosterona (DHEA), 759(, 760 Deslizamento dos filamentos, teoria da contração modelo atual da contração muscular no qual proteínas do músculo deslizam umas pelas outras gerando força, (Cp 12), 412-413, 414{ relação comprimento-tensão, 423-425, 424{ Desmaio, 5 13 Desmopressina uma forma da vasopressina, (Cp 16), 657 Desmossoma em faixa, 74-75 Desmossomo. Ver Mácula de aderência Desmossomo um tipo de junção célula-célula, (Cp 3, 14), 73f, 74-75, 75-76(, 86f nos discos intercalares, 481, 481{ Desnaturação, 43, 44f, 100-101, 711 alterações de pH causando, 672 Desoxirribose, 33f, 34 Despolarização diminuição na diferença de potencial da membrana de uma célula, (Cp 8, 14, 19), 169, 169f, 257 das células miocárdicas autoexcitáveis, 485-486, 488-489, 489(, 490{ das células miocárdicas con tráteis, 484 no ciclo cardíaco, 491, 193{ potencial de ação e, 262f, 263 canais de sódio e, 263, 264(, 265{ dismielinização afetando a, 271f, 272 potencial graduado e, 258, 259, 260, 260{ Dessensibilização forma reversível de regulação para baixo de receptores usando moduladores, (Cp 6), 194 Destruidor de coágulos, 560-561, 564 Desvio de cloretos, processo pelo qual os eritrócitos transportam HC03- em troca por um íon ci- através da membrana celular, (Cp 18, 20), 610,674 Determinação do sexo, 829-832, 830(, 83lt, 832-833(, 834{ Deutério átomo de hidrogênio com massa atômica de 2, (Cp 2), 21f, 22 Dextrana polímero armazenador de glicose das leveduras e bactérias, (Cp 2), 28, 29{ Dextrose um açúcar de seis carbonos. Sinônimo: glicose, (Cp 2), 28 DHT. Ver Di-hidrotestosterona Diabete açucarado. Ver Diabete melito Diabete insipido doença caracterizada pela falta de vasopressina, (Cp 4, 20) 195-196t Diabete juvenil, 743. Ver também Diabete melito tipo 1 Diabete melito dependente de insulina. Ver Diabete melito tipo 1

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Diabete melito doença caracterizada pela falta ou ação anormal da insulina, (Cp 1, 4, 6, 7, 10, 15, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26), 4-5, 179, 182, 195-199,201,205,210,216,217,219,623,655, 731, 741-747, 744(, 745(, 805t, 806 cromo e, 24 descoberta da insulina e, 217, 219 diurese osmótica e, 655 doença cardiovascular e, 536-537, 746-747 exame de urin a na, 623 exercício e, 746-747, 822-823, 823{ fármacos no tratamen to da, 195-196, 746-747, 746-747t função neuronal afetada no, 306 gastrop aresia e, 694 gestacional, 856-858 monitoramento da h emoglobina e, 554-555 neuropatia autonômica e, 348, 396-397 retardo no esvaziamento gástrico e, 694 rins e, 63 1, 638, 655 sín drome metabólica e, 746-74 7 tipo 1, 182, 195-196, 210, 743-745, 744(, 805t, 806 tipo 2, 182, 195-196, 210, 743, 745-747, 745{ camundongo agouti como modelo de, 763 Diabete melito gestacional, 856-858 Diabete melito n ão dep en dente de insulina (NIDDM). Ver Diabete melito tipo 2 Diabete resistente à insulina. Ver Diabete melito tip o 2 Diacilglicerol (DAG) segundo mensageiro, (Cp 6), 185t, 186-187t, 188-189, 188-189{ Diáfise corpo de um osso longo, (Cp 23), 772-773, 772-773{ Diafragma (contraceptivo), 853-854, 853-854t Diafragma (músculo) músculo esquelético que forma o soalh o da caixa torácica, (Cp 17), 54, 55f, 476(, 477(, 570, 572(, 579, 580, 580(, 581 Diagram de Wiggers, 498, 499{ Diálise, 63 7 Diálise peritoneal ambulatorial contínua, 63 7 Diarreia osmótica, 718 Diarreia perda excessiva de fezes aquosas, (Cp 6, 20, 21), 195-196t, 653, 669, 688, 716-718 Diarreia secretória, 718 Diástole atrial, 494-495, 496{ Diástole período de relaxamento do músculo cardíaco, (Cp 14), 494-495, 496(, 499{ Diástole ventricular, 494-495, 496(, 499{ Dicer, 119 Diencéfalo porção do encéfalo entre o tron co encefálico e o cerebelo que consiste no tálamo e n o hipotálamo, (Cp 9) 300(, 301, 307, 309(, 311,31 1{ Dieta crescimento e, 769-770 taxa metabólica e, 728 Dietas cetogênicas, 735-737 Dietilamida do ácido lisérgico (LSD), 276t Diferença de potencial da membrana em repouso distribuição desigual de íons através da membrana de uma célula viva, (Cp 5, 8), 164-171, 165(, 166(, 167{, 168(, 169(, 488t afetada pela p ermeabilidade iônica, 169-171, 169(, 256 das células miocárdicas autoexcitáveis, 485-486, 486(, 488t, 489{ das células miocárdicas con tráteis, 484, 488t, 489{ definições de terminologia e, 169, 169{ mensuração da, 166, 166{ movimento iônico e, 25 7 músculo liso e, 432-433, 437-438, 438-439{ p otássio e, 167-169, 167(, 170, 257 p otencial de ação e, 262-263, 262{ p revista pela equação de Godman-Hodgkin-Katz, 256-257 p revista pela equação de Nernst, 168, 256, 256t secreção de insulina e, 170(, 171 sódio e, 168-169, 168(, 257

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Diferença de potencial de membrana potencial elétrico criado por células vivas devido à distribuição desigual de íons entre os líquidos extra e intra celular, 160-166, 161-162f, 163f, 164f, 165f, 166f. Ver também Diferença de potencial de membrana em repouso, (Cp 5), 164-171, 165(, 166(, 167(, 168(, 169f Diferenciação processo do desenvolvimento durante o qual as células adquirem diferentes formas e funções, (Cp 3), 62, 85 células nervosas, 255 Diferenciação sexual, 831-832, 831t, 832-833(, 833f Difosfato de adenosina (ADP) precursor do ATP; composto por adenina, ribose e dois grupos fosfato, (Cp 2, 3, 12, 16), 33f, 34 agregação plaquetária e, 560-561, 561-562t na contração muscular, 417 razão com ATP, 106 2, 3-difosfoglicerato (2, 3-DPG) metabólio das células vermelhas que baixa a afinidade de ligação da h emoglobina pelo oxigênio. Sin ônimo: 2, 3-bifosfoglicerato (2, 3-BPG), (Cp 18), 608, 608f Difteria, 79 7-798 Difusão facilitada movimento de moléculas através das membranas celulares em resposta a um gradiente de concentração com o auxílio de uma proteína de membrana, (Cp 5), 141, 145-147, 145-147( Difusão movimento de moléculas de áreas mais concentradas para áreas de menor concen tração, (Cp 5, 15, 17, 18), 136-141, 137{, 138(, 139t, 140f através das membranas, 136-137, 137(, 139-141, 139t, 140f dos gases, 598-599, 599f energia do movimento molecular, 136-139, 137(, 138(, 139t equilíbrio e, 137, 138f facilitada, 141, 145-147, 145-146(, 146-147( lei de Fick e, 140-141, 140f, 598 propriedades da, 137-138, 139t simples, 139-141, 139t, 140f taxa de, 138-140, 139t trocas nos capilares por, 528 Difusão resultante. Ver Difusão Difusão simples difusão através da bicamada fosfolipídica da célula, (Cp 5), 139-141, 139t, 140f de gases, 599, 599f Digestão e absorção das gorduras, 704-706, 706(, 707(, 715-716 Digestão mecânica, na boca, 708-709 Digestão quebra química e mecânica dos alimentos em unidades menores que podem ser absorvidas, (Cp 21), 688, 688(, 703-708, 703-709( Veja também Sistema digestório ácido nucleico, 706- 707 carboidrato, 703-705, 703-705(, 715 fase cefálica da, 708-709, 709-710(, 712f fase gástrica da, 709-713, 709-713( fase intestinal da, 713-718, 714(, 715(, 717f gordura, 704-706, 706f, 707f, 715-716 peptídeo, 704-705, 704-705( proteína, 703-705, 703-705(, 715 Digestão química, 708 Digital, 503, 535 Digitoxina, 503 Diglicerídeo. Ver Diacilglicerol Di-hidrotestosterona (DHT), 759f, 83 1, 836, 836{, 839 1, 25-diidroxi-colecalciferol. Ver Calcitrirol 1, 25-diidroxi-vitamina D 3• Ver Calciferol Diiodotirosina (DIT) 764, 765f Dimorfismo sexual homens e mulheres possuem diferen tes características físicas, (Cp 26), 829 Dineína uma proteína motora, (Cp 3), 66, 67 Dinorfina, 348 Dinucleotídeo d e flavina adenina (FAD) molécula que captura e transfere energia com elétrons de alta energia, (Cp 2), 33f, 34

Dióxido d e carbono (COJ produto gasoso da respiração aeróbia, (Cp 4, 17, 18, 20), 110, 609-612, 610f difusão e solubilidade e, 598-599, 599(, 609 efeitos vasoativos do, 521-523t, 522-524 íons bicarbonato e, 609-610, 610f ligação da hemoglobin a com o, 609, 610{, 611 pH afetado pelo, 675-677, 675(, 679, 679t, 680 pressão parcial do (Pco2), 577t, 599, 599(, 600, 600(, 600t, 611f alveolar, 588-590, 588-590(, 600, 600(, 611, 611f arterial e venoso, 600, 600t, 611(, 615-617, 616-617( controle arteriolar e bronquiolar e, 590-591, 590-591(, 590-591t curva de dissociação oxigênio-hemoglobina afetada pela, 607, 608f elevada, 609 hiperventilação pelo exercício e, 817(, 818, 818f hipoxia de gran de altitude e, 610 monitoramen to pelo quimiorreceptor central do, 615-617, 616-617( monitoramen to por quimiorreceptor periférico da, 612(, 615, 615f no edema pulmonar, 602, 602( nos distúrbios ácido-base, 675, 675(, 676-677, 679-680, 679t pH afetado pela, 675-677, 675(, 679, 679t, 680 remoção do C02 nos pulmões e, 611 ventilação afetada por, 614-617, 616-617( produção de ácido e, 673-674 produção do, taxa metabólica e, 728 remoção nos pulmões, 61Of, 611 solubilidade do, 599, 599f transporte do, 469, 469t, 570, 598(, 609-611, 610(, 611f trocas de, 570, 598{, 611f ventilação afetada pelo, 612(, 614-617, 616-617( Dipalmitoilfosfatidilcolina surfactante presente nos alvéolos que diminui a tensão superficial, (Cp 17), 585 Dipeptídeo, 704-705, 704-705( Dipeptilpeptidas-4, inibidores, 746-747t Dipeptilpeptidase-4, 746-747t Diploide, 829 Direcionamento da proteína, 124, 126, 125f Disco óptico região da retina on de o n ervo óptico e os vasos sanguín eos saem do olh o, (Cp 10), 367, 367(, 372 Disco Z proteínas do sarcômero às quais os filamentos de actina se prendem, (Cp 12), 409, 411(, 413f durante a contração, 412-413, 414f Discos intercalares jun ção celular especializada presente nas células musculares cardíacas que contém junções comunicantes, (Cp 12, 14), 440, 447(, 481, 481f Disfunção endócrina primária disfun ção que se origina na última glân dula endócrin a da via, (Cp 7), 237-238, 237-238( Disfunção endócrina secundária disfun ção en dócrin a que se origina em uma glândula trófica de uma via, (Cp 7), 237-238, 237-238( Disfunção erétil (impotência), 396-397, 851-853 Disfunção primária, 234-235 Disfunção secundária, 237-238, 237-238( Disfunção sexual, 851-853 Dispepsia, 713 Displasia, no câncer, 71 Dispneia sensação subjetiva de que n ão está con seguindo respirar o ar, (Cp 17), 576, 587-589t, 590-592 Dispositivo intra-uterino (DIU), 853-854, 853-854t Dissacaridase enzima que digere dissacarídeos, (Cp 2, 21), 703-705, 714

Dissacarídeo açúcar composto de dois monômeros de açúcar, 28, 29f, 703-704(, 703-705 Dissociação, 40 Distância da difusão, troca de gases afetada pela, 598, 602 Distância focal (comprimento focal) distância do centro de uma lente até o ponto focal, (Cp 10), 369, 370( Distrofia muscular, 154-432 Distrofia muscular de Duchenne, 432 Dist rofina proteína muscular que liga a actina à membrana celular, (Cp 12), 432 Distúrbio hematológico, 547 Distúrbio ligado ao X, 830 Distúrbio vestibular, 365. Ver também Doença de Méniere Distúrbios ácido-base, 679-680, 679t. Ver também Acidose; Alcalose anorexia e, 729 células intercaladas nos, 678, 678f Distúrbios do humor, 322 Distúrbios do sono, 320 Distúrbios musculares, 431-432 Distúrbios peroxissomais, 70 DIT. Ver Diiodotirosina DIU. Ver Dispositivo intra-uterino Diurese osmótica perda de água na urin a devido a um soluto n ão reabsorvido no lúmen tubular, (Cp 20, 22), 655, 743, 744f Diurese perda de água na urina, (Cp 20), 654 osmótica, 655, 743, 744f Diurético fármaco capaz de causar a perda de água pela urina, (Cp 12, 20), 522-524, 540, 654, 659-660 para paralisia periódica hipercalêmica, 431 perda de potássio e, 667 Diuréticos de alça, (Cp 20), 659-660 Divergência poucos neurônios pré-sinápticos se ramificam e afetam um grande número de neurônios pós-sin ápticos, (Cp 8, 11, 13), 281, 282(, 448 n as vias autonômicas, 389 Divisão celular. Ver também Meiose; Mitose Divisão eferente do sistema nervoso periférico, 248(, 385-405, 397( controle motor autonômico e, 248(, 249, 386-397, 397, 398t controle motor somático e, 248(, 249, 396-401, 397(, 398t Divisão somática motora divisão eferente do sistema nervoso que controla os músculos esqueléticos, (Cp 8, 11), 248(, 249, 396-401, 397(, 398t dL. Ver Decilitro DNA (ácido desoxir ribonucleico) nucleotídeo que armazen a informação genética n o núcleo, (Cp 2, 3, 4, Apêndice C), 33(, 34-35, 34f, 62, 70, 71, 71f, 117-119, 897-899, 898(, 899f digestão do, 706-707 eletroforese para identificação do, 100-101 estrutura do, 34f, 897, 898f mitocondrial, 67 mutações n o, 899 na síntese protéica, 117-126, 120(, 898( Ver também Transcrição; Tradução n íveis de organização do, 899f projeto Genoma Humano e o, 5-6, 126 replicação do, 833, 897-899, 898f DNA de dupla-fita, 897 DNA ligase, 899 DNA mitocon drial, 67 DNA polimerase, 897, 898f DNA viral, 784 Dobramento da proteína, 120(, 124, 126 Doença (condição patológica), 4-5, 5-6f Doença aguda da montanha, 603 Doença auto-imune doenças em que o sistema imunitário produz anticorpos contra os tecidos do próprio corpo, (Cp 22, 2), 783, 805-806, 805t diabete melito tipo 1, 743, 783, 805t, 806 doen ça de Graves, 240, 805t, 806 miastenia grave, 278, 805t

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Glossário/lndice

Doença cardíaca, 516, 536, 537, 733-735. Vertambém In farto agudo do miocárdio células-tronco para, 502 exercício afetan do riscos de, 822 níveis de colesterol e, 154, 536, 537, 733-735 Doença cardíaca coron ariana (arterial), 516, 536, 537, 733-735. Ver também Infarto do m iocárdio células-tronco para, 502 exercício afetan do o risco de, 822 níveis de colesterol e, 154, 536, 537, 733-735 Doença cardiovascular, 535-540 diabete e, 536-537, 746-747 exercício afetan do o risco de, 822 fatores de risco p ara, 535-53 7 h iperten são e, 538-540, 539{ inflamação e, 537-538, 538(, 539, 791-792 marcadores inflamatórios e, 539 Doença da altitude, 600, 603 Doença da mon tanha, 603, 617 Doença de Addison, 7 62-7 63 Doença de Alzheimer, (Cp 9), 325-326 melatonina e, 239{ Doença de armazenamento lisossômico, 70, 99 Doença de Crohn, 718 Doença de Cushing, 762-763 Doença de Graves hipertireoidismo causado por anticorpos contra TSH, (Cp 7, 23, 24), 216, 225-227, 231-232, 234-235, 240-241, 767-768, 805t Doença de McArdle, 432 Doença de Méniere con dição da orelha interna caracterizada p ela presen ça de zumbidos, náuseas e tontu ras, 334, 339-340, 357, 363, 365, 369, 371, 379 Doença de Paget, 776-777 Doença de Parkinson , 87, 287, 303-304, 462-463 Doença de Tay-Sach s, 70, 94, 99, 102, 105, 116, 126-127-128 Doença desmielin izante doen ça em que a mielina é destruída, diminuin do, assim, a velocidade de condução dos potenciais de ação, (Cp 8), 271(, 272 Doença hereditária coagulação afetada por, 564 ligada ao X, 803 substituição de aminoácido e, 117 Doença inflamatória crônica, 791-792 Doença inflamatória intestin al, 718 Doença inflamatória pélvica causada p elo DIU, 853-854 Doença psicossomática, 806 Doença pulmonar obstrutiva, 590-592. Vertambém Doença pulmonar obstrutiva crônica Doença pulmonar obstrututiva crônica (DPOC) doenças pulmonares caracterizadas pela diminuição irreversível do fluxo de ar nos bronquíolos; enfisema e bronquite crônica, (Cp 17), 569, 571, 580, 583, 590-592 acidose respiratória e, 679 Doença pulmonar restritiva, 584 Doenças degenerativas, 87 Dominância, lateralizacão cerebral e, 314, 316{ Dominância cerebral, 314, 316{ L-dopa precursor da dopamin a que pode cruzar a barreira h ematen cefálica, (Cp 9), 305, 462 Dopamina (DA) n eurotr ansmissor amin o do SNC, (Cp 8, 9, 11, 13), 225-226(, 225-227, 230-231(, 276t, 277, 861 comportamento aditivo e, 322, 387 doença de Parkinson e, 305, 462-463 recep tor da, 276t secreção pelo sistema modulatório difuso, 317t, 318,318{ Dopingsanguíneo, 547, 552-553, 561-562, 565 Dor crônica, 34 7 Dor de cabeça (enxaqueca), 240, 522-524 Dor inflamatória, (Cp 10), 346 Dor isquêmica, 348 Dor lenta, 23 7-238 Dor muscular, 347-348 Dor n europ ática, (Cp 10), 348, 396-397

Dor n o membro fantasma, 339-340, 344 Dor n ocicep tiva, (Cp 10), 346 Dor patológica, (Cp 10), 348 Dor percepção do cérebro de estímulo irritan te ou nocivo, (Cp 10), 334t, 346, 346t, 347-349, 347(, 348{ Dor rápida dor aguda, transmitida rapidamente, (Cp 10), 347 Dor referida dor que é sentida em um local lon ge do local real do estímulo, (Cp 10), 348, 348{ Dor somática profun da, 347-348 Dor visceral, 348 2, 3-DPG. Ver 2, 3-difosfoglicerato 2, 3-DPG. Ver 2, 3-difosfoglicerato DPOC. Ver Doen ça pulmonar obstrutiva crônica DPP-4, 746-747t DPP-4, inibidores, 746-747t Dren agem da linfa, obstrução de, edema e, 531-532 DRG. Ver Grupo respiratório dorsal dsRNA. Ver RNA de dupla-fita Dueto, 79 Dueto arterial p atente, (Cp 15), 544 Dueto biliar, 698(, 699 Dueto coclear, 356, 357, 358(, 359{ Dueto colédoco, 698(, 699 Dueto coletor cortical, 661-662 Dueto coletor região terminal do túbulo renal, (Cp 19), 625, 627(, 628(, 629t cortical, 661-662 determinação da concentração da urina n o, 654,655{ Dueto de Müller estrutura embrionária que origin a as estruturas reprodutivas feminin as, (Cp 26), 831, 831t, 832{ Du eto de Wolff estr uturas embrionárias que se desenvolvem formando as estruturas reprodutivas masculinas, (Cp 26), 831, 831t, 832{ Dueto deferente tubo que transporta os espermatozoides do epidídimo até a uretra. Sin ônimo: vaso deferen te, (Cp 26), 839, 839(, 840(, 851-852 desenvolvimento do, 831, 83 lt, 832{ ligação do, na vasectomia, 853-854 Dueto ejaculatório, 840{ Dueto hepático comum, 698{ Dueto nasolacrimal, 365-366{ Dueto timpânico. Ver Rampa do tímpan o Dueto vestibular, 35 7, 358f, 359f. Ver Rampa do vestíbulo Dúetulo biliar, 698{ Duoden o segmento inicial do intestino delgado, (Cp 21), 689 Dupla-h élice, DNA, 34-35, 34f, 897, 898{ Dura-máter membrana externa das meninges, (Cp 9), 301, 302(, 304{

E. coli. Ver Escherichia coli ECA, in ibidor. Ver Inibidor da enzima conversara da angiotensina (ECA) ECA. Ver Enzima conversara da angiotensina ECaC canais de Ca2+ presentes na membrana apical do epitélio in testinal e ren al, (Cp 23), 774-775 EC-acoplamento. Ver Acoplamento excitação-contração ECG. Ver Eletrocardiograma ECL, célula. Ver Célula en terocromafim Ecossistema, 2, 2f Ecto-h ormônio moléculas sinalizadoras secretadas para o meio externo, (Cp 7), 217, 219-220 Edema acúmulo de líquido n o espaço intersticial, (Cp 15), 531-532, 532{ Edema alveolar, 603 Edema cerebral, grande altitude, 603 Edema pulmonar excesso de volume de líquido intersticial nos pulmões, (Cp 18), 539, 576, 602 grande altitude, 603 trocas gasosas, ventilação/alveolar e, 602, 602{ Edkin s, J.S, 701 EDRF. Ver Fator relaxante derivado do endotélio EEG. Ver Eletroen cefalograma

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Efedrina, 395t Efeito Bohr o efeito de uma mudan ça no pH sobre ligação da hemoglobina com o oxigénio, (Cp 18), 608 Efeito genômico qualquer efeito que ocorra devido à atividade alterada dos genes, (Cp 7), 224-225, 225-226{ Efeito inotrópico, 502 Efeito nocebo efeito adverso que ocorre porque o paciente esp era que ocorra, (Cp 1), 11 Efeito placebo, 11, 806 Efeitos h ormonais cruzados, 760 Efeitos não genômicos dos hormônios esteroides ações de hormônios esteroides que não n ecessitam de alteração da atividade gênica, (Cp 7), 224-225 Efetor célula ou tecido que realiza a resposta h omeostática, (Cp 6, 24), 196-197, 196-197(, 199-200, 199-200(, 201, 447. Ver também Célula-alvo na resposta imunitária, 793-794, 794-795{ no reflexo muscular esquelético, 450(, 451 Eficiência na conversão de energia, 96 Efluxo,263 Eicosanoide ácido graxo modificado com 20 carbonos que atua como regulador de funções fisiológicas, (Cp 2, 6, 7), 30(, 31, 180, 192-193, 192(, 219-220 Einstein, Albert, 138 Einthoven , Walter, 491 Eíon· Ver Potencial de equilíbrio Eixo HPA. Ver Via hipotalâmica-hipofisária-suprarrenal (HPA) Ejaculação expulsão do sémen que está na uretra para o exterior, (Cp 26), 850-852 Ejeção ven tricular, 496, 496{ EKG. Ver Eletrocardiograma Elastância. Ver Elasticidade Elastase, 583, 602 Elasticidade (elastância) capacidade de uma substância estirada voltar ao estado não estirada, (Cp 1, 17), 6-7, 80, 584 estados de doen ça que afetam a, 584-585 Elasticidade pulmonar, 584-585 Elastina proteína enrolada que tem a capacidade de retomar ao seu estado original após ter sido estirada, (Cp 3, 17), 80, 83f no enfisema, 583, 584 Elefan tíase, 53 1 Elemento essencial elementos necessários para a vida, (Cp 2), 22 Elemento essencial principal, 22 Elemento essencial secun dário. Ver Elemento-tr aço Elemento responsivo ao hormônio, 760 Elemento tipo de matéria mais simples, como o oxigénio e o carbono, (Cp 2), 22 essenciais principais, 22 essencial, 22 isótipos do, 22-23 tabela periódica dos, 22 traço (oligoelementos), 22 Elemento-traço elemento essencial que é necessário em pequenas quantidades, (Cp 2), 22 Elementos elásticos em sér ie fibras elásticas do músculo que se estiram durante uma con tração isométrica, (Cp 12), 428, 429{ Eletrocardiograma (ECG) registro da soma dos eventos elétricos do ciclo cardíaco, (Cp 14), 491-494, 491-495(, 499{ interpretação do, 492-494, 495{ no infarto do m iocárdio, 487, 494 Eletrodo de referência, 166, 166{ Eletrodo de registro, 166, 166{ Eletrodos, 166, 166(, 491, 491{ Eletroencefalograma/eletroen cefalografia (EEG), 318, 319(, 320 Eletroforese, 100-101 Eletrólito um íon, (Cp 21), 65 1. Ver também Íon Elétron de alta en ergia, 23, 105, 107, 11 1-112, 112{

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Elétron partícula subatômica que tem uma carga negativa e massa desprezível, (Cp 2), 21, 21f, 164 alta energia, 23, 105, 107, 111-112, 112{ ligações formadas por, 23-24 ligação covalente e, 23-26, 25f ligação iônica e, 26, 26{ níveis de energia do, 23 Embrião, 829 como fonte de células-tronco, 87 implantação de, 856-858, 856-858f Êmese vômito, (Cp 21), 688, 694, 718-719 alcalose metabólica e, 680 centro bulbar de controle do, 305, 718-719 Emissão movimento do esperma do dueto deferente para a uretra, (Cp 26), 851-852 Emoção, 321-322, 321{ doenças somáticas e, 806-808, 807(, 808{ neuroimunomodulação e, 807, 807{ olfação e, 338, 351 respostas autonômicas e, 387(, 388, 449-450 secreção/função hormonal afetada pela, 227-229 sistema digestório afetado pela, 499, 716 sistema límbico na, 313, 313(, 321, 321{ ventilação afetada pela, 612(, 617 Emulsão pequenas gotículas suspensas em um líquido, (Cp 21), 706, 706(, 707(, 715 ENª. Ver Potencial de equilíbrio do sódio ENaC (canal de sódio epitelial), (Cp 20), 661-662 Encefalina, 277, 349 Encéfalo, 54, 247-248, 548(, 308-307, 309(, 307, 309-313 cefálico, 298 centros de controle autonômico no, 387, 387(, 388{ circuitos do, 307, 309 dano ao, 325-327 deficiência de insulina e, 743, 744{ desenvolvimento/embriologia do, 300-301, 300{ evolução do, 298-299, 298{ fluxo sanguíneo no, 525-526{ funções do, 307, 309(, 313-327, 314( Vertambém tipos específicos cortisol e, 761 hipoglicemia/privação de glicose e, 306, 730, 730{ integração da informação sensorial e, 207(, 209, 314-316, 315(, 316(, 317(, 338-340, 338{ necessidade de oxigênio do, 306 reprodução sexual e, 836-838, 836(, 837{, 837t sinais químicos no desenvolvimento do, 287-288, 288{ Enchimento ventricular, 495, 496(, 497(, 498 Endocitose mediada por receptor um ligante liga-se a uma proteína de membrana, o que desencadeia a endocitose do complexo membrana-receptor, (Cp 5, 22), 153, 153(, 733-735 Endocitose processo pelo qual uma célula transporta moléculas para dentro do citoplasma em vesículas formadas a partir da membrana celular, (Cp 5), 152-154, 153{ mediada por receptor, 153, 153{, 733-735 na regulação de receptores, 195-196 Endocrinologia, 216. Ver também Sistema endócrino; Hormônio comparativa, 240 Endocrinologia comparada, 240 Endolinfa líquido com alta concentração de K+ e baixa concentração de Na+que preenche o dueto coclear da orelha, (Cp 10), 357, 358(, 363, 364(, 365{ Endolinfática, hidropisia (doença de Méniere). 334,339-340,357,363,365,369,371,379 Endométrio camada interna secretória do útero, (Cp 26), 844, 846{ implantação do embrião no, 856-858, 856-858{ no ciclo uterino, 844, 847, 848(, 849-850 Endopeptidase enzima que rompe ligações peptídicas no in terior de uma cadeia de aminoácidos, (Cp 21), 703-705, 703-705( Ver também Protease

Endorfina, 223-224(, 227-228, 349, 763, 763{ Endoscopia, 700 Endossomo vesícula formada por endocitose, (Cp 5), 153, 153{ Endostatina, 516 Endotelina família de poderosos vasoconstritores liberados pelo endotélio vascular, (Cp 15), 521-523t Endotélio camada de células epiteliais que reveste o lúmen do coração e dos vasos sanguíneos, (Cp 3, 15, 16), 77,514,514{ trocas capilares e, 526-527 Energia, 94-97, 95{, 96f, 730-731, 731(, 890-892 a partir das gorduras/lipídeos, 107, 108{, 115-1 16, 115(, 732-735, 732-734{ a partir dos nutrientes ingeridos, 730-731, 730{ armazenamento de, 727, 729, 730 ativação, de, 98, 98f enzimas que afetam a, 102, 102{ reversibilidade da reação e, 100, 1OOf biológica, 6-7, 6-7t, 94-97, 95f, 96{ captura ou liberação durante as reações, 98-99, 98{, 99{ cinética, 96, 96{, 893-894 conservação da, 97 consumo de oxigênio e, 727- 728 conversão da, 96-97, 96{ de proteína, 107, 108(, 114-115, 114{ exercício e, 116 força e, 893-894 formas de, 96, 96{ ligação química, 95, 95f livre, 97, 98 metabolismo e, 105, 106, 727-729, 730, 731{ nas reações químicas, 97-100, 97t, 98{, 99f, 100{ para a contração muscular, 116, 814-816, 815{, 816{ para a fagocitose, 152 para endocitose, 152 para exocitose, 154 para o trabalho, 95-96 para o transporte ativo, 136-137, 137(, 146-149, 150{ para o transporte passivo, 136-137, 137{ para o transporte tanscelular da glicose, 156-157, 156{ para os transportes de membrana, 136-137, 137{ para síntese/anabolismo, 116-126, 730 potencial, 96, 96f, 893-894 rendimento da glicose, 107-109, 108(, 109(, 112-1 13{, 729, 730, 730(, 731(, 732-734, 732-733t. Ver também Trifosfato de adenosina, produção de rotas metabólicas como fornecedoras de, 106-107 termodinâmica e, 97, 727 transferência da, durante as reações, 97-98, 97t variação da energia livre resultante da reação, 98 Energia biológica, 6-7, 6-7t Energia cinética energia do movimento, (Cp 4), 96, 96f, 97, 893-894 conversão da, 96-97, 96{ transporte ativo secundário usando, 147-149 transporte passivo usando, 136-137, 137{ Energia da ligação química, 95, 95f Energia de ativação Energia necessária para iniciar uma reação química, (Cp 4), 98, 98f enzimas afetando a, 102, 102{ reversibilidade da reação e, 100, lOOf Energia livre quantidade de energia armazenada nas ligações químicas de uma molécula e disponíveis para realizar trabalho, (Cp 4), 97 Energia potencial energia armazenada que tem a capacidade de realizar trabalho, (Cp 4, Apêndice B), 96, 96f, 893-894 conversão da, 96-97, 96{ no transporte ativo secundário, 146-149, 149(, 150{

Enfisema doença pulmonar caracterizada pela perda de elasticidade (elastância) e de área de superfície alveolar, (Cp 5, 16, 17, 18), 569, 571, 580,584,590-592, 602 acidose respiratória e, 679 ventilação alveolar/ trocas gasosas e, 602, 602{ Engenharia genética de EPO, doping do sangue e, 561-562, 565 do hormônio de crescimento humano, 769-771, 769-772 no tratamento do câncer (anticorpos produzidos geneticamente), 806 Ensaio de motilidade in vitro, 417 Enterocinase nome antigo da enteropeptidase, (Cp 21), 714 Enterócito, 706, 707{ transporte de colesterol e, 706, 707{ Enteropeptidase enzima intestinal que ativa a tripsina, (Cp 21), 714, 715{ Enterotoxina, 718 Entrada de calor, 7 48, 748f Entrada de energia, 727, 747{ Entropia uma condição de aleatoriedade ou desordem, (Cp 4), 97 Enurese, vasopressina e, 657 Enurese noturna micção involuntária que ocorre especialmente à noite ("xixi na cama"), (Cp 20), 657 Envelhecimento, 861-863 água total do corpo e, 158, 158t taxa metabólica e, 728 Envelope nuclear, 71, 71f virai, 784, 784{ Envenenamento pelo ferro, 554-556 Enxofre, 22 Enzima amplificadora enzima de membrana que cria dois ou mais segundos mensageiros durante a transdução de sinal, (Cp 6), 184, 184(, 185(, 185t, 190{ Enzima borda de escova, 703-705, 714, 715, 715{ Enzima conversora da angiotensina (ECA) enzima endotelial ligada à membrana que converte a ANGI em ANGII, (Cp 20), 662-663, 663-664{ Enzima digestória, 696-697, 712, 714-715, 715{ Enzima proteína catalítica que acelera as reações diminuindo sua energia de ativação, (Cp 2, 4, 5), 32, 39, 100-105, 100-101(, 100-lOlt, 141 amplificador, 184, 184(, 185(, 185t, 190{ associada à membrana, 141 ativação da, 100-101, 100-lOlf cardíaca, 100-101, 100-lOlt, 487, 583 cofatores ou coenzimas para, 100-101 compartimentalização na célula, 106 controle hormonal das rotas metabólicas e, 731-733, 731-733{ digestória, 696-697, 712, 714-715, 715{ em interações proteicas, 100-101, 100-lOlt especificidade da, 40 importante para o diagnóstico, 100-101, 100-lOlt inativação da, 100-101, 100-lOlf lei de ação das massas e, 102-103, 103{ ligação do substrato com a, 100 modulação da, 100-101, 100-101{, 105-106, 106{ no sêmen, 843t nomenclatura, 103 reações reversíveis e, 100, 102-103, 103(, 106, 107{ receptor, 182, 183(, 186-187, 187-188{ sensibilidade ao pH e, 100-101, 100-101{, 673-674, 703-704 taxa da reação e, 45, 102 tipos de reações enzimáticas e, 103-105, 104t Enzima proteolítica, na síntese/armazenamento/ liberação de um hormônio peptídeo, 221-222, 222-223{ Enzimas associadas à membrana, 141 Enzimas cardíacas, 100-101, 100-lOlt, 487, 583 Enzimas lisossômicas, 69-70, 70f, 99

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Glossário/lndice

Enzimas pancreáticas, 161-162 Enzimoma, 5-6 Eosinófilo leucócitos associados a infecções parasitárias e reações alérgicas, (Cp 16, 17, 24), 548-552(, 788, 789, 789f Epêndima epitélio que reveste os ventrículos emcefálicos e o canal medular, (Cp 8 1 9), 253, 254,300 Epiderme, 78, 86f Epidíd imo dueto entre os túbulos seminíferos e o dueto deferente onde os espermatozoides completam sua maturação, (Cp 26), 839, 840f desenvolvimento do, 831, 831t, 832f Epífise extremidade de um osso longo, (Cp 23), 772-773, 772-773( Epiglote, 709, 709-710( Epilepsia, 287 dieta cetogénica e, 735-737 espasmos infantis, 297, 305, 320, 322, 325-328 Epinefrina. Ver Adrenalina Epitélio alveolar, 573(, 574-575 Epitélio colunar, 76-77 Epitélio cuboide, 76-77 Epitélio de troca epitélio fino assim chamado porque transporta facilmente material de um compartimento para o outro. Exemplos deste tipo de epitélio incluem os alvéolos e o endotélio, (Cp 3, 15, 17), 76-77, 76-77(, 77(, 77t respiratório, 76-77, 76-77( Epitélio escamoso simples, 76-77-77 Epitélio estratificado, 76-77 Epitélio impermeável, 75-77, 77f, 144 Epitélio intestinal, 76-77(, 77 Epitélio olfatório, 350(, 351 Epitélio permeável epitélio que permite o movimento entre as células, (Cp 3), 75-76, 77( no encéfalo, 305 no trato GI, 692 Epitélio pigmentado, 372, 373(, 374f da retina, 372, 373(, 374f Epitélio protetor, 76-77, 76-77(, 77t, 78 no câncer cervical, 80 Epitélio secretor epitélio que secreta hormônios ou secreções exócrinas, (Cp 3), 76-77, 76-77(, 77t, 78-79, 79( no câncer cervical, 75-76 Epitélio simples, 76-77 Epitélio tecido que protege a superfície do corpo, reveste os órgãos ocos e sintetiza e secreta substâncias, (Cp ,3, 5, 17, 21), 74-80, 75-77(, 77t, 84t. Ver também Orgão, estrutura ou tipo específico alveolar, 573(, 574-575 câncer originado no, 80 ciliado, 76-77, 76-77(, 77t, 78, 78f distribuição do, 76-77, 76-77( estrutura do, 75-77, 76-77( glândulas endócrinas/exócrinas derivadas do, 79, 79( tipos de, 76-77, 76-77(, 77t transporte através do, 77-78, 77(, 154-157, 155(, 156(, 157f trocas no, 76-77, 76-77(, 77(, 77t Epitélio transportador epitélio cuja função primária é o movimento de solutos e água entre dois compartimentos, (Cp 3, 5), 76-77, 76-77(, 77-78, 77(, 77t, 155, 155f no trato gastrointestinal, 76-77(, 77 Epitélios ciliados epitélios cobertos de cílios que movem líquidos na sua superfície, (Cp 3, 17, 26), 76-77, 76-77(, 77t, 78, 78f da tuba uterina, 844 do olho, 365-366 respiratório, 76-77(, 78, 78(, 571-574, 575f tabagismo e, 78, 580 Epitelial, 661-662 EPO. Ver Eritropoetina EPO humana recombinante, doping sanguíneo e, 561-562, 565 Epoetina, 552-553 Eq. Ver Equivalente Equação de Fick, 544, 621

Equação de Goldman-Hodgkin-Katz calcula o potencial de membrana em repouso usando a permeabilidade da membrana e os gradientes de concentração iônica, (Cp 8), 168, 256-257 Equação de Nernst equação que determina o potencial de equilíbrio para um único íon com base em suas concentrações iônicas dentro e fora da célula, (Cp 5, 8), 168, 256, 256t Equação GHK. Ver Equação Goldman-Hodgkin-Katz Equilíbrio, 362 difusão e, 137, 138f elétrico, 165, 165f osmótico, 134, 159, 159f percepção da posição corporal e, 334t, 353, 362-365, 364(, 365(, 365-366( receptores do, 200-201(, 362-363, 364(, 365f reflexos posturais e, 45 7 vias do SNC do, 338(, 363-365, 365-366( químico, 40, 102-103, 103(, 107 Equilíbrio ácido-base Regulação homeostática do pH corporal, (Cp 2, 20), 38-39, 651, 672-680, 672( anorexia e, 729 equilíbrio do potássio e, 673-674 rins na manutenção do, 623, 676-678, 676-678( sistema respiratório na manutenção do, 569, 675-677, 675f tampões e, 39, 674 Equilíbrio da temperatura, 748-749, 748f Equilíbrio de líquidos, 623, 651-652, 652(. Ver também Equilíbrio hídrico controle integrado do, 651-652, 652(, 668-672, 668(, 670t, 671f mecanismos comportamentais na manutenção do, 651, 667-668 sistema digestório na manutenção do, 687-688, 688f Equilíbrio dinâmico equilíbrio relacionado ao movimento no espaço, (Cp 10), 362 difusão e, 137, 138f Equilíbrio do cálcio, 623, 651, 772-778, 773-774(, 773-774t, 774-776(, 776-777t, 777-778( afetado pelo cortisol, 761 controle hormonal do, 774-777, 775-776(, 775-776t, 776-777t hiperparatireoidismo e, 760, 765, 771-772 homeostase do fosfato e, 776-778 potencial de ação afetado por, 272 potencial de membrana em repouso e, 169 Equilíbrio do calor, 748, 748f Equilíbrio do hidrogénio, 673-674, 673-674(. Ver também Equilíbrio ácido-base Equilíbrio do potássio, 623, 651, 665-667. Vertambém Hipercalemia; Hipocalemia anorexia afetando o, 729 equilíbrio ácido-base e, 673-674 exercício e, 818 paralisia periódica e, 422 potencial de ação afetado pelo, 262-263, 262(, 272-273, 273(. Ver também Íon potássio potencial de membrana em repouso e, 167-169, 167(, 170, 257 secreção de aldosterona e, 661-662, 665-666 Equilíbrio do sal, 623, 651, 660-666, 661-666(. Ver também Equilíbrio h ídrico controle integrado do, 668-672, 668(, 670t exercício em ambiente quente e, 822 hiponatremia e, 651, 653, 667, 669, 670t, 675, 681 mecanismos comportamentais no, 651, 667-668 peptídeos natriuréicos no, 664-666, 665-666( potencial de ação e, 260, 262-263, 262( potencial de membrana em repouso e, 168-169, 168(, 169, 257 secreção da aldosterona e, 661-664, 662-664( Equilíbrio do sódio, 623, 651, 660-666, 661-666(. Ver também Equilíbrio hídrico controle integrado do, 668-672, 668(, 670t

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hiponatremia e, 651, 653, 667, 669, 670t, 675, 681 mecanismos comportamentais e, 651, 667-668 peptídeos natriuréticos no, 664-666, 665-666( potencial de ação e, 260, 262-263, 262( potencial de membrana em repouso e, 168-169, 168(, 169, 257 secreção de aldosterona e, 661-664, 662-664( Equilíbrio elétrico, 165, 165f Equilíbrio eletrolítico, 651. Ver também Eletrólito específico Equilíbrio energético, 727-729, 747(. Ver também Metabolismo Equilíbrio estático sentido do equilíbrio que nos informa se a nossa cabeça está fora da posição vertical, (Cp 10), 362 Equilíbrio hídrico, 623, 651-652, 652-661, 652(, 653(, 891-892. Ver também Equilíbrio do sódio controle integrado da, 651-652, 652(, 668-672, 668(, 670t, 671f hiponatremia e, 651, 653, 667, 669, 670t, 675, 681 mecanismos comportamentais no, 651, 667-668 peptídeos natriuréticos no, 664-666, 665-666( regulação renal do, 623, 652, 652(, 653-661, 654(, 655f alça de Henle/mecanismo de contracorrente e, 658-661, 658-660( concentração da urina e, 654-655, 655f conservação da água e, 653-654, 654f ingestão e excreção da, 653, 653f pressão sanguínea, volume, osmolaridade e, 520-521, 520-521(, 520-521(, 651, 652, 652(, 657, 658f vasopressina e, 655-657, 656(, 657f sistema digestório, na manutenção da, 687-688, 688f Equilíbrio iônico, 623 Equilíbrio osmótico, 134, 159, 159f Equilíbrio químico reação onde as taxas da reação direta e inversa são iguais, não existindo mudanças resultantes na concentração dos produtos e reagentes, (Cp 2, 5), 40, 102-103, 103(, 106 Equivalente (eq) molaridade de um íon vezes o número de cargas que o íon carrega, (Cp 2), 37 Ereção aprisonamento do sangue dentro do tecido esponjoso do pénis, causando o seu alongamento e endurecimento, (Cp 26), 850-852, 852-853( Ereção do clitóris, 851-853 Ergotamina, 276t Eritroblasto eritrócito imaturo grande e nucleado, (Cp 16), 549-550(, 552-553 Eritrócito (hemácia) células vermelhas do sangue que transportam oxigénio e dióxido de carbono entre os pulmões e os tecidos, (Cp 16, 24) 62f, 83(, 548-550(, 552-558, 554-557(, 556-557t antígenos dos grupos sanguíneos e, 804(, 805 distúrbios do, 555-558, 556-557(, 556-557t duração dos, 555-556 produção de, 549-550( Eritrócito, composição da membrana, 57t Eritrócitos amontoados, 552-553 Eritrócitos microcíticos, 556-55 7 Eritropoese produção de eritrócitos, (Cp 16), 551-553 na anemia perniciosa, 711 Eritropoetina (EPO) hormônio sintetizado nos rins que regula a produção de eritrócitos, (Cp 16, 18, 19), 218(, 220-221, 550-551, 550-551t, 551-553 doping sanguíneo e a, 561-562, 565 hipóxia pela altitude afetando a, 606 síntese renal da, 218(, 624 Escala de pH, 38, 38f Escala Kelvin (K), 893-894 Escala média. Ver Dueto coclear Escala timpânica. Ver Rampa do tímpano Escala vestibular. Ver Rampa do vestíbulo Escherichia coli, 55, 624, 718

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Esclera, 365-366, 365-366f, 367f, 373f Esclerose múltipla, 272, 805t Escopolamina, 395t Escroto saco externo para dentro do qual os testículos descem ficando com temperatura mais fria que a do interior do corpo, (Cp 26), 831, 838, 839(, 840{ desenvolvimento do, 831t, 833f Esferocitose, 554-555 hereditária, 555-557, 556-557t Esfincer esofágico inferior, 709( Esfincter anéis musculares que fecham a abertura de um tubo ou órgão oco, (Cp 12, 19, 21), 432, 643. Ver também tipo específico Esfincter de Oddi (esfincter hepatopancreático), 689 Esfincter externo da uretra, 644, 644{ Esfincter externo do ânus, 689, 716, 717{ Esfincter hepatopancreático, 679 Esfincter interno da uretra, 644, 644{ Esfincter interno do ânus, 716, 717f Esfincter pilórico. Ver Piloro Esfincter pré-capilar faixas de músculo liso que podem alterar o fluxo sanguíneo pelos leitos capilares, (Cp 15), 515, 515(, 525-526, 526-527{ Esfincter urinário, 643-644, 643{ Esfincteres anais, 689, 709(, 716, 717f Esfincteres da bexiga, 643-644, 643( Esfincteres esofágicos, 709, 709(, 709-710( Esfingolipídeos, (Cp 3), 58, 60, 61f, 193 Esfingomanômetro instrumento que verifica a pressão sanguínea arterial, (Cp 15), 518, 519f Esôfago passagem que conecta a boca e o estômago, (Cp 17, 21), 572(, 689, 690(, 709( Espaço intermembrana região entre as duas membranas da mitocôndria, (Cp 3), 67, 68f Espaço morto porções do sistema respiratório que não fazem troca de gases com o sangue, (Cp 17), 587-588, 587-588(, 587-589 Espaço subaracnóideo espaço preenchido com líquido entre a membrana aracnoide e o crânio, (Cp 9), 301, 302(, 303, 304{ Espaço subdural, 302(, 304( Espasmos infantis, 297, 305, 320, 322, 325-328 Espécies reativas de oxigênio, 253 Especificidade capacidade de uma enzima ou receptor de se ligar a uma molécula particular ou a um grupo de moléculas intimamente relacionadas, (Cp 2, 4, 5, 6, 10, 24), 40 das vias sensoriais, 342. Ver também Codificação de estímulos do sistema-controle, 200-201, 208t no transporte mediado por carreador, 149 receptor, 193 sistema imunitário, 783 Espectro electromagnético, 371, 372( Espermátide espermatozoide imaturo, (Cp 26), 834, 835(, 840(, 839-841 Espermatócito primário espermatócito que tem seu DNA duplicado mas não sofreu divisão meiótica, (Cp 26), 833, 834, 835(, 840f Espermatócito secundário espermatócito que sofreu a primeira divisão meiótica, (Cp 26), 833-834, 834, 835(, 840{ Espermatócitos, 833-834, 834, 835(, 840(, 839-841 Espermatogênese, 839-842, 842-843, 842f Espermatogônia células germinativas dos testículos, (Cp 26), 834, 835(, 840(, 839-841 Espermatozoide gameta masculino, (Cp 26), 62f, 66, 829, 833, 834, 835(, 839-842, 840(, 839-842, 839-841(, 843t anticorpos destruindo o, 854-855 fertilização do ovócito pelo, 829, 835, 835(, 844, 854-857, 856-858( in vitro, 854-855, 860 produção de (espermatogênese), 839-843, 842{ Espermicida, 853-854, 853-854t Espermograma, 83 9-841, 850-851 Espícula Sinônimo: potencial de ação, (Cp 8), 247-248t, 261

Espinhos dendríticos projeções da membrana dos dendritos que aumentam a área de superfície, (Cp 8), 251, 285, 285f Espirômetro (espirometria), 578, 578(, 579(, 590-592 Esponja contraceptiva, 853-854, 853-854t Esquerda-direita, dominância cerebral, 314, 316f Esquistossoma, 784, 789 Esquizofrenia, 287, 325-327 Estado absortivo (estado alimentado), 791-792, 732-735, 732-733t insulina e, 737-738, 737-738(, 738-742, 738-739(, 738-739t, 739-742{ Estado alimentado. Ver Estado absortivo Estado de rigor ligação firme entre a actina e a miosina na ausência de ATP, (Cp 12), 415, 417 Estado de tranca condição do músculo liso na qual a miosina desfosforilada permanece presa à actina, (Cp 12), 436 Estado dinâmico estacionário, 135, 172 Estado pós-absortivo estado catabólico no qual o corpo degrada suas reservas estocadas e as células degradam moléculas grandes em moléculas menores, (Cp 22), 729, 735-737, 735-736(. Sinônimo: estado de jejum aminoácidos como fonte de glicose durante, 730(, 731 armazenamento de energia e, 730-731 concentrações de glicose e, 737-738, 741-743 glucagon e, 737-738, 737-738( Estágio final. Ver Insuficiência renal Estanóis, para diminuir os níveis de colesterol, 735-736 Estatinas, 735-736 Estenose estreitamento de um vaso, (Cp 15), ou valva cardíaca, 497 Estenose valvar, 497 Estereocílios células ciliadas (pilosas) da orelha, (Cp 10), 357, 360( Esterilização, 853-854, 853-854t Esterno, 476(, 478 Esteroide moléculas relacionadas a lipídeos derivadas do colesterol, (Cp 2), 30f, 31. Ver também Hormônios esteroides Esteroides anabolizantes, 758, 843-844 Esteroides gonadais, 222-223 Esteróis, diminuidores dos níveis de colesterol, 735-736 Estímulo adequado a forma de energia à qual um receptor particular é mais responsivo, (Cp 10), 336 Estímulo distúrbio ou mudança que desencadeia um reflexo, (Cp 6, 10), 197-200, 199-200(, 201, 202-203{ adequado,336 duração do, codificação da, 341-342, 341(, 342{ erótico, 851-852 intensidade do, 340-341 codificado por, 208, 208t, 340-341, 341f potencial de ação e, 265, 267(, 341, 341f tom, 358-361, 361{ localização do, 339-341, 339-341( modalidade do, 339-340 potencial de ação e, 259t potencial graduado e, 258, 259t, 260( sensorial, 334, 334t Estímulo erótico, 851-852 Estímulo supralimiar, 261 Estiramento cervical, 859, 860{ Estômago, 689, 690(, 691(, 709{ fase gástrica da digestão e, 709-713, 709-713{ hormônios produzidos pelo, 218-220(, 702t, 712, 712{ pH do, 695 receptores gustatórios no, 355 Estradiol forma de estrogênio produzida quando a aromatase atua sobre a testosterona, (Cp 26), 224-225(, 759(, 836, 836{ Estreptocinase uma enzima que dissolve coágulos sanguíneos, (Cp 16), 564

Estresse, 134, 255, 808, 808f afetado pelo exercício, 823-824 cortisole, 760, 761,807,808 crescimento e, 769-770 função imunitária e, 807, 807(, 808, 808f oxidativo, 253 Estressor evento que causa uma reação de estresse, (Cp 24), 808 hormônios afetados pelo, 227-229 Estrias de gordura, 537, 538{ Estribo terceiro osso da orelha média entre a bigorna e a janela do vestíbulo (janela oval), (Cp 10), 354, 356(, 358{ na transdução do som, 355-356, 358f Estricnina, 276t Estrogênio ambiental, 838 Estrogênio hormônio esteroide produzido no ovário e córtex suprarrenal; esteroide feminino dominante, (Cp 23, 26), 218(, 224-225, 224-225(, 759, 759(, 836, 836(, 837, 837t ambiental, 838 características sexuais secundárias e, 850-851 deficiência do, menopausa, 863 calorões (fogachos) e, 751 osteoporose e, 777-778 durante o ciclo menstrual, 847, 848(, 849, 849{, 849-850 placentário, 218(, 856-858 suprarrenal, 759, 759f trabalho de parto, desencadeador, 856-858 Estroma tecido conectivo de suporte, (Cp 26) medula óssea, 553-554f ovário, 844, 846{ Estrutura primária, da proteína a sequência de aminoácidos de uma cadeia peptídica, (Cp 2), 31f, 32 Estrutura quaternária da proteína arranjo de uma proteína com múltiplas cadeias peptídicas, (Cp 2), 31f, 32-33 Estrutura secundária, da proteína arranjo espacial dos aminoácidos na cadeia peptídica; usualmente a-hélice ou folha-~, (Cp 2), 31f, 32 Estrutura terciária da proteína forma tridimensional globular ou fibrosa de uma molécula de proteína, (Cp 2), 31f, 32, 32f dobramento da proteína e, 124, 126 Estruturas acessórias não neurais, sistema sensorial e, 336 estímulo, intensidade/duração e, 342 Estruturas endócrinas vestigiais, 240 Estudo cego experimento em que o indivíduo não sabe se está recebendo o tratamento experimental ou um placebo, (Cp 1), 11 Estudo cruzado delineamento experimental em que os sujeitos da pesquisa passam metade do tempo no tratamento experimental e metade tomando placebo, (Cp 1), 11 Estudo duplo-cego cruzado experimento duplo-cego em que os sujeitos são tratados metade do experimento com placebo e metade com tratamento, (Cp 1), 11 Estudo duplo-cego delineamento experimental em que nem o sujeito nem o pesquisador sabem que está recebendo o tratamento ou o placebo, (Cp 1), 11 Estudo prospectivo estudo que recruta sujeitos saudáveis e observa o desenvolvimento de doenças, (Cp 1), 14 Estudo retrospectivo estudo que compara pessoas com uma doença com controles saudáveis, (Cp 1), 14 Estudo transversal, 14 Estudos longitudinais, 14 Esvaziamento gástrico, retardo, 694 Esvaziar a bexiga. Ver Micção , Etica, em experimentos com humanos, 11-14 Etiologia causa ou origem de uma doença, (Cp 7), 237-238 Eupneia respiração normal, (Cp 17), 587-589t Evolução do sistema nervoso, 297-299, 298{

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Glossário/lndice

dos sistemas fisiológicos, 3-4 hormonal, 238-240, 239{ Exame de Papanicolau, 54, 62, 71, 80, 84, 85{, 87-88 Exaustão por calor, 751, 818 Excesso de consumo de oxigênio pós-exercício (EPOC) consumo aumentado de oxigénio após o exercício que represen ta o metabolismo para substituir o ATP e outras moléculas que foram con sumidas durante o exerácio, (Cp 25), 816-817, 8 17{ Excitabilidade, (Cp 8), 261 afetada pelo cálcio, 773-774 Excitação sexual, 851-852 sistema de ativação reticular e, 318, 319{ Excreç.ã o eliminação de material do corpo via pulmões, p ele, intestino e rins, (Cp 19), 133-134, 134{, 623-624, 628{, 629, 629{, 639-643, 641{, 642t, 643{, 651 Exendina-4 molécula mimética do GLP-1, (Cp 22), 746-747, 746-747t Exercício, 116, 8 13-827. Ver também Contração muscular comsumo de oxigénio e, 728, 816-817, 817{ energia e, 116 fadiga duran te, 116, 421-422, 421{ fatores limitantes do, 817 metabolismo/taxa metabólica e, 116, 814-817, 8 15{, 816{, 817{ níveis/captação da glicose e, 8 16, 823, 823{ no diabete do tipo 2, 746-747, 822-823, 823{ regulação hormonal e, 8 16 resp ostas antecipatórias ao, 817, 820-821 resp ostas cardiovasculares ao, 818-820, 820{, 820-821{ resp ostas ventilatórias ao, 817-818, 817{, 818{ saúde e, 822-824, 823{, 824{ temperatura corporal e, 748, 820-822 Exercício aeróbio, 814, 815{, 817 Exercício de resistência, 814, 816, 8 17, 820-821 Exocitose processo p elo qual vesículas intracelulares se fundem com a membrana celular e liberam seu conteúdo no líquido extracelular, (Cp 5, 8), 153{, 154 na liberação de h ormônios pep tídicos, 221-222, 222-223{ na regulação de recep tores, 194-196 no transdução de sinal pelo cálcio, 191, 191{ nos n eurônios/liberação de neurotran smissores, 274-275 secreção de insulina e, 170{, 171 Exoftalm ia olh os saltados que ocorre no hipertireoidismo devido ao aumen to de tecido n a órbita, (Cp 23), 766{, 768 Exon segmento de um gene que codifica uma proteína, (Cp 4), 122, 122{ Exopeptidase enzima que libera aminoácidos de peptídeos retiran do-os das extremidades, (Cp 21), 704-705 Expansão clonai reprodução de um tipo de linfócito após a exposição a um antígeno, (Cp 24), 793-794, 794-795{ Expectoração, 574 Experimentos con siderações éticas e, 11-14 delineamen to de, 7-1 1 formatos para, 14-15 humanos, 11-14 interpretações de, 11-14 literatura com informações sobre, 15-16 resultados em gráficos de, 10, 12-13, 12-13{ usando animais, 11, 14, 240 Experimen tos com h uman os, 11-14 Expiração ativa expiração que é auxiliada pela contração dos músculos abdominais e intercostais internos, (Cp 17), 582 Expiração movimento do ar para fora dos pulmões, (Cp 17), 570, 581{, 582, 587-588{, 614, 614{ músculos da, 572{, 580{, 582

Expiração passiva, 582, 614, 614{ Extensão (movimento) 408 Extensor músculo que afasta os ossos quando se contrai, (Cp 12), 408 Extravasamento, (Cp 24), 790-791 Extravascularidade, 788, 789 Ezetimibe, 706, 735-736 F. Ver Constante de Faraday F1F0 ATPase. Ver ATP sin tase Face eis do complexo de Golgi, 125f, 126 Face trans do complexo de Golgi, 125{, 126 Facilitação p ré-sináptica modulação do n eurônio pré-sináptico que aumenta a liberação do n eurotransmissor, (Cp 8), 284 técnicas de visualização e, 462 F-actina cadeias longas ou filamen tos de moléculas de actina, (Cp 12), 409 FAD (dinucleotídeo de adenina flavina) molécula que captura e transfere energia com elétrons de alta energia, (Cp 2), 33{, 34, 111 FADH2, 99, 99{, 105, 107, 111-113, 112-113{ Fadiga cent ral sensação subjetiva de fadiga durante o exercício, (Cp 12), 116, 421, 421{ Fadiga m u scular incapacidade de um músculo continuar a gerar ou sustentar a tensão, (Cp 12), 116,421-422,421{ tipos de fibras musculares e, 422-423, 423{, 424t Fadiga periférica, 421, 421{ fagócito célula imunitária que ingere material p or fagocitose, (Cp 16, 17, 24), 152, 152{, 788, 789{, 790-792, 790-792{, 799-800, 801{ Fagocitose processo pelo qual a célula engolfa uma partícula para dentro de uma vesícula usando o citoesqueleto para empurrar a membrana ao redor da partícula, 148-149, 148-149f, 538, 782, 784-785, 784-785f, 793-794f, 794-795 Fagossomo vesícula formada ao redor do material ingerido durante a fagocitose; local de digestão, (Cp 5, 24), 152, 152{, 790-791, 791-792{ Faísca de cálcio, 190-191, 482{ Fala, 325-326, 325-326( Ver também Linguagem sistema respiratório e, 569 Falciforme, doença/anemia, (Cp 16), 554-557, 556-557{, 556-557t Falência do rim. Ver Insuficiência renal Falha n o crescimento, 227-229, 769-770 Famílias de genes, transportadores, 142 Farad (F), 893t Faringe, 571, 572{ Fármaco an tagonismo afetan do, 235-236 sin ergismo afetando, 234-235 Fármaco fibrinolítico, 564 Farmacogenômica, 5-6 Fármacos analgésicos fármacos que inibem a dor, (Cp 10), 348-349 opiáceos/peptídeos opióides, 277, 348-349 Fármacos an tidiabéticos, 195-196, 746-747, 764t Fármacos anti-inflamatórios não esteroides, 193, 762-763 úlcera péptica e, 713 Fármacos an tirretrovirais, 783-785, 809 Fármacos antivirais, 784 Fármacos que diminuem os lipídeos, 733-736 Fármacos transp ortadas por lipossomos, 60 Fas "receptor de morte" nas membranas celulares cuja ativação faz com que a célula cometa suiádio por apoptose, (Cp 24), 799-800 Fascículo, (Cp 12), 408, 410{ Fase ascen dente do potencial de ação, 262-263, 262{ Fase cefálica reflexo digestório desen cadeado por estímulos recebidos no cérebro, tais como o cheiro ou visão da comida, (Cp 21), 708-709, 709-710{, 712{ Fase de excitação na resp osta sexual, 851-852 Fase de plat ô (1) achatamento do potencial de ação das células miocárdicas contráteis devido à

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entrada de Cai+, (Cp 14), ou (2) fase intermediária da resposta sexual humana, (Cp 26) p otencial de ação miocárdico, 484 resposta sexual, 851-852 Fase de resolução da resp osta sexual, 851-852 Fase folicular fase do ciclo men strual duran te o qual os folículos ovarianos amadurecem e se preparam para liberar um ovócito, (Cp 26), 845t, 847, 847-850, 847t, 848{, 849{ Fase folicular inicial, 845-850, 845t, 849{ Fase folicular tardia, 845t, 849{, 849-850 Fase G0 (fase do ciclo celular), 895{ Fase G1 (fase do ciclo celular), 895{ Fase G2 (fase do ciclo celular), 895{ Fase gástrica, 709-713, 709-713{ Fase in testinal, 713-718, 714{, 715{, 717{ Fase lútea parte do ciclo menstrual após a ovulação quando o corpo lúteo produz estrogênio e progesteron a, (Cp 26), 847, 847t, 848{, 849{, 849-850, 850-851 Fase pós-ovulatória. Ver Fase lútea Fase proliferativa fase do ciclo men strual quando o endométrio cresce e fica espesso, (Cp 26), 847, 848{ Fase secretória fase pós-ovulatória do útero quan do este se torna uma estrutu ra secretora, (Cp 26), 847,848{ Fator induzível por hipoxia 1 (HIF-1) fator de transcrição produzido durante a hipóxia que estimula a p rodução da eritropoetina, (Cp 16), 552-553 Fator 1. Ver Fibrina Fator de ativação plaquetária (PAF), 560-561, 561-562t Fator de células-tronco, 550-55 lt Fator de coagulação, 563, 563t. Ver também os tipos específicos de fatores de coagulação distúrbios dos, 564-565 Fator de coagulação 1, Ver Fibrina Fator de coagulação II, Ver Trombina Fator de coagulação III, Ver Fator tecidual Fator de coagulação IV. Ver Cálcio Fator de coagulação VII, 561-562, 562{ Fator de coagulação XII, 561-562, 562{ Fator de coagulação XIII (fator estabilizador da fibrina), 562, 563t Fator de crescimento, 219-220 derivado da glia, 253 Fator de crescimento de fibroblastos (FGF), 516 Fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF), 561-562t Fator de crescimento semelh ante à insulina, 218{, 230-231{, 769-771 crescimento ósseo e, 769-771, 769-771t, 772-773 Fator de crescimento transformante ~, 836 Fator de crescimento vascular endotelial (VEGF), 516 Fator de n ecrose tumoral, 792-793t febre e, 751 Fator de von Willebran d (vWF), 561-562t, 563t Fator determinante testicu lar (TDF) proteína que ativa gen es para o desenvolvimento masculin o, (Cp 26), 831 Fator estabilizador da fibrin a (fator XIII), 562, 563t Fator esteroidogênico (SFl), gene, 831 Fator estimu lante de colônia (CSF) citocinas produzidas pelas células endoteliais e leucócitos que estimulam a produção e o desenvolvimento de leucócitos, (Cp 16, 24), 550-552, 550-55 1t, 552-553, 799-800 Fator II. Ver Trombina Fator III. Ver Fator tecidual Fator intrínseco proteína secretada pelas células parietais gástricas que é necessária para a absorção da vitamina B12 no in testino, (Cp 21), 707, 711, 71 1{ Fator IV. Ver Cálcio Fator IX, deficiência, 565

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Fator neurotrófico substâncias químicas secretadas pelas células de Schwann que mantêm vivos os neurónios danificados, (Cp 8), 288 Fator nome geral dado a moléculas sinalizadoras quando são descobertas, (Cp 7, 16), 219-220, 550-551 Fator relaxante derivado do endotélio (EDRF) , Oxido nítrico liberado pelas células endoteliais; relaxa o músculo liso vascular, 192, 438-439. Ver , também Oxido nítrico Fator tecidual (tissular) mistura de proteína e fosfolipídeo liberada pelas paredes lesadas de um vaso sanguíneo, (Cp 16), 559(, 560-562, 562(, 563t Fator trófico, derivado da glia, 253 Fator VII, 561-562, 562{ Fator VIII, deficiência, 564-565 Fator XII, 561-562, 562{ Fator XIII (fator estabilizador da fibrina), 562, 563t Fatores de coagulação, 563, 563t distúrbios dos, 564-565 Fatores de transcrição proteínas regulatórias que se ligam ao DNA e alteram a expressão gênica, (Cp 2, 4, 7), 39, 121, 223-225, 225-226{ Fatores liberadores de prolactina, 230-23 lf Fe2+. Ver Ferro ionizado Febre, 751 Febre da água negra, 623 Febre do feno, 784 Feixe atrioventricular (feixe de His), 488, 490{ Feixe d e His (feixe atrioventricular) células do coração especializadas na condução de eletricidade que transportam sinais para os ventrículos, (Cp 14), 488, 490{ Fend a de filtração abertura entre os processos dos pedicelos dos podócitos através da qual a filtração renal acontece, (Cp 19), 630(, 631 Fenda sináptica espaço entre as células pré e pós-sinápticas, (Cp 8), 250(, 251-252, 274{ inativação do neurotransmissor na, 280-281, 281{ Fenilalanina, 899t Fenilefrina, 395t Fenómeno tudo-ou-nada, 261 Fenótipo, 897 Fentolamina, 276t Feromônio hormónios externos secretados para influenciar outros indivíduos da mesma espécie; a existência de feromónios no ser humano ainda não foi comprovada, (Cp 7, 10), 219-220 Feromónios sexuais, 219-220 Ferrit ina proteína que se liga e armazena ferro no corpo, (Cp 16), 554-555, 555-556{ Ferro, 707 absorção de, 707-708 heme, 707 ionizado, 707 ligação ao oxigénio e, 605, 606{ na síntese da hemoglobina, 554-556, 55 4-555{ Ferroportina, 707 Fertilização, 829, 835, 835(, 844, 854-857, 856-858{ in vitro, 854-855, 860 Fertilização in vitro fertilização de um óvulo (ovócito secundário) fora do corpo, (Cp 26), 854-855, 860 Feto, 829 FEV1 (volume expiratório forçado no primeiro segundo), 590-592 Fezes, 689, 716 FGF. Ver Fator de crescimento dos fibroblastos Fibra (dieta), 703-704 Fibra glicolítica-oxidativa de contração rápid a fibras musculares rápidas que usam uma combinação de metabolismo aeróbio e anaeróbio, motivo pelo qual não fadigam tão rapidamente quanto as fibras glicolíticas, (Cp 12), 422-423, 424t

Fibra intrafusal fibras musculares modificadas do fuso muscular que não possuem miofibrilas na sua porção central, (Cp 13), 450(, 451, 452{ Fibra m u scular extrafusal fibras contráteis normais de um músculo, (Cp 13), 450(, 451 Fibra m u scular uma célula muscular, (Cp 12), 408-409, 408t, 410(, 411(, 412{ classificação das, 422-423, 423(, 424t fibras de contração lenta (também chamadas de ST ou do tipo I), 422-423, 423(, 424t fibras glicolíticas de contração rápida (FG ou tipo IIB), 422-423, 423{, 424t fibras glicolíticas-oxidativas de contração rápida (FOG ou tipo IIA), 422-423, 424t junções comunicantes na, 84 músculo cardíaco, 481-482, 481{ na unidade motora, 426, 426{ no músculo liso, 433-434, 433{ potencial de membrana em repouso da, 167 Fibra na dieta, 703-704 Fibra nervosa. Sinónimo: axónio, (Cp 8), 247-248t. Ver também Axónio somatossensorial, 346-347, 346t Fibras C, 346-347, 346t Fibras contráteis, 450{, 451 cardíaca, 481, 481f Fibras da dieta, 703-704 Fibras de contração lenta, (Cp 12), 422-423, 423{, 424t Fibras de con t ração rápid a fibras musculares que desenvolvem tensão muito rapidamente, (Cp 12), 422-423, 423(, 424t Fibras d e Purkinje células miocárdicas especializadas que conduzem sinais elétricos rapidamente para o ápice do coração, (Cp 14), 488, 490{ Fibras elásticas, 80, 81, 81{, 428 nas artérias, 513{, 514(, 515 nos pulmões, 573(, 585 Fibras glicolíticas d e contração rápida fibras musculares rápidas que contam com o metabolismo anaeróbio e, portanto, fadigam rapidamente, (Cp 12), 422-423, 423(, 424t Fibras musculares glicolíticas, 422-423, 423(, 424t Fibras musculares oxidativas, 422-423, 423(, 424t Fibras musculares oxidativas-glicolíticas, 422-423, 424t Fibras nervosas somatossensoriais, 346-347, 346t Fibratos, 735-736 Fibrilação, 488, 495{ Fibrilação atrial, 488, 495{ Fibrilação ventricular, 488, 495{ Fibrilina proteína fibrosa reta do tecido conectivo, (Cp 3), 80, 83{ Fibrina proteína plasmática que forma polímeros fibrosos que estabilizam os coágulos plaquetários, (Cp 16), 559{, 560-561, 562, 562(, 563(, 563t Fibrinogênio proteína plasmática que se torna fibrina nos coágulos sanguíneos, (Cp 16), 547, 548{, 548-549t, 562, 562{, 563t Fibrinólise dissolução da fibrina pela plasmina, (Cp 16), 562, 564 Fibrinolisina. Ver Plasmina Fibroblasto, 80, 81{, 82t, 83{, 154 Fibronectina proteína fibrosa que ajuda a conectar as células à matriz extracelular, (Cp 3), 72, 75-76(, 81, 83f Fibrose cística, 14, 133, 144, 156, 161-162, 165, 171-172,258,574, 695,696 Fibrose pulmonar/doença fibrótica do pulmão, 584-575 ventilação alveolar/trocas de gases e, 601-602, 602{ Fígado, 689, 690(, 698(, 699, 709{ fluxo sanguíneo para, 525-526{ glucagon afetando o, 741-743, 741-743{ hormónios produzidos pelo, 218-220{ metabolismo lipídico e, 732-734{, 743 produção de glicose no estado de jejum e, 735-737, 735-736{ proteínas plasmáticas produzidas pelo, 547-549, 548(, 548-549t

transporte de glicose e, 740-742, 740-741{ vasculatura do, 698{ Filamen to fino filamento da miofibrila que contém actina, (Cp 12), 409, 410-413{ durante a contração, 412-413, 414{ relação comprimento-tensão e, 423-425, 424{ Filamen to grosso filamento de miosina no músculo, (Cp 3, 12), 409, 410-413{ durante a contração, 412-413, 414{ relação comprimento-tensão e, 423-425, 424{ Filamen to intermediário proteínas fibrosas citoplasmáticas feitas de compostas de miosina, queratina, neurofilamento e outras proteínas, (Cp 3), 63, 65t, 66{ Filgrastim, 552-553 Filtração capilar, 531-532, 532{ edema e, 528-530, 530{ Filtração fluxo de massa de líquido semelhante ao plasma dos capilares glomerulares para a cápsula de Bowman, (Cp 15, 17, 19) do ar, 571-574, 575{ no néfron, 625, 628(, 629-635, 629{ autorregulação da, 632(, 633-634, 633(, 634{ corpúsculo renal/barreiras de filtração e, 630-631, 630{ hormónios/neurónios autonómicos afetando, 634-635 pressão capilar e, 631-632, 631{ pressão sanguínea/fluxo sanguíneo renal e, 632-633, 632{ nos capilares, 528-530, 530{ Filtra ção glomerular movimento do líquido do glomérulo para o lúmen da cápsula de Bowman, (Cp 29), 625, 628(, 629-635, 629(, 630{, 631{, 632{, 633(, 634( Ver também Taxa de filtração glomerular pressão no capilar e, 631-632, 631{ Filtrado, 628 renal, manejo, 628-629, 628t, 629{ Fímbrias d a tuba u terina franjas da abertura das tubas uterinas, (Cp 26), 844, 846{ Finalização da síntese proteica, 123{, 124, 126 das vias de sinalização, 195-196 Finasterida, 839 Fisiologia estudo do funcionamento normal dos organismos vivos e de suas partes componentes, (Cp 1), 2 ciência da, 7-8-15 como ciência integradora, 7-8, 9-10 evolução e, 3-4 função e processos na, 2-4 homeostase e, 3-5, 3-6{, 6-7, 6-7t literatura, busca/leitura de, 15-16 mapas da, 7-10, 9{ níveis de organização da, 2-3, 2{, 2-3(, 3-4t para além do genoma, 5-6 temas (conceitos-chave) na, 5-8, 6-7{, 6-7t Fisiologia renal, 624. Ver também Rim, funções do Fisiopatologia, 4-5 Fissura alimentar, Ver Desejo alimentar Fístula, 68 7 Fita an ti-senso fita do DNA que não produz RNA, (Cp 4), 121, 121{ Fita codificad ora (sense) fita do DNA que serve como molde para a síntese de RNAm, (Cp 4), 121, 121{ Fita contínua, 898{, 899 Fita de síntese descontínua, 899 Fitoestrogên ios compostos originários das plantas que têm atividade similar ao estrogênio, (Cp 26), 838 Flagelo extensão longa de uma célula semelhante a pelos cujos microtúbulos geram movimento, (Cp 3), 65f, 66, 67 Flatos gases intestinais, (Cp 21), 717 Fleming, Alexander, 43, 639-640 Flexão (movimento), 408 Flexor músculo que deixa os ossos conectados a ele mais próximos quando ele contrai, (Cp 12), 408

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Flomax®. Ver Tamsulosin Fluxo axoplasmático, (Cp 8), 251-252 de ar, 569, 576-578. Ver também Lei dos gases gradientes de concentração e, 577, 579-580 de massa (bulk), 136-137, 528, 569 Líquido, (Cp 14), 136-137. Ver também Taxa de fluxo relações pressão, volume, resistência e, 471-478, 471-475(, 5 16, 517t, 5 19-521, 520-521(, 520-526, 520-521(, 521-523t, 522-526(, 525-526, 526-527{ taxa de filtração glomerular e, 632-633, 632{ velocidade do, 475-478, 475{ massa, 7-8, 134 Fluxo, 141 Fluxo axoplasmático movimento do citoplasma no axônio; usado no transporte axônico lento, (Cp 8), 251-252. Ver também Transp orte axônico Fluxo de ar, 569, 576-578. Ver também Lei dos gases gradientes de pressão e, 577, 579-580 Fluxo de corrente local onda de corrente elétrica que se esp alha pelo citoplasma, (Cp 8), 259, 260(, 267, 267(, 268{ Fluxo de informação, 6-7 no sistema nervoso, 273-281 en céfalo e, 313, 314{ medula esp in al e, 306, 307{ Fluxo de massa movimento de massa de água ou ar resultado de gradientes de pressão, (Cp 15, 17, 22), 136-137, 528, 569 capilar, filtração/absorção, 528-530, 530{ perda de calor e, 748 Fluxo de sangue renal, taxa de filtração glomerular (TFG) afetada pelo, 632-633, 632{ Fluxo energético, 97 Fluxo sanguíneo, 513, 513-514, 5 13(. Ver também tipos específicos de vasos sanguín eos alveolar, 588-592, 590-591(, 590-591t autorregulação m iogênica do, 522-524 distribuição do, 525-526, 525-527{ exercício e, 818-819, 820{, 822 para o encéfalo, 525-526{ pressão sanguín ea e, 520-521, 520-521{ temperatura corporal e, 822 pressão, volume, relações resistência e, 471-478, 471-475(, 516, 5 17t, 5 19-521, 520-521(, 520-526, 520-521(, 521-523t, 522-524(, 525-526(, 525-526, 526-527{ taxa de filtração glomerular e, 623-633, 623{ regulação por valvas cardíacas, 469, 477(, 479-481, 480{ ven osas, 469 resistência do, 473-474, 474(, 478, 514, 5 19-521, 520-521(, 520-526, 521-523t, 522-526(, 525-526, 526-527{ hiperten são e, 539 taxa de, 475, 475{ velocidade do, 475-478, 475{ nos capilares, 525-528, 526-527(, 528{ Fluxo sanguíneo alveolar, 588-592, 590-591(, 590-591t Fluxo sanguíneo pulmonar, ventilação-perfusão e, 588-592, 590-591(, 590-591t Fluxograma (mapa de processo), 7-10, 9f Folha beta p regueada estrutura similar a uma folha formada por cadeias de aminoácidos, (Cp 2), 31f, 32 Folículo, tireoide, grupo de células da tireoide que produzem os hormônios tireoidianos, (Cp 23), 764, 764{ Folículo ovariano grupo de células do ovário que contêm um ovócito em desenvolvimento, (Cp 26), 844, 845t, 847-850, 847t, 848(, 849{ Folículo piloso, 86{ Folícu lo primário um ovócito não desenvolvido e sua camada externa de células granulosas, (Cp 26), 844, 845t, 847(, 848{

Folículo secundário, 845t, 847{ folículo terciário, 845t Fome específica desejo de comer uma substância particular- por exemplo, sal, (Cp 10), 353 Força, 893-894, 893t criando a contração m uscular, 412, 414{ sistema alavanca-fulcro e, 428-430, 430(, 431{ somação e, 425-426, 425{ tipo e número de unidades motoras e, 426-427, 426{ elétrica, 894(, 894-895 Forças de van der Waals forças fracas de atração que ocorrem entre duas moléculas polares ou uma m olécula polar e um íon , (Cp 2), 27, 32, 32{ Forma celular man tida pelo citoesqueleto, 66 no tran sporte epitelial, 77 Forma molecular, 27-28, 27{ Formação reticu lar grup o difuso de neurónios que se ramificam do tron co encefálico para dentro do encéfalo e medula espinal: envolvida no tônus muscular, n o reflexo de estiramento, na coorden ação da respiração, na regulação da pressão san guínea e na modulação da dor, (Cp 9), 307, 309(, 310 Formatos de citação, 15-16 Formigas, feromônios liberados p or, 219-220 Forquilha de replicação, 897, 898{ Fosfatase ácida, 100-lOlt Fosfatase alcalina, 100-l Olt Fosfatases, proteínas, n a transdução de sin al, 185 Fosfatidilinositol bifosfato, 188-189 Fosfato de cálcio, 760, 765, 771-772, 775-776 Fosfato de creatin ina molécula muscular que armazena ligações fosfato de alta energia, (Cp 12, 25), 420, 420(, 814, 8 15{ Fosfato in orgânico, (P1) na contração muscular, 415, 415(, 416, 426{ fadiga muscular e, 422 no osso, 776-777 Fosfodiesterase, 4-5, 851-853 Fosfolam b am proteína regulatória n o miocárdio contrátil que altera a atividade da Ca2+-ATPase n o retículo sarcoplasmático, (Cp 14, 15), 502-503, 503{ Fosfolip ase A2 (PLA2) enzima que converte fosfolipídeos de membrana em ácido araquidônico, (Cp 6), 192, 192{ Fosfolipase C en zima que converte um fosfolipídeo de membrana em duas diferentes moléculas de segundo m ensageiro, DAG e IP3, (Cp 6), 185t, 188-189, 188-189{ Fosfolipíd eo diglicerídeo com um fosfato ligado ao único carbon o que não tem um ácido graxo, (Cp 2, 3, 21), 28, 30{ digestão do, 704- 705 membrana, 57-58, 58f, 59f Fosfolipídeos da membran a, 57-58, 58f, 59f Fosforilação adição de um grupo fosfato a uma molécula, (Cp 4), 43, 103 da glicose, 108, 109{ de proteínas, 43 na contração do músculo liso, 435, 436{ na desen sibilização, 194 na transdução de sinal, 185, 185{ oxidativa, 112, 112{ Fosforilação oxidativa rota mitocondrial que consome oxigênio e elétron s de alta energia e produz ATP e água, (Cp 4), 112, 112{ Fosforilase, (Cp 4), 104t Fósforo, 22 Fosfotidilin ositol bifosfato. Ver Fosfolipídeo de m embrana Fóton, 371 Fotorreceptores receptores sensoriais no olho que respondem prim ariamente à energia luminosa, (Cp 10), 200-201(, 336, 336t, 372, 372-376, 373(, 374(, 376{ Fotossíntese, 95, 95f

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Fototran sdução conversão da en ergia luminosa em p otenciais de ação, (Cp 10), 372, 375-376, 376{ fotorreceptores n a, 375-376, 376{ na retina, 371-372, 372(, 373(, 374{ p rocessamen to de sinal e, 376-378, 377(, 377-378{ Fóvea região de visão mais acurada e o ponto no qual a luz é focada quando você olha um objeto, (Cp 10), 367, 367(, 372 Fração de ejeção, 504 Fração de filtração percentagem do volume total de plasm a filtrado no glomérulo, (Cp 19), 629, 629{ Fragmentos de Okazaki, 898(, 899 Framingham Heart Study, 14 Frank, Otto, 501 Frequência (onda sonora), 355, 357{ Frequência cardíaca, 489-492, 500-501, 500(, 504, 504(, 520-521{ controle an tagonista da, 196-197, 197-198(, 500-501, SOO{ controle autonóm ico da, 196-197, 197-198(, 486-487, 487(, 500-501, 500(, 818-819 exercício afetando, 8 18-819 Frequência respiratória, hiperventilação por exercício e, 817-818, 8 17{ normal, 588-590t Frio, resposta corporal ao, 750, 75 lf Frutose, 29f, 149, 703-704, 703-704(, 703-705, 703-705{ no sêmen, 843t FSH. Ver Hormônio folículo estimulante Fugu (baiacu), n eurotoxinas no, 277 Fulcro, 428, 430{ Função, de sistemas fisiológicos, 3 integrada, 7-8 relações de estrutura e, 2, 6-7 Funções de "repouso e digestão", 386, 387{, 396-397 Fundo, parte superior do estômago, (Cp 21), 689, 690{ Fungo, 783, 784 Furchgott, Robert, 192 Furosemida, 659-660 Fuso mitótico, 899{ Fuso muscular receptores musculares que enviam informação sobre o comprimento do músculo, (Cp 13), 450(, 451-453, 452(, 453(, 454{ ,

GABA. Ver Acido gama-amin obutírico Galactose um monossacarídeo hexose, (Cp 2), 29f, 149, 703-705, 703-705{ transporte de glicose e, 150, 150{ Galeno, Claudius (de Pérgamo), 386, 547 Galopes, 497 GALT. Ver Tecido linfático associado ao intestin o Gama, interferon, 791-792, 799-800 Gama, radiação ondas de alta energia que p en etram profundamente a m atéria, similar aos raios X, (Cp 2), 23 Gamaglobu lina nome dado às imun oglobulin as do plasm a, (Cp 24), 793-795. Ver também Anticorpo Gameta células rep rodutivas que se un em p ara formar um n ovo indivíduo, (Cp 26) 829 Gameta secun dário, 833-834, 835{ Gametas primários, 833, 834, 835{ Gametogênese feminin a, 834-836, 835{ Gametogênese masculina, 834, 835(, 839-843, 842{ Gametogênese produção de gametas, (Cp 26), 833,835{ fatores ambientais afetando, 838 feminin a, 834-836, 835{ masculina, 834, 835(, 839-843, 842{ Gânglio agrupamento de corpos celulares neuron ais n o sistema nervoso periférico, (Cp 8 1 9, 11), 253, 298, 298(, 388 Gân glio autonóm ico, 302(, 388-389, 388-391{

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Gânglio da raiz dorsal conjunto de corpos celulares de neurônios sensoriais encontrados na raiz dorsal antes da sua entrada na medula, (Cp 9), 306, 307( Gânglio simpático, 389, 390(, 396-397 modificado, medula suprarrenal como, 394, 394f Gânglio simpático modificado, medula da suprarrenal como um, 394, 394f Gânglios parassimpáticos, 389, 396-397 Gânglios simpáticos paravertebrais, 396-397 Gangliosídeo, na doença de Tay-Sachs, 99, 102 Gangrena, 53 7 Ganho condutiva de calor, 748, 748f Ganho de calor radiante, 748, 748f Ganho de líquido, 668, 668f Gás intestinal, 717 Gases como moléculas sinalizadoras, 191-192 como neurotransmissores, 276t, 277-278 comportamento dos, 576-578, 579t, 577(, 577t, 599,600( difusão e solubilidade dos, 598-599, 599f lei de Boyle dos, 576t, 577-578, 577f o ar como uma mistura de, 576-577, 577t pressão parcial dos, 576-577, 577t, 598, 599, 599f Gastrina hormônio secretado pelo estômago que estimula a secreção ácida gástrica, (Cp 21), 218(, 701, 702, 702t, 71 l f, 712, 712f na síndrome de Zollinger-Ellison, 713 Gastroparesia, 694 diabética, 694 GDH. Ver Glutamato desidrogenase GDP. Ver Guanosina difosfato Gene da proteína tumoral de Wilms, 831 Gene obese (ob), 725 Gene regulado, 119, 120f Gene SRY região do cromossomo Y que é a determinante do sexo, (Cp 26), 831, 832, 834, 834f Gene região do DNA que contém todas as informações necessárias para produzir um segmento funcional de RNAm, (Cp 4, Apêndice C), 119, 897 ativação do, 119, 120f por hormônios esteroides, 224-225, 225-226( repressão do, 119, 120f por hormônios esteroides, 224-225, 225-226( Gene WTl (proteína do tumor de Wilms), 831 Genes ligados ao X, 830 Genética, 897-899 potencial de crescimento e, 769-770 taxa metabólica e, 728 Genitália ambígua, 834 Genitália estruturas reprodutivas externas, (Cp 26), 829. Ver também Estrutura específica ambígua, 834 desenvolvimento da, 829-832, 830(, 831t, 832-833(, 834f feminina, 844, 845(, 846f masculina, 838, 839(, 840f Genitália externa, 829 anômala, 834 desenvolvimento da, 833f feminina, 844, 845f masculina, 838, 839(, 840f Genitália interna, 829 feminina, 844, 846f masculina, 838, 840f Genoma, 5-6, 899 humano, 5-6, 126, 142 Genótipo, 897 Gerador central de padrões redes de neurônios do SNC que funcionam espontaneamente no controle de certos movimentos musculares rítmicos, (Cp 13), 458-459, 613 Gerador de pulso região do hipotálamo que coordena a secreção pulsátil do GnRH, (Cp 26), 838

Gestação, 856-85 7. Ver também Gravidez GH. Ver Hormônio do crescimento GHIH. Ver Hormônio inibidor do hormônio do crescimento GHRH. Ver Hormônio liberador do hormônio do crescimento Gigantismo, 769-771 Gilman, Alfred G., 186-187 GIP hormônio que causa a liberação antecipatória da insulina, (Cp 21, 22), 702, 702t, 713, 746-747 Giro beta, 32 Giro circunvoluções da superfície do cérebro, 311-312 Giro do cíngulo, 308(, 313, 313f Glande do pénis, 838, 839f desenvolvimento da, 831t, 833f Glândula adeno-hipófise glândula endócrina no encéfalo que secreta múltiplos hormônios, (Cp 7, 23), 227-229, 227-229(, 229-230, 230-231(, 311,311( Glândula apócrina, 86f Glândula bulbouretral (de Cowper) glândula acessória masculina que produz componentes do sémen, (Cp 26), 839, 839(, 840f Glândula de Cowper. Ver Glândula bulbouretral Glândula endócrina glândula sem dueto ou célula isolada que secreta um hormônio, (Cp 3, 7), 79, 79f. Ver também Sistema endócrino como alvo de hormônio trófico, 229-230, 230-231( origem epitelial da, 79, 79( tumores e, 235-236 Glândula exócrina glândula que libera secreções no meio externo por meio de duetos, (Cp 3), 78-79, 79( controle autonômico, 391-392 origem epitelial das, 79, 79( Glândula gástrica, 691f, 692, 712 Glândula grupo de células epiteliais especializadas na síntese e secreção de substâncias, (Cp 3, 7, 11), 78, 217, 219 controle autonômico das, 391-392 Glândula lacrimal, 365-366( Glândula paratireoide quatro pequenas glândulas localizadas na superfície dorsal da tireoide, (Cp 23), 218-219-220(, 774-775, 774-775( sensor de cálcio na, 225-228, 227-228(, 774-776, 775-776( anormal, 195-196t Glândula parótida, 689 Glândula pineal, 218-220(, 239(, 240, 307, 309(, 311,311( Glândula salivar, 689, 690(, 697, 709( controle autonômico da, 390(, 697, 708 Glândula sebácea, 86f glândula submucosa, 690(, 692 Glândula sudorífera, 86f, 750 controle autonômico da, 390(, 750 feromônios produzidos pela, 219-220 Glândula suprarrenal glândula endócrina e neuroendócrina situada no topo do rim, (Cp 7, 11, 23), 218-220(, 222-223, 394, 394(, 758 tumor da, cortisol produzido pelo, 23 7-238(, 238-239, 762-763 Glândulas acessórias masculinas próstata, glândulas bulbouretrais, vesículas seminais, (Cp 26), 843,843t desenvolvimento das, 831, 831t Glândulas mamárias glândulas exócrinas da mama, (Cp 26), 860-861, 860f desenvolvimento das, 860 durante a gestação/lactação, 856-858, 860 Glândulas sublinguais, 689 Glândulas submandibulares, 689 Glândulas sudoríferas axilares, feromônios produzidos por, 219-220 Glaucoma, 365-366 Glia. Ver Células da glia Glicemia de jejum, 175, 191, 738-739 Glicerina, 716-717

Glicerol molécula simples com três carbonos que é a estrutura básica (esqueleto) dos ácidos graxos, (Cp 2, 22), 28, 30, 30(, 735-737, 735-736( na síntese da glicose, 116-117, 117(, 731, 735-737 no metabolismo da glicose, 107, 108(, 731f no metabolismo de lipídeos, 30, 115, 115(, 730(, 731f síntese de, 117, 118f Glicina aminoácido que também atua como neurotransmissor inibitório, (Cp 2) 276t, 277, 899t receptores para, 276t Glicocálice glicoproteínas da superfície das células, (Cp 3), 61 Glicocinase enzima que fosforila a glicose, (Cp 4), 103 Glicocorticoides da suprarrenal, 758-764, 759f Glicocorticoides hormônios esteroides da suprarrenal como o cortisol que aumentam a glicose plasmática, (Cp 23), 758-764, 759f uso terapêutico dos, 762-763, 806 Glicogênese síntese do glicogênio a partir da glicose, (Cp 22), 116, 730, 730(, 741-742, 741-742( Glicogênio do músculo esquelético, 409, 410(, 422, 814f Glicogênio muscular, 409, 410(, 422, 814 Glicogênio polissacarídeo de armazenamento emcontrado em células animais, (Cp 2, 4, 12, 22), 28, 29f, 116, 703-704, 703-704(, 730, 730( energia armazenada como, 95, 114, 116, 729, 730(, 814, 815f fígado, 735-736, 735-736(, 814 metabolismo do, 114, 114(, 730, 730(, 731f na glicólise, 108-109, 114, 114(, 731f no músculo, 409, 410(, 422, 814 síntese de, 116, 730, 730( Glicogenólise degradação do glicogênio, (Cp 4, 22), 114, 114(, 730, 730(, 741-743, 741-743( Glico-hemoglobina, 554-555 Glicolipídeo molécula que é uma combinação de carboidrato e lipídeo, (Cp 2, 5), 34, 58f na doença de Tay-Sachs, 70, 99 Glicólise rota metabólica que converte a glicose em piruvato (aeróbia) ou em ácido láctico (anaeróbia), (Cp 4, 16, 22), 107-109, 108(, 109(, 112-113(, 420-421, 729, 731(, 741-742, 741-742(, 743 exercício e, 814, 815f secreção de insulina e, 170(, 171 Gliconeogênese rota através do qual os precursores não carboidratos, especialmente aminoácidos, são convertidos em glicose, (Cp 4, 22, 23, 25), 116-117, 117(, 731, 731(, 741-743, 741-743(, 814 cortisol e, 761 exercício e, 814, 815f Glicoproteína molécula que é uma combinação de carboidrato e proteína, (Cp 2, 4, 5), 33, 58f Glicose 6-fosfatase, 117, 117f Glicose 6-fosfato ausente na doença de McArdle, 432 na glicogenólise, 114, 114f na glicólise, 108, 109(, 731f Glicose açúcar de seis carbonos que é a principal fonte energética para o corpo. Sinônimo: dextrose, (Cp 2, 4, 5, 9, 19, 21, 22, 26), 28, 29f, 35f, 149, 703-704, 703-704(, 703-705, 703-705(, 730, 730(, 73 lf, 735-739, 738-739( ação do glucacon e, 737-738, 737-738(, 741-743, 741-743( como fonte de energia, 107, 108-109, 108(, 109(, 112-113(, 729, 730, 730(, 731(, 732-734, 732-733t máximo de produção de ATP e, 112-113, 112-113( para a contração muscular, 420-421, 814-816, 815(, 816f para o transporte ativo, 148-149, 150f para os neurônios, 306 depuração da, 642, 643f

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Glossário/lndice

diabete e, 179, 182, 210, 655, 741-743, 745, 745f Ver também Diabete melito fosforilação da, 108, 109f insulina afetando os níveis plasmáticos de, 195-196, 210, 225-227, 227-228{, 737-738, 737-738{, 739-742, 740-742( limiar renal para, 637{, 638{, 639, 731, 743, 744f metabolismo da, 107, 108-112-113, 108{, 109{, 730, 730{, 731{, 735-737, 735-736{, 737-739, 738-739( controle puxa-empurra do, 732-733, 732-733( cromo e, 22, 24 deficiência de insulina e, 737-738, 737-738{, 743, 744f Ver também Diabete melito exercício e, 116, 814-816, 815{, 816{, 823, 823f na paralisia periódica, 433, 440-441 na síntese do glicogênio, 116, 730, 730( na síntese do piruvato, 108-109, 108{, 109{, 112-113{, 73 lf na urina, 623, 638, 639, 655, 731, 743, 744f reabsorção tubular renal da associada ao sódio e, 636-637, 636( saturação e, 638-639, 638{, 743, 744f secreção de insulina e, 170{, 171, 195-196, 208-222, 225-227, 227-228{, 738-739 sinergismo no controle da, 234-235, 234-235( síntese da, a partir de glicerol ou de aminoácidos, 116-1 17, 117{, 730{, 731, 732-733t, 732-734, 735-737 a partir do glicogênio, 114, 114{, 730, 730( transporte da competição e, 149-151, 150{, 151f especificidade e, 149 galactose afetando o, 150, 150f insulina afetando o, 739-742, 740-741( maltose afetando o, 150, 15 l f pelo GLUT, 147-151, 150{, 151{, 156, 156{, 157, 703-705 pelo SGLT, 147-148, 149{, 156-157, 703-705 por difusão facilitada, 156, 156f transcelular, 156-157, 156f ver também Diabete melito gestacional, 856-858 monitoramento, 554-555 a.-glicosidase, inibidores, 7 46-74 7t Glicosídeo cardíaco fármacos como uma oubaína e o digital que bloqueiam a enzima Na+-K+ATPase, (Cp 14), 503, 535 Glicosilação, 124, 126 Glicosúria excreção de glicose na urina, (Cp 19), 623,638,639,655, 731, 743, 744f Glitazona, 746-747t Globina,554-555, 605,606( Globulina, 547, 548{, 548-549t Globulina ligadora de hormónios da tiroide (TBG), 765 Globulina ligadora de tiroxina (TBG) proteína plasmática que atua como transportadora dos hormónios da tireoide, (Cp 23), 765 Glóbulos brancos. Ver Leucócitos Glomérulo rede de capilares nos rins similar a uma bola; local da filtração, (Cp 19), 625, 626{, 627{, 628f barreiras de filtração e, 630, 630( GLP-1. VerPeptídeo semelhante ao glucagon-1 Glucagon hormónio pancreático que eleva a glicose plasmática, (Cp 7, 22, 23), 197-199, 218{, 732-733, 732-733{, 737-739, 737-739{, 741-743, 741-742t, 741-743( como hormónio antagonista, 196-197, 737-738, 737-738{, 741-742 metabolismo controlado pelo, 737-739, 737-739{, 741-743, 741-742t, 741-743( cortisol e, 761 exercício e, 816 no diabete tipo 2, 7 45 secreção pelas células alfa, 735-737, 737-738(

sinergismo envolvendo o, 234-235, 234-235( Glutamato aminoácido que também atua como neurotransmissor excitatório, (Cp 8 1 9, 10, 16), 276t, 277, 279 gosto umami, associado ao, 352, 355 na potenciação de longa duração, 286-287, 286f no processamento do sinal na retina, 374-377 receptores do, 276t, 279 Glutamato-desidrogenase (GDH), 100-lOlt Glutamina, 677, 677{, 703-705, 899t GMP cíclico (GMPc/ guanosina-3'-S' -monofosfato) nucleotídeo que participa na transferência de sinais entre o meio externo e a célula, (Cp 6), 185t, 186-187, 186-187t, 375, 376, 376( GnRH. Ver Hormónio liberador de gonadotrofinas G0 lf1 proteína G da transdução olfatória, (Cp 10), 351 Golgi, Camillo, 68 Gônada bipotencial tecido embrionário que tem potencial para se desenvolver ou em testículo ou em ovário, (Cp 26), 831, 831t, 832f Gônada órgãos (ovários e testículos) que produzem gametas, (Cp 3, 7, 26), 79, 222-223, 829. Ver também Ovário; Testículo bipotencial, 831, 831t, 832f Gonadotrofina coriónica, 218f, 856-858 Gonadotrofina coriônica humana (hCG) hormónio secretado pela placenta em desenvolvimento, (Cp 26), 218{, 856-858 Gonadotrofinas (FSH e LH) hormónios peptídeos da adeno-hipófise que atua sobre as gónadas, (Cp 7, 26), 218{, 229-230, 230-231{, 233-234, 836, 837, 837{, 837t na espermatogênese, 842-843, 842f no ciclo menstrual, 847, 848{, 849, 849{, 849-850 puberdade e, 863 Gordura, substituto, 707, 718 Gordura. Ver também Lipídeos como fonte de energia, 732-735, 732-734( Gordura. Ver Tecido adiposo; Lipídeo Gordura branca células adiposas que tipicamente contêm uma única grande gota lipídica que ocupa quase todo o volume da célula, (Cp 3), 81-82, 82t, 83{, 750 Gordura hidrogenada, 30 Gordura marrom, células adiposas que contêm múltiplas gotículas de gordura, (Cp 3, 22), 82, 82t, 750 produção de calor e, 7 50 Gordura trans, 30 Gosto amargo, sensação de, 352, 353, 354f Gosto salgado, sensação de, 352, 353, 354f Gota, 150-151, 623,625,629, 639-640,643, 645 GPCR. Ver Receptor acoplado à proteína G Gradiente de concentração do potássio, potencial de ação e, 265 Gradiente de concentração do sódio no transporte ativo secundário, 147-148, 149f no transporte transcelular da glicose, 14 7-148, 149{, 156-157, 156f potencial de ação e, 265 potencial de membrana em repouso e, 168, 168{, 257 Gradiente de concentração dos íons de hidrogénio, 112, 112f Gradiente de concentração uma diferença na concentração de uma substância entre dois locais, (Cp 4, 5, 8 1 18), 95-96, 137, 138, 894-895 carga elétrica e, 166 difusão e, 137, 138, 138{, 598 potencial de ação e, 265 potencial de membrana em repouso e, 167{, 168,256,257 sódio no transporte de glicose transcelular, 147-148, 149{, 156-157, 156f no transporte ativo secundário, 147-148, 149f

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potencial de membrana em repouso e, 168, 168f, 257 transporte ativo e, 146-149, 146-147t, 147-149( urina, 654-655, 655f Gradiente de pressão, 136-137, 471, 471{, 472{, 473,473( fluxo de ar e, 577, 579-580 solubilidade do gás e, 599, 599f Gradiente elétrico distribuição desigual de cargas elétricas, especialmente através de uma membrana, (Cp 5), 138, 165, 165f escala relativa para, 165{, 166 Gradiente eletroquímico gradientes elétrico e de concentração de um íon combinados, (Cp 5), 138, 166,258 Gradiente químico, 137. Ver também Gradiente de concentração Gradiente uma diferença de pressão, de concentração, ou elétrica, (Cp 1), 7-8, 136-137, 138 Gráfico de dispersão, 13, 13f Gráfico de linha, 13, 13f Gráficos, 10, 12-13, 12-13( Granulócito leucócitos cujas inclusões citoplasmáticas dão uma aparência granular: basófilos, eosinófilos e neutrófilos, (Cp 16, 24), 788, 789f Grânulos corticais grânulos citoplasmáticos do óvulo que contêm substâncias químicas que impedem a polispermia, (Cp 26), 856-857 Granzima enzima das células T citotóxicas que desencadeiam a apoptose nas células-alvo, (Cp 24), 792-793t, 798-800, 802f Gravidez, 854-858, 856-857{, 856-858( contraceptivos para a prevenção da, 852-855, 853-854t desenvolvimento das mamas durante a, 856-858, 860 hormónios placentários secretados durante a, 856-858 Grelina, 700, 725, 726, 726t Grupo 11 R11 1 3 l f, 32 Grupo amino grupo funcional cuja composição é NH 21 (Cp 2), 28t, 3 lf, 32 nas reações de troca, 104 Grupo carboxila, 28t, 31{, 32 Grupo fosfato, 28t, 33{, 103, 897. Ver também Fosforilação nas reações de troca, 104 Grupo funcional grupos de átomos que tendem a se mover de molécula para molécula como uma unidade, (Cp 2), 28, 28t nas reações de troca, 104 Grupo heme anel porfirina de carbono-hidrogênio-nitrogênio com um átomo de ferro no centro, (Cp 16), 554-555, 605, 606( Grupo hidroxila, 28t Grupo muscular antagonista pares de músculos extensores-flexores ligados no mesmo conjunto de ossos, (Cp 12), 408, 408f Grupo respiratório dorsal (DRG) neurónios bulhares que controlam a inspiração normal, (Cp 18), 613, 613f Grupo respiratório ventral neurónios bulhares para a expiração ativa e para a inspiração maior do que o normal, (Cp 18), 613-614, 613f Grupo sanguíneo ABO glicoproteínas de membrana encontradas nos eritrócitos que são um determinante do tipo sanguíneo, (Cp 3, 24), 61, 804{, 805, 805t Grupo sanguíneo Rh, 805 Grupo sulfidrila (-SH), (Cp 2), 32, 32( Grupos sanguíneos (tipos sanguíneos), 804{, 805, 805t GTP. Ver Trifosfato de guanosina Guanilil ciclase enzima que controla a formação de GMP cíclico, (Cp 61 26), 185t, 186-187 Guanina, 33{, 34, 34{, 897, 898f codificação de aminoácidos e, 117-118, 118f Guanosina, difosfato (GDP), 187-188 Guanosina, nucleotídeo, 187-188 Guanosina, trifosfato (GTP), 107, 186-188

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Guanosina-monofosfato, cíclico (GMP cíclico/ GMPc) nucleotídeo que participa da transferência de sinais entre o meio externo e a célula, (Cp 6), 185t, 186-187, 186-187t Guillemin, Roger, 232-233 Gustação, 352. Ver também Paladar Gustante (ligante gustatório), 353 Gustducina, (Cp 10), 353, 354(, 701 H+- ATPase. Ver Hidrogénio ATPase H+gradiente de concentração, 112, 112{ H+. Ver Íon hidrogénio H+-K+-ATPase. Ver Hidrogénio-potássio ATPase H2 , bloqueadores de receptores, 196-197, 713, 717, 719 H2 , receptor, 717 H2S. Ver Sulfeto de hidrogénio HAART (terapia antirretroviral extremamente ativa), 809 Hábeler, Peter, 617 Habilidades espaciais, lateralização cerebral e, 314,316{ Habituação diminuição da resposta a um estímulo que se repete continuamente, (Cp 9), 323-324 Hanta vírus, 783 Haploide, 829, 834 Harvey, Sir William, 468 Haustros bolsas salientes da parede do intestino grosso, (Cp 21), 716, 717{ Hb. Ver Hemoglobina HbA (hemoglobina A), 605 HbA 1c (hemoglobina A1c), 554-555 HbA2 (hemoglobina A2), 605 HbF (hemoglobina F/hemoglobina fetal), 41, 555-557, 605,608,609{ Hb0 2 , Curva de dissociação. Ver Curva de dissociação oxigénio-hemoglobina Hb0 2 • Ver Oxihemoglobina HbS (hemoglobina S) hemoglobina anormal da anemia falciforme, (Cp 16), 556-557 hCG. Ver Gonadotrofina coriônica humana HCN, canal. Ver Canal controlado por nucleotídeo cíclico ativado por hiperpolarização , HC03-. Ver Ion bicarbonato hCS (somatomamotrofina coriônica humana). Ver Lactogênio placentário humano HDL. Ver Lipoproteína de alta densidade HDL-C. Ver Lipoproteína de alta densidade-colesterol Helicobacter pylori bactéria associada com a úlcera péptica, (Cp 21), 687, 692, 697, 713, 719 Helicotrema, 357, 359{ Hélio, 21f, 22 Hematócrito percentagem do volume total de sangue composta por eritrócitos amontoados, (Cp 16), 551-552(, 552-553, 556-557 doping do sangue e, 552-553, 558, 565 Hematopoese produção de células do sangue na medula óssea, (Cp 16), 549-553, 549-550(, 550-55 lt, 553-554{ Hemidesmossomo junção forte entre as células e a matriz, (Cp 3) 74-75, 75-76(, 86f Hemisferectomia, 325-327 Hemisfério cerebral, 302(, 311-312 Hemocromatose, 722 Hemodiálise, 637 Hemodinâmica, 4-5 Hemofilia, 564-565 Hemoglobina A, 605 Hemoglobina A1c, 554-555 Hemoglobina A2, 605 Hemoglobina corpuscular média quantidade média de hemoglobina de um eritrócito, (Cp 18), 604 Hemoglobina F (hemoglobina F), 41, 555-557, 605,608, 609{ Hemoglobina fetal (HbF), 41, 555-557, 605, 608, 609{

Hemoglobina pigmento carreador de oxigénio dos eritrócitos, (Cp 2, 16, 18), 31f, 32-33, 550-551, 551-552(, 554-556, 603-609 anormal, na anemia falciforme, 556-557, 556-557t dióxido de carbono e, 609, 610(, 611 doping sanguíneo e, 552-553, 558, 565 estrutura da, 604-605, 606{ curva de dissociação oxigénio-hemoglobina afetada por alterações na, 608, 609{ hiperglicemia e, 554-555 isoformas da, 41 níveis sanguíneos de, 551-552{ percentagem de saturação da, 606-607, 607{ síntese da, 554-556, 555-556{ tamponamento do H+e, 611, 674 transporte de oxigénio pela, 603-609, 604(, 605(, 609(, 611{. Ver também Ligação do oxigénio distúrbios dos eritrócitos e, 555-558, 556-557t Hemoglobina S (HbS) hemoglobina anormal da anemia falciforme, (Cp 16), 556-557 hemolítica, 556-557 Hemorragia cerebral, 518 Hemorragia perda excessiva de sangue, (Cp 16, 20), 559, 669 defeitos na coagulação e, 565 transporte oxigénio/hemoglobina e, 604 Hemostasia processo que mantém o sangue dentro dos vasos sanguíneos, reparando as rupturas sem comprometer a fluidez do sangue, (Cp 16), 559-565, 559-561{, 560-561t coagulação na, 561-565, 562f, 563(, 563t tampão plaquetário na, 559(, 560-561 vasoconstrição na, 559-561, 559{ Henderson-Hasselbach, equação, 684 Henle, alça de. Ver Alça de Henle Heparina uma molécula anticoagulante, (Cp 14, 15, 24), 564, 788, 792-793t Hepatócito célula do fígado, (Cp 21, 22), 133, 698(, 699 transportadores GLUT no, 147-148, 740-742, 740-741{ Hepcidina, 707-708 Herpes vírus, 784-785 Hertz (Hz) medida de frequência das ondas sonoras, (Cp 10), 355, 357{ Hexocinase, 740-741, 740-741{ Hexosaminidase A enzima cuja ausência causa a doença de Tay-Sachs, (Cp 4), 99, 102 Hexose um açúcar de seis carbonos, (Cp 5), 149 hGH. Ver Hormônio do crescimento humano HGP. Ver Projeto genoma humano , Hidrogénio, 21f, 22, 24, 25{. Ver também Ion hidrogénio Hidrogénio ATPase, 147-148, 676-677 Hidrogénio-potássio ATPase, 147-148, 676-677, 678 na secreção gástrica, 695 fármacos bloqueadores da, 713, 719 Hidrolase, 104t Hidrólise reação em que moléculas grandes são quebradas em moléculas menores pela adição de água, (Cp 4), 104, 104t Hidroxiapatita cristais de fosfato de cálcio do osso, (Cp 23), 771-772, 776-777 21-hidroxilase, 759{ 5-hidroxitriptamina. Ver Serotonina Hidroxiureia, 556-557 HIF-1. Ver Fator 1 induzível pela hipoxia Hillary, Sir Edmund, 617 Hímen, 844, 845{ Hiperbilirrubinemia, 555-556 Hipercalcemia, 195-196t, 773-774 hiperparatireoidismo e, 760, 765, 771-772 Hipercalcemia familiar, 195-196t Hipercalemia, 272, 665-667 potenciais de ação afetados pela, 272, 273{, 665-666

Hipercapnia elevação da PC02 no sangue, (Cp 18), 601, 609 Hipercolesterolemia, 154, 733-735 Hipercorticolismo iatrogênico, 235-236, 762-763 Hipercorticolismo secundário, 237-238, 237-238(, 762-763 Hipercortisolismo (hipersecreção), 235-236, 237-238(, 762-763, 762-763{ Hipercortisolismo primário, 237-238, 237-238(, 238-239, 762-763 Hiperemia, 522-524, 522-524(, 522-524 Hiperemia ativa aumento no fluxo sanguíneo que acompanha um aumento do metabolismo, (Cp 15), 522-524, 522-524{ Hiperemia reativa aumento no fluxo de sangue no tecido após um período de baixa perfusão, (Cp 15), 522-524(, 522-524 Hiperglicemia, 741-743, 745. Ver também Diabete melito hemoglobina e, 554-555 Hiperinsulinemia, 236-23 7 HiperKPP. Ver Paralisia periódica hipercalêmica Hipermetropia (hiperopia) problemas para visão de perto, (Cp 10), 370, 371{ Hiperopia (hipermetropia), dificuldade na visão de perto, 370, 371{ Hiperparatireoidismo, 758, 760, 765, 771-772, 777-778 Hiperplasia número aumentado de células devido à divisão celular, (Cp 23), 771-772 Hiperpneia aumento na frequência da ventilação para compensar um aumento na taxa metabólica. Sinónimo: hiperventilação por exercício, (Cp 17, 25), 587-589t, 817-818, 817(, 818{ Hiperpolarização um potencial de membrana que é mais negativo que o potencial em repouso, (Cp 8, 10), 169, 169(, 257, 488t no músculo liso, 437-438 potencial de ação e, 262, 262{ potencial graduado e, 258, 260 Hiperprolactinemia, 861 Hipersecreção, 235-237 Hipersecreção endógena de cortisol, 235-236, 237-238f, 238-239 Hipersecreção primária, 237-238, 237-238{ Hipersensibilidade ao antígeno, 803-804, 803{ desnervação, 396-397 Hipersensibilidade por desnervação regulação para cima dos receptores neurotransmissores após desnervação gera resposta maior que a esperada para neurotransmissores exógenos, (Cp 11), 396-397 Hipertensão essencial pressão sanguínea alta cuja causa não é esclarecida, (Cp 15), 513, 519, 522-524,532,539,540 doença cardiovascular e, 538-540, 539{ Hipertensão pressão sanguínea cronicamente elevada, (Cp 14, 15, 24), 513, 518-519, 522-524, 532, 538-540, 539(, 540 doença cardiovascular e, 538-540, 539{ Hipertensão primária (essencial), 513, 519, 522-524,532,539,540 doença cardiovascular e, 538-540, 539{ Hipertermia maligna, 268, 751-752 Hipertireoidismo, 216, 225-227, 231-232, 234-235, 240-241, 766, 766{, 805t, 806 Hipertrofia (hiperplasia) benigna da próstata, 839 Hipertrofia aumento do tamanho celular sem que haja aumento no número de células, (Cp 23), 771-772 cardíaca, hipertensão e, 539 Hiperuricemia, 625 Hiperventilação aumento na ventilação alveolar que não está associado a um aumento na taxa metabólica, (Cp 17, 18), 587-589t, 588-590{ acidose e, 675, 675{ alcalose e, 680 exercício (hiperpnéia), 587-589t, 817-818, 817{, 818{

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Glossário/lndice

hipóxia por grande altitude e, 610, 617 Po2 e Pco2 afetadas por, 588-590, 588-590(, 610, 675 Hiperventilação do exercício aumento da ventilação que acompanha o aumento da taxa metabólica. Sinônimo: hiperpnéia, (Cp 25), 587-589t, 817-818, 817(, 818{ Hipocalcemia, 773-774 Hipocalemia, 272, 665-667, 669 anorexia e, 729 potencial de ação afetado pela, 272, 273(, 665-666 Hipocampo porção do encéfalo associada com aprendizagem e memória, (Cp 9), 255, 307, 309(, 313, 313(, 323-324 Hipocortisolismo (hipossecreção), 236-239, 238-239(, 762-763 Hipócrates, 2 Hipocretina (orexina), 725, 726, 726t Hipocromia, eritrócitos, 556-557 Hipoderme, 86f. Ver Derme Hipófise anterior. Ver Glândula adeno-hipófise Hipófise glândula endócrina e neuroendócrina localizada abaixo do hipotálamo, (Cp 3, 7, 9), 79, 218-220(, 227-230, 227-231(, 307, 309(, 311, 31 lf. Ver também Adeno-hipófise; Neuro-hipófise tumores da, cortisol secretado por, 237-239, 237-238(, 762-763 Hipófise posterior. Ver Neuro-hipófise Hipoglicemia, 737-738, 741-743, 741-743{ cortisol e, 761 glucagon e, 737-738, 741-743, 743{ tecido neural/encéfalo e, 306, 730, 730{ Hiponatremia, (Cp 20), 651, 653, 667, 669, 670t, 675,681 Hiponatremia dilucional, 667, 675, 681. Vertambém Hiponatremia Hipoprolactinemia, 861 Hipossecreção secundária, 237-238, 237-238{ Hipotálamo região do encéfalo que contém centros que controlam comportamentos motivados e tem um papel-chave na homeostase, (Cp 7, 9, 15), 218-220(, 307, 309(, 311, 311(, 317, 387, 388{ comportamento de ingestão hídrica e, 665-666(, 667 funções do, 311, 311-312t ingestão de alimentos e, 725, 726{ na termorregulação, 749-750, 749(, 751 no controle da reprodução, 836-838, 837(, 837t respostas autonômicas e, 387, 387(, 388(, 449-450 secreção hormonal e, 218-219-220(, 237-238, 237-239{ Hipotensão ortostática pressão sanguínea baixa que ocorre quando saímos da posição supina para a posição de pé, (Cp), 535, 536{ Hipotermia baixa temperatura corporal, (Cp 22), 752 Hipótese, 7-8 Hipotireoidismo, 766, 766{ crescimento e, 771-772 Hipotireoidismo primário, 767 Hipoventilação alveolar, 601-602, 602{ Hipoventilação diminuição na ventilação alveolar sem que haja uma mudança na taxa metabólica, (Cp 17, 18), 587-589t, 588-590(, 601-602, 602(, 675 Po2 e Pco2 afetadas pela, 588-590, 588-590(, 601-602, 602(, 675 Hipóxia falta de oxigénio nas células, (Cp 14, 15, 16, 18), 469, 522-524, 601, 601t altitude, 600, 603, 606, 610 crônica, 606, 608 efeitos vasoativos da, 522-524 no choque, 520-521 síntese e liberação da eritropoedina e, 552-553, 606 Hipoxia hipóxica, 601t Hipoxia histotóxica, 601t Hipóxia isquêmica, 601t

Hipóxia na altitude, 600, 603, 606, 610 Histamina substância parácrina secretada pelos mastócitos e basófilos; atua como vasodilatador e broncoconstritor, (Cp 6, 7, 8, 15, 17, 21, 24), 180, 276t, 521-523t, 522-524, 586, 791-793, 792-793t, 801{ asma e, 438-439, 590-592 edema e, 531 liberação por basófilos da, 791-792 secreção das células semelhantes às células enterocromafins de, 71 lf, 712, 712{ Histidina, 899t Histiócito nome antigo dos macrófagos da pele, (Cp 24), 788 Histograma gráfico que quantifica a distribuição de uma variável sobre uma faixa de valores, (Cp 1), 12f, 13 Histologia o estudo da estrutura e função dos tecidos, (Cp 3), 72 Histona, 898{ Histoplasmose, 784 HLA. Ver Antígeno leucocitário humano HMG-CoA redutase, 735-736 Hodgkin, A.L., 261 Homeostase capacidade do corpo de manter um meio interno relativamente constante, (Cp 1, 6, 9, 11, 15, 16, 19, 20), 3-5, 3-6(, 6-7, 6-7t, 134-137, 135(, 196-209, 196-197{ celular, 134 controle da temperatura corporal e, 749-750, 749(, 751{ exercício e, 748, 820-822 controle local e, 197-199, 199-200{ controle metabólico e, 735-747 controle reflexo e, 197-199, 197-209, 199-200{ desidratação e, 669-672, 671(. Ver também Desidratação diencéfalo e, 311 do fosfato, 776-778 função digestória e, 687-688, 688{ líquidos e eletrólitos, 623, 651-652, 652{ postulado de Cannon descrevendo, 196-199, 197-198{ potássio, 623, 651, 665-667 regulação do pH e, 672-680, 672(. Ver também Equilíbrio ácido-base rins na, 623 sistema respiratório e, 569 sal, 623, 651, 660-666, 661-666(. Ver também Equilíbrio do sal sistema autônomo e, 387-388, 387(, 388{ sistemas de controle, 6-7, 6-7(, 6-7t, 196-197, 196-197{ Homeostase do pH. Ver Equilíbrio ácido-base Homeotérmico mamíferos e aves que mantêm a temperatura corporal relativamente constante, (Cp 22), 748 Homocisteína, (Cp 2, 15), 32, 539 Homólogo, 272 Hormônio downstream, na via hipotalâmica-hipofisária, 230-231 Hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) hormônio da adeno-hipófise que regula a secreção de cortisol do córtex da suprarrenal, (Cp 7, 9, 10, 23, 24, 26), 218(, 230-23 lf, 233-236, 235-236(, 237-238, 237-238(, 238-239, 238-239(, 760, 760(, 763 controle da secreção por retroalimentação do, 231-232, 231-232(, 237-238, 237-238(, 760, 760{ nos espasmos infantis, 305, 320 pró-hormônio do (pró-opimelanocortina), 221-222, 223-224(, 735-737, 763{ tumores secretores de, 237-238f, 238-239, 762-763 uso terapêutico de esteroides e, 762-763 Hormônio alfa (a.)-melanócito-estimulante (MSH) 726t, 763, 763{ Hormônio antidiurético (ADH, vasopressina) hormônio da neuro-hipófise que regula a rea-

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bsorção da água nos rins, (Cp 7. 20, 21), 218(, 229-230, 227-228, 655-657, 656(, 657(, 672, 675 análogo sintético do, 704-705 angiotensina II afeta o, 664-665, 671(, 672 como vasoconstritor, 521-523t enurese noturna e, 657 receptor do, 656, 657{ anormal, 195-196t regulação da secreção do, 657, 658(, 664-665 secreção inapropriada do, 681 Hormônio antimülleriano (substância inibitória do dueto de Müller) glicoproteína que faz com que os duetos de Müller sejam degenerados durante o desenvolvimento embrionário, (Cp 26), 831, 832(, 834(, 836 no ciclo menstrual/função ovariana, 847, 849-850 Hormônio clássico, 217, 219 Hormônio da paratireoide (paratormônio ou PTH) hormônio produzido pelas glândulas paratireoides que aumenta a concentração do Ca2+ plasmático, (Cp 7, 23), 218(, 225-228, 227-228(, 773-774(, 774-776, 775-776(, 775-776t excesso de. Ver Hiperparatireoidismo Hormônio digestório, 700, 700(, 701-704, 702t Hormônio do crescimento hormônio proteico da adeno-hipófise que controla o crescimento tecidual, (Cp 7, 23, 26), 218(, 230-231(, 233-234, 233-234(, 768-772, 769-770(, 769-771t afetado pelo exercício, 816 crescimento ósseo e, 772-773 secreção do, 209, 769-771, 769-770{ ritmos biológicos da, 205, 769-770, 769-770{ Hormônio do crescimento humano, 769-772 Hormônio estimulante da tireoide (TSH, ou tireotrofina) hormônio da adeno-hipófise que regula a produção dos hormônios da tireoide, (Cp 7, 23), 218(, 230-231(, 231-234, 238-239, 767-768, 767(, 768{ Hormônio estimulante de melanócitos (MSH), 240, 726t, 763, 763{ Hormônio exógeno, 235-237, 235-236{ Hormônio folículo-estimulante (FSH) hormônio da adeno-hipófise que estimula a produção de gametas nas gônadas, (Cp 7, 26), 218(, 230-23 lf, 233-234,836,837,837{ na espermatogênese, 842, 842{ no ciclo menstrual, 847-849, 848(, 849{ Hormônio inibidor da prolactina (PIH) hormônio hipotalâmico que inibe a secreção de prolactina pela adeno-hipófise, (Cp 7, 26), 230-231(, 861. Ver também Dopamina Hormônio inibidor da somatotropina. Ver Somatostatina Hormônio inibidor do hormônio de crescimento (GHIH). Ver Somatostatina Hormônio liberador da tireotrofina (TRH) hormônio hipotalâmico que regula a liberação do TSH, (Cp 7, 23), 230-231(, 231-232, 767, 767(, 768{ Hormônio liberador de corticotrofina (CRH) hormônio hipotalâmico que regula a secreção de ACTH da adeno-hipófise, (Cp 7, 22, 23, 26), 230-231(, 231-232, 231-232(, 235-236, 235-236(, 237-238, 237-238(, 238-239, 238-239(, 726t, 760, 760(, 763 placentário, como desencadeador do trabalho de parto, 859 Hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH) hormônio hipotalâmico que estimula a liberação de gonadotrofinas pela adeno-hipófise, (Cp 7, 26), 230-23 lf, 836 liberação pulsátil do, 837-838, 842 na espermatogênese, 842, 842{ no ciclo menstrual, 847, 849(, 849-850 puberdade e, 863 Hormônio liberador do hormônio de crescimento (GHRH) hormônio hipotalâmico que influencia a secreção de hormônio do crescimento, (Cp 7, 23), 230-231f, 769-770, 769-770{

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Hormônio liberador do hormônio luteinizante (LHRH). Ver Hormônio liberador de gonadotrofinas Hormônio luteinizante (LH) hormônio produzido pela adeno-hipófise que atua nas gônadas e influencia a produção hormonal, (Cp 7, 26), 218f, 230-231f, 233-234, 836, 837, 837f na espermatogênese, 842, 842f no ciclo menstrual, 847, 848(, 849, 849(, 849-850 Hormônio peptídeo qualquer hormônio constituído de aminoácidos, incluindo peptídeos, proteínas e glicoproteínas, (Cp 4, 7), 220-221t, 221-223, 222-225( Hormônio proteico, 220-221t, 221-223, 222-225( Hormônio substâncias químicas secretadas por uma célula ou grupo de células para dentro do sangue que as transporta para um alvo distante onde atuam em concentrações muito baixas afetando o crescimento, o desenvolvimento, a homeostase, ou o metabolismo, (Cp 3, 5-6, 6-7, 12, 15, 22, 23, 24, 25), 79, 180, 206, 207(, 216-222, 218-220(, 220-22lt, 701, 758 antagonista, 235-236 atividade enzimática e, 731-733, 731-733( candidato a, 219-220 clássico, 217, 219 classificação dos, 221-227 comunicação e, 180, 181(, 206, 207( concentração dos, 220-221 contracepção e, 853-855, 853-854t controle da espermatogênese e, 842-843, 842f controle da reprodução e, 234-235, 836-838, 836(, 837(, 837t controle do ciclo menstrual e, 847-851, 848(, 849f crescimento, 218(, 230-231(, 233-234, 768-772, 769-770(, 769-771t crescimento tecidual e, 771-772 deficiência/hipossecreção de, 217, 219 definição de, 217, 219 derivado de aminoácidos, 220-221t, 224-227, 225-226( digestórios, 700, 700(, 701-704, 702t disfunções endócrinas e, 216, 216(, 235-239, 235-236( equilíbrio do cálcio e, 774-777, 775-776(, 775-776t, 776-777t esteroides, 220-221t, 222-225, 224-226(, 758-764, 759f evolução dos, 238-240, 239( excesso/hipersecreção de, 217, 219, 235-237 excreção renal de, 623-624 exercício e, 816 exógeno,235-237,235-236( finalização da ação de, 220-222 histórico, 216-217, 219 ingestão alimentar e, 725, 726( inibidores, 229-230, 230-231( interações dos, 233-236, 234-235( interações sistema imunitário/sistema nervoso e, 806-808, 807(, 808f liberadores, 229-230, 230-231( mecanismo de ação celular dos, 222-223 neuroimunomodulação e, 807 no controle da musculatura lisa, 432, 438-439 ovarianos, 844 peptídeos, 220-221t, 221-223, 222-225( permissividade dos, 234-236 placentário, 218-220(, 222-223, 856-858 produção renal de, 218-220t, 624 receptores para, 180, 181(, 220-221, 758 anormais, 236-23 7 resistência das arteríolas e, 521-523 rotas metabólicas controladas por, 731-733, 731-733( secreção de, 217, 219-220 afetada pela emoção, 227-229 controle da, 225-234, 227-228( ritmos circadianos da, 205, 205f

sexuais, 216-217, 219, 759, 759(, 829 sinergismo afetando, 234-235, 234-235( taxa de filtração glomerular e, 634 taxa metabólica afetada por, 728 terapia de reposição de, 217, 219 transporte dos, 219-220 no sistema circulatório, 469, 469t Hormônio trófico hipotalâmico, 229-230, 230-231( Hormônio trófico qualquer hormônio que controla a secreção de um outro hormônio, (Cp 7, 14), 218(, 229-230, 230-231(, 231-232( Hormônios da tireoide hormônios aminas que contém iodo, (Cp 7, 22, 23), 220-221t, 225-226(, 225-227, 764-768, 764(, 765(, 767(, 767t, 768(. Ver também Tiroxina e Triiodotironina crescimento e, 766, 771-772 formação dos, 231-232, 764-765, 764(, 765f deficiência de (hipotireoidismo), 766, 766( excesso de (hipertireoidismo), 216, 225-227, 231-232, 234-235, 240-241, 766, 766(, 805f funções da, 766, 767t maturação reprodutiva e, 234-235 permissividade e, 234-235 Hormônios derivados de aminoácidos, 220-221t, 224-227, 225-226( Hormônios encéfalo-intestinais, 725, 726(, 726t Hormônios esteroides hormônios produzidos a partir do colesterol, (Cp 7, 23, 26), 218(, 220-221t, 222-225, 224-226(, 758-764, 759f anabólico, 758, 843-844 controle da reprodução e os, 836-838, 836(, 837(, 837t crescimento ósseo e, 772-773 modificação dos, no retículo endoplasmático liso, 68 suprarrenal, 218(, 758-764, 759f uso terapêutico dos, 236-237, 806 Hormônios inibidores, 229-230, 230-23 lf Hormônios liberadores, 229-230, 230-23 lf Hormônios sexuais, 216-217, 219, 759, 759(, 829 crescimento ósseo e os, 772-773 puberdade e, 863 Hormônios tróficos da adeno-hipófise, 229-230, 230-231(, 758 alças de retroalimentação para, 230-232, 230-232( crescimento/metabolismo/reprodução afetadas por, 233-234, 233-234(, 758 sistema porta, 232-233, 232-233( hPL. Ver Lactogênio placentário humano HPO 4z- Ver Íon fosfato HPV, infecção. Ver Infecção por papilomavírus HRP (peroxidase de raiz forte), 299 HRT. Ver Terapia de reposição hormonal 5-HT. Ver Serotonina , Humidex. Ver Indice de calor Humor aquoso líquido similar ao plasma que enche o compartimento do olho entre a córnea e a lente, (Cp 10), 365-366, 367( no glaucoma, 365-366 Humor sentimento relativamente estável relacionado com a sensação de bem estar, (Cp 9), 322 Humor vítreo (corpo vítro) matriz gelatinosa que preenche a câmara do olho atrás da lente, (Cp 10), 365-366 Huxley, A.F., 261, 412 Hz. Ver Hertz IAM. Ver Infarto agudo do miocárdio Ibuprofeno, 193 ICC. Ver Células intersticiais de Cajal Icterícia coloração amarelada da pele e esclera devido a níveis excessivos de bilirrubina, (Cp 16), 555-556 Idade, 772- 773 IDDM. Ver Diabete melito tipo 1 Ideal, lei dos gases, 576t, 895. Ver também Lei dos gases Identidade sexual (gênero), 834 Idiopática, fibrose pulmonar, 584-585

IFN-a. Ver Interferon-alfa IFN-~ . Ver Interferon-beta IFN-y. Ver Interferon-gama Ig. Ver Imunoglobulina IgA, 794-796 IgD, 795-796 IgE, 795-796 na reação alérgica, 803(, 804 IGF. Ver Fator de crescimento semelhante à insulina IgG, 794-795 na reação alérgica, 803(, 804 IgM, 795-796 Ignarro, Louis, 192 Iion· Ver Corrente iônica IL. Ver Interleucina , Ileo porção distal do intestino delgado, (Cp 21), 689 Ilhotas de Langerhans agrupamento de tecido endócrino dentro do pâncreas, (Cp 22), 695, 696f, 735-738, 737-738( Imagem por ressonância magnética (MRI) funcional, do encéfalo, 314 Imaginação dirigida, 462 Implantação, 856-858, 856-858( prevenção da, contraceptivos, 853-854 Implante coclear, 361, 362 Impotência, 396-397, 851-853 Impulso (estado emocional), 321 Imunidade adaptativa (imunidade adquirida), 784-785, 793-800, 793-799( Imunidade adquirida respostas imunitárias desencadeadas por invasores específicos e mediadas por anticorpos, (Cp 24), 784-785, 793-800, 793-799(, 799-800 Imunidade ativa, 793-794 Imunidade capacidade do corpo de se proteger de patógenos, (Cp 24), 783. Ver Sistema imunitário trato gastrintestinal e, 718-719 Imunidade humoral imunidade conferida pelos anticorpos, (Cp 24), 784-786, 794-795, 799-800, 801f Imunidade inata respostas inespecíficas do corpo à invasão de substâncias estranhas, (Cp 24), 784-785, 789-790, 792-793, 790-791(, 791-792(, 792-793t, 793-794( Imunidade mediada por anticorpo (imunidade humoral), 784-786, 794-795, 799-800, 801(. Ver também Anticorpo Imunidade mediada por células reação imunitária que necessita de linfócitos T para entrar em contato com o antígeno, (Cp 24), 784-785, 797-800, 797-799( Imunidade passiva, 793-794 Imunização. Ver Vacinação Imunócito nome geral dado a qualquer célula imunitária, (Cp 16), 548-549 Imunodeficiência primária, 783 Imunodeficiência adquirida, 783 Imunoglobulina, superfamília CAMs, 72t Imunoglobulina A (Ig A), 794-796 Imunoglobulina D (Ig D), 795-796 Imunoglobulina E (Ig E), 795-796 na reação alérgica, 803(, 804 Imunoglobulina estimuladora da tireoide (TSI), 767-768, 768(, 806 Imunoglobulina G (Ig G), 794-795 na reação alérgica, 794-795 Imunoglobulina M (Ig M), 795-796 Imunoglobulina sinônimo de anticorpo, (Cp 16, 21, 24, 26), 39, 547, 794-796, 795-796(. Ver também Anticorpo na saliva, 708 no leite materno, 861 no muco, 574 Imunolipossomos, 60 Imunossupressor, cortisol como, 761, 762-763 ln vitro, experimentos realizados em "tubos de ensaio", (Cp 21), 36 Inativação (canal), 258

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Glossário/lndice

Incisura cardíaca, S72f Inclusão partícula de material insolúvel no citoplasma, como os grânulos de glicogênio e as gotículas de gordura, (Cp 3), 63, 63( Inclusões insolúveis, (Cp 3), 63 Incontinência incapacidade de controlar voluntariamente a micção ou a defecação, (Cp 11), 396-397 Incontinência urinária, 396-397 Incretina, (Cp 21, 22), 713, 738-739 Incretina, miméticos de, para o diabete, 746-747, , 746-747t ,Indice de calor. Sinônimo: humidex, (Cp 22), 7SO Indice de massa corporal (IMC), 769-770 Indigestão, 719 Indução, (Cp 4), 119, 120f Inervação antagonista dual, 388, 390( Inervado controlado por um neurônio, (Cp 8), 2Sl Infarto agudo do miocárdio (IAM) região do miocárdio que é danificada por falta de fluxo sanguíneo, (Cp 10, 14, lS), 348, 468, 472, 483, 487, 494, soo, SOS-S06, S37-S38 diagnóstico do, S83, S87-S88, 494 tratamento do, 483, 487, SOO, S64 Infecção do trato urinário (ITU), 624 Infecção parasitária/parasítica, 783, 783-784 infecção por papilomavírus humano, 80, 87 Infertilidade feminina, 839-841, 8S0-8Sl, 8S4-8SS Infertilidade incapacidade de conceber (engravidar), (Cp 26), 829, 839-841, 8S0-8Sl, 8S4-8SS, 860,862 Infertilidade masculina, 839-841, 8S4-8SS Inflamação reação inespecífica do sistema imunitário a um invasor, (Cp lS, 24), S31, 784-78S, 791-793, 792-793t, 793-794(, 799-800, 801f alérgica, 803-804, 803f anticorpos na, 79S-796, 796-797{, 799-800, 801{ aterosclerose/doença cardiovascular e, S37-S38, S38f, S39, 791-792 bactéria causando, 799-800, 801f necrose e, 8S vírus causando, 801, 802f Influenza, 803 Influxo, 263 Informação auditiva. Ver também Localização do som, 339-341, 339-340(, 361 Infravermelho, luz, 371, 372f, 748 Infundíbulo, hipófise, 227-229( Ingestão alimentar, 72S-726, 726(, 726t, 747{ temperatura corporal e, 728, 748 Ingestão de sal, 660-662, 660-661{ Inibição. Ver também Inibidor competitivo lateral, 304, 340-34 lf no reflexo do músculo esquelético, 4SO pós-sináptica, 283-284, 283{, 284(, 28Sf produto final, por, 106 retroalimentação, lOS-106, 106f Inibição lateral processo no qual os neurônios sensoriais próximos de um estímulo são inibidos para intensificar a percepção do estímulo, (Cp 10), 340-341, 340-341( Inibição pelo produto final, 106. Ver também Inibição por retroalimentação Inibição pós-sináptica, 283-284, 283(, 284{, 28Sf Inibição pré-sináptica, 284, 28Sf Inibição recíproca relaxamento dos músculos antagonistas durante uma contração reflexa, (Cp 13), 4SS, 4SSf, 4S6 Inibidor alostérico, 42, 43f Inibidor competitivo moléculas que se ligam ao sítio ativo de uma enzima impedindo que o substrato se ligue, (Cp 2, 4, S), 42-43, 42f, 42t, 43f, 23S-236 no sistema de transporte da glicose, lSO, lSlf Inibidor da bomba de prótons (PPI), 713, 719 Inibidor da enzima conversora da angiotensina (ACE), fármaco usada no tratamento da hipertensão que bloqueia a ECA, (Cp lS, 20), S22-S24, S32, S40, 664-66S

Inibidor de protease, 783, 784-78S, 809 Inibidor seletivo da recaptação de serotonina (SSRI) fármacos antidepressivos que aumentam a vida ativa da serotonina na sinapse por diminuir sua recaptação para dentro do terminal axônico, (Cp 6, 9), 19S-196, 322, 39S Inibidores, 42-43, 42{, 42t, 43f hormônios como, 23S-236 Inibidores alfa (a) glicosidase, 746-747t Inibidores da colinesterase, 39S Inibidores da monoaminoxidase, 39S Inibina hormônio peptídeo produzido pelas gônadas que inibe a secreção de FSH, (Cp 26), 218{, 836,842,842{ no ciclo menstrual, 847, 848(, 849(, 849-8SO Iniciação, códon, 118, 118f Iniciador (códon de iniciação), 118, 118{ Injeção intravenosa (IV), 6S3 Inositol trifosfato (IP3) segundo mensageiro sintetizado a partir de um fosfolipídeo de membrana pela fosfolipase C; abre canais de Ca2+ no retículo endoplasmático para gerar um sinal de cálcio, (Cp 6), 18St, 186-187t, 188-189, 188-189(, 434 Inseminação intra-uterina, 860 Insensível, perda de água perda de água através da pele e quando o ar é exalado, geralmente não sendo percebida, (Cp 20), 6S3, 6S3f Inserção muscular extremidade do músculo fixada mais longe do tronco ou a um osso mais móvel, (Cp 12), 408 Insônia incapacidade de dormir bem, (Cp 9), 320 Inspiração movimento do ar para dentro dos pulmões, (Cp 17), S70, S80-S82, S80f, S81f, S87-S88f, 614, 614f músculos da, S72f, S80, S80f Insuficiência autonômica primária, 396-397 Insuficiência cardíaca, S03, S19, S39, S76 edema e, S32 peptídeo natriurético cerebral, como marcador da, 66S-666 Insuficiência cardíaca congestiva condição patológica em que o ventrículo esquerdo falha no bombeamento adequado do sangue, causando acúmulo do líquido nos pulmões, (Cp lS), S39, S76. Ver também Insuficiência cardíaca Insuficiência renal (rins) diálise na, 63 7 hipertensão e, S 19 nefropatia diabética e, 631 Insulina hormônio pancreático que diminui a concentração de glicose plasmática, (Cp 4, s, 6, 7, 22), 182, 19S-196, 210, 218{, 737-739, 737-738f, 738-742, 738-739{, 738-739t, 739-742{ como hormônio anabólico, 737-742, 739-742( como hormônio antagonista, 196-197, 737-738, 737-738{ crescimento tecidual e, 771-772 deficiência de, 182, 19S-196, 210, 216, 741-743. Ver também Diabete melito descoberta da, 217, 219, 238-239 diabete gestacional e, 8S6-8S8 diabete tipo I e, 182, 19S-196, 210, 216, 743-74S, 744f diabete tipo II e, 182, 19S-196, 210, 743-74S fonte animal da, 238-239 metabolismo controlado pela, 737-739, 737-738{, 738-742, 738-739(, 738-739t, 739-742{ níveis de glicose e, 170{, 171, 19S-196, 208, 209, 210, 220-222, 22S-227, 227-228(, 737-738, 737-738(, 738-739 produção pelas células beta-pancreáticas, 73S-737, 737-738{ pró-hormônio da, 221-222, 223-224( secreção da, 170(, 171, 208, 209, 210, 220-222, 22S-227, 227-228{, 738-739 afetada pelo exercício, 816, 823, 823{ Integração da função, 7-8

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Integração pós-sináptica sinais múltiplos em uma célula pós-sináptica combinam-se para criar um único sinal integrado, (Cp 8), 284, 28Sf Integrina proteína transmembrana que liga o citoesqueleto a proteínas ou ligantes da matriz extracelular; envolvida na coagulação sanguínea, reparo de lesões, adesão e reconhecimento de células imunitárias e com o movimento celular durante o desenvolvimento, (Cp 3, 6), 72t, 74-7S, 7S-76f, 188-189, 287, S60-S61 Inteligência artificial, 297 Intensidade do estímulo, 340-341, 341f codificação da, 208, 208t, 340-341, 341f potencial de ação e, 167{, 26S, 341, 341f Interação mente-corpo, 806-808, 807(, 808f Interações encéfalo-sistema imunitário, 806-808, 807(, 808{ Interações moleculares, 6-7, 20-S2. Ver também o tipo específico biomoléculas e, 28-36 interações proteicas e, 39-4S ligações/formas moleculares e, 24-28, 2Sf, 26(, 27( soluções aquosas/ácidos/bases/tampões e, 36-39 Interações não covalentes, 27 Interações neuroendócrino-imunitárias, 806-808, 807(, 808{ Interações proteicas, (Cp 2), 39-4S Interatômicas, S-6. Ver Interações de proteínas Intercurso sexual, 8Sl-8S2 Interface cérebro-computador, 297 Interfase, A-36, 898(, 899{ Interferon alfa, 791-792, 801, 802{ Interferon citocinas secretadas pelos linfócitos que auxiliam a resposta imunitária, (Cp 24), 791-792, 792-793t, 799-800 febre e, 7Sl Interferon-alfa, 791-792, 801, 802f Interferon-beta, 791-792 Interferon-beta, 791-792 Interferon-gama, 791-792, 799-800 Interleucina (IL) grupo de citocinas cuja sequência de aminoácidos é conhecida. A maioria das citocinas é liberada por um tipo de leucócito e atua sobre outro, (Cp 16, 22), SSO-SSl, SSO-SSlt, 792-793, 792-793t, 799-800 febre e, 7Sl secreção do timo das, 797-798( Interleucina 1 (IL-1), 7Sl, 792-793, 792-793t, 807 Interleucina 6 (IL-6), 7Sl Intermediário, lOS Intermediário chave, lOS Internet, busca, lS-16 Internet/world wide web, busca, lS-16 Interneurônio excitatório, 4SO, 4S6 Interneurônio inibitório, 4SO, 4S3-4S4, 4SS, 4SSf, 4S6 Interneurônio neurônio que está contido completamente dentro do sistema nervoso central, (Cp 8), 247-248t, 2SO, 2Slf espinal, 307 excitatório, 4SO, 4S6 inibitório, 4SO, 4S3-4SS, 4SSf, 4S6 no reflexo de flexão, 4SSf, 4S6 Interpolação, gráfico e, 13 Intervalo P-R do começo da onda P até o começo do complexo QRS, (Cp 14), 492f Intervalo QT do início da onda Q até o final da onda T; corresponde à contração ventricular, (Cp 12), 492f longo, 2S8, 494 Intervalos, no eletroeletrocardiograma, 491, 492f Intervenção, métodos contraceptivos, 8S2-8SS, 8S3-8S4t Intestino delgado segmento do trato gastrintestinal onde a maior parte da absorção e digestão ocorre, (Cp 21), 689, 690(, 698, 703-704, 709{, 71S-716 hormônios produzidos pelo, 218-218(, 702t

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Intestino grosso porção final do intestino, (Cp 21), 689, 690{, 703-704, 709{, 716-718, 717{ Intima (túnica íntima), (Cp 15), 514, 5 14{ Intolerância à lactose incapacidade de digerir lactose, resultando em gases intestinais e diarreia, (Cp 21), 716 Intron segmentos de DNA não codificadores que existem em um gene eucariótico, (Cp 4), 122, 122{ Inulina polissacarídeo isolado a partir de plantas; usado para determinar o volume do líquido extracelular e a taxa de filtração glomerular, (Cp 19), 641 Invaginação, endocitose mediada por receptores, 153, 153{ Investigação científica, 7-8 Iodeto, 764, 765{ Iodo, 216, 225-227, 764, 764{, 765{ deficiência de, hipotireoidismo e, 767 radioativo, 23, 234-235, 768 Íon amônio, (Cp 20), 114{, 115 , Ion bicarbonato (HC03), 23t dióxido de carbono (C02) e, 609-610, 610{ distribuição de, 135, 135{ distúrbios ácido-base e, 679-680, 679t equilíbrio ácido-base e, 651, 673-674, 673-674{ fonte de, 673-674 reabsorção tubular renal de, 676-678, 677{ secreção no sistema digestório de, 695-696, 696{, 711{, 714 Íon cálcio (Ca2+), 23t. Ver também Cálcio Íon cloreto (Cl), 23t distribuição do, 135, 135{ na secreção do sistema digestório do, 696, 697{ Íon fosfato (HP04 -2), 23t sistemas tampão e o, 674, 676-677, 676-677{ , Ion hexavalente, 27, 36, 46 Íon hidrogênio (H), 23t, 38-39, 39{ aumentado, como vasodilatador, 521-523t, 522-524 fontes de, 673-674 gosto azedo e, 352, 353, 354{ no equilíbrio ácido-base, 38-39, 38{, 651, 672-680, 672{ nos distúrbios ácido-base, 675-677, 675{, 676-677, 679-680, 679t produção de, 610, 610{ secreção tubular renal de, 639, 676-678, 677{ síntese de ATP acoplada ao movimento dos, 112f, 112-113 tamponamento pela hemoglobina de, 611, 674 Íon magnésio, 23t receptores NMDA afetados pelo, 279 Íon potássio (K+), 23t aumentado, como vasodilatador, 521-523t distribuição do, 135, 135{ fadiga muscular e, 422 na paralisia periódica, 412 na reabsorção tubular renal do, 635, 635{ na secreção tubular renal do, 639 potencial de ação e, 262-263, 262{, 272-273 resposta à dor e, 348 Íon sódio (Na+), 23t. Ver também Sódio distribuição do, 135, 135{ potencial de ação e, 260, 262-263, 262{ neurotoxinas que afetam o, 272, 277 Íon sulfato (S04 4) , 23t , Ion átomo com carga positiva ou negativa devido à perda ou ganho de um ou mais elétrons, (Cp 2, 20, 21), 23, 23t, 164 absorção de, pelo sistema digestório, 708, 708{ como segundo mensageiro, 186-187t secreção de, pelo sistema digestório, 695, 696, 695{, 696{, 697{ IP3• Ver também Trifosfato de inositol Ipsilateral no mesmo lado de, (Cp 10), 361 Íris, 365-366{, 367{ Irradiação (calor), 748, 748{ IRS. Ver Substratos para o receptor de insulina

Isoenzima formas relacionadas de uma enzima, (Cp 4, 14), 100, 123 separação por eletroforese de, 100-101 Isoenzimas cardíacas, 100-101, 100-lOlt, 487, 583 Isoforma formas relacionadas ("parentes") de uma molécula, (Cp 2), 41 de conexinas, 180 receptor, 194, 194{ Isolante, 164, 894-895 Isoleucina, 899t Isoproterenol, 395t Isótopo átomos do mesmo elemento químico que possuem número diferente de nêutrons, (Cp 2), 22-23 Isquemia falta de fluxo sanguíneo e oxigênio adequados para um tecido, (Cp 10, 14), 348, 472 ITU. Ver Infecção do trato urinário IV, injeção. Ver Injeção intravenosa (IV) IV, terapia hídrica. Ver Terapia hídrica (IV) Janela da cóclea membrana entre a cóclea e a orelha média que dispersa a energia das ondas de líquido provenientes do dueto, (Cp 10), 355, 356, 356{, 358{, 359{ Janela oval (janela do vestíbulo) membrana entre a orelha média e a cóclea onde o som é convertido de ondas sonoras a ondas de líquido, (Cp 10), 355, 356{, 358{, 359{ na transdução do som, 356, 358{ Janela redonda. Ver Janela da cóclea Janus, família tirosina cinase, GAK cinase), 186-187 Je jum. Ver Estado pós-absortivo Jejuno porção intermediária do intestino delgado, (Cp 21), 689 Jet lag, 314 JNM. Ver Junção neuromuscular Joule G), 893t Junção articulação, controle do movimento na, 454-455, 455{ sistema alavanca-fulcro na, 428-430, 430{, 43 lf Junção comunicante pontes citoplasmáticas entre células adjacentes criadas por proteínas de membrana unidas, (Cp 3, 6, 12, 14), 72-73, 73{, 143, 179-180, 179{ das células da glia, 253 das células musculares, 84 dos discos intercalados, 440, 481 dos neurônios, 84, 247-248, 273-274 Junção neuroefetora sinapse entre um neurônio autonômico e sua célula muscular ou glandular alvo, (Cp 11), 392 Junção neuromuscular sinapse de um neurônio motor somático e uma fibra muscular esquelética, (Cp 8, 11, 12), 398-399, 399{ na contração muscular, 412, 414{, 417-419, 418{ Junção oclusiva junção célula-célula que impede movimento de material entre as células, (Cp 3), 72, 73-75, 73{, 75-76{ no trato gastrintestinal, 692 Junções celulares proteínas de membrana e da matriz extracelular que mantêm as células unidas para formar os tecidos, (Cp 3), 72-75, 72t, 73{, 75-76{ comunicantes (gap), 72-73, 73{, 75-76{, 179-180, 179{ de ancoragem, 72, 73{, 74-75, 75-76{ na comunicação célula-célula, 179-180, 179{ no epitélio, 75-76 epitélio de transporte, 78 no TGI, 692 oclusivas (tight), 72-75, 73{, 75-76{ proteínas estruturais na formação das, 141 Junções de adesão bandas que ligam os microfilamentos de actina das células adjacentes unindo-os com a ajuda das caderinas, (Cp 3), 73{, 74-75, 75-76{ no epitélio transportador, 154

Junções de ancoragem junções célula-célula ou célula-matriz, (Cp 3), 72, 73{, 74-75, 75-76{ em epitélios permeáveis, 75-76 Junções de oclusão junção célula-célula nos epitélios que não permite muito movimento de material entre as células, (Cp 3), 72-75, 73{, 75-76{ no epitélio impermeável, 75-76, 154, 155 no epitélio transportador, 78, 155{ nos capilares encefálicos, 303, 305{, 515 transporte e, 154-155, 155{, 156{, 157{ Junções/adesões célula-matriz, 72, 74-75, 75-76{ K+. Ver Íon potássio Kcal. Ver Quilocaloria Kct. Ver Constante de dissociação Keq· Ver Constante de equilíbrio Kisseptina, 863 kPa. Ver Quilopascal Krakauer, Jon, 598 Krebs, Hans A., 110 Kristensson, K, 299 La Place, Lei de a pressão de uma esfera de líquido é igual a duas vezes a tensão superficial do líquido dividido pelo raio da esfera, (Cp 17), 585, 585{ Labioescrotal, protuberância, 831, 831 t, 833f Lábios maiores do pudendo (grandes lábios) lábios externos da vulva, (Cp 26), 844, 845{ desenvolvimento dos, 831t, 833{ Lábios menores do pudendo (pequenos lábios) lábios internos pequenos da vulva, (Cp 26), 844, 845{ desenvolvimento dos, 831t, 833{ Labirinto, membranáceo (sistema vestibular), 355, 356{, 363, 364{ lactação, 209, 861, 861{ ocitocina e, 209, 861, 861{ Lactação produção de leite pelas glândulas mamárias, (Cp 26), 856-858, 860-861, 860{, 861{ ocitocina e, 209, 861, 861{ Lactase enzima que degrada o açúcar do leite (lactose), (Cp 21), 703-704{, 703-705, 716 Lactato, 109, 110{ Lactato desidrogenase, 100-101, 100-lOlt Lacteal. Ver Lactífero Lactífero projeção em forma de dedo do sistema linfático que se estende para dentro das vilosidades intestinais, (Cp 21), 703-704, 703-704{, 706, 707{ Lactogênio placentário humano (hPL) hormônio peptídeo placentário que influencia o metabolismo materno. Sinônimo: somatomamotrofina coriônica humana, (Cp 26), 218{, 856-858 Lactose açúcar do leite, (Cp 2, 21), 29{, 703-704, 703-704{, 716, 718 Lâmina basal camada não celular da matriz extracelular que fica abaixo do epitélio e une o epitélio com as camadas celulares subjacentes. Sinônimo: membrana basal, (Cp 3, 15, 19, 26), 75-76, 75-76{, 84t, 86f capilar, 515 célula epitelial, 75-76, 75-76{ folículo ovariano, 845t, 846{, 847t néfron, 630{, 63 lf Lâmina externa camada fina de matriz que sustenta as células musculares e nervosas, (Cp 3), 84,84t Lâmina própria tecido conectivo subepitelial que mantém o epitélio no lugar, (Cp 21), 691{, 692 Laminina proteína fibrosa insolúvel presente na matriz extracelular, (Cp 3), 72, 75-76{, 283 Langherhans, Paul, 735-737 Lansoprazole, 713 Laringe a "caixa de voz" que contém as pregas vocais, (Cp 17), 571, 572{, 573{ Lasix. Ver Furosemida Latência (viral), 784-785 Lateralização cerebral distribuição assimétrica das funções entre os lados direito e esquerdo do cérebro, (Cp 9), 314, 316{

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Glossário/lndice

LCE. Ver Líquido cerebrospinal LDH. Ver Lactato desidrogenase LDL. Ver Lipoproteína de baixa densidade L-dopa precursor da dopamina que pode cruzar a barreira hematencefálica, (Cp 9), 305, 462-463 LEC. Ver Líquido extracelular Lei da conservação da energia a quantidade total de energia no universo é constante. Também chamada de primeira lei da termodinâmica, (Cp 4), 97, 727 Lei da conservação das cargas elétricas o corpo é eletricamente neutro, (Cp 5), 164 Lei de aç.ã o das massas para uma reação em equilíbrio, a razão substratos/produto é sempre a mesma, (Cp 4, 18, 20), 102-103, 103{ equilíbrio ácido-base e, 674 ligação oxigênio-hemoglobina e, 605 transporte de gases e, 603 transporte hormonal e, 223-224 Lei de Boyle se o volume de um gás aumenta, a pressão diminui, e vice-versa, P1V1= P2V2, (Cp 17), 576t, 577-578, 577{ Lei de Coulomb, 891-892 Lei de Dalton a pressão total de uma mistura de gases é determinada pela soma das pressões dos gases individuais, (Cp 17) 576, 576t, 577t Lei de Fick da difusão a difusão através de uma membrana é diretamente proporcional à área de superfície e ao gradiente de concentração e inversamente proporcional à espessura da membrana e à sua resistência, (Cp 5, 18), 140-141, 140(, 598 Lei de Frank-Starling do coração o princípio de que, dentro dos limites fisiológicos, o coração irá bombear todo o sangue que retorna para ele, (Cp 14), 501 Lei de LaPlace, (Cp 17), 585, 585{ Lei de Ohm, 894-895 Lei de Pascal, 895 Lei de Poiseuille, 473-747, 525-526(, 586 Lei do balanço de massa se a quantidade de uma substância no corpo permanece constante, qualquer ganho deve ser compensado por um perda igual, (Cp 5), 133-134, 133(, 134(, 623 Lei dos gases, 576-578, 576t, 577(, 577t, 588-590, 600(, 895 Leite materno, 860, 861 Lente (cristalino) porção do olho que foca a luz sobre a retina, (Cp 10), 365-366, 367, 367(, 367-371, 370(, 371{ Lente côncava, 369, 369(, 371{ Lente convexa, 369, 369(, 371{ Leptina hormônio proteico produzido pelos adipócitos que atua como um fator de saciedade, (Cp 22, 26), 218(, 725, 726(, 726t puberdade e, 863 Lesão cerebral, 288, 306, 325-327, 469, 751 Lesão da medula espinal, 288, 289 Leucemia câncer caracterizado pela divisão anormal dos leucócitos, (Cp 16), 551-552 Leucina, 27, 27{ Leucócito células brancas do sangue que defendem o corpo contra invasores, (Cp 16, 24), 62f, 83f, 548, 778-789-790, 789{ produção de, 550-552, 550-551{ Leucócito polimorfonuclear, 789, 789{. Ver também Neutrófilo Leucopoese, 550-552 Leucotrieno molécula sinalizadora eicosanoide; tem um papel na etiologia da asma, (Cp 6, 17), 31, 192(, 193, 590-592 LH. Ver Hormônio luteinizante LHRH. Ver Hormônio liberador de gonadotrofinas Liases, 104t Liberaç.ã o de Ca2 + induzida pelo cálcio processo pelo qual o Ca2+ entra em uma fibra muscular e desencadeia a liberação de cálcio adicional a partir do retículo sarcoplasmático, (Cp 14), 482, 482{ Libido desejo sexual, (Cp 26), 843 LIC. Ver Líquido intracelular

Ligação química forças físicas que atraem e deixam unidos os átomos, (Cp 2), 24-28, 25{, 26(, 27{ de hidrogênio, 26-27, 26{ energia potencial e, 95, 95f iônica, 26, 26{ Ligação com anticorpo, 795-797, 796-797{ Ligação com oxigênio, 603-605, 609{ estrutura da hemoglobina e, 604-605, 606(, 608, 609{ fatores físicos que afetam a, 607-608, 608(, 609{ lei da ação das massas e, 605 percentagem de saturação da hemoglobina e a, 606-607, 607{ Po 2 plasmática e a, 604, 604(, 605-606, 605(, 609{ sítios de, 604 Ligação covalente ligações criadas por dois átomos que compartilham um ou mais pares de elétrons, (Cp 2), 23-26, 25f Ligação cruzada, dobramento das proteínas e, 120(, 124, 126 Ligação fosfato de alta energia, 105, 107 Ligação fosfodiéster, 897 Ligação iônica uma ligação entre íons que são atraídos um pelo outro por cargas opostas, (Cp 2), 26, 26{ Ligação peptídica ligações formadas entre um grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amino de outro aminoácido, (Cp 2, 4, 21), 32, 124, 126 Ligação química forças físicas que atraem e unem os átomos, (Cp 2), 24-28, 25{, 26f, 27{ covalente, 23-26, 25f energia potencial da, 95, 95f hidrogênio, 26-27, 26{ iônica, 26, 26{ Ligação tubária, 853-854 Ligações de hidrogênio forças fracas de atração entre o hidrogênio e outros átomos, especialmente oxigênio e nitrogênio, (Cp 2), 26-27, 26{ Ligações moleculares, 24-28, 25f, 26f, 27{. Vertambém Ligações químicas Ligamento tecido conectivo que conecta um osso ao outro, (Cp 3), 81, 81f Ligante molécula que se liga a uma proteína, (Cp 2, 5, 6), 40, 141, 142(, 181 afinidade da proteína pelo, 40 fatores afetando, 41, 41f agonista e antagonista, 193-194, 193(, amplificação de, 184, 184(, 185(, 185t do paladar, 353, 354{ endógeno, 194 especificidade do receptor e competição e, 193 múltiplo, para um receptor, 193 receptores múltiplos para, 194, 194{ sem receptores (receptores órfãos), 192 taxa de reação afetada pela concentração do, 45,45{ Ligantes, canais iônicos controlados por, (Cp 6), 144, 182, 183(, 189, 189(, 190(, 257 receptores de neurotransmissores como, 278-279 Ligantes emdógenos, 194 Ligantes gustatórios, 353, 354{ Ligases, 104t Limiar (1) despolarização mínima que inicia um potencial de ação na zona de gatilho; (2) estímulo mínimo necessário para desencadear uma resposta reflexa, (Cp 6, 10), 200-201, 336 de percepção, 338 potencial de ação e, 261 potencial graduado e, 260-261, 261{ Limiar de percepção nível de intensidade do estímulo necessário para que se torne consciente, (Cp 10), 338 Limiar renal concentração plasmática na qual ocorre a saturação dos transportadores renais, (Cp 19, 22), 637(, 638(, 639, 731, 743, 744{

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Linfa líquido dentro do sistema linfático que se move dos t ecidos para o lado venoso da circulação sistêmica, (Cp 15), 531 Linfócito B (célula B) leucócito que secreta anticorpos, 789(, 789-790, 793-795 ativação de, 796-798, 796-797(, 799-800, 801{ na infecção bacteriana, 795-796, 796-797(, 799-800, 801{ na infecção viral, 801, 802{ na reação alérgica, 803, 803(, 804 Linfócito leucócitos que são responsáveis pela resposta imunitária adquirida, (Cp 16, 24), 548(, 549-550(, 551-552(, 703-705, 788, 789(, 789-791, 793-794(, 794-795{. Ver também Linfócito B; Célula natural killer; Linfócito T na imunidade adquirida, 789-790 Linfócito T (célula T) célula imunitária que se liga e mata suas células-alvo, (Cp 23), 789(, 789-790, 793-794, 797-800, 797-798f, 798-799{ na infecção por HIV/AIDS, 783, 798-800, 807 na reação de hipersensibilidade tardia, 803 receptores do, 792-793t, 797-798, 797-798{ Linfócito virgem um linfócito que ainda não foi exposto ao seu antígeno específico, (Cp 24), 787, 793-794 Linfonodo coleções de células imunitárias que monitoram a presença de patógenos na linfa, (Cp 15, 24), 531, 531(, 786(, 787-788 Língua, 572{ receptores sensoriais na, 200-201(, 352-353, 352{ Linguagem, 325-327, 325-326{ lateralização cerebral e, 314, 316(, 325-326 Linha M proteínas do sarcômero aos quais os filamentos de miosina se prendem, (Cp 12), 409, 411(, 413, 413(, 414{ Lipase enzima que digere lipídeos, (Cp 21), 104, 104t, 115, 115(, 704-705, 706(, 707{ gástrica, 71 lf, 712 lipoproteica, 732-734(, 733-735 salivar, 708 Lipase gástrica enzima estomacal que digere lipídeos, (Cp 21), 711(, 712 Lipase salivar, 708 Lipídeo biomolécula de carbono e hidrogênio com relativamente pouco oxigênio; não é muito solúvel em água. Sinônimo: gordura, (Cp 2, 4, 5, 6), 28-31, 30{ carboidratos da membrana ligados aos, 60-61 como fonte de energia, 107, 108(, 115-116, 115(, 732-734-733-735, 732-734{ exercício e, 116, 814, 815(, 816, 816{ como neutrotransmissor, 278 como sinais parácrinos, 192-193, 192{ conteúdo da energia metabólica dos, 115, 727 de membrana, 56-57, 57-58, 57t, 58f, 59f digestão e absorção dos, 703-706, 706(, 707(, 715-716 doença cardiovascular e, 733-736, 733-735{ em combinação com outras moléculas, 33-34 estrutura do, 28-31, 30{ metabolismo dos, 107, 108(, 115-116, 115(, 730(, 732-735, 732-734{ deficiência de insulina e, 7 43, 744{. Ver também Diabete melito exercício e, 116, 814, 815(, 816, 816{ no tecido adiposo, 81-82, 83f paladar e, 335 síntese do, 117, 118{ insulina e, 741-742 no retículo endoplasmático liso, 68, 117, 118{ solubilidade dos, 36 barreira hematencefálica e, 305 difusão simples e, 136-137, 137{, 139, 140, 140{ Lipídeos ancorados em proteínas, (Cp 3), 59-60, 60(, 61f Lipídeos da membrana, 56-57, 57-58, 57t, 58f, 59f Lipidoma, 5-6 Lipogênese, 730, 730(, 741-742, 741-742{

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Lipólise degradação de lipídeos, (Cp 4, 22, 23), 115-116, 115(, 730(, 741-742 cortisol e, 761 Lipoproteína, lipase enzima que digere lipoproteínas, (Cp 22), 732-734(, 733-735 Lipoproteína de alta densidade (HDL) o carreador plasmático "bom" do colesterol, (Cp 15, 22), 732-734{, 733-735 Lipoproteína de alta densidade-colesterol, 53 7 Lipoproteína de baixa d ensidade (LDL) a proteína "ruim" que transporta colesterol no plasma, (Cp 5, 15, 22), 154, 732-734{, 733-735 Lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL), 733-735 Lipoproteína proteína combin ada com um lipídeo, (Cp 2, 5), 33, 154 Lipossomo estruturas esféricas com o exterior composto de uma bicamada fosfolipídica, deixando um cen tro oco aquoso, (Cp 3), 58, 59f, 60 Lipoxigenase enzima que converte o ácido araquidônico em leucotrien os, (Cp 6), 192(, 193 Líquido, comportamento de beber, 895 Líquido alveolar, surfactante afetando a tensão superficial do, 585 Líquido amniótico, 856-857, 856-858{ Líquido cerebrospinal (LCE) solução salina que é continuamen te secretada nos ven trículos do en céfalo, (Cp 9), 301, 303, 304{ Líquido extracelular (LEC) líquido interno que circun da as células, (Cp 1, 2, 5, 19, 20, 23) 3-4, 4-5{, 55, 56f cálcio no, 773-774, 773-774{, 773-774t con tração do músculo liso e, 436-437, 437-438{ con tração muscular cardíaca e, 482, 482{ carga elétrica e, 135 distribuição soluto/água e, 135, 135(, 158{, 159 do sistema nervoso central, 301. Ver também Líquido cerebrospinal equilíbrio/desequilíbrio do, 135, 135{ osmolaridade do, 651, 658-659, 668, 668t secreção de aldosterona e, 662-663 p otássio no, 665-666 regulação do, 623, 668-672, 688(, 670t Líquido intersticial líquido extracelular que circunda as células e fica en tre as células e o plasma, (Cp 3, 5, 14), 55, 56f craniano, 301 distribuição de soluto/água e, 135, 135(, 158{, 159 do rim, 658-659 movimento do, no sistema linfático, 530-532, 531{ p ressão hidrostática do, 529 Líquido intracelular (LIC) líquido do interior das células, (Cp 1, 3, 5, 23), 3-4, 4-5f, 55, 56f carga elétrica e, 135 distribuição de soluto/água e, 135, 135(, 158, 158{ equilíbrio/desequilíbrio e, 135, 153{ Líquido pleural, 570-571, 584 Líquido(s), fluxo de massa, 136-137 Líquidos, comp artimen tos, 55, 56f Lisina, 899t Lisossomo pequenas organelas esféricas que contêm enzimas digestórias que degradam todos os tipos de biomoléculas, (Cp 3, 5, 21, 24), 64f, 69-70, 70{, 125(, 126, 789-790(, 791-792{ fagossomo, fusão com, 152, 152{, 790-791, 791-792{ na regulação de receptores, 194, 221-222 Lisozima enzima antibacteriana encontrada nas secreções do trato respiratório e nas lágrimas, (Cp 24), 789-790, 792-793t na saliva, 708 Literatura científica, 15-16 Lobo fron tal, 308-30 7, 309(, 311-312, 315{ Lobo occipital, 308-307, 309(, 311-312, 315{ Lobo parietal, 308-307, 309(, 311-312, 315{ Lobo temp oral, 308-30 7, 309(, 311-312, 315{

Loci, convulsão, 325-327 Logaritmo, 895 Logaritmo natural, 895 Lou Gehrig, doença de (esclerose amiotrófica lateral/EAL), 253 Lower, Richard, 227-229 LQTS. Ver Sín drome do QT longo LSD, 276t LTD. Ver Depressão de longa duração LTP. Ver Potenciação de longa duração Lúmen a cavidade de um tubo ou órgão oco, (Cp 1, 3), 54-55 Lúpus eritematoso sistémico, 805t Luteinização conversão do folículo em corpo lúteo, (Cp 26), 849-850 Luz fototransdução da, 371-378. Ver também Fototransdução no reflexo pupilar, 367-368 refração da, 368-371, 369(, 370(, 371{ visível, 371, 372{ Luz ultravioleta (UV), 371, 372{ Luz visível, 371, 372{ M. Ver Molaridade Macrófago alveolar células imunitárias que patrulham os alvéolos, (Cp 17), 573{, 583 Macrófago fagócito tecidual que se desenvolve a partir dos monócitos, (Cp 15, 16, 17, 24), 83{, 788, 789(, 789-791, 801, 802{ alveolar, 573{, 583 nas reações alérgicas, 803 Mácula de aderên cia (desmossomo), 74-75 Mácula densa células esp ecializadas da parede do túbulo distal que monitoram o fluxo de líquido pelo túbulo, (Cp 19), 633{, 634, 634{ Mácula lútea do olho, 367, 367{ Mácula receptores sensoriais do utr ículo e sáculo do vestíbulo, (Cp 10), 363, 364{, 365(, 372 Magnésio, 22 Malária, 623, 783-784 Malpighi, Marcello, 468 Maltase enzima que digere o dissacarídeo maltose, (Cp 2, 5, 21), 703-704f, 703-705 Maltose um dissacarídeo composto por duas moléculas de glicose, (Cp 2, 21), 29{, 703-704, 703-704{, 703-705 transporte de glicose afetado p ela, 150, 151{ Mama, 860-861, 860( Ver também Glândulas , . mamarias desenvolvimento das, 860 durante a lactação, 856-858, 860 Manganês, 22 Manobra de Valsava contração abdominal e um movimento exp iratório forçado contra a glote fechada, (Cp 21), 716 Manose, 149 MAO. Ver Monoaminoxidase Mapa conceituai (mapeamento), 7-10, 9f Mapa de processos, 7-8, 9-10, 9f Mapas estrutura-função, 9 Mapeamento, 7-10,9{ Marcap asso, 463, 481, 489-491 células intersticiais de Cajal como, 693, 694 externo, gástrico, 694 mecânico, 491 Marcapasso do coração células que despolarizam mais rápido usualmente no nó sinoatrial (SA), (Cp 14), 481, 489-491 Marcap asso gástrico, externo, 694 Maré alcalina, 695 Marijuana, 278 Martelo o primeiro osso da orelha média que está situado contra a membrana timpânica, (Cp 10), 354, 356(, 358{ na transdução do som, 355-356, 358{ Massa (unidade de medida), 893-894 Massa atômica massa de prótons e nêutrons em um átomo de um elemento, (Cp 2), 22 Massa do átomo, 22

Massa molecular a massa de uma molécula expressa em unidades de massa atômica ou dáltons, (Cp 2), 37 Massa molecular grama peso de um mole de uma substância, expressa em gramas, (Cp 2), 37 Mastigação, (Cp 21), 708 Mastócito, (Cp 17, 24), 81f, 548-549, 586, 590-592, 788-789, 789(, 791-792, 801(, 803{ anticorpo ativando o, 795-796, 796-797{ Matriz (matriz extracelular) material extracelular sintetizado e secretado pelas células, (Cp 3), 56, 72, 84t do sangue, 82 do tecido conectivo, 80, 81f, 83{, 84t do tecido neural e muscular, 84, 84t dos ossos, 82, 771-772 calcificada (ossos), 82, 771-774, 773-774{, 773-774t epitelial, 75-76, 84t proteínas estruturais da, 141 Matriz (matriz mitocondrial) região central da mitocôndria, (Cp 3), 67, 68f Matriz extracelular, 56, 72, 84t calcificada (osso), 82, 771-772 cálcio no, 82, 771-774, 773-774{, 773-774t epitelial, 75-76, 84t proteínas estruturais da, 141 sangue, 82, 54 7 tecido conectivo, 80, 81{, 83f, 84t tecido neural e muscular, 84, 84t Matriz fibrosa, 80 Matriz fosfolipídica, 86f Matriz m itocondrial região central da mitocôndria, 67, 68f McGwyre, Mark, 758, 760 McKhann , Guy, 247-248, 251-252, 275, 279, 287 MCR. Ver Receptores de melanocortia Meato acústico externo, 347, 348, 348{ Mecânica da respiração, (Cp 17), 568-569 lei de gases e, 576-578, 576t, 577{, 577t sistema respiratório e, 570-576, 572-573{, 574{, 575{ ventilação e, 570, 578-592 Mecânica do movimento corporal, 427-432, 428(, 429{, 430(, 431{ Mecanismo celular de ação h o rmonal eventos in tracelulares pelos quais a mensagem hormonal é realizada, (Cp 7), 220-221 h ormônios esteroides, 223-225, 225-226{ h ormônios peptídeos, 222-223, 224-225{ Mecanorreceptor receptor sensorial que responde à energia mecânica, como o tato e a pressão, (Cp 10, 26), 200-201{, 336, 336t Medicina baseada em evidências, 7 -8 Medicina n uclear, 23 MEDLINE, 15 Medula da suprarrenal gânglio simpático modificado, a p orção interna da glândula suprarrenal que produz catecolaminas, (Cp 7, 11), 218-220(, 394-395, 394(, 758 controle autonômico da, 390{ Medula espinal, 247-248, 248{, 302{, 306-307, 307{ anatomia da, 302{, 306-307, 307{ como cento integrador, 307, 30 7{ integração da informação sensorial e, 307, 307(, 314-315, 338 integração do movimento e, 458-459, 459(, 459t, 460, 460{ desenvolvimento/embriologia da, 300, 300{, 301 Medula ósse amarela, 550-551 Medula óssea tecido mole que preenche cavidades do centro dos ossos, local da hematopoese, (Cp 16, 23, 24), 548-549, 553-554(, 771-772, 786{, 787 desenvolvimento de linfócitos B na, 794-795 h ematopoese na, 549-553, 549-550(, 550-551t, 553-554{ Medula óssea vermelha, 550-551 Medula ovariana, 844

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Glossário/lndice

Medula renal porção interna dos rins cuja osmolaridade intersticial varia de 300-200-201 mOsM, (Cp 19), 624, 626(, 627{ concentração da urina na, 654-655, 655{ Medusa, rede nervosa da, 297, 298(, 701 Megacariócito células progenitoras das plaquetas encontradas na medula óssea, (Cp 16), 549-550(, 551-552, 558(, 559 Megalina, receptor caveolar para reabsorção renal de proteína, (Cp 19), 647 Meglitinidas, 746-747t Meia-vida quantidade de tempo necessária para reduzir a concentração de um hormónio pela metade, (Cp 61 7), 192, 221-222 de hormónios esteroides, 223-224 de hormónios peptídeos, 221-223 Meio externo, 2, 3-4, 4-5f, 55, 7477 reprodução afetada pelo, 838 interno, 2, 4-5f, 55, 74-75, 77. Ver também Líquido extracelular estabilidade do, 3-5, 3-6(, 6-7, 134-137, 135(. Ver também Homeostase Meio externo o meio que circunda o corpo, (Cp 1, 3), 2-4, 4-5f, 55, 74-77 reprodução afetada pelo, 838 Meio interno líquido extracelular que circunda as células do corpo, (Cp 1, 3), 2, 4-5f, 55, 74-75, 77. Ver também Líquido extracelular estabilidade do, 3-5, 3-6(, 6-7, 134-137, 135(. Ver também Homeostase Meiose divisão celular que produz gametas haploides, (Cp 25, Apêndice C), 833-834, 835(, 849-850 Melaninas pigmentos amarelo, vermelho, marrom ou preto dos melanócitos, (Cp 10, 23), 372, 763 Melanócitos células contendo pigmentos que dão cor à pele humana e à pelagem de roedores, (Cp 3, 23), 81f, 763 Melanocortina (s), 763 Melanopsin a, 372, 377-378 Melatonina hormónio secretado pela glân dula pin eal, (Cp 7, 26), 218f, 224-225, 239(, 240 reprodução e, 838 Membrana (1) bicamada fosfolipídica que rodeia as células e divide o citoplasma em comp artimentos, ou (2) lâmina fina de tecido, (Cp 3), 6-7, 55-61, 57f, 57t, 58f, 59f, 60(, 61f. Ver também Membrana celular, Membranas teciduais composição da, 56-57, 57t, 58f dinâmica da, 132-177, 137f balan ço de massa, homeostase e, 133-136-137, 133(, 134{, 135{ difusão e, 136-141, 137(, 138(, 139t, 140f esp essura e (lei de Fick da difusão), 140-141, 140(, 598 osmose e tonicidade e, 158-163, 158{, 158t, 159(, 160t, 161-162t, 162{, 163(, 163t, 164t potencial de membrana em repouso e, 164-171, 165-169( processos integrados e, 170(, 171 transporte epitelial e, 77, 77{, 154-158, 155{, 156(, 157f transporte mediado por p roteínas e, 141-152, 142{, 143f transporte vesicular e, 152-154, 152{, 153f funções da, 56 nuclear (envelope nuclear), 71, 71f permeabilidade da, 6-7, 136-137 lei de Fick e, 140-141, 140{ potencial de ação e, 262-263, 262( potencial de membrana ao repouso e, 167-171, 169{, 256 proteínas de membrana afetando, 155 seletividade da, 6-7, 136-137 Membrana /superfície mucosa. Ver Membrana/ superfície apical Membrana alveolar, troca gasosa afetada p or mudanças na, 602-603, 603(

Membrana basilar membrana que sep ara o dueto coclear do rampa do tímpano; susten ta o órgão espiral (de Corti), (Cp 10), 357, 359f na codificação sensorial da p ercepção do som, 358-360, 361f Membrana celular a membrana celular serve como passagem e como barreira para o movimento de substâncias para den tro e para fora da célula, (Cp 1, 3, 5, 12) 2, 55, 56, 57f, 61{, 63{, 64f. Ver também Membrana carboidratos da membrana e, 57t, 60-61 composição da, 56-57, 57t, 58f, 61f do axónio, 247-248t estrutura da, 55, 57, 58f funções da, 56 lipídeos da membran a e, 56-58, 57t, 58{, 59f movimento através da, 132-177, 137(. Vertambém Proteína de membrana balanço de massa e homeostase e, 133-137, 133(, 134{, 135f difusão e, 136-137-141, 137{, 138{, 139t, 140f esp essura e (lei de Fick da difusão), 140-141, 140(, 598 osmose e tonicidade e, 158-163, 158{, 158t, 159(, 160t, 161-162t, 162{, 163(, 163t, 164t potencial de repouso da membrana e, 164-171, 165-169(, 256 processos integrados e, 170(, 171 tran sporte epitelial e, 77, 77{, 154-158, 155{, 156(, 157{ transporte mediado por proteína e, 141-152, 142(, 143{ transporte vesicular e, 152-154, 152(, 153f permeabilidade da, 6-7, 136-137 lei de Fick e, 140-141, 140{ potencial da membrana e, 169-171, 169(, 256 potencial de ação e, 262-263, 262( proteínas da membrana e, 56-57, 57t, 58-60, 60{, 61f separação das cargas elétricas pela, 165-16 7, 165{, 166f Membrana extraembrionária, 856-85 7 Membrana impermeável membrana que não permite que substâncias cruzem através dela, (Cp 5), 136-137 Membrana m itocondrial, 67, 68f composição da, 57f sistema de tran sporte de elétrons na, 111-112, 112{ Membrana m itocon drial interna, 67, 68f sistema de tran sporte de elétrons na, 111-112, 112{ Membrana mucosa, 55 Membrana otolítica massa gelatinosa den tro da qual os otólitos estão embebidos, (Cp 10), 363, 364{ Membrana pericárdica membrana de tecido conectivo do pericárdio, (Cp 5), 55, 57f Membrana peritoneal membrana que reveste o interior da cavidade abdomin al, (Cp 5, 21), 55, 693 Membrana permeável, 6-7, 136-137 lei de Fick e, 140-141, 140f potencial de membrana em rep ouso e, 169-171, 169(, 256 proteínas de membrana afetando, 155 Membrana plasmática membran a da célula que serve tanto como p orta de entrada quanto barreira a substân cias que se movem p ara dentro e para fora da célula. Sinónimo: membrana celular, (Cp 3, 5, 12), 2, 55, 56, 57{, 61f. Ver também Membrana celular Membrana pleural, 55, 570, 572{, 574{ Membrana seletivamente permeável uma membrana que p ermite que algumas moléculas a atravessem mas exclui outras, (Cp 5, 9), 6-7, 136-137 Membrana tectória membrana na cóclea cujo movimen to move os cílios das células ciliadas (pilosas), (Cp 10), 357, 358, 359f

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Membrana timp ânica, 354, 356{, 358{ na transdução do som, 355, 358f Membrana/super fície apical sup erfície das células epiteliais transportadoras que está em con tato com o lúmen de um órgão. Sinónimo: membran a mucosa, (Cp 3, 5, 21), 77, 77{, 154, 155, 155{ no trato GI, 692, 695 Membrana/superfície serosa. Ver Membrana/superfície basolateral Membranáceo, labirinto (vestíbulo), 355, 356(, 363,364{ Membranas teciduais, 54 Memória, 323-326, 323-324(, 323-325t de curta duração, 323-324, 323-324( de longa duração, 280, 323-324{, 323-325, 323-325t de trabalho, 323-325 hipocampo n a, 307, 309(, 313, 313{, 323-324 imunológica, 783, 793-795, 794-795, 794-795(, 795-796(, 801 olfação e, 338, 351 p otencial de longa duração, depressão de longa duração e, 287 sistema límbico e, 308, 308f, 318 Memória, vias, 323-324 Memória de curta duração, 323-324, 323-324( Memória de lon ga duração, 280, 323-324(, 323-325, 323-325t Memória de procedimento. Ver Memória reflexiva Memória de trabalho uma forma de memória de curta duração, (Cp 9), 323-325 Memória declarativa memória que depende do uso de habilidades cognitivas superiores, como inferência, comparação e avaliação. Sinónimo: memória explícita, (Cp 9), 323-325, 323-325t Memória explícita. Ver Memória declarativa Memória implícita. Ver Memória reflexiva Memória imunológica, 783, 793-795, 794-795(, 795-796(, 801 Memória muscular, 323-325 Memória reflexiva memória automática que é adquirida lentamente pela rep etição e não requer processo conscien te para a sua criação ou evocação. Sinónimo: memória implícita, (Cp 9), 323-325, 323-325t Menarca p rimeira menstruação da mulher, (Cp 26), 862 Méniere, Prosper, 339-340 Meninges três camadas de membran a que existem entre a medula espinal e as vértebras e entre o encéfalo e o crânio, (Cp 9), 301, 302{ Menopausa período em que os ciclos menstruais da mulher cessam, (Cp 26), 833, 863 osteoporose e, 777-778 Menstruação descamação cíclica do revestimento endometrial, (Cp 26), 844, 847, 848(, 850-851 deficiência de ferro, an emia e, 556-557 mEq. Ver Miliequivalente Mesencéfalo, 300, 300{, 301, 307, 309(, 311 processamen to sensorial no, 338, 338{ Mesentério membran a p eritoneal que mantém os intestin os no lugar, (Cp 21) 690{, 693 MeSH, pesquisa na literatura científica e, 15-16 Messner, Reinhold, 617 Metabólico(a) excreção renal de, 623-624 resíduos metabólicos, concentração no in testino grosso, 716-717 transporte no sistema cardiovascular, 469, 469t Metabolismo aeróbio, 10 7, 112-113(, 814, 815{ ciclo do ácido cítr ico, 110-111, lllf, 112-113{ exercício e, 8 14, 815{, 8 17 glicólise, 107-109, 108(, 109(, 112-113( sistema de tran sp orte de elétrons, 111-112, 112{, 112-113( Metabolismo anaeróbio, 107, 109, 110{, 112-113, 112-113(, 814, 815f exercício e, 8 14, 815{, 8 17 Metabolismo celular, 105-107, 106f Metabolismo encefálico, 730{ deficiência de insulin a e, 743, 744{

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Metabolismo glicolítico, 814, 815(. Ver também Glicólise Metabolismo intermediário, 105 Metabolismo muscular, 415-416, 416{, 420-421, 420(, 814-816, 815(, 816(. Ver também Contração muscular, Energia/ ATP para Metabolismo todas as reações químicas do corpo, (Cp 4, 22, 25), 105-107, 106(, 729-737, 730{, 731(. Ver também Rota metabólica aeróbio, 107, 112-1 13(, 814, 815f ciclo do ácido átrico, 110-111, lllf, 112-113( exercício e, 814, 815{, 817 glicólise, 107-109, 108(, 112-113{ sistema de transporte de elétrons, anabólico, 105, 729 anaeróbio, 107, 109, 110{, 112-113, 112-113{, 814,815{ exercício e, 814, 815{, 817 atividade enzimática/controle hormonal e, 731-733, 731{, 732-733( balanço de massa, homeostase e, 133, 134f catabólico, 105, 729 celular, 105-107, 106f controle puxa-empurra do, 732-733, 732-733{ do músculo, 415-416, 416(, 420-421, 420(, 814-816, 815(, 816f exercício e, 116, 814-817, 815{, 816(, 817f hormónios da adeno-hipófise afetando o, 233-234, 233-234( insulina no controle do, 737-739, 737-738{, 738-742, 738-739(, 738-739t, 739-740(, 740-741(, 741-742{ intermediário, 105 necessidades encefálicas e, 730{ produção de calor pelo, 750 exercício e, 820-822 reações reversíveis e irreversíveis do, 100, 106, 107f regulação homeostática do, 735-747 temperatura corporal e, 747-752, 747{, 748(, 749(, 751f Metabolismo/rota anabólico, 105, 116-126, 729, 732-735, 732-734(. Ver também Anabolismo Metabólito, 133 Metabolómica, 5-6. Ver também Metabolismo Metáfase, 898{, 899f Metaloproteinases, matriz enzimas que degradam a matriz extracelular, (Cp), 74-75 Metaloproteinases da matriz enzimas que dissolvem a matriz extracelular, (Cp 3), 74-75 Metanálise técnica estatística que combina dados de múltiplos estudos para observar tendências, (Cp 1) 14 Metarteríola ramos das arteríolas que regulam o fluxo sanguíneo pelos capilares, (Cp 15), 515, 515f, 525-526, 526-527{ Metástase disseminação do câncer ou de outras doenças por todo o corpo, (Cp 3), 62, 72 junções de ancoragem e, 74-75 Metformina, 746-747t Metilação adição de um grupo metila, (Cp 4), 126 N-metil-D-aspartato, 279 Metilxantina, 320 Metocurina, 45 7 Método de barreira contracepção baseada na colocação de barreiras físicas ou químicas entre o ovócito e o espermatozóide (Cp 26), 853-854, 853-854t Metoprolol, 395t Mg2. Ver Íon magnésio MHC. Ver Complexo principal de histocompatibilidade MHC de classe 1, moléculas, 798-799, 798-799(, 802,802{ MHC de classe II, moléculas, 798-799, 798-799(, 802, 802{, 791-792, 792-793f, 794-795, 795-796f Miastenia grave, 278, 401, 582, 805t Micção urinar, (Cp 19), 624, 643-644, 644f

Micela pequena gota de fosfolipídeos, arranjada na forma de micela de modo que no seu interior estão as caudas hidrofóbicas de ácidos graxos, (Cp 3, 21), 58, 59f, 706, 706(, 707{ Microcirculação as arteríolas, capilares e vênulas, (Cp 15), 515 Microfilamentos as proteínas fibrosas mais finas do citoplasma, constituídas da proteína actina, (Cp 3), 63, 64{, 65t, 66{ Micróglia macrófagos do SNC, (Cp 8), 253, 254{, 788 Micro-ondas, 371 Micro-organismo, 783, 784 Micropipetas, 166, 166{ MicroRNA (miRNA), 119 Microtúbulos fibras tubulares constituídas da proteína tubulina, (Cp 3), 63, 64f, 65-66, 65{, 66{, 839-841( no transporte axonal rápido, 253 Microvilosidades extensões em forma de dedos da membrana celular que aumenta a área de superfície para a absorção de material, (Cp 3, 21), 64{, 66, 66(, 703-704, 703-704( da membrana apical, 353 Mielina camadas concêntricas da membrana celular que se enrolam ao redor dos axónios e os isolam, (Cp 8), 253, 254(, 255f perda/dano de (doença desmielinizante), 271(, 272 Miliequivalente (meq), 37 Milímetros de mercúrio (mmHg), 159, 472, 576 Milimole, 3 7 Miliosmoles, 160 Mimética uma substância que mimetiza (imita) outra substância, (Cp 22), 746-747 Mineral, absorção de, 707-708 Mineralocorticoide, 758. Ver também Aldosterona Minhoca, sistema nervoso da, 298, 298f Minkowsi, óscar, 217, 219 Mioblastos, doença cardíaca, 502 Miocárdio músculo cardíaco, 478, 481 células-tronco no dano do, 502 Miofibrilas feixes de proteínas contráteis e elásticas responsáveis pela contração muscular, (Cp 12), 408, 409-412, 410{, 411(, 413{ durante a contração, 412-413, 414f Mioglobina pigmento ligador de oxigênio do músculo que transfere oxigênio entre a membrana celular e a mitocóndria, (Cp 12), 423 Miométrio camada de músculo liso do útero, (Cp 26), 844, 846f Miopia problemas de visão de longe, (Cp 10), 370, 371f Miosina filamentos grossos da miofibrila que convertem em movimento a energia da ligação química do ATP, (Cp 3, 12), 63, 65t, 66(, 67, 409, 410{, 411{ durante a contração, 412-415, 414(, 415-416, 416f ensaio de motilidade in vitro, 417 no músculo liso, 434, 435, 435{, 436, 436-437{ Miosina fosfatase enzima que desfosforila as cadeias leves da miosina no músculo liso, (Cp 12), 436, 436-437( miRNA. Ver MicroRNA MIT. Ver Monoiodotirosina Mitocóndrias musculares, 811 Mitocôndrias organelas que geram ATP através da fosforilação oxidativa, (Cp 3, 4, 12, 14, 25, 26), 63, 64{, 67-68, 68f nas fibras cardíacas contráteis, 481, 481f Mitógeno, 516 Mitose divisão celular que resulta em duas células-filhas diploides idênticas, (Cp 3, 15, 16, Apêndice C), 85, 833, 833(, 898{, 899f Mixedema, 766, 766( MLCK. Ver Cinase da cadeia leve da miosina mmHg. Ver Milímetros de mercúrio MMP. Ver Metaloproteinases da matriz Modalidade natureza de um estímulo, (Cp 10), 339-340

Modalidade sensorial, 339-340 Modelo de ajuste induzido da atividade ligante-proteína mudanças na forma do sítio ativo para encaixar o substrato ou as moléculas do produto, (Cp 2), 40, 40f Modelo de trabalho, 10 Modelo mosaico fluido a membrana é composta por uma bicamada fosfolipídica com proteínas inseridas total ou parcialmente dentro da bicamada, (Cp 3), 57, 58f, 59f Modelos de camundongos mutantes, 240, 272 Modificação pós-traducional alterações em uma molécula de proteína que ocorrem após a tradução, (Cp 4, 7), 119, 20f, 124, 126, 125f de pró-hormónios, 221-222, 222-223{, 223-224{ Modulação inibitória, 42, 339-340 ligação/atividade da proteína afetada pela, 41-43, 42{, 42t, 43f Modulação alostérica, 42, 42t, 43f Modulação inibitória, 339-340 Modulação pós-sináptica neurónio modulatório, usualmente inibitório, que faz sinapse com os dendritos ou corpo celular de uma célula pós-sináptica, (Cp 8), 283-284, 283{, 284{, 285{ Modulação pré-sináptica neurónio modulatório termina sobre ou muito próximo de um terminal axónico de um neurónio pré-sináptico, (Cp 8), 284-286, 285f Modulador, 41, 42, 105 alostérico, 42, 42t, 43f covalente, 42t, 43 Modulador alostérico liga a uma enzima longe do sítio de ligação e muda a forma do sítio ativo, (Cp 2), 42, 42t, 43{ Modulador covalente átomos ou grupos funcionais que se ligam a proteínas e afetam a sua atividade, (Cp 2), 42t, 43 Modulador químico, 42 Modulador seletivo do receptor de estrogênio (SERM) fármacos que atuam como agonistas ou antagonistas de receptores de estrogênio, (Cp 26), 196-197, 777-778, 863 Mol (mole) 6, 02 X 1023 átomos, íons, ou moléculas de uma substância; número de Avogadro de partículas, (Cp 2), 37, 159, 890-891 Molaridade (M) concentração de uma solução expressa como moles do soluto por litro de solução, (Cp 2), 37, 159 Mole. Ver Mol Molécula apoiar molécula cujos elétrons são distribuídos tão uniformemente que não há regiões com carga parcial positiva ou negativa, (Cp 2), 25-26 Molécula composta molécula que contém um ou mais elementos, (Cp 2), 24 Molécula de adesão celular (CAM) proteínas de membrana que ligam as células umas às outras e à matriz extracelular, (Cp 3), 72, 72t, 180 Molécula de adesão celular neural (NCAM) proteínas de membrana das células nervosas que ajudam no crescimento celular, (Cp 3), 72, 72t, 287 Molécula dois ou mais átomos unidos por compartilhamento de elétrons, (Cp 2, 4), 2, 2f, 24 difusão da, 136-141, 137(, 138{, 139t, 140f forma e função das, 27-28, 27{ orgânica, 28 permeabilidade da membrana e, 136-137, 139-141, 140f polar e apoiar, 25-26, 25f solubilidade das, 36 difusão simples e, 136-137, 137(, 139, 140, 140f transferência de energia por reações químicas e, 97-98, 97t Molécula glicosilada uma molécula que tem moléculas de açúcar ligadas a ela, (Cp 2), 33, 124, 126

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Glossário/lndice

Molécula hidrofílica moléculas que se dissolvem facilmente em água, (Cp 2), 26, 36, 36{ Molécula hidrofóbica moléculas que não se dissolvem facilmente em água, (Cp 2), 26, 36, 36( Molécula oxidada moléculas que perdem elétrons ou ganham H+ em uma reação química, (Cp 4), 104 Molécula polar moléculas que apresentam regiões com carga parcial positiva e negativa quando um ou mais átomos da molécula possuem forte atração por elétrons, (Cp 2), 25-26, 25f no transporte através da membrana, 145-147, 146-147{ Molécula reduzida, 103 Molécula sinalizadora, 39, 181, 182{, 190-193, 190{, 191{, 192(. Ver também Vias de sinalização como hormónio, 219-220 natureza das, 206 neuroimunomodulação e, 807 Moléculas lipofílicas moléculas que podem se difundir através das membranas celulares, (Cp 2), 139-141, 182, 183{ Moléculas lipofóbicas moléculas que não podem se difundir através da bicamada fosfolipídica, (Cp 2), 136-137, 139, 141, 182, 183{, 187-189, 187-188( Moléculas orgânicas moléculas que contêm carbono, (Cp 2), 28 Molibdénio, 22 Monoacilglicerol, 29f, 696, 696f Monoaminoxidase (MAO) enzima que degrada a noradrenalina, (Cp 11), 281, 392, 393{, 393t Monócito células do sangue que dão origem aos macrófagos teciduais, (Cp 16, 24), 548{, 549-552{, 788, 789{, 789-790 Monofosfato de adenosina cíclico (AMPc/AMP cíclico) como neurotransmitor, 277 nucleotídeo que participa na transferência de sinais entre o meio externo e a célula, (Cp 2, 6), 33{, 34, 185-187t, 188-189, 277 ação de hormónios peptídeos e, 222-223 Monoglicerídeo. 709, 706{, 707(. Ver Monoacilglicerol Monoiodotirosina (MIT), 758, 759f Monossacarídeo açúcar simples, como a glicose, (Cp 2, 21), 28, 29{, 703-704, 703-704{ Monóxido de carbono (CO), 192, 278 Morbidade, diarreia causando, 718 Morfina, 347, 348, 349 Morfologia, eritrócito, 554-555 Mortalidade, diarreia e, 718 Morte celular. Ver Apoptose Morte celular programada. Ver Apoptose Motilidade, 688, 688{, 693-694, 693{, 694{, 709{ distúrbios da, 694 no intestino grosso, 716-717 regulação da, 699-704, 700{, 702t Motilina hormónio gastrintestinal que estimula o complexo motor migratório, (Cp 21), 702t, 703-704 Motivação, 321-322 Motoneurónio. Ver Neurónio eferente; Neurónio motor Movimento. Ver também Movimento corporal através das membranas celulares, 132-177, 137{ citoesqueleto no, 67 energia para, 96 proteínas motoras no, 67, 67{, 92 tipos de, 457-459, 458-459t Movimento corporal controle do, 446-466 cerebelo e, 311 integrado, 457-463, 459{, 459t, 460{, 461{, 462( músculos viscerais e, 463 reflexos autonómicos no, 447, 447t, 449-450, 449-450( reflexos do músculo esquelético no, 449-457, 450{, 452-456( reflexos neurais no, 447-448, 447t, 448{

mecanismos do, 427-432, 428-431( produção de calor e, 7 50 tipos de, 457-459, 458-459t vestíbulo e fornecimento de informações sobre o, 362-363, 364{ Movimento de força movimento da cabeça da miosina que é a base da contração muscular, (Cp 12), 413-415 Movimento de massa onda de contração no intestino grosso que desencadeia a defecação, (Cp 21), 716 Movimento dos pontos cruzados (movimento de força), 413-417 Movimento iónico, 138 no potencial de ação, 262-263, 262{ no transporte transcelular da glicose, 157 sinal elétrico criado por, 25 7 Movimento mucociliar camada de muco que reveste o trato respiratório e é movida para cima pelos cílios para que possa ser deglutido, (Cp 17), 574, 789-790 Movimento rápido dos olhos, no sono, 319, 319(. Ver Sono REM Movimento reflexo, 457-459, 458-459t Movimento rítmico combinação de reflexos e movimentos voluntários que precisam ser iniciados e terminados por um estímulo proveniente do córtex cerebral, mas, uma vez iniciado, pode ser sustentado por geradores de padrão central, (Cp 13), 458-459, 458-459t Movimento voluntário, 458-459, 458-459t controle do, 459-460, 460{ MRI. Ver Imagem por ressonância magnética mRNA. Ver RNA mensageiro MSH. Ver Hormónio melanócito estimulante Mucina, glicoproteína do muco, 697 Muco (catarro), 580 Muco cervical, 849-851, 854-855 Muco secreção exócrina espessa e pegajosa que contém glicoproteínas e proteoglicanas, (Cp 3, 17, 21, 24, 26), 79, 79{, 574, 697, 711{, 713, 713f cervical, 849-851, 854-855 exocitose na liberação do, 154 na defesa do corpo, 789-790 na fibrose cística, 161-162, 165, 574, 696 no sémen, 843t secreção do sistema digestório de, 687, 697, 71 lf, 713, 713f Mucopolissacarídeos, 766 Mucosa gástrica atividade secretória da, 711-713, 71 lf, 712{ proteção da, 713, 713f Mucosa revestimento interno do trato GI, 689, 690{, 691{, 692, 716 como barreira de defesa, 713, 713{, 789-790 Multiplicadores contracorrente arranjo anatómico da alça de Henle que concentra solutos na medula renal, (Cp 20), 658-660, 659-660( Multipotente células indiferenciadas em um tecido que podem se dividir e se desenvolver nas células especializadas desse tecido, 85 Murad, Ferid, 192 Muscarina antagonista dos receptores colinérgicos muscarínicos, (Cp 11), 276t, 395t Muscular da mucosa camada fina de músculo liso presente na mucosa gastrintestinal, (Cp 21), 691{, 692, 717{ Muscular externa, 689, 691{, 692-693, 716, 717{ Músculo branco músculo com poucas mitocóndrias que usa basicamente a glicólise anaeróbia, (Cp 12), 423, 424t Músculo cardíaco músculo estriado do coração, (Cp 3, 11, 12, 14), 84, 438-440, 440t, 477{, 481-487, 481{ contração do, 407, 481-486, 481-485{ acoplamento excitação-contração no, 482-483, 482f condução elétrica na coordenação do, 487-489, 489{, 490(

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controle neural e endócrino do, 502-503, 502{, 503f força da, 483, 483{ graduado,483,483{ controle autonómico do, 391-392, 407 controle do movimento no, 463 período refratário no, 484, 485f potencial de ação no, 481, 482, 482{, 483-486, 484{, 485{, 486{, 488-489, 488t ECG comparado com o, 492, 494f relação comprimento-tensão na, 483, 483{, 501,501( Músculo ciliar músculo do olho cuja contração relaxa as zónulas e arredonda a lente, (Cp 10), 367{, 370, 371{ Músculo escaleno músculo respiratório que levanta a parte superior da caixa torácica, (Cp 17), 570, 572{, 579, 581 Músculo esquelético músculo estriado usualmente fixado aos ossos; responsável pelo movimento e o posicionamento do esqueleto, (Cp 3, 9, 12, 13, 14, 17, 19, 21, 25), 84, 407, 407{, 408-427, 410-411{, 440t anatomia do, 408-412, 410-411( classificação do, 422-423 contração do, 407, 412-421. Ver também Contração muscular distúrbios do, 431-432 elementos elásticos em série do, 428, 429{ fadiga e, 421-422, 421{ fibras do, 408-409, 408t, 410{, 411{, 412{ fluxo sanguíneo para o, 525-526( inervação do motoneurónio, 397{, 398-399, 399{ mecânica do movimento corporal e, 427-432 metabolismo energético no, 415-416, 416{, 420-421, 420{, 814-816, 815{, 816{ no sistema de alavancas, 428-430, 430{, 431{ potencial de ação no, 409, 412, 412{, 417-420, 418{, 419{, 488t músculo estenocleidomastoideo músculo inspiratório que auxilia a elevar as costelas superiores, (Cp 17), 570, 572{, 581 Músculo involuntário, 407. Ver também Músculo liso Músculo liso gastrintestinal, 432, 693, 693{, 694, 694( Músculo liso multiunitário músculo liso em que as células não são acopladas eletricamente, e cada fibra muscular é controlada individualmente, (Cp 12), 433{, 434 Músculo liso músculo encontrado nos órgãos internos que não têm sarcómeros organizados, (Cp 3, 11, 12, 14, 15, 17, 18, 19, 26), 84, 407, 407{, 432-438-439, 440t anatomia do, 432, 433-434, 433{, 434, 434{, 435{ contração do, 407, 432, 432{, 433, 435, 435{, 436-438, 436{, 437-438( controle autonómico e, 391-392, 407, 438-439 controle do movimento no, 463 controle hormonal e parácrino do, 432, 438-439 filamentos de actina e miosina no, 434, 435f gastrintestinal, 432, 693, 693{, 694, 694( potencial de membrana do, 432-433, 437-438, 438-439( relaxamento do, 432, 432{, 433, 436, 436-437{, 450 sinais químicos na regulação do, 443, 437-439 uterino, 44 vascular, 432, 514, 514(. Ver também Músculo liso vascular Músculo liso ocular, 432 Músculo liso reprodutivo, 432 Músculo liso respiratório, 432 Músculo liso unitário, 433, 433(. Ver também Músculo liso visceral Músculo liso urinário, 432

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Músculo liso vascular músculo liso dos vasos sanguíneos, (Cp 15), 432, 514, 514( autorregulação miogênica dos, 522-524 controle simpático do, 522-524, 525-526( substâncias parácrinas que afetam a contração do, 522-524, 522-524( Músculo liso visceral músculo liso dos órgãos internos, (Cp 12), 433, 433( controle do movimento do, 463 Músculo papilar pequeno músculo no interior dos ventrículos que se prendem às cordas tendíneas, (Cp 14), 477{, 479, 480( Músculo piloeretor, 86f Músculo tríceps braquial, 408 Músculo um conjunto de células musculares, (Cp 3, 12, 22), 84, 84t, 406-445, 407{, 440t. Ver também tipo específico antagonista, 408, 408( cardíaco, 84, 407, 407{, 438-440, 440t, 477{, 481-487, 481{. Ver também Coração contração do. Ver Contração muscular desuso do, 431 elemento elástico do, 428, 429( esquelético, 407, 407{, 408-427, 410-411{, 440t inervação neuromotora do, 398-399, 399( liso, 407, 407{, 432-438-439, 440t mecânica do movimento corporal e, 427-432 nos sistemas de alavanca, 428-430, 430{, 431( taxa metabólica e, 728 tipos de, 407, 407{, 440t uso excessivo do, 431 "Músculo vermelho" músculo que tem grande quantidade de mitocóndrias e bom suprimento sanguíneo, realizando metabolismo oxidativo, (Cp 12), 423, 424t Músculo voluntário, 407. Ver também Músculo esquelético Músculos abdominais, na respiração, 572{, 582 Músculos do olho, extrínsecos, 365-366, 365-366( Músculos estriados músculos que apresentam bandas claras e escuras perpendiculares ao comprimento (eixo longitudinal) da fibra; inclui músculos esquelético e cardíaco, (Cp 12), 407, 407{, 481 Músculos expiratórios músculos abdominais e intercostais internos, (Cp 17), 572{, 580{, 582 Músculos extrínsecos do olho, 365-366, 365-366( Músculos inspiratórios músculos intercostais externos, diafragma, escalenos e esternocleidomastoideos, (Cp 17), 572{, 580, 580{, 581 Músculos intercostais externos, 570, 572{, 579, 581 Músculos intercostais internos, 5 70, 5 72{, 582 Músculos intercostais músculos associados com a caixa torácica; usados na respiração, (Cp 17), 570, 572{, 579, 581, 582 Músculos respiratórios, 572{, 579, 580, 580{, 581, 582 Mutação, 899 distúrbios ligados ao cormossomo X e, 830 Mutante, camundongo, doenças humanas estudadas em, 240, 272 Na+ glicose, simporte. Ver Transportador sódio-glicose ativo secundário (simportador) Na+. Ver Íon sódio Na+Ca2+, trocador. VerTrocador sódio-cálcio Na+H+, trocador. VerTrocador sódio-hidrogênio Na+K+-2cr, transportador. Ver Transportador sódio-potássio-cloreto (simportador) Na+K+-ATPase. Ver ATPase sódio-potássio nAChR. Ver Receptor nicotínico NaCl. Ver Cloreto de sódio NAD (dinucleotídeo de adenina nicotinamida) Molécula que captura e transfere energia com elétrons de alta energia, (Cp 2), 33{, 34, 111 NADH, 99, 99{, 105, 107, 108, 109{, 111, lllf, 112-113, 112-113( NADPH, 99, 99{, 105

Nanismo condição de estatura baixa causada por quantidades inadequadas de hormónio do crescimento durante a infância, (Cp 23), 769-771 Nariz como receptor, 200-201{. Ver também Olfação Natriurese perda de sódio (Na+) na urina, (Cp 20), 664-665 Náusea, 694, 718 NCAM. Ver Molécula de adesão celular neural NCX. Ver Trocador sódio-cálcio Nebulina proteína gigante não elástica que alinha os filamentos do sarcómetro, (Cp 12), 409, 410{, 411{, 412, 414( Necrose morte celular devida a toxinas, dano físico ou falta de oxigênio. As células que estão morrendo liberam enzimas que podem danificar células vizinhas, (Cp 3), 85 Nefrina proteína da membrana da fenda de filtração do podócito, (Cp 19), 631 Néfron distal túbulo distal e dueto coletor, (Cp 19, 20), 625 concentração da urina e, 654-655, 655( no equilíbrio ácido-base, 678, 678( Néfron túbulo microscópico que é a unidade funcional do rim, (Cp 19), 624-625, 626-627( distal, 625, 654-655, 655{, 678, 678( estrutura do, 624-625, 626-627( função do, 625-629, 628(. Ver também Funções renais Néfrons corticais, 624, 626( Néfrons justamedulares, 522-524, 627( Nefropatia diabética, 631 Neostigmina, 395t Nervo abducente Nervo craniano que controla o movimento do olho, (Cp 9), 310t Nervo acessório (XI) Nervo craniano que controla os músculos da cavidade oral, pescoço e ombros, 3 lOt Nervo coccígeo, 302( Nervo coclear, 356, 358{, 359{, 361, 362( Nervo conjunto de axónios situados entre o sistema nervoso central e as células-alvo periféricas, (Cp 3, 8), 84, 84t, 250 reparo de dano no, 288{, 289 Nervo craniano 12 pares de nervos periféricos que se originam primariamente do tronco encefálico, (Cp 9), 300{, 308{, 310, 3 lOt, 338 Nervo espinal, 302{, 306 nervo espinal acessório, 310t Nervo facial nervo craniano que conduz as sensações gustatórias e sinais eferentes da expressão facial e para a secreção de saliva e lágrimas, (Cp 9), 310t Nervo frênico, 250, 613, 614, 614( Nervo glossofaríngeo nervo craniano que conduz informação sensorial da cavidade oral e de barorreceptores e quimiorreceptores arteriais, bem como informações eferentes para deglutição e salivação, (Cp 9), 3 lOt, 613 Nervo hipoglosso, 310t Nervo intercostal, 613 Nervo misto nervo que conduz tanto informação sensorial quanto motora, (Cp 8), 250, 310, 386 Nervo motor, 250 Nervo oculomotor, 3 lOt Nervo olfatório, 310t, 338, 349, 350{, 351( Nervo óptico, 310t, 367, 367{, 372, 373{, 373{, 377-378, 377-378( Nervo sensorial, 250 Nervo trigêmeo, 3 lOt Nervo troclear, 310t Nervo vago nervo craniano que conduz informação sensorial e sinais eferentes de/para muitos órgãos internos, incluindo o coração e o trato GI, (Cp 9, 11), 310, 310t, 389, 390{, 613 Nervo vestibular, 363, 365-366( seccionado, na doença de Menieré, 371 Nervo vestibulococlear, 310t, 355, 356, 361, 362f Nervo/medula espinal cervical, 302{, 306 Nervo/medula espinal sacral, 302{, 306 Nervos espinais lombares, 302{, 303 Nervos/medula espinais torácicos, 302{, 306

Neural/neuroendócrino/endócrino, comparações, e, 205-209, 206{, 207{, 208t, 209t Neurócrino qualquer molécula secretada por uma célula nervosa, (Cp 61 8), 180, 275-278, 276t Neurócrinos lipídeos, (Cp 8), 278 Neuroepitélio, 255 Neurofilamento filamentos intermediários dos neurónios, (Cp 3), 63, 64t Neuroglia. Ver Células gliais Neuro-hipófise extensão do encéfalo que secreta hormónios neurossecretórios sintetizados no hipotálamo, (Cp 7, 9, 20, 26), 218-220{, 227-229, 227-230, 227-229{, 311, 311( Neuro-hormôrnio hormónio que é produzido e secretado por um neurónio, (Cp 61 7, 9), 180, 181{, 206, 207{, 217, 219, 227-229, 275 adeno-hipófise, 229-230, 230-23 lf neuro-hipófise, 227-230, 229-230( Neuroimunomodulação capacidade do sistema nervoso de influenciar a função imunitária, (Cp 24), 806-808, 807{, 808( prolactina e, 861 Neuromodulador substância química que altera a resposta de um neurónio mais lentamente do que os neutransmissores, (Cp 61 9, 21), 180, 275, 317t. Ver também Neurotransmissor do sistema nervoso entérico, 701 Neurônio adrenérgico Neurónio que secreta noradrenalina, (Cp 8), 277 Neurónio aferente. Ver Neurónio sensorial Neurónio anaxónico, (Cp 8), 149, 151( Neurônio autonômico neurónios eferentes que controlam os músculos lisos, o músculo cardíaco, muitas glândulas e parte do tecido adiposo, (Cp 11, 14, 19), 248{, 249, 250, 389-389, 388{, 396-397 Neurônio bipolar neurónio com um único axónio e um dendrito, (Cp 8, 10), 37, 249, 251( na retina, 372, 373{, 374{, 377 Neurônio célula nervosa capaz de gerar e transmitir sinais elétricos, (Cp 3, 7, 8 1 9, 10), 62f, 84, 180, 181{, 247-253, 250{, 251{. Ver também tipo específico e Rede neural autonómico, 248{, 249, 250, 386, 388-389, 388{, 396-397 cálcio afetando a excitabilidade do, 773-774 células gliais sustentando, 253, 254{, 255( composição da membrana do, 57t corpo celular do, 347t, 250-251, 250t desequilíbrio do pH afetando o, 673-674 diferenciação da célula tronco em, 255 do córtex cerebral, 311-312, 313( evolução do sistema nervoso e, 297-298, 298( fonte energética para o, 306 função dos, 249-250 junções comunicantes no, 84, 247-248, 273-274 lesões nos, 251, 288-289, 289( múltiplo, na via neural, 283-284, 283(, 284{, 285( necessidades metabólicas e, 305-306 potencial de membrana em repouso, 167 propriedades emergentes do, 247-248, 297, 307,309 sinais elétricos no, 147-148, 247-248, 251-253, 251-252( tamanho do, velocidade do potencial de ação e,270,270( Neurônio colinérgico neurónio que secreta acetilcolina, (Cp 8 1 11), 277 Neurónio de associação. Ver Interneurónio Neurónio de primeira ordem, 336, 337( Neurónio de segunda ordem, 336, 33 7f Neurônio eferente neurónio periférico que conduz sinais do sistema nervoso central para as células-alvo, (Cp 8 1 11), 248, 248{, 250, 251( Neurónio gustatório, 353, 354( Neurónio motor, 249, 397(, 398, 399(. Ver também Neurónio eferente na síndrome de Guillain-Barré, 251-252 na unidade motora, 426, 426(

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Glossário/lndice

Neurônio motor alfa neurônios que inervam as fibras musculares extrafusais e causam a contração muscular, (Cp 13), 438-439, 440-441f Neurônio motor gama pequeno neurônio que inerva as fibras intrafusais dentro do fuso muscular, (Cp 13), 4S0f, 4Sl, 4S3f Neurônio motor somático neurônios eferentes que controlam os músculos esqueléticos, (Cp 11, 12, 19), 248(, 2SO, 386, 397(, 398-399, 461, 461f Ver também Neurônio motor na síndrome de Guillain-Barré, 2Sl-2S2 na unidade motora, 426, 426f no reflexo dos músculos esqueléticos, 4SO, 4S0f Neurônio multipolar, 249, 2S lf Neurônio não adrenérgico não colinérgico neurônio que secreta um outro neurotransmissor que não a ACh, (Cp 11), 391, 701 Neurônio noradrenérgico, 277 Neurônio parassimpático, 196-197, 197-198(, 386, 389,39S Neurônio pós-ganglionar neurônio autonômico que tem seu corpo celular no gânglio e envia seus axônios para o tecido-alvo, (Cp 11), 388, 389, 388(, 396-397 Neurônio pré-ganglionar neurônio autonômico que se origina no sistema nervoso central e termina em um gânglio autonômico, (Cp 11), 388-389, 388{, 396-397 Neurônio pseudounipolar, 246, 2S lf Neurônio sensorial primário neurônio sensorial que leva informação do receptor sensorial para a medula espinal, (Cp 10), 336, 337(, 340-341, 340-341{, 341, 343, 343(, 344t Neurônio sensorial secundário neurônios espinais que levam informação ascendente para o encéfalo, (Cp 10), 336, 337(, 339-340, 340-341{, 343, 343(, 344t Neurônio sensorial terciário, 340-341{, 343-344, 343(, 344t Neurônio sensorial neurônio que transmite informação sensorial para o sistema nervoso central, (Cp 8, 10, 13), 247-248t, 248, 248(, 249-2SO, 2Slf, 336-338, 337( no reflexo do músculo esquelético, 4SO, 4S0f, 4Sl,4S2f Neurônio simpático, 196-197, 197-198(, 389, 391 Neurônio simpático colinérgico neurônio simpático que usa ACh como neurotransmissor, (Cp 11), 391 Neurônios do sistema nervoso entérico extrínsecos e intrínsecos, (Cp 21), 701 Neurônios expiratórios, 612{, 614 Neurônios inspiratórios neurônios motores somáticos que controlam os músculos inspiratórios, (Cp 18), 612{, 614 Neurônios interconectantes. Ver Interneurônios Neurônios intrínsecos e extrínsecos do sistema nervoso entérico, (Cp 21), 701 Neurônios marcapasso bursting (explosão) de, (Cp 8), 262 gástrico, 693, 694 tonicamente ativos, (Cp 8), 262 Neurônios marcapasso tonicamente ativos, (Cp 8), 262 Neurônios marcapassos, (Cp 8), 262 neurônios múltiplos na, 283-284, 283(, 284(, 28Sf Neurônios respiratórios, 612{, 613-614, 613f Neuropatia autonômica, 396-397 diabética, 348, 396-397 Neuropatia autonômica, 396-397 Neuropatia diabética, 348, 396-397 Neuropatia diabética autonômica distúrbios da função neuronal como uma complicação do diabete melito, (Cp 11), 348, 396-397 Neuropeptídeo, 392 neuroimunomodulação e, 807 no controle da ingestão alimentar, 72S, 726(, 726t

Neuropeptídeo Y neurotransmissor encefálico que estimula a ingestão alimentar, (Cp 22), 72S, 726(, 726t anorexia nervosa e, 74S Neurormônio hipotalâmico, 227-230, 229-231( Neurotoxina derivada do eosinófilo, 789 Neurotoxina substância química que altera adversamente a função neural, (Cp 8), 272, 274, 277 derivada de eosinófilos, 789 tetanoespasmina, 448, 4S6, 463 Neurotransmissor amino neutrotransmissor sintetizado a partir de aminoácidos incluindo catecolaminas, histamina e serotonina, (Cp 8), 276t, 277 Neurotransmissor sinal químico liberado por um neurônio que influencia a célula-alvo do neurônio, (Cp 6, 8, 9, 11, 14), 180, 181{, 206, 207(, 208, 247-248, 274, 274{, 27S, 27Sf agonistas e antagonistas do, 39S, 39St autonômico, 389-391, 391{, 392, 392(, 393t na modulação da freqüência cardíaca, 486-487, 487(, SOO-SOl, SOO( no controle do músculo liso, 432, 438-439 inativação do, 280-281, 281f na transdução do paladar, 3S3, 3S4f na transdução do som, 3S6, 3S8f nas varicosidades, 2SO, 392, 392( no equilíbrio, 363 no sistema nervoso entérico, 701 sinal de cálcio para liberação do, 274-27S sistema modulatório difuso secretando, 317-318, 317t, 318f vários tipos de receptores para, 278-279 Neurotransmissores autonômicos, 389-391, 391{, 392, 392(, 393t na modulação da frequência cardíaca, 486-487, 487(, SOO-SOl, SOO( no controle do músculo liso, 438-439 Neutrófilos leucócitos que ingerem patógenos e liberam citocinas, (Cp 16, 24), S48f, S49-SS0f, SSO-SSl, SS1-SS2f, 788, 789, 789(, 790-791 Nêutron partícula subatômica sem carga e massa de 1 u.m.a., (Cp 2), 21, 21f, 22-23 Neutropenia baixo número de neutrófilos no sangue, SS1-SS2 Newton (N), A-31f Newton, Sir Isac, 893t NH 4+. VerÍon amônio NHE, antiporte. VerTrocador sódio-hidrogênio, 149t, 676-677 Niacina, 73S-736 Nicolson, G .L, S 7 Nicotina, reposição/adesivos, 399, 401 Nicotina agonista de receptores colinérgicos nicotínicos; substância química encontrada no tabaco, (Cp 11), 41, 276t, 322, 386, 387, 389, 39St, 396-397, 399, 401-402 Nicotinamida adenina, dinucleotídeo (NAD) molécula que captura e transfere energia com elétrons de alta energia, (Cp 2), 33{, 34 NIDDM. Ver Diabete melito tipo 2 Niedergerke, Rolf, 412 NIH roadmap, 179 NIS. Ver Simportador sódio-iodeto Nitratos, efeitos vasoativos, 192 Nitrogênio, 22 pressão parcial do, S77t Nitroglicerina, 192, 483 Níveis de organização, 2, 2f NKCC, simportador O transportador Na+-K+-2ci-, (Cp S), 148-149, 149t na regulação renal do equilíbrio da água, 6S9-660 na secreção do NaCl, 696 no transporte transcelular da glicose, 1S7 , NO. Ver Oxido nítrico Nó atrioventricular (nó AV) condução de eletricidade para os ventrículos, localizado próximo ao soalho do átrio direito, (Cp 14), 488, 490f

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Nó atrioventricular (nó AV) retardo diminuição da condução elétrica através do nó AV que permite que o átrio complete a contração antes dos ventrículos começarem a se contrair, (Cp 14), 489 Nó AV. Ver Nó atrioventricular Nó sinoatrial (SA) grupo de células autoexcitáveis do átrio direito do coração; principal marcapasso do coração, (Cp 14), 488, 489, 489(, 490f Nobel, Alfred, 192 Nocicepção, 342 Nociceptor receptor sensorial associado com a dor, (Cp 10), 346 afetado pela bradicinina, 792-793, 792-793t dor e prurido mediados pelo, 346-347, 346t no reflexo de flexão, 4S6, 4S6f Nodo SA. Ver Nó sinoatrial Noradrenalina (NA) neurotransmissor primário da divisão simpática do sistema nervoso, (Cp 6, 8, 9, 11, 14, lS, 22), 193, 218{, 22S-226f, 22S-227, 276t, 277, 389, 392, 393{, 393t, 739-740t agonistas e antagonistas, 39S, 39St efeito inotrópico da, S02, S02f, S03f efeitos vasoativos da, S21-S23t, S22-S24, S2S-S26f exercício afetando, 816 frequência cardíaca afetada pela, 486, SOO-SOl, SOO( inativação da, 281 no controle do músculo liso, 438-439 receptor para, 193, 194, 194{, 276t, 277, 388, 389, 390(, 391(, 392, 393t, 394t, 39St secreção da, 317t, 318, 318f secreção de insulina e, 739-740, 739-740t síntese axonal de, 392, 393t Norgay, Tenzing, 617 , NOS. Ver Oxido nítrico sintase Nós de Ranvier regiões não mielinizadas dos axônios mielinizados, (Cp 8), 2S3, 2S4f, 2SSf, 270-271, 271f NPClLl, trasportador de colesterol, 706 NSAID. Ver Fármacos anti-inflamatórios não esteroides NTS. Ver Núcleo do trato solitário Núcleo (átomo) o centro do átomo, composto de prótons e nêutrons, (Cp 2), 21 Núcleo (célula) corpo central de uma célula que contém DNA, (Cp 3, 8, 16), 62, 63{, 64f, 70-71, 71f Núcleo (sistema nervoso) um agregado de corpos celulares de neurônios no sistema nervoso central, (Cp 3, 8, 16), 2S3, 301 no tronco encefálico, 310 Núcleo do trato solitário, 613, 613f Núcleo supraquiasmático região do hipotálamo que se acredita que seja o centro de controle do relógio biológico, (Cp 9, 10), 320, 372 Nucléolo corpo dentro do núcleo que contém genes e proteínas para o controle da síntese de RNA ribossomal, (Cp 3), 64{, 71, 71f Núcleos cocleares, 361 Núcleos da base núcleos que circundam o tálamo e ajudam no planejamento dos movimentos, (Cp 9), 307, 309(, 311-312, 311-312( integração do movimento e, 4S9, 4S9t, 460(, 461 na doença de Parkinson, 462-463 Núcleos vestibulares, 36S, 36S-366f Nucleosídeo, 897 Nucleossomo, 897( Nucleotídeo cíclico, canais controlados por, 37S Nucleotídeo biomolécula usada para o armazenamento e transferência de informação e energia; composto por grupos fosfato, um açúcar com cinco carbonos e uma base, (Cp 2, Apêndice C), 33(, 34-3S, 34f, 897, 898f como segundo mensageiro, 186-187t função do, 34-3S Número atômico o número de prótons em um átomo de um elemento, (Cp 2), 22

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Glossário/ "lndice

Nutriente energia a partir de, 730-731, 730{ no sémen, 843t transporte n o sistema circulatório, 469, 469t NuvaRing®, 853-854 OAT transportador de ânion orgânico, (Cp 5), 151,645 Obesidade central, 747 Obesidade excesso de gordura corporal, (Cp 22), 725 doença cardiovascular e, 535-536, 746-747 no camundongo agouti, 763 n o diabete/síndrome metabólica, 745, 746-747 no hipercorticolismo, 762-763, 762-763{ Obestatina, 726t Ocitocina h ormônio p roduzido pela neuro-hipófise que causa contração do músculo liso uterino e das mamas, (Cp 61 7, 26), 218(, 229-230, 856-858, 859 amamentação e, 209, 861, 861{ trabalho de parto e, 203-204, 203-204(, 856-858, 859, 860{ Ocludinas proteínas que existem nas jun ções de oclusão, (Cp 3), 73(, 74-75, 75-76{ Oclusão (bloqueio), 516 Oddi, esfincter de. Ver Esfincter hepatopancreático Odoran te, 336, 350{ -ogênio (sufixo), 41, 696 OH, radical livre hidroxila, 23 Ohm (fl), 893t, 894-895 Óleos. Ver Lipídeos Olestra, 707, 718 Olfação, (Cp 9, 10), 315, 315(, 334t, 338, 349-35 1, 350(, 351{ receptores sensoriais para, 200-201(, 349, 350(, 351,351{ fásico, 342 Olh o, 365-377-378 anatomia do, 365-367, 365-366(, 367{ como receptor, 200-201(, 358. Ver também Fotorreceptores óptica do, 369-370, 370{ Oligodendrócito célula glial do SNC que forma a mielina, que envolve diversos axônios, (Cp 8), 253,254{ Oligopeptídeo, (Cp 2), 31(, 32, 704-705 orna- (sufixo), 5-6 Omeprazole, 713 ômica (sufixo), 5-6 Onda alfa amplitude baixa, ondas cerebrais de alta frequência e amplitude baixa características do estado de vigília em repouso, (Cp 9), 319 Onda delta ondas cerebrais de alta amplitude e baixa frequência do sono profundo, (Cp 9), 319, 319{ Onda P onda do ECG que representa a despolarização atrial, (Cp 14), 491, 492(, 493{ On da Q primeira onda da desp olarização ventricular, (Cp 14), 491, 492f, 493{ Onda R a maior onda do complexo QRS, (Cp 14), 493{ Onda S, 493{ Onda sonora, 355, 357{ transmissão da, 355-356, 358{ Onda T onda do ECG que representa a repolarização ventricular, (Cp 14), 491, 492(, 792-793{ Ondas, no eletrocardiograma, 491, 492{ Ondas cerebrais, no eletroencefalograma, 318, 319{ Ondas de rádio, 371 Ondas lentas, sono, 319, 319{ Opioides endógenos, 349 Opsina pigmento visual formado a p artir da rodopsina quando a luz incide sobre ela; a opsina inicia uma cascata de tran sdução de sinal, (Cp 10), 374(, 375, 376{ Opsoninas p roteínas que cobrem os patógenos para torná-los alvos das células imunitárias,

(Cp 24), 791-792, 792-793t, 795-796, 796-797(, 799-800, 801, 801{ Óptica relação física en tre a luz e as lentes, (Cp 10), 368-371, 369(, 370(, 371{ Órbita cavidade óssea que protege o olho, (Cp 10), 365-366, 365-366{ Orelha, 200-201f, 353 anatomia da, 353-355, 356{ células ciliadas da, 335-336, 335(, 355 localização do som e, 339-341, 339-340(, 361 na audição, 200-201(, 353-362, 357(, 358(, 360(, 361(, 362{ no equilíb rio, 200-201(, 334t, 353, 362-365, 364-366{ transdução do som e, 355-356, 358{ Orelha externa, 354, 356{ Orelha interna porção da orelha que contém a cóclea e células d liadas (pilosas), (Cp 10), 334, 353,355,356{ doença de Méniere e, 339-340 Orelha média, 354, 356{ Orexina, 725, 726, 726t Organela estruturas intracelulares que exercem uma ou mais das funções da célula, (Cp 3), 6-7, 63, 63(, 64(, 67-70. Ver também tipo esp ecífico membranosa, 63, 63{ não membran osa, 63 no transp orte epitelial, 78 Organ elas membranosas, 63, 63{ Organelas não membranosas organelas celulares que n ão são envoltas por membranas fosfolipídicas, (Cp 3), 63 Organismos vivos, propriedades dos, 94, 94t Organização topográfica do córtex visual, 377-378 Organ ofosforados, inseticidas, 395 Organ oterapia, 217, 219 Órgão dos sentidos, 335 Órgão espiral p orção da cóclea que con tém as células ciliadas (pilosas), (Cp 10), 357, 359{ Órgão grupo de tecidos que realizam fun ções relacionada, (Cp 1, 3), 2, 2f, 87 Órgão otolítico utrículo e sáculo do vestíbulo que detectam a aceleração linear e a posição da ,cabeça, (Cp 10), 363 Orgão tendinoso de Golgi receptores encontrados na jun ção dos tendões com as fibras musculares que respondem ao estiramento e à contração do músculo, (Cp 13), 450(, 453-454, 454{ Órgão vomeronasal estrutura olfatória relacion ada com recepção de feromônios em roedores, (Cp 10), 351 Órgãos glan dulares acessórios, 689 reprodutivos masculinos, 843, 843t Órgãos ocos (com cavidade), 2-3(, 54 Órgãos sexuais, 829. Ver também Gônada; Ovário; Testículo controle autonômico dos, 390{ Orgasmo série de con trações musculares involuntárias durante o ato sexual, acompanh adas de sensações de in tenso prazer, (Cp 26), 851-852 Orientação antiparalela, 885 Origem de um m ú scu lo a extremidade do músculo fixada mais p róximo ao tronco ou ao osso mais imóvel, (Cp 12), 408 Oscilação em torno do ponto de ajuste, 203-204, 203-204{ Osmolalidade concentração expressa como osmoles de soluto por quilograma de água, (Cp 5), 160 Osmolaridade concentração expressa em osmoles por litro, (Cp 5, 19, 20), 159-160, 160t, 163t, 164t, 651 balanço hídrico e, 657, 657{ comparando, 160, 160t da urina, 654-655, 655{ de soluções intravenosas, 163, 164t desidratação e, 671(, 672 distúrbios da, 668-669, 668{ resposta integrada aos, 567(, 652, 652(, 668-672, 670t, 671{

filtrado, modificação n o néfron do, 628-629, 628t, 629{ intersticial medular, 654, 658-659 líquido extracelular, 651, 658-659 secreção da aldosterona e, 662-663 regras para a, 163t regulação do, 623, 651, 668-672, 668(, 670t, 671{ sede e, 667 tonicidade, diferente de, 161-162 Osmolaridade intersticial medular, 654, 658-659 Osmole, 160 Osmômetro instrumen to que mede a osmolaridade de um líquido, (Cp 5), 161-162 Osmorreceptor receptor sen sorial que monitora a osmolaridade do líquido extracelular, (Cp 20, 21), 200-201(, 387, 657, 658(, 667, 670t, 714 Osmose movimen to de água através de uma membrana em resposta a um gradiente de concentração de um soluto, (Cp 5), 159, 159{ Osso compacto, 771-772, 771-773{ Osso esponjoso. Ver Osso trabecular Osso tecido conectivo calcificado, (Cp 3, 23), 82, 82t, 83(, 771-773, 771-773{ cálcio no, 82, 771-774, 773-774(, 773-774t mobilização pelo PTH, 775-776 fluxo sanguíneo para, 525-526{ reabsorção do, 771-772 osteoclastos n a, 774-775, 774-775(, 775-776 osteop orose e, 777-778 sistema de alavanca-fulcro e, 428-430, 430(, 431{ suporte do SNC, 301, 302{ Osso trabecular osso esponjoso com muitos espaços abertos, (Cp 23), 771-772, 771-772{ Osteoblasto células que produzem osso, (Cp 3, 23), 82t, 771-773, 772-773(, 774-775 Osteocalcina, 772-773 Osteócito forma men os ativa do osteoblasto, (Cp 23), 772-773 Osteoclasto célula grande, multinucleada, móvel que é responsável pela reabsorção óssea, (Cp 23), 82t, 774-775, 774-775(, 775-776, 788 Osteoide, 772-773 Osteonectina, 772-773 Osteopenia, 777-778 Osteoporose con dição patológica caracterizada por reabsorção óssea, excedendo a deposição óssea, (Cp 23), 777-778 Osteoprotegerina, 775-776 Otite média infecção bacteriana n a orelha média, (Cp 10), 354 Otólito p equenos cristais de carbonato de cálcio cujo movimento ativa as células dliadas (pilosas) do equilíbrio, (Cp 10), 363, 364(, 365{ Ouabaina glicosídeo cardíaco que inibe especificamente a Na+-K+-ATPase, (Cp 14), 503 Ovár io gônada feminina, (Cp 26), 218-220(, 224-225(, 829, 844, 845{ desenvolvimento do, 831, 831t, 832, 832{ Oviduto. Ver Tuba uterina Ovo. Ver Óvulo, ovócito Ovócito (oócito) célula germinativa feminina em desenvolvimen to que iniciou a meiose, (Cp 26), 833-835, 835(, 844, 845t, 846{ Ovócito, 72(, 829, 830(, 833, 834, 835(, 844. Ver também Ovócito fertilização do, 829, 835, 835(, 844, 854-857, 856-858{ in vitro, 854-855, 860 Ovócito primár io ovócito que tem o DNA duplicado mas não sofreu divisão meiótica, (Cp 26), 833, 834, 835(, 844, 845t Ovócito secun dário o ovócito que é ovulado e que já sofreu a primeira divisão meiótica, (Cp 26), 833-834, 835{ Ovogônia (oogônia) células germinativas do ovário, (Cp 26), 834, 835(, 844 Ovulação liberação de um ovócito maduro do seu folículo no ovário, (Cp 26), 835, 847, 848(, 849-851

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Glossário/lndice ;

Ovulo (ovócito) gameta feminino. Sinónimo: ovo, (Cp 26), 62(, 829, 833, 845t, 849{ fertilização do, 829, 835, 835(, 844, 854-857, 856-857(, 856-858( in vitro, 854-855, 860 Oxaloacetato, 110, 11 lf Oxidação, 103-104, 104t beta, 115, 115(, 735-737, 741-742 exercício e, 816 Oxidase, 104t Oxido nítrico (NO) substân cia parácrina de ação rápida que relaxa o músculo liso; também atua como neutrotransmissor e neuromodulador, (Cp 6, 8, 12, 15, 16), 191-192, 276t, 277-278 disfunção erétil e, 851-852 efeitos vasoativos do, 192, 521-523t, 522-524 músculo liso afetado pelo, 438-439 plaquetas afetadas pelo, 560-561(, 561-562 Oxido nítrico sintase (NOS) enzima que sintetiza NO a partir da arginina e do oxigénio, (Cp 6, 15), 192 Oxidorredutase, 104t Oxigénio, 22, 24, 25f diminuído, 601-602, 602( arterial e venoso, 599-600, 600t, 61 lf controle arteriolar e bron quiolar e, 590-591, 590-591(, 590-591t curva de dissociação hemoglonin a-oxigénio afetada por, 607, 607( hiperventilação pelo exerácio e, 818, 8 18f hipóxia por grande altitude e, 610 ligação/transp orte de oxigénio e, 603, 604, 604(, 605-606, 605(, 609{ monitoramento por quimiorrecep tor periférico e, 612(, 615, 615f mudanças n a membrana alveolar e, 602-603, 603{ no edema p ulmon ar, 602, 602{ ven tilação afetada por, 614-616-617, 615f efeitos vasoativos do, 521-523t, 522-524 formação de radical livre e, 23 ligação com a hemoglobina. Ver Ligação com ox1gen10 necessidade do encéfalo de, 306 pressão parcial do (P0 z), 576, 577t, 599-600, 599(, 600(, 600t alveolar, 576, 577t, 588-590, 588-590(, 599, 600(, 61 l f solubilidade do, 599, 599(, 603, 605{ tran sp orte do, 469, 469t, 570, 598(, 603-609, 604(, 605(, 609(, 611{. Ver também Ligação com ox1gen10 distúrbios dos eritrócitos afetan do o, 555-558 trocas de, 570, 598(, 611f difusão e solubilidade e, 598-599, 599{ oximetria de pulso na avaliação do, 601 ventilação afetada por, 612{, 614-617, 615{ Oxi-hemoglobina (Hb0 2) hemoglobin a ligada ao oxigénio, (Cp 18), 605. Ver também Ligação do oxigénio Oxímetro de pulso, 601 ;

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P. Ver Gradien te de pressão PA • Ver Pressão alveolar PAF. Ver Fator ativador de plaquetas Paladar, 315, 315(, 334t, 352-353, 352(, 354f mudan do, 355 recep tores sensoriais p ara o, 200-20 1{, 352-353, 352{, 354{ no trato GI, 355, 701 Pálpebra, 365-366, 365-366{ PAM. Ver Pressão arterial média PAMPs (pathogen-associated molecular patterns), 790-791 PAN. Ver Peptídeo atrial n atriurético Pâncr eas órgão digestório que secreta enzimas, bicarbon ato e hormónios, (Cp 3, 7, 21, 22), 79, 217, 219, 218-220{, 689, 690{, 709{, 735-738, 737-738( con trole auton ómico do, 390{

hormónios produzidos pelo, 271, 218-220(, 735-738, 737-738{. Ver também Insulina e glucagon porção/função exócrina do, 689, 690(, 695, 696(, 709(, 714-715, 715f Pancreatectomia, 217, 219 Pancreatite, tratamento com h ormónio do crescimento, causa, 771-772 Papanicolau, George, 54 Papaver somniferum, 349 Papilomavírus humano, infecção, 80, 87 Paralisia distúrbios na medula espinal que causam, 306 distúrbios periféricos (polineuropatia axon al motora aguda/síndrome de Guillain-Barré) causan do, 247-248, 249, 251-252, 273, 275, 279, 287, 289-290 periódica, 407, 420, 422, 431, 433, 440-441 Paralisia flácida, 431 Paralisia periódica, 407, 420, 422, 431, 433, 440-441 Paralisia periódica hipercalémica, 422, 431, 440-441 Paralisia periódica hipocalémica, 422 Parâmetro uma das variáveis em um sistema, (Cp 1, 6), 196-197 Paratormónio. Ver Hormónio da paratireoide Pareamen to de bases, 34f, 121-122, 121{ Parede do tórax, 570 Partículas, em solução, osmolaridade e, 160 Parto, trabalho, 859-859, 859(, 860f Parto processo de nascimento, (Cp 26), 856-859, 859(, 860f Pascal (P), 893t Patógen o, p adrão molecular associado (PAMPs), 790-791 Patógeno qualquer substância capaz de causar uma doen ça, (Cp 24), 783, 783-785, 784(, 784t inalado, proteção para, 569 Patologia endócrina. Ver Distúrbios do sistema endócrino Patologia primária, 237-238, 237-238{. Ver Disfun . , . çaopnmana Pcap· Ver Pressão hidrostática capilar PC02 , 577t, 599, 599(, 600, 600(, 600t, 611f alveolar, 588-590, 588-590(, 600, 600(, 611, 61 1f arterial e venoso, 600, 600t, 611(, 615-617, 616-617{ con trole arteriolar e bronquiolar do, 590-591, 590-591(, 590-591t curva de dissociação oxigénio-hemoglobin a afetada pela, 607, 608f elevada, 601, 609 hiperven tilação do exercício e, 818, 8 18f hipoxia da grande altitude e, 610 monitoramento pelo quimiorreceptor p eriférico da, 612(, 615, 615f no edema pulmonar, 602, 602( nos distúrbios ácido-base, 675, 675(, 676-677, 679-680, 679t pH afetado pel, 675-677, 675(, 679, 679t, 680 remoção do C02 nos pulmões e, 611 ventilação afetada pela, 614-617, 616-617( Pco2 alveolar, 588-590, 588-590(, 600, 600(, 611, 611f Pco2 plasmática regulação da ventilação e, 616-617, 616-617( tran sp orte de dióxido de carbono e, 61 1, 61 lf PCOS. Ver Síndrome do ovário policísticco PCR (proteína C reativa), 539, 791-792, 792-793t PDE-5. Ver Fosfodiesterase-5 PDGF. Ver Fator de crescimento derivado das plaquetas Ped icelos (pés d os podócitos) exten sões citoplasmáticas longas de um podócito que se enrolam ao redor dos capilares glomerulares, (Cp 19), 630(, 631 astrócito, barreira hematencefálica e, 303, 305f Pedras n os rins. Ver Cálculo ren al

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Peixe, sistema nervoso do, 298(, 299 Peixe baiacu, neurotoxin as do, 277 Pele, 86{. Ver também Sistema tegumentar como barreira de defesa, 789-790 fluxo sanguíneo para, 525-526{ hormónios produzidos pela, 218-220( receptores de tato na, 345, 345(, 345t Pelve, (Cp 3), 54, 55f Pelve renal, 625, 626( Pendrina, 764, 765{ Pénfigo, 74-75 Penicilin a, 43, 639-640 depuração da, 634, 634f secreção tubular da, 639-640 Pénis, 838, 839(, 840f desenvolvimento do, 831t, 833f PEPS. Ver Potencial pós-sináptico excitatório Pepsina uma protease gástrica, (Cp 4, 21), 703-705, 712, 712(, 713 Pepsinogênio a forma inativa da pepsina, (Cp 4, 21), 696, 712, 712(, 713 Peptl, transportador, 704-705 Peptidase enzima que degrada pep tídeos grandes em p eptídeos menores ou em aminoácidos, (Cp 2, 4), 40, 104, 104t, 114, 714 Peptídeo atrial natriurético (PNA) h ormónio peptídico produzido p elos átrios do coração que aumenta a excreção renal de Na+ e água, (Cp 7, 15, 20), 218(, 277, 522-524, 664-665 como vasodilatador, 521-523t, 522-524 Peptídeo C, 221-222, 223-224{ Peptídeo gastrintestin al, 700, 700(, 701-704, 702t Peptídeo inibidor gástrico (GIP), 702, 702t, 713, 746-747 Peptídeo insulin otrópico dependente de glicose (GIP), 702, 702t, 713, 746-747 Peptídeo liberador da gastrina, 712 Peptídeo natriurético, 664-666, 665-666( como vasodilatador, 521-523t Peptídeo natriurético cerebral (BNP), 664-666 Peptídeo opioide/opiáceo, 277, 348-349 Peptídeo relacionado ao gene da calcitonina peptídeo neuronal que é codificado pelo mesmo gen e da calcitonina, (Cp 7), 240 Peptídeo semelhante ao glucagon-1 (GLP-1), mimético, 746-747, 746-747t Peptídeo semelhante ao glucagon-1 (GLP-1) candidato a hormónio gastrintestinal que estimula a liberação da in sulina e inibe a liberação do glucagon, (Cp 21, 22), 702, 702t, 713, 726t, 738-739, 746-747 Peptídeo uma cadeia de 2-9 aminoácidos, (Cp 11, 20, 21, 22), 32 absorção de, 703-705, 703-705(, 704-705( como neurotransmissor, 277 gastrintestinal, 700, 700(, 701-704, 702t gonadal, 836, 837{ no con trole da in gestão alimentar, 725, 726(, 726t novas abordagens na descobertas de, 726 Peptídeo intestinal vasoativo (VIP), 702 Percen tual de saturação da hemoglobina, 606-607, 607( Percepção, 315-316, 317f vias da, 338-340, 338(, 343-344, 343(, 344t Perda aud itiva central perda da audição devido a uma lesão no córtex auditivo ou n as vias neurais deste até a orelh a, (Cp 10), 361 Perda auditiva sensorioneural, 361 Perda con dutiva da audição perda da audição causada pela falha na transmissão do som na orelha externa ou média, (Cp 10), 361 Perda con dutiva de calor, 748, 748f Perda da audição, 361-362 dano por ruído e, 355 Perda de calor, 748, 7 48f suor e, 750 Perda de calor convectivo, (Cp 22), 748, 748{ exercício e, 822 Perda de calor radiante, 748, 748f

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" Glossário/lndice

Perda de líquido, 668, 668(, 688, 688f desidratação, estimativa, 159 sudorese e, 669, 750 Perda de memória, 323-326 Perda de peso, no diabete melito tipo 2, 746-747 Perda de sangue. Ver Hemorragia Perforina proteína formadora de poro secretada por células imunitárias, (Cp 24), 792-793t, 798-800, 802f Perfusão fluxo sanguíneo para os tecidos pulmunares, (Cp 15, 17), 513, 588-590 Pericárdio saco membranoso resistente que envolve o coração, 476(, 477(, 478 Pericardite inflamação do saco pericárdico, (Cp 14), 478 Pericitos células que formam um camada externa semelhante a uma rede entre o endotélio capilar e o líquido intersticial, (Cp 15), 515 Periferia (campo visual), 377, 377-378( Perilinfa líquido dentro das rampas do vestíbulo e do tímpano da cóclea, (Cp 10), 357, 358f Perimenopausa, 863 Período de latência retardo entre o potencial de ação muscular e o início da tensão muscular, que representa o tempo necessário para o Ca2+ ser liberado e se ligar à troponina, (Cp 12, 24), 419,419( Período refratário, 264-265, 266(, 485, 485(, 488t no músculo cardíaco, 484, 485(, 488t Período refratário absoluto, 264, 266( Período refratário relativo período de tempo imediatamente após um potencial de ação durante o qual são necessários potenciais graduados maiores do que o normal para iniciar um outro potencial de ação, (Cp 8), 264, 266( Peristalse ondas de contração que se movem ao longo do trato gastrintestinal, (Cp 21), 694, 694(, 711, 714, 716-717 na deglutição, 709, 709-710( retrógrada, no vómito, 719 Peristalse reversa, no vómito, 719 Peritônio membrana que delimita o abdome, (Cp 3, 19), 54, 624, 626(, 693 Permeabilidade iónica, 169-171, 169(, 189, 189(, 256-258, 262, 262( Permissividade um hormônio não pode exercer seu efeito completamente a menos que um segundo hormônio esteja presente, (Cp 7, 23), 234-235-235-236, 761 Peróxido de hidrogênio, peroxissomos na geração de, 70, 70( Peroxissomo vesículas de armazenamento que contêm enzimas que degradam ácidos graxos de cadeia longa e moléculas estranhas potencialmente tóxicas, (Cp 3), 64f, 70, 70( Personalidade, 325-327 Pertussis (coqueluche), 195-196t Peso corporal água como percentagem do, 158, 158t metabolismo e, 747 Peso/volume, de uma solução, 37 Pesquisa animal, 11, 14, 240 modelos de camundongos mutantes na, 240, 272 Pesquisa translacional aplica a pesquisa biomédica básica para encontrar tratamentos e prevenção das doenças humanas, (Cp 1), 7-8 PET scan. Ver Tomografia por emissão de pósitron Pgas· Ver Pressão parcial pH, escala de, 38, 38f pH medida da concentração de H+; pH= -log [H+], (Cp 2, 17, 19, 20, 21), 38, 600t, 895 anorexia e, 729 anormal, 673-674. Ver também Acidose; Alcalose atividade enzimática afetada pelo, 100-101, 100-lOlf, 673-674, 703-704 curva de dissociação oxigênio-hemoglobina afetada pelo, 607-608, 608f equilíbrio do potássio e, 673-674

gástrico, 695 hiperventilação causada pelo exercício e, 818, 818f monitoramento por quimiorreceptores periféricos e, 615 nos distúrbios ácido-base, 679-680, 679t proteínas afetadas pelo, 42t, 43, 672-673-674 regulação homeostática do, 569, 609, 611, 623. Ver também Equilíbrio ácido-base sistema nervoso afetado pelo, 673-674 ventilação afetada pelo, 612(, 614-617 PH. Ver Pressão hidrostática Phelps, Michael, 814 P1• Ver Fosfato inorgânico Pia mater membrana interna das meninges, (Cp 9), 301, 302(, 304f Pico do LH, 849-850 Picolinato, 22 Picolinato de cromo, 21, 22, 39 Picrotoxina, 276t Pigmento visual, 375, 375f Pigmento visual pigmento retinal que converte a energia luminosa em uma mudança no potencial de membrana, (Cp 10), 375, 375f Pigmentos biliares, 699 PIH. Ver Hormônio inibidor da prolactina Piloereção ereção dos pelos, (Cp 13), 449-450 Piloro região com tônus muscular aumentado que separa o estômago do intestino delgado, (Cp 21), 689, 690(, 709( Pílula anticoncepcional, 853-855, 853-854t Pina. Ver Orelha externa Pink puffer, 569. Ver também Enfisema Pinocitose, 152-153 PIPS. Ver Potencial pós-sináptico inibitório Pirâmide região do bulbo onde os neurónios de um lado do corpo cruzam para o outro lado, (Cp 9, 13), 311, 461, 461f Pirimidina, 33f, 34 Pirogênio substâncias que causam febre, (Cp 22, 24), 751, 789, 792-793t Piruvato na glicólise, 108-109, 108(, 109(, 112-113(, 731f na produção de lactato, 109, 110(, 731f no ciclo do ácido átrico, 110-111, 110(, lllf, 112-113( PK-A. Ver Proteína cinase A PK-C. Ver Proteína cinase C PLA2. Ver Fosfolipase A2 Placa aterosclerótica, deposição de lipídeo nas paredes arteriais, acompanhada pela proliferação de músculo liso, formação de tecido cicatricial e calcificação, (Cp 15), 537, 538f Placa de fixação, 434, 435f Placa de glicoproteínas, nos desmossomos, 73(, 74-75 Placa epifisária região dos ossos longos onde ocorre crescimento ativo do osso, (Cp 23), 772-773, 772-773( Placa equatorial, 899f Placa estável, 537, 538f Placa motora terminal região pós-sináptica especializada de uma fibra muscular, 399, 399( Placa neural, 299, 299( Placa proteica de fixação, 434, 435f Placa vulnerável, 537, 538f Placas de Peyer aglomerados de tecido linfático visíveis na mucosa do trato gastrintestinal, (Cp 21), 691(, 692, 718 Placebo, 11 Placenta, 849-850, 856-857, 856-858, 856-858(, 856-858 expulsão da, após o parto, 859, 859f hormônios produzidos pela, 218-219-220(, 222-223, 856-858 Plano coronal, 901f Plano frontal, 901f Plano sagital, 901f Plano transverso, 901f Plantas, energia usada pelas, 95, 95f

Plaqueta fragmentos celulares que participam da coagulação. Sinónimo: trombócito, (Cp 16), 548(, 549-550(, 551-552(, 558-563, 558f ativação da, 559(, 560-562, 560-561(, 561-562t coagulação e, 561-565, 562(, 563(, 563t defeito no receptor da integrina e as, 189 fármacos que afetam as, 564 produção de, 549-550(, 551-552, 558(, 559 Plasma porção líquida do sangue, (Cp 5, 15), 55, 56f, 547-548-549, 548(, 548-549t distribuição de água/soluto e, 135, 135(, 158(, 159 pressão osmótica coloidal e, 529, 548-549 Plasmalema, 56. Ver também Membrana celular Plasmina enzima que degrada a fibrina. Sinónimo: fibrinolisina, (Cp 16, 26), 559(, 560-561, 562,562( no sangue menstrual, 850-851 Plasminogênio, 562, 562f Plasmócito tipo de linfócito que secreta anticorpos, (Cp 24), 788, 789(, 793-795, 796-797(, 801(, 802f na reação alérgica, 803(, 802f Plasticidade capacidade das células-tronco adultas de se desenvolverem formando múltiplos tipos celulares, (Cp 3, 8 1 9), 87, 297, 314, 327, 344 sináptica, 281-293, 287 Plasticidade sináptica, 281-283, 287 PL-C. Ver Fosfolipase C Pleura membranas que revestem a cavidade torácica e recobrem a superfície externa dos pulmões, (Cp 3, 17), 55, 570, 572(, 574f Plexo corioideo epitélio de transporte que secreta o líquido cerebrospinal, (Cp 9), 303, 304f Plexo de Auerbach. Ver Plexo mioentérico Plexo de Meissner. Ver Plexo submucoso Plexo mientérico rede nervosa do sistema nervoso entérico localizada entre as camadas musculares, (Cp 21), 691(, 692, 699( plexo submucoso, 691(, 692, 699( Plica (prega), grandes dobras da parede intestinal, (Cp 21), 690(, 692 Puquicto· Ver Pressão do líquido PN(pressão parcial de nitrogênio), 577t Pneumonia infecção pulmonar por bactérias ou vírus, (Cp 21), 719 Pneumonia por aspiração, 719 Pneumotórax ar no espaço in trapleural, (Cp 17), 583-584 Po 21 576, 577t, 599-600, 599(, 600(, 600t alteração na membrana alveolar e, 602-603, 603( alveolar, 576, 577t, 588-590, 588-590(, 599, 600(, 611f diminuída, 601-602, 602( arterial e venosa, 599-600, 600t, 61 lf controle arteriolar e bronquiolar e, 590-591, 690(, 590-591t curva de dissociação oxigênio-hemoglobina afetada por, 607, 607( hiperventilação pelo exercício e, 818, 818f hipóxia da grande altitude e, 610 ligação/transporte de oxigênio e, 603, 604, 604(, 605-606, 605(, 609( monitoramento por quimiorreceptores periféricos da, 612(, 615, 615f no edema pulmonar, 602, 602( ventilação afetada pela, 614-617, 615f Po 2 alveolar, 576, 577t, 588-590, 588-590(, 599, 600(, 611f curva de dissociação oxigênio-hemoglobina afetada por, 607, 607( diminuída, 601-602, 602( Po 2 plasmática, transporte/ligação do oxigênio e, 604, 604(, 605-606, 605(, 609( Podocina proteína da membrana da fenda de filtração do podócito, (Cp 19), 631 Podócito células epiteliais especializadas da cápsula de Bowman que envolvem cada capilar e formam fendas de filtração, (Cp 19), 630(, 631

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Glossário/lndice

Polaridade da célula as células restringem certas proteínas de membranas a regiões particulares, criando, portanto, diferentes funções em diferentes áreas, (Cp 3, 5), 60 nos epitélios de transporte, 155 Policitemia hematócrito elevado, (Cp 16), 556-55 7-558 Policitemia relativa, 556-557-558 Policitemia vera, 556-557 Polidipsia ingestão excessiva de líquido, (Cp 20, 22), 655, 743, 744{ Poliespermia fertlização de um ovócito por mais que um espermatozoide, (Cp 26), 856-857 Polietileno glicol, 718 Polifagia ingestão excessiva de alimentos, (Cp 22), 743, 744{ Polímero, 28, 120(, 121, 126 Polineuropatia aguda inflamatória desmielinizante. Ver também Síndrome de Guillian-Barré axonal motora aguda, (Cp 8), 287, 289-290 Polineuropatia axonal motora aguda (AMAN), (Cp 8), 287, 289-290 Polineuropatia desmielinizante inflamatória aguda. Ver Síndrome de Guillain-Barré Pólio, 582 Polipeptídeo pancreático, 218(, 735-737 Polipeptídeo uma cadeia de 10-100 aminoácidos, (Cp 2), 31f, 32, 703-705 Polirribossomo, 63 Polis, 789, 789(. Ver também Neutrófilo Polissacaríd eos carboidratos complexos compostos por polímeros de glicose: usados para armazenamento de energia e estrutura (C9 2), 28, 29{ Poliúria m icção excessiva, (Cp 20, 22), 655, 743, 744{ Polpa branca, 787t Polpa esplênica, 787{ Polpa vermelha, 787{ POMC. Ver Pro-opiomelanocortina Ponte d isulfídrica ligação fraca entre dois átomos de enxofre, (Cp 2), 32, 32f, 124, 126 Ponte região do tronco encefálico que contém centros respiratórios e atua como estação de retransmissão, (Cp 9, 18), 300(, 301, 308-307, 309(, 311, 613, 613{ resp ostas autonômicas e, 387, 387{, 388{ Pontes citoplasmáticas junções comunicantes na comunicação célula-célula, 72-73, 179-180 Pontes cruzadas conexão formada quando as cabeças móveis da miosina se ligam às moléculas de actina no músculo, (Cp 12), 409, 41 lf durante a con tração, 413-415 estado de ligação fraca e de ligação forte, 409, 413,416 no músculo cardíaco, 483 no músculo liso, 434, 435 relação comprimento-tensão e, 423-425, 424{ Pontes de hidrogénio. Ver Ligações de hidrogen10 Pontes duplas ligações formadas quando dois átomos compartilham dois pares de elétrons, (Cp 2), 25 Pontin o, grupo respiratório, 613-614, 613{ Ponto cego região da retina em que não existem fotorrecep tores porque é o local onde o nervo óptico e os vasos sanguíneos saem do olho. Sinônimo: disco óptico, (Cp 10), 367, 367(, 372 Ponto de ajuste, 199-201 oscilações em torno do, 203-204, 203-204{ ritmos biológicos e, 203-204-205, 205{ variações, 202-203 Ponto focal pon to onde as ondas luminosas paralelas con vergem quando passam através de uma lente convexa, (Cp 10), 369 Ponto próximo da acomodação, 369 Pool de ácidos graxos, 730, 730{ Pool de ácidos graxos livres, 730, 730{ Pool de aminoácidos, 730{, 731 Pool de glicose, 730, 730(, 814 Pool de nutrientes, 730, 730{ A

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População, 2 Poro de fusão complexo de membrana através do qual o conteúdo das vesículas p ode ser liberado, (Cp 8), 275 Poros, 143, 143{. Ver também Canais de vazamento fusão, 275 nuclear, 71, 71f Poros de água, 144, 654-657, 657{ Poros gustatórios, 352 Poros nucleares/complexos dos poros nucleares complexos de proteínas no envelope nuclear com um poro central, (Cp 3), 71, 71f, 143 Portador (genética), 94, 102, 105, 116 Portão de ativação portão do canal de sódio que abre para iniciar o poten cial de ação, (Cp 8), 263, 264(, 265{ Portão de inativação portão lento do canal de Na+ que se fecha e interrompe o fluxo iônico, (Cp 8), 263, 264{, 265{ Pós-carga, 504, 539 Pós-hiperpolarização, 262, 262{ Posição da cabeça, sensação de equilíbrio, 363, 364(, 365{ Posicionamen to do corpo (equilíbrio), 334t, 353, 362-365, 364--366{ recep tores no, 200-201{, 362-363, 364{, 365(, 458-459 reflexos posturais no, 457-459 vias do SNC do, 338{, 363-365, 365-366{ Posições anatômicas do corpo humano, 901, 901{ Pós-parto, 861 , Potássio, 22. Ver também Ion potássio reabsorção do nos túbulos renais, 626 Potên cia, 893t Poten ciação, 234-235. Ver também Sin ergismo de longa duração, 286-287, 286{ Potenciação d e longa duração (LTP) mudanças físicas em uma sinapse que permitem que a resposta da célula pós-sin áptica a um estímulo constant e seja aumentada, (Cp 8), 286-287, 286{ Potencial da placa terminal (PPT) despolarização da placa motora terminal pela acetilcolina, (Cp 12), 417, 418{ Potencial de ação miocárdico, 481, 482, 482(, 483-486, 484{, 485(, 488-489, 488t ECG comparado com, 492, 494{ Potencial de ação sin al elétrico rápido e uniforme conduzido ao longo do axônio para o termin al axônico ou ao lon go da membran a da fibra muscular, (Cp 3, 8 1 10, 13, 14, 15), 84, 247-248t, 258, 259t, 261-273, 262(, 267-269{ axônios mielinizados e, 270-272, 271{ código da duração do estímulo e, 341-342, 341{, 342{ código da intensidade de estímulo, 265, 267{, 341,341{ condução do, 266-269, 267(, 268(, 269{ das células autoexcitáveis, 481, 485-486, 486(, 488-489, 489{ distância percorrida sem perda de força, 261-262 dos barorreceptores, 533 em neurônios, 255-273 fase ascenden te do, 262-263, 262{ fase descendente, 251-252{, 263 fatores químicos que afetam o, 272-273, 273{ miocárdico, 481, 482, 482(, 483-486, 484(, 485{, 486(, 488-489, 488t ECG comparado com, 492, 494{ movimento iônico e, 262-263, 262{ mudan ças na permeabilidade da membrana e, 262-263, 262{ mudan ças no gradiente de concentração iônica e,265 na fibra muscular, 409, 412, 412(, 417-420, 418(, 419(, 488t somação e, 425-426, 425{ neurotoxinas afetando o, 277 no músculo cardíaco, 481, 482, 482{, 483-486, 484-486{, 488-489, 488t

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no músculo esquelético, 409, 412, 412(, 417-420, 418{, 419{, 488t no músculo liso, 432-433, 437-438, 438-439{ no neurônio motor, 419-420, 419{ p eríodos refratários e, 264-265, 266{ p otencial graduado diferente do, 258, 259t somação espacial e, 283, 283{ somação temporal e, 284, 284{ tamanho do axônio/neurônio que afeta a velocidade do, 270, 270{ Potencial de equilíbrio do cálcio, 256t Potencial de equilíbrio do cloreto, 256t Potencial de equilíbrio do p otássio (EK), 167{, 168, 256t Potencial de equilíbrio do sódio, 168, 168{, 256t, 263 Potencial de equilíbrio potencial de membrana que se opõe exatamente ao gradiente de concentração de um íon, (Cp 5, 8), 167{, 168, 256, 256t, 263 Potencial de membrana (V,n), (Cp 5, 8 1 12), 164-171, 165(, 167(, 168{, 169{, 488t. Ver também Diferen ça de poten cial de membrana em repouso alterando na transdução de sinal, 184, 189, 189{ potencial de ação e, 262-263, 262{ das células miocárdicas autoexcitáveis, 485-486, 486{, 488t, 489{ das células miocárdicas contráteis, 484, 488t, 489{ equação de Goldman-Hodgkin-Katz, preven do, 168, 256-257 equação de Nernst, prevendo, 168, 256, 256t no músculo liso, 432-433, 437-438, 438-439{ potencial de onda lent a despolarização e repolarização cíclica do potencial de membrana no músculo liso, (Cp 12, 21), 437-438, 438-439(, 693,693{

Potencial excitatório pós-sináptico (PEPS) potenciais graduados despolarizantes que tomam um neurônio mais propenso a disparar um potencial de ação, (Cp 8), 279, 280{ Potencial graduado excitatório, 260 Potencial graduado inibitório, 260 Potencial graduado mudança no potencial de membrana cuja magnitu de é proporcional ao estímulo e que diminui com a distância à medida que se esp alha pelo citoplasma, (Cp 8), 258-261, 259t, 260{, 261{ somação do, 283, 283{, 284, 284{ Potencial graduado sublimiar potencial graduado que não é suficien temente forte para desencadear um potencial de ação, 260, 261{ Potencial marcapasso despolarizações cíclicas do músculo liso e cardíaco que sempre chega ao limiar, (Cp 12), 437-438, 438-439(, 485, 486{ Potencial pós-sináptico in ibitório (PIPS) potenciais graduados hiperpolarizantes que tomam menos provável que um neurônio dispare um potencial de ação, (Cp 8), 279, 280{ Potencial receptor p otencial graduado em receptores dos sent idos especiais, (Cp 10), 336 Potencial sináptico lent o transmissão lenta e longa de uma resposta de células pós-sinápticas a certos n eurotransmissores e n euromoduladores, (Cp 8), 280, 280{ Potencial sináptico rápido potencial graduado n as células pós-sinápticas que começa rapidamente e dura somente poucos milissegun dos, (Cp 8), 279, 280{ Potential graduado supralimiar potencial graduado forte o suficien te para desencadear um poten cial de ação, (Cp 8), 260-261, 261{ Potocitose captação celular de pequenas moléculas e íons em vesículas conhecidas como cavéolas, (Cp 5), 154 Pouseuille, Jean Leonard Marie, 473 PPRs (receptores de reconhecimento de padrão), 790-791 PPT. Ver Potencial da p laca terminal PQ, segmento, 493{

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Pramlintide, 746-747, 746-747t Prazer, 332 Pré-Bõtzinger, complexo, 613, 613f Pré-carga grau de estiramento miocárdico gerado pelo retomo venoso, (Cp 14), 501 Pré-eclâmpsia, 522-524 Prega uretral, 831, 831t, 833f Pregas vocais, 569, 571, 572f Pré-hipertensão, 519 Prender a respiração, 314, 617 Pré-pró-hormônio molécula inativa composta de uma ou mais cópias de um hormônio peptídeo, uma seqüência sinal e outras seqüências peptídicas que podem ou não ter atividade biológica, 222-223{, 223-224( Pré-pró-TRH, 221-222, 223-224( Prepúcio, 838, 839f Presbiacusia perda da audição relacionada com a idade, (Cp 10), 361 Presbiopia perda do reflexo de acomodação da lente com o envelhecimento, (Cp 10), 370 Preservação, meio interno, 196-197 Preservativo (camisinha), 853-854, 853-854t Preservativo feminino, 853-854t Preservativo masculino, 853-854, 853-854t Pressão, 472-473, 472{, 890-891 relação com volume, fluxo e resistência, 471-478, 471{, 472{, 473{, 474{, 475{, 516, 517t, 519-520-521, 520-521{, 520-526, 520-521{, 521-523t, 522-524{, 525-526( taxa de filtração glomerular e, 632-633, 632( Pressão alta do sangue. Ver Hipertensão Pressão alveolar, 5 78 expiração e, 581{, 582 inspiração e, 570, 581-582, 581f Pressão arterial média (PAM) pressão arterial média nas artérias, estimada como pressão diastólica mais um terço da pressão de pulso, (Cp 15), 475-478, 517-518, 518{, 519-521, 520-521( Ver também Pressão sanguínea Pressão atmosférica, 5 7 6 altitude e, 601 expiração e, 582 Pressão de filtração resultante, filtração glomerular e, 631-632 Pressão de pulso força da onda de pulso definida pela pressão sistólica menos a pressão diastólica, (Cp 15), 516, 518, 518f Pressão diastólica pressão mais baixa do sistema circulatório, associada com o relaxamento dos ventrículos, (Cp 15), 516, 518f Pressão do líquido pressão criada pela presença de líquido dentro de um espaço fechado, (Cp 19, Apêndice B), 472, 472f, 895. Ver também Pressão hidrostática filtração glomerular e, 631, 631f Pressão hidráulica pressão exercida por um líquido em movimento. Sinônimo: pressão hidrostática do sistema circulatório, (Cp 14), 472 Pressão hidrostática capilar, 529, 530f edema e, 531, 532 filtração glomerular e, 631, 631f reabsorção e, 639 Pressão hidrostática pressão exercida por uma coluna estacionária de líquido em um tubo, (Cp 14, 15, 16, 19), 472, 472{, 895 no capilar, 529, 530f edema e, 531, 532 filtração glomerular e, 631, 63 lf reabsorção e, 639 Pressão intraocular, no glaucoma, 365-366 Pressão intrapleural pressão dentro do líquido pleural, (Cp 17), 582-584, 583f Pressão oncótica. Ver Pressão colóide osmótica Pressão osmótica coloidal (n) pressão osmótica devido a presença de proteínas plasmáticas que não podem cruzar o endotélio capilar. Sinônimo: pressão oncótica, (Cp 15, 19), 529, 530{, 548-549 edema e, 531, 532 filtração glomerular e, 631, 63 lf

Pressão osmótica pressão que se opõe exatamente a um dado gradiente de concentração, (Cp 5, 15, 24, Apêndice B), 159, 159{, 529, 548-549, 894-895 coloidal, 529, 530f edema e, 561-532 filtração glomerular e, 631-631( Pressão parcial pressão de um único gás, (Cp 17, 18), 576-577, 577t, 598, 599, 599f Pressão positiva, ventilação, 586 Pressão propulsora, 473, 516-518, 517f Pressão sanguínea arterial pulmonar, 5 7 5 Pressão sanguínea pressão exercida pelo sangue nas paredes dos vasos sanguíneos; usualmente é medida nas artérias sistémicas, (Cp 15, 17, 20, 25), 516-521, 517{, 517t, 518-521( arterial média, 475-478, 517-518, 518{, 519-521, 520-521( balanço hídrico e, 652, 652{, 657, 658f débito cardíaco e, 475-478, 519-521, 520-521( desidratação e, 567, 671{, 672 distribuição sanguínea e, 520-521, 520-521( doença cardiovascular e, 538-540, 539f elevada. Ver Hipertensão exerácio e, 818-819, 820-821( mensuração da, 518-519, 519f mudança no volume sanguíneo e, 520-521, 520-521{, 663-664 no choque, 520-521 pós-carga e, 504 pulmonar arterial, 575 reflexo barorreceptor e, 532-536, 533{, 534{, 536{, 671{, 672 regulação da, 519-521, 520-521{, 532-535, 533{, 534{, 536{, 623, 652, 652{, 662-664, 663-664{, 670t angiotensina II na, 663-665, 664-665( sistema renina angiotensina aldosterona na, 662-664, 663-665( relação volume, fluxo, resistência e, 471-478, 471-475{, 516, 517t, 519-521, 520-521{, 520-526, 520-521{, 521-523t, 522-526{, 663-664 resistência periférica e, 478, 519-521, 520-521f, 539 resposta integrada à mudança na, 652, 652f respostas às mudanças na, 652, 652{, 662-664, 663-664{, 670t secreção de aldosterona e, 662-664, 663-664( sistémica, 516, 518f taxa de filtração glomerular (TFG) e, 632, 632{, 672 vasos sanguíneos e, 473, 516, 518f Pressão sanguínea sistémica, 516, 518( Vertambém Pressão sanguínea Pressão sistólica pressão mais alta no sistema circulatório que reflete a pressão criada pela contração dos ventrículos, (Cp 15), 516, 518, 518f pressão subatmosférica na, 583, 583f PRFs. Ver Fatores liberadores de prolactina Primeira divisão meiótica, 833-834, 835{, 849-850 Primeira lei da termodinâmica a energia do universo é constante, (Cp 4), 97, 727 Primeiro corpúsculo polar, 834, 835{, 856-857( Primeiro mensageiro moléculas sinalizadoras químicas liberadas pelas células, (Cp 6), 181, 182 Primeiro som cardíaco sons criados pelas vibrações do fechamento das valvas AV, (Cp 14), 495, 497,499( Princípio de Châtelier. Ver Lei de ação das massas Princípios bioelétricos, 893-895 Princípios osmóticos, 894-895 Privação sensorial, tanques de, 334 Probenecide, 639-640 Procaína, potencial de ação afetado pela, 272 Processamento (splidng) alternativo processamento do RNAm para sintetizar diferentes proteínas a partir de uma única fita de DNA, (Cp 4), 119, 120{, 122

Processamento paralelo a função exercida por mais de uma região do SNC, (Cp 9), 323-324 Processo, nos sistemas fisiológicos, 2-3 Processo constitutivo qualquer função corporal essencial que está sempre ocorrendo, (Cp 4, 5), 119, 120{, 152, 154 Processos (neurônios), 247-248, 249, 250{, 251f Processos celulares extensões de uma célula como os dendritos e axônios, (Cp 8), 247-248, 250{, 251f Procriação o ato de criar um novo ser, (Cp 26), 850-855 Produção de calor, 748, 748f no exercício, 820-821-822 Produção de leite, ocitocina e, 209, 861, 861f Produto, 97, 97t Produtos residuais concentração de, no intestino grosso, 716-717 excreção de, pelos rins, 623-624 transporte no sistema circulatório, 469, 469t Pró-enzima uma enzima inativa, (Cp 4, 21), 100-101, 696 Prófase, 898{, C3f Profundidade de campo, 368 Progesterona hormônio sexual feminino produzido pelo corpo lúteo, (Cp 26), 218f, 759, 759{, 836,836( desencadeadora do trabalho de parto, 856-858 no ciclo menstrual, 847, 848{, 849{, 849-850 placentária, 218{, 856-858 suprarrenal, 759, 759f Progestogênios, (Cp 26), 836 Programada, regulação para cima, (Cp 6), 195-196 Pró-hormônio proteína inativa contendo uma ou mais cópias de um hormônio, (Cp 7, 23), 221-222, 222-224( Pró-insulina, 221-222, 223-224( Projeto fisioma, 5-6 Projeto Genoma Humano (PGH), 5-6, 126, 142 Prolactina hormônio peptídeo da adeno-hipófise que controla a produção de leite nas mamas, (Cp 7, 24), 218{, 230-231{, 233-234, 776-777, 861,861( Prolapso valvar, 479 Prolina, 899t Promotor região do DNA próximo da extremidade de iniciação de um gene que deve ser ativado para que a transcrição inicie, (Cp 4), 121 Pró-opiomelanocortina (POMC) pró-hormônio da adeno-hipófise que é processado em ACTH e outros fragmentos ativos, (Cp 23), 221-222, 223-224{, 763, 763( Propiltiouracil, (Cp 23), 768 Propranolol, 276t, 395t Propriedade coligativa, 160, 895 Propriedade emergente alguma propriedade de um sistema que não pode ser prevista a partir da soma simples das suas partes, (Cp 1, 4, 8 1 9), 7-8, 94 sistema nervoso e, 247-248, 297, 307, 309 Propriocepção percepção da posição do corpo no espaço e a localização relativa de cada parte do corpo, (Cp 10), 334, 334t, 457 Proprioceptor, 200-201{, 334, 450, 450{, 451, 459, 459f Prosencéfalo, 298{, 299, 300, 300{, 301 Prostaciclina eicosanoide na membrana de células endoteliais intactas que impede a aderência de plaquetas, (Cp 16), 560-561{, 561-562, 563-564 Prostaglandina 1. Ver Prostaciclina Prostaglandina moléculas derivadas de lipídeos que atuam como reguladores fisiológicos, (Cp 2, 6, 16, 26), 30{, 31, 192{, 193 afetada pela aspirina, 193 contrações uterinas e, 859, 860t no sémen, 843t Prostanoide moléculas sinalizadoras eicosanoides que incluem prostaglandinas e tromboxanas, (Cp 6), 193

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Glossário/lndice

Próstata órgão acessório masculino que contribui com enzimas, nutrientes e outras secreções para a formação do sêmen, (Cp 26), 839, 839{, 840( desenvolvimento da, 832{, 839 Protease enzimas que degradam proteínas em peptídeos menores, (Cp 3, 4, 23, 24), 74-75, 114, 703-705, 774-775, 784-785 Proteína, ligação, 39-43 fatores afetando a, 41, 41( modulação e, 41-43, 42{, 42t, 43( seletividade da, 40-41, 40( Proteína agouti antagonista do receptor de melanocortina 1 (MClR) que controla a síntese de melanina, (Cp 23), 763 Proteína amiloide, (Cp 9), 325-326 Proteína associada. Ver Proteína periférica Proteína beta-amiloide, (Cp 9), 325-326 Proteína C, 564 Proteína canal uma proteína de membrana que forma canais cheios de água que ligam os compartimentos intra e extracelular, (Cp 5), 141, 143-144, 143{, 144( na fibrose cística, 142, 144, 156, 171, 172, 258 no transporte transepitelial da glicose, 157 Proteína cinase (PK-C) enzima associada à membrana que é ativada por DAG e Ca2+, (Cp 6), 186-187t, 188-189, 188-189( Proteína cinase A (PK-A), 186-187t, 188-189 Proteína cinase enzima que transfere um grupo fosfato do ATP para uma proteína, (Cp 6), 184, 185{, 186-187, 186-187t, 190( Proteína cinase G (PK-G), 186-187t Proteína conjugada molécula de proteína combinada com lipídeos ou com carboidratos, (Cp 2), 33 Proteína C-reativa (PCR), 539, 791-792, 792-793t Proteína de ancoragem proteínas de membrana que conectam vesículas à membrana celular para exocitose, (Cp 8), 274, 275( Proteína de coagulação, transporte no sistema circulatório, 469t Proteína de fase aguda Proteínas do fígado que atuam como opsoninas e aumentam a resposta inflamat ória, (Cp 24), 791-792, 792-793t, 801( Proteína de ligação, 39 Proteína de membrana, 56-57, 57t, 58-60, 60{, 61{, 142t. Ver também o tipo específico na transdução de sinal, 182-187, 183{, 185{, 185{, 186-187{, 186-187t no transporte transcelular da glicose, 156-157, 156( permeabilidade da membrana e, 155 transportador, 39, 141 proteína estrutural, 141 Proteína extrínseca. Ver Proteína periférica Proteína fibrosa, 63, 65t, 66{, 80-81, 83( Proteína G acoplada ao sistema adenilil-ciclase-AMPc primeiro sistema de transdução de sinal descoberto, (Cp 6), 187-189, 187-188( Proteína G proteínas de membrana que acoplam receptores de membrana a canais iónicos ou a enzimas de membrana, (Cp 6), 186-188, 187-188{, 189{, 190( defeito na, 236-23 7 doenças/fármacos associados com, 195-197, 195-196t na transdução olfatória, 351 Proteína integral (transmembrana), 58-59, 60( Proteína intersticial, edema e, 532 Proteína intrínseca. Ver Proteína transmembrana Proteína ligadora de androgênio proteínas das células de Sertoli que se ligam à testosterona para mantê-la no lúmen dos túbulos seminíferos, (Cp 26), 842, 842( Proteína ligadora do harmónio do crescimento, 769-771 Proteína motora proteínas que geram movimento, (Cp 3, 12), 67, 67{, 92 no transporte axonal rápido, 253

Proteína periférica proteínas ligadas a proteínas transmembrana ou a regiões polares dos fosfolipídeos da membrana. Sinónimo: proteínas extrínsecas, (Cp 3), 59, 60( Proteína plasmática, 547-549, 548{, 548-549t, 801t ligadora a harmónios esteroides, 223-224, 225-226( no edema, 531, 532 transcitose, no transporte das, 157, 157{, 637 Proteína SRY, 831, 832{, 834( Proteína tau, 325-326 Proteína transmembrana (integral), 58-59, 60( Proteína uma cadeia com mais de cem aminoácidos, (Cp 2, 4, 5, 12, 15, 20, 21, 22, 24), 31-33, 3 lf, 32{. Ver também tipo especifico e Proteínas de membrana acidez afetando a, 42t, 43, 672-674 afetada pela temperatura, 42t, 43, 44( afetada por fatores físicos, 43, 44( afinidade da, 40 fatores afetando a, 41, 41( anticorpos como, 39 ativação da, 41, 41{, 42t como fonte de energia, 107, 108{, 114-115, 114{, 732-733t, 732-734 concentração regulação corporal da, 43-45, 44( taxa de reação e, 45, 45( conjugada, 33 conteúdo de energia metabólica e, 727 desnaturação da, 43, 44{, 100-101, 711 alterações de pH causando, 672-674 destino final e, 124, 126, 125( digestão da, 703-705, 703-705(, 704-705(, 715 distribuição da, 135, 135{, 703-705, 703-705(, 704-705( eletroforese, na separação da, 100-101 em moléculas combinadas, 33 especificidade das, 40 estrutura das, 3 lf, 32-33, 33( modificações pós-traducionais e, 119, 120(, 124, 126, 125( fibrosa, 3 lf, 32 fosforilação da, 43 função celular e, 117-119 glicosilação, 124, 126 globular, 31f, 32 interações da, 39-45 enzimas na, 100-101, 100-lOlt ligação com carboidratos da membrana, 60-61 metabolismo da, 107, 108(, 114-115, 114{, 730{, 732-733t, 732-734 deficiência de insulina e, 743, 744{. Vertambém Diabete melito metilação da, 126 modificação da, 119, 120(, 124, 126, 125( movimento celular e, 63, 64{, 65t, 67, 67{, 92 no plasma, 531, 432, 547-548-549, 548(, 548-549t novas abordagens na descoberta da, 726 polimérica (polímero), 28, 120{, 124, 126 proteómica e, 5-6, 39, 240, 726 reabsorção tubular da, 63 7 seletividade das, 40-41, 40( síntese das, 117-126, 120(, 730{, 732-733t, 732-734 aminoácidos nas, 730( DNA e, 117-126, 120{. Ver também Transcrição; Tradução no retículo endoplasmático rugoso, 68 processamento (splicing) alternativo nas, 119, 120(, 122 tradução do RNAm em, 123-124, 126, 123( sistemas de tampão e, 674 solúvel e insolúvel, 39-40 Proteínas de transporte, 39. Ver também Proteínas Carreadoras; Proteínas-canal Proteínas do citoesqueleto, 60, 60f Proteínas fibrosas, 63, 65t, 66{, 80-81, 83( Proteínas globulares, 31 f, 32

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Proteínas receptoras, 181, 182(, 183{. Ver também Receptor doenças/fármacos associados com alterações nas, 195-197, 195-196t Proteínas regulatórias, 39 ligação do cálcio nas, 191, 191( Proteínas transmembrana proteínas da membrana que são fortemente ligadas na bicamada fosfolipídica. Sinónimo: proteínas integrais da membrana, (Cp 3), 59, 60( Proteinúria, 631 Proteoglicanos glicoproteínas na matriz extracelular, (Cp 3), 72, 80 Proteoma equivalente ao genoma das proteínas; todas as proteínas que podem ser sintetizadas a partir do DNA de um organismo, (Cp 2, 4), 5-6, 39 Proteómica, 5-6, 39, 240, 726 Proteómica humana, iniciativa, 39 Proteossomo complexo citoplasmático cilíndrico de enzimas que destroem proteínas, (Cp 3, 4), 63, 124, 126 Próton partícula subatómica com uma carga positiva e massa de 1 u.m.a, (Cp 2), 21, 21f, 22 Protrombina, 563t Prurido (coceira), 334t, 347 nociceptores mediando, 346t, 347 PSA. Ver Antígeno prostático específico Pseudo-hermafroditismo, 829, 831 Pseudo-hipoparatireodismo, 23 6-23 7 PTH. Ver Harmónio da paratireoide Puberdade o período no início da adolescência quando as gónadas amadurecem e produzem gametas, (Cp 7, 26), 829, 831, 834, 862-863 Pudenda. Ver Vulva Pulmão(ões) órgão onde ocorre a troca de gases com o sangue, (Cp 17, 18, 20), 569, 570-571, 572( controle autonómico do, 390( duração da respiração em repouso, 580-582, 580(, 581( epitélios do, 76-77, 76-77( fluxo sanguíneo no, 471, 525-526(, 575 homeostase do pH e, 569, 675-677, 675( no repouso, 583( reflexos protetores e, 617 remoção do C02 no, 610{, 611 sacos pleurais e, 570, 572(, 574( toca de gases no, 598(, 599-603, 600( Pulso onda de pressão que é transmitida pelo líquido do sistema circulatório, (Cp 15), 516 Punção espinal, 303 Punção lombar, 303 Pupila, 365-366{, 367-368, 367( controle autonómico da, 390( Purina, 33f, 34, 639 como neurotransmissor, 276t, 277 receptores para, 276t, 277 Pus, 790-791 pyy3-36 I 726t QR. Ver Quociente respiratório Quantidade de substância, 890-891 Quarto som cardíaco, 497 Queratina proteína insolúvel prevalente nos pelos e nas unhas, (Cp 3), 32, 63, 65t, 66{, 78, 86( Queratinócito, 86( Queratócitos da superfície, 86( Quiasma óptico porção do encéfalo onde algumas fibras provenientes de cada olho cruzam para o lado oposto do encéfalo, (Cp 10), 367, 377-378, 377-378( Quilocaloria (kcal ou caloria) quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de um litro de água em lºC, (Cp 4, 22), 105, 727 Quilomícron grandes gotas de triacilgliceróis, colesterol, proteínas e lipoproteínas que são sintetizadas nas células do intestino delgado, (Cp 21, 22), 706, 707{, 732-735, 732-734( Quilomícron remanescente, 732-734(, 733-735

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Quilopascal (kPa), 576 Química, 21-24, 21f, 23t resumo de conceitos, 35f Quimiorreceptor do corpo carotídeo receptor na artéria carótida que responde à Po 2, arterial baixa diminuição do pH ou aumento da Pco2 , (Cp 18, 20), 612(, 615, 615f Quimiorreceptor do glomo aórtico receptores que respondem a uma Po 2 menor que 60 mm Hg, pH diminuído, ou Pco2 aumentada, (Cp 18), 612(, 615 Quimiorreceptor periférico quimiorreceptores não encontrados no SNC, (Cp 18), 612(, 615 Quimiorreceptor receptor sensorial que é ativado pela ligação de uma substância química, (Cp 10, 18), 200-201(, 336, 336t, 612(, 615 afetado pelo exercício, 818, 820 central, 615-617, 616-617( na regulação da ventilação, 612(, 614-617, 615-617(, 617 no equilíbrio ácido-base, 675(, 676-677 periférico, 200-201(, 615, 615f Quimiotaxina molécula que atrai células como os leucócitos, (Cp 24), 790-791, 792-793t, 799-800, 801f Quimo sopa de substâncias produzidas pela digestão no trato digestório, (Cp 21), 689, 701, 711, 713, 714, 714(, 715, 716 Quimotripsina, 124, 126, 703-705 ativação proteolítica da, 4 lf Quimotripsinogênio, 41, 41f Quisqualato, 276t Quitina, 28, 29f Qumiorrecepção, 349-353 Qumiorreceptor central quimiorreceptor no bulbo que monitora a Pco2 plasmática, (Cp 18), 615-617, 616-617( no equilíbrio ácido-base, 675(, 676-677 Quociente respiratório razão do C02 produzido pelo 0 2 consumido durante o metabolismo, (Cp 22), 728 Rabs, 154 Radiação alfa (a), 23 Radiação beta, 23 Radiação energia emitida por isótopos instáveis, (Cp 2), 23 Radical livre hidroxila, 23 Radical livre molécula instável com um ou mais elétrons desemparelhados, (Cp 2), 23-24, 253 Radioisótopo isótopos instáveis que emitem energia, (Cp 2), 23 Raios X, 371 Raiva, 725-726, 726( específica, 353 Raiva esteroide, 843 Raiz, nervo espinal, 306, 607( Raiz dorsal ramo de um nervo espinal que transmite informação sensorial, (Cp 9), 306, 307( Raiz nervosa, 306, 307( Raiz ventral parte de um nervo espinal que leva informação do sistema nervoso central para os músculos e glândulas, (Cp 9), 306, 307( Raloxifeno, 777-778 Ramo ascendente da alça de Henle porção do néfron onde é produzido líquido diluído, (Cp 19), 625, 627( Ramo coclear do nervo vestibulococlear, 356, 358(, 359(, 361, 362( Ramo descendente, alça de Henle, 625, 627( Ramos do feixe atrioventricular duas ramificações do feixe atrioventricular que transportam sinais elétricos para cada ventrículo, (Cp 14), 488,490( Rampa, 614, 614f Rampa do tímpano, 357, 358(, 359f Rampa do vestíbulo, 350, 350f, 351f Ranitidina, 276t, 713 RANKL, 775-776 Ranvier, nós de regiões não mielinizadas de axônios mielinizados, (Cp 8), 253, 254(, 255f

Ray, Felix, 334 Razão de trocas respiratórias, (Cp 22), 728 Razão insulina/glucagon, 737-739, 737-738(, 741-742 RE. Ver Retículo endoplasmático Reabsorção ativa, 636-637, 636( Reabsorç.ã o movimento de material filtrado do lúmen do néfron para o sangue, (Cp 19), 625, 628, 628(, 635-639, 635(, 636(, 637(, 638f ativa e passiva, 635-637, 635(, 636( concentração da urina e, 654-655, 655f de bicarbonato, 676-678, 677( pressão capilar peritubular e, 639 saturação e, 637-639, 637(, 638f vasopressina afetando a, 655-657, 656(, 657f Reabsorção óssea processo pelo qual os osteoclastos dissolvem a matriz de fosfato de cálcio, (Cp 23), 771-772 osteoclastos na, 774-775, 774-775(, 775-776 osteoporose e, 777-778 Reabsorção passiva, 63 7 Reabsorção tubular, 625, 628, 628(, 635-639, 635(, 636(, 637(, 638f ativa e passiva, 635-637, 635(, 636( concentração da urina e, 654-655, 655f do bicarbonato, 676-678, 677( pressões nos capilares peritubulares e, 639 saturação e, 637-639, 637(, 638f vasopressina afetando a, 655-657, 656(, 657f Reação acrossômica liberação de enzimas a partir da cabeça do espermatozoide quando este entra em contato com o ovócito, (Cp 26), 854-855 Reação comsumidora de energia. Ver Anabolismo; Reação endergônica Reação cortical reação química que muda a zona pelúcida após a fertilização, o que não permite que nenhum outro espermatozoide chegue no óvulo, (Cp 26), 856-857 Reação da ligação oxigênio-hemoglobina, 605. Ver também Ligação do oxigênio Reação de acoplamento, síntese do hormônio da tireoide, 764, 765f Reação de adição Reação química que adiciona um grupo funcional a uma molécula, (Cp 4), 104, 104t Reação de desidratação, 104, 104t Reação de hipersensibilidade imediata reação alérgica que ocorre dentro de poucos minutos, (Cp 24), 803-804, 803f Reação de hipersensibilidade tardia Reação alérgica mediada por células T que pode demorar vários dias para se desenvolver, (Cp 24), 803 Reação de ligação, 104-105, 104t Reação de oxidação-redução envolve a transferência de elétrons ou prótons (H+) entre substâncias químicas, (Cp 4), 103-104, 104t Reação de síntese, 99 Reação de subtração, 104, 104t Reação de troca, 104, 104t Reação endergônica reação que requer entrada de energia de uma fonte externa, (Cp 4), 98f, 99 acoplamento com reação exergônica e, 99, 99( glicólise como, 108 Reação espontânea, 98 Reação exergônica reação química que libera energia, (Cp 4), 98, 98f, 99, 99( acoplada a uma reação endergônica e, 99, 99( glicólise como, 108 Reação irreversível reação que pode ocorrer em uma direção mas não na direção inversa, (Cp 4), 100, 106, 107f Reação produtora de energia. Ver Catabolismo; Reação exergônica Reação química uma substância sofre uma mudança química e torna-se uma substância diferente pela quebra de ligações covalentes existen tes ou pela criação de novas ligações, (Cp 4), 97-100, 97t, 98f, 99(, lOOf enzimas e, 32, 39, 100-105, 100-lOlf, 100-lOlt metabolismo e, 105-107, 106f

reversibilidade da, 100, lOOf tipos de, 103-105, 104t transferência de energia na, 97-98, 97t variabilidade nas taxas das, 102 Reação reversível reação química que pode ocorrer em ambas as direções, (Cp 4), 40, 100, 102-103, 103(, 106, 107f Reações acopladas reações onde a energia liberada de uma reação impulsiona uma reação acoplada que necessita de energia, (Cp 4), 99, 99( Reações hidrólise-desidratação, 104, 104t Reagente, 97, 97t Recém-nascido, síndrome da angústia respiratória. Ver Síndrome da angústia respiratória do recém-nascido Receptor (1) proteína celular que se liga a um ligante; (2) uma célula ou grupo de células que continuamente monitoram mudanças no meio interno ou externo, (Cp 2, 5, 6, 10, 11), 39, 141, 142(, 181, 182, 183(, 199-201, 200-201(, 201, 202-203( agonistas e antagonistas de, 193-194, 193f conversão de estímulos pelo, 336 de membrana, 141, 142(, 182, 183(, 190f doenças/fármacos associados com anormalidades do, 195-197, 195-196t especificidade e competição dos, 193 fásico, 341-342, 342f hormonal, 180, 181(, 220-221 anormal, 236-237 isoformas de, 194, 194f ligantes múltiplos para, 193 múltiplo amplificação do neurotransmissor e, 278-279 para um ligante, 194, 194f múltiplos significados para, 199-200, 200-201( nas vias reflexas de controle, 199-200, 199-201, 199-200(, 200-201(, 201, 202-203( neuroimunomodulação e, 807 nociceptores, 346, 456, 456f odorante, 351 paladar, 200-201(, 352-353, 352(, 354f para sentidos somáticos, 335, 335(, 343 regulação para baixo de, 194, 236-237 regulação para cima de, 194-195-196 sensibilidade do, 335-336 sensorial, 86f, 199-200, 199-201, 199-200(, 200-201(, 201, 202-203(, 248, 248(, 334-335, 335f tato, 344-345, 345(, 345t temperatura, 200-201(, 336, 336t, 346, 387 término da atividade de, 195-196 tônico, 341, 342f Receptor acoplado à proteína G, 182, 183(, 186-187, 187-188(, 188-189, 189(, 190f na transdução do paladar, 353, 354f no trato GI, 701 peptídeo descoberto e, 726 receptor de neurotransmissor como, 278-279 receptores adrenérgicos como, 392 receptores de odorantes e, 351 sistema da fosfolipase e e, 188-189, 188-189( vias GPCR-AMPc e, 187-189, 187-188( Receptor adrenérgico Receptor que se liga à noradrenalina ou adrenalina, (Cp 61 8 1 11), 193, 194, 194(, 276t, 277, 388, 389, 390(, 391(, 391t, 392,395t agonistas e antagonistas, 276t, 395, 395t no controle do músculo liso, 438-439 Receptor alfa lA, 395 Receptor alfa1 (a1), 393, 394t Receptor alfa2 (az), 393, 394t Receptor alfa-adrenérgico (receptor a) receptor de membrana que liga noradrenalina e adrenalina, (Cp 6 1 11), 193, 194, 194(, 276t, 277, 390(, 392, 393t, 394t, 395t agonistas e antagonista do, 276t, 395t controle arteriolar e, 390f, 521-523t, 522-524, 525-526(

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Glossário/lndice

Receptor AMPA receptor-canal de glutamato que permite o influxo de Na+ resultante, (Cp 8), 276t, 279 na potenciação de longa duração, 286-287, 286{ Receptor ativado por proliferador de peroxissomo (PPAR), ativadores, 746-747t Receptor ativado por proliferador de peroxissomo-alfa (PPARa), 735-736, 747 Receptor ativado por proliferador de peroxissomo-gama (PPARy), 747 Receptor atrial de volume, 670t Receptor beta-adrenérgico (receptor 13) receptores de membrana que se ligam e ativam sinais de transdução da noradrenalina e adrenalina, (Cp 6 1 11), 193, 194, 194{, 276t, 277, 390{, 392, 394t, 395t agonistas e antagonistas do, 276t, 395t controle das arteríolas e, 390{, 522-524 Receptor central receptores sensoriais localizado no ou muito próximo do encéfalo, (Cp 6), 200-201, 200-201{ Receptor colinérgico, 276t, 279 agonistas e antagonistas do, 276t, 395t muscarínico, 276t, 277, 389, 391{, 393t, 395, 395t nicotínico, 276t, 277, 389, 391{, 393t, 395t, 396-397, 399-400, 399{, 400{, 401-402 ligação a a-bungarotoxina, 277, 399 no controle do músculo liso, 438-439 Receptor d a diid ropiridina (DHP) receptores controlados por voltagem nos túbulos T, ligados a canais de Ca2+, (Cp 12), 418, 418{, 419 Receptor da dor, 346. Ver também Nociceptor Receptor da histamina, 276t H 2 , (Cp 21), 717 Receptor da orofaringe receptor não identificado que monitora a ingestão oral de água, (Cp 20), 667 Receptor da vasopressina, 656, 657{ anormal, 195-196{ Receptor d as articulações receptores sensoriais que enviam informações sobre a posição relativa dos ossos que estão ligados por articulações flexíveis, (Cp 13), 334, 451 Receptor de calor, 346 Receptor de célula-alvo, 180, 181{, 182, 183{ anormal, 236-23 7 Receptor de célu las T receptores de membrana das células T que se ligam aos complexos MHC-antígeno, (Cp 24), 792-793t, 797-798, 797-798{ Receptor de estiramento no fuso muscular, 450{, 451-453, 452{, 453{, 454{ nos pulmões, 617 osmorreceptores como, 657, 658{ Receptor de insulin a, 186-187, 739-740, 739-740{ Receptor de integrina das plaquetas antagonistas do, 564 defeitos no, 189 Receptor de Mer kel receptor na pele para pressão, (Cp 10), 345{, 345t Receptor de mineralocorticoides (MR), 760 Receptor de neurotransmissores, 278, 279, 389-391, 391{, 393t agonistas e antagonistas dos, 395, 395t Receptor de volume do corpo aórtico, 670t Receptor de volume do corpo carotídeo, 670t Receptor DHP. Ver Receptor de diidropiridina Receptor hormonal, 180, 181{, 220-221, 758 anormal, 236-23 7 Receptor ionotrópico receptor de neurotransmissores que alteram a função de um canal iónico, (Cp 8), 278 glutaminérgico, 276t, 279 Receptor metabotrópico receptor de neurotransmissor que atua via sistema de segundo mensageiro, (Cp 8), 279 glutaminérgico, 276t, 279

Receptor m u scarínico um subtipo de receptor colinérgico, (Cp 8 1 11), 276t, 279, 389, 391{, 393t, 395, 395t antagonistas e agonistas do, 276t, 395t no controle do músculo liso, 438-439 Receptor nicotínico um tipo de receptor de acetilcolina que também responde à nicotina, (Cp 8 1 11), 276t, 277, 389, 391{, 393t, 395t, 396-397, 399, 399-400, 399f, 400{, 401-402 agonistas e antagonistas do, 276t, 395t ligação da a-bungarotoxina com, 277, 399 na junção neuromuscular, 399, 399-400, 399{, 400{ tabagismo e, 387, 389, 396-397, 401-402 Receptor NMDA receptor para o glutamato que abre somente quando a célula é despolarizada, (Cp 8)1 279t, 279 na potenciação de longo prazo, 286-287, 286{ Receptor opioide, 348-349 Receptor órfão receptor que não possui ligante conhecido, (Cp 6), 192 Receptor para o frio, 346 Receptor para o odorante, 351 Receptor periférico receptores sensoriais que não estão localizados no ou próximo do encéfalo, (Cp 6), 200-201, 200-201{ Receptor purinérgico receptor que se liga às purinas, como AMP ou ATP, (Cp 8), 276t, 277, Receptor sensível ao cálcio receptor (CaSR) encontrado nas células da glândula paratireoide que respondem a mudanças nas concentrações plasmáticas de Ca2+, (Cp 23), 225-228, 227-228{, 774-776, 775-776{ anormal, 195-196t Receptor sensorial, 86{, 199-201, 199-200{, 200-201{, 201, 202-203{, 248, 248{, 334-335, 335(. Ver também Neurónio sensorial no reflexo do músculo esquelético, 450, 450{, 451 Receptor somatossensorial, 335, 335{, 343 Receptor tônico receptores de adaptação lenta, (Cp 10), 341, 342{ Receptor V21 656 Receptor vanilóide, 346 Receptor(s) alfa. Ver Receptor alfa-adrenérgico Receptor-canal, 182, 183{, 189, 189{ Receptor-canal de rianodina (RyR) canal liberador de cálcio do retículo sarcoplasmático do músculo estriado, (Cp 12, 14), 418, 418{, 419, 482,482{ Receptor-canal IP3 canal de Ca2+ no retículo sarcoplasmático do músculo liso que se abre em resposta ao IP3, (Cp 12), 434 Receptor-enzima tirosina dnase, como o receptor da insulina, 186-187, 739-740, 739-740{ Receptor-enzima classe de proteínas de membrana que se liga a ligantes no lado extracelular e ativa enzimas (usualmente tirosina cinase ou guanilil ciclase) no lado intracelular, (Cp 6), 182, 183{, 186-187, 187-188{ Receptores AT11 655 Receptores canabinoides, (Cp 8), 278 Receptores CB. Ver Receptores canabioides Receptores citosólicos, 182, 183{ Receptores da melanocortina (MCR), (Cp 23), 763 proteína agouti afetando, 763 Receptores de estrogênios, fármacos afetando (moduladores seletivos dos receptores de estrogênio), 196-197, 777-778, 863 Receptores de integrina, 182, 183f, 188-189-189 nas plaquetas antagonistas dos, 564 defeitos nos, 189 Receptores de membrana, 141, 142{, 182, 183{, 190{ para hormónios peptídeos, 222-223, 224-225{ tipos de, 182, 183{ Receptores de potencial transien te V1 (TRPV 1), (Cp 10), 346 Receptores de reconhecimento de padrões (PPRs), 790-791

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Receptores de temperatura, 200-201{, 336, 336t, 346,387 Receptores de volume, 670t Receptores fásicos receptores de adaptação rápida que detectam as mudanças das condições, (Cp 10), 341-342, 342{ Receptores glutaminérgicos, 276t, 279 Receptores gustatórios, 200-201{, 352-353, 352{, 354{ no trato GI, 355, 701 Receptores nucleares, 182, 183{ Receptores para irritação receptores na mucosa das vias aéreas que são estimulados por partículas inaladas ou gases nocivos, (Cp 18), 617 Receptores para o tato, 344-345, 345{, 345t localização do estímulo e, 339-341, 340-341{ Receptores serotonérgicos, 276t Receptores toll-like, 790-791 Recessivo, distúrbio genético, 102, 116, 126 Reciclagem de membranas processo pelo qual a membrana celular é removida por endocitose e armazenada como vesículas no citoplasma até ser novamente necessária; neste momento, as vesículas são reinseridas na membrana por exocitose, (Cp 5), 153, 153{, 657 Recombinante, hormónio do crescimento humano (hGH), 769-771, 769-772 Reconhecimento do p róprio capacidade do sistema imunitário de se autorreconhecer e não criar uma resposta imunitária. Esta capacidade está perdida nas doenças autoimunes, (Cp 24), 805-806 Recrutamento adição de unidades motoras para aumentar a força de contração de um músculo, (Cp 12), 427 Recrutamento assincrônico ativação das unidades motoras para impedir a fadiga, (Cp 12), 427 Rede nervosa, 297, 298{ Redes neurais, 247-248, 298, 299, 307, 309 na medula espinal, 306 propriedades emergentes das, 247-248, 297 Redução, reação de, 103-104, 104t Redutase, 104t 5-a-redu tase enzima que converte a testosterona em DHT, (Cp 26), 831, 836{ Reflexo antecipatório, 458-459, 461, 462{, 699 Reflexo aprendido, 447, 447t Reflexo autonómico (visceral), 338, 387-388, 387{, 388{, 447, 447t, 449-450, 449-450{ Reflexo barorreceptor via reflexa primária do controle homeostático da pressão sanguínea, (Cp 15, 25), 532-536, 534{, 536{ exercício e, 820 Reflexo cefálico, 699, 712, 712{ Reflexo condicionado, 447, 447t Reflexo consensual uma luz em uma pupila causa constrição das duas pupilas, (Cp 10), 368 Reflexo craniano, 447, 447t Reflexo curto, 699{, 700, 709-710{, 711, 712, 712{ Reflexo da acomodação, 369 Reflexo da defecação, 689, 716 Reflexo da deglutição, 709, 709-710{ Reflexo da ejeção do leite reflexo neuroendócrino que desencadeia a liberação da ocitocina e a ejeção do leite das glândulas mamárias, (Cp 26), 209,861 Reflexo da ereção, 851-852, 852-853{ Reflexo da micção, 644, 644{ Reflexo de estiramento uma via reflexa em que o estiramento muscular inicia uma resposta de contração, (Cp 13), 451, 452{, 454-455, 454{, 455{ Reflexo de flexão reflexo polissináptico que faz com que um braço ou uma perna se afaste rapidamente de um estímulo doloroso, (Cp 13), 455-457, 456{ Reflexo de insu flação de Hering-Breuer reflexo que impede a insuflação excessiva dos pulmões, (Cp 18), 617 Reflexo de retirada, 346, 455-457, 456{ Reflexo do fuso muscular, 454{

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Reflexo do músculo esquelético, 449-457, 450{, 452{, 453{, 454{, 455{, 456{ integração do, 450, 459, 459{, 459t Reflexo do tendão patelar, 208-209, 455, 455{ Reflexo endócrino, 206, 206{, 207{, 208, 208t, 209t, 225-228, 227-228{ disfunção endócrina relacionada com a complexidade do, 236-239, 237-239{ sistema nervoso e, 227-229. Ver também Reflexo neuroendócrino Reflexo espinal um reflexo simples que pode ser integrado dentro da medula espinal sem estímulo do encéfalo, (Cp 9, 10, 11, 12), 298, 307, 307{, 314-315, 346, 388, 447, 447t, 457 Reflexo extensor-cruzado reflexo postural que ajuda a manter o equilíbrio durante o reflexo de flexão, (Cp 13), 456{, 457 Reflexo gastrocólico, 716 Reflexo gastroileal, 716 Reflexoinato,447,447t Reflexo longo reflexo gastrintestinal que é integrado no SNC em vez de no sistema nervoso entérico, (Cp 21), 699-700, 699{, 708, 709-710{ Reflexo monossináptico de estiramento, 455, 455{ Reflexo monossináptico reflexo no qual há uma sinapse entre os neurónios, (Cp 13), 447t, 448, 448{ Reflexo nervoso. Ver também Reflexo neural Reflexo neural, 206, 206{, 207{, 208-209, 208t, 209t, 247-248, 273, 314, 314{, 447-448, 447t, 448{ Reflexo neuroendócrino, 206{, 207{, 209, 209t, 225-227 Reflexo neuro-hormonal, 206, 207{, 209 Reflexo patelar, 208-209, 455, 455{ Reflexo polissináptico qualquer reflexo nervoso que tenha três ou mais neurónios na via, (Cp 13), 447t, 448, 448{ Reflexo protetor, 346 nos pulmões, 617 Reflexo pupilar constrição da pupila em resposta à luz, (Cp 10), 367-368 Reflexo qualquer via de longa distância que recebe informação sobre uma mudança, integra a informação e usa o sistema nervoso, sistema endócrino ou ambos para reagir de modo apropriado, (Cp 6 1 11, 13), 447. Ver Via de controle reflexo anormal, 451 autonómico, 338, 387-388, 387{, 388{, 447, 447t, 449-450, 449-450{ endócrino, 206, 206{, 207{, 208, 208t, 209t espinal, 298, 307, 307{, 447, 447t músculo esquelético, 449-457, 450{, 452{, 453{, 454{, 455{, 456{ neural, 206, 206{, 207{, 208-209, 208t, 202-203t, 247-248, 273, 314, 314{, 447-448, 447t, 448{ neuroendócrino, 206{, 207{, 209, 209t tónus muscular e, 451 velocidade do, 206-208, 208t Reflexo tendinoso de Golgi, 454{ Reflexo vagal, 709-710{, 711 Reflexo visceral (autonómico), 338, 387-388, 387{, 388{, 447, 447t, 449-450, 449-450{ Reflexos gastrintestinais, 699-700, 699{, 700{ Reflexos musculares, 449-457, 450{, 452{, 453{, 474{, 455{, 456{ integração dos, 450, 459, 459{, 459t Reflexos posturais reflexos que nos ajudam a manter a posição corporal, (Cp 13), 457 antecipatório, 458-459, 461, 462{ Reflexos somáticos, 447, 447t Refluxo ácido, (Cp 21), 713 Reforçadores positivos, no comportamento aditivo, 387 Refração, 368-371, 369{, 370{, 371{ Regeneração axonal, 288{, 289 Região de dobradiça (imunoglobulina), 795-796, 795-796{

Região Fab braços ligantes do antígeno de uma molécula de anticorpo, (Cp 24), 795-796, 795-796{ Região Fc parte (tronco) da molécula do anticorpo que se liga a receptores das células imunitárias, (Cp 24), 795-796, 795-796f, 796-797 Regulaç.ã o para baixo diminuição no número ou na afinidade de ligação proteica que diminui uma resposta, (Cp 2, 6 1 7, 26), 44, 194, 236-237 GnRH e, 838 tabagismo nAChR e, 396-397, 401 Regulação para cima aumento no número de proteínas ou da afinidade de ligação que aumenta a resposta da célula-alvo, (Cp 2, 6 1 11), 44, 194-196 Regulador transmembrana da fibrose cística (canal CFTR) canal controlado por nucleotídeo de cloreto no epitélio que é defeituoso na fibrose cística, (Cp 1, 5, 21), 142, 144, 156, 171, 695, 696, 697{ Rejeição (transplante), MHC e, 804 Rejeição de transplantes, proteínas do MHC e, 804 Relação comprimento-tensão no músculo cardíaco, 483, 483{, 501, 501{ no músculo esquelético, 423-425, 424{ Relação estrutura-função, 2, 6-7 Relação insulina/glucagon, 737-739, 737-738{, 741-742 Relação pressão-volume dos gases, 576t, 577-578, 577{ Relaxamento, 412, 432, 432{, 433, 436, 436-437{, 450 no músculo cardíaco, 482-483, 482{ no músculo liso, 432, 432{, 433, 436, 436-437{ Relaxamento atrial, 484. Ver Diástole atrial Relaxamento receptivo, 711 Relaxamento ventricular, 480{, 496-497, 496{, 497{, 498 pressão sanguínea e, 514, 516, 517{ Relaxamento ventricular isovolumétrico fase do ciclo cardíaco quando os ventrículos estão relaxados, mas o volume de sangue dentro deles não muda, (Cp 4, 14), 496{, 497, 497{, 498 Relaxina hormónio peptídeo secretado pelo ovário e pela placenta que prepara o útero e a pelve para o parto, (Cp 26), 218f, 859 Rendimento de energia potencial, da glicose, 112-113 Renina, inibidor, 664-665 Renina peptídeo secretado pelas células justaglomerulares que converte angiotensinogênio em angiotensina 1, (Cp 20), 624, 634, 662-663, 663-664{, 672 fármacos inibidores da, 664-665 Renovação celular, nos epitélios protetores, 78 Reparo, 799-800 Replicação da fita contínua, 897 Replicação da fita de síntese descontínua, 899 Replicação de um experimento, 10 Replicação semiconservativa, 897, 899, 898{ Replicon, 897 Repolarização fase durante a qual a membrana despolarizada retorna ao seu potencial de repouso, (Cp 5), 169, 169{, 488t das células miocárdicas autoexcitáveis, 486, 488t das células miocárdicas contráteis, 484 no ciclo cardíaco, 491, 493{ no músculo liso, 437-438, 488t Reposição hormonal, terapia de, 217, 219, 777-778, 863 Representação simplificada, 24 Repressão (gene), (Cp 4), 119, 120{ por hormónios esteroides, 224-225, 225-226{ Reprodução, 829 feminina, 844-851, 845-846{, 845t, 847t, 848{, 849{ hormónios da adeno-hipófise afetando a, 233-234, 233-234{ masculina, 838-844, 839{, 840{, 839-841{, 842{, 843t

padrões básicos da, 833-838, 835{, 836{, 837{, 837t regulação hormonal da, 234-235, 836-838, 836(, 837{, 837t Reprodução masculina/sistema reprodutivo, 838-844, 839{, 840{, 839-841{, 842{, 843t RER. Ver Razão de troca respiratória; Retículo endoplasmático rugoso Reservatório de pressão, 514 Reservatório de volume, 514, 515, 520-521 Resfriamento por evaporação (perda de calor por evaporação) resfriamento que ocorre quando a água evapora a partir da superfície da pele, (Cp 25), 748, 748{, 750 Resistência, 473-474, 474{, 514, 519-520-521, 520-521{, 525-526, 526-527{, 890-892 das vias aéreas, 586 hipertensão e, 539 pressão, volume, fluxo, relação com, 471-478, 471{, 472{, 473{, 474{, 475{, 516, 517t, 519-521, 519-521, 520-521{ exercício e, 818-820, 820{, 820-821{ taxa de filtração glomerular e, 632-633, 632{ Resistência à insulina, 745, 746-747 Resistência da membrana. Ver Membrana, permeabilidade da Resistência das vias aéreas, 586, 586t na DPOC, 590-592 Resistência periférica resistência ao fluxo sanguíneo criada primariamente pelas arteríolas, (Cp 15), 478, 519-521, 520-521{, 520-526, 521-523, 522-524, 525-526{ distribuição de sangue e, 525-526, 526-527{ exercício e, 818-819, 820-821{ taxa de filtração glomerular e, 632-633, 632{ Resistência variável, 514 Resistina, 218{ Respiração (1) uso celular do oxigênio e substratos para produzir energia; (2) trocas de gases entre a atmosfera e as células, (Cp 17), 570, 5 70(. Ver também Respiração celular; Respiração externa Respiração, (Cp 17), 570. Ver também Ventilação condicionamento do ar (aquecer, umidificar, filtrar) e, 571-574, 575{ controle bulbar da, 613-614, 613{ exercício afetando a, 817-818, 817{, 818{ frequência/profundidade/eficiência da, 587-590, 587-588{, 587-590t, 617 gradientes de pressão e, 577, 579-580 interrupção da (apnéia), 587-589t mecânica da, 568-596 lei dos gases e, 576-578, 576t, 577f, 577t sistema respiratório e, 570-576, 572-575{ ventilação e, 570, 578-592 mudanças na ventilação alveolar e, 587-589t, 588-590 músculos da, 572{, 579, 580f, 581 normal (eupnéia), 587-589t padrões da, 587-589t, 588-590, 617 periódica, 617 rápida (taquipneia), 587-589t regulação da, 612-617, 612{ trabalho da resistência afetando a, 585-586, 585{ surfactante afetando a, 586, 586t Respiração celular reação intracelular do oxigênio com moléculas orgânicas para produzir C021 água e energia sob a forma de ATP, (Cp 17, 20), 570,570{ Respiração em repouso, 578, 579, 580, 581, 581{, 584 Respiração externa intercâmbio de gases entre o meio externo e as células do corpo, (Cp 17), 570, 570(. Veja também Respiração; Troca de gases Respiração periódica, 617 Respiração sibilante, 576, 590-592 Responsividade tecidual anormal, 236-23 7 Responsividade tecidual normal, 236-237

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Resposta, na via de controle reflexo, 199-200, 199-200(, 201, 202-203( Resposta celular, 201, 758 Resposta de luta-ou-fuga, 386, 387(, 396-397, 522-524, 808 Resposta imunitária, 784-787, 799-806, 801-804(, 805t. Ver também Sistema imunitário primária e secundária, 794-795, 795-796( sono e, 319 substâncias químicas da, 791793, 792-793t Resposta imunitária espeáfica (imunidade adquirida), 784-785, 793-800, 793-799( Resposta imunitária inespecífica (imunidade inata), 784-785, 789-793, 790-791(, 791-792(, 792-793t, 793-794( Resposta imunitária primária resposta imunitária que ocorre na primeira exposição a um patógeno, (Cp 24), 794-795, 795-796( Resposta imunitária secundária resposta imunitária mais forte e mais rápida que ocorre com a segunda ou a subsequente exposição a um patógeno, (Cp 24), 794-795, 795-796( Resposta sexual, 851-852 Resposta sexual humana, 851-852 Resposta sistêmica, 201 Resposta visceral, 316, 317, 449-450, 449-450(. Ver também Sistema nervoso autónomo; Reflexo visceral Respostas antígeno-específicas (imunidade adquirida), 784-785, 793-800, 793-799( Ressonância magnética funcional, imagem (MRif), 314 Retículo. Ver Retículo endoplasmático Retículo endoplasmático (RE) uma rede de tubos membranosos interconectados que existe no citoplasma; local de síntese de proteínas e de lipídeos, (Cp 3), 64f, 68, 69(, 247-248t energia usada pelo, 96 síntese de hormônios esteroides no, 68, 222-223 síntese de lipídeos no, 68, 117 síntese/armazenamento/liberação de hormônios peptídeos no, 221-222, 222-223( síntese/modificação de proteínas no, 68 Retículo endoplasmático liso organela que é o local primário da síntese de ácidos graxos, lipídeos e esteroides, (Cp 3), 64f, 68, 69( na síntese dos hormônios esteroides, 68, 222-223 síntese de lipídeos no, 68, 117, 118f Retículo endoplasmático modificado, fibras musculares. Ver Retículo sarcoplasmático Retículo endoplasmático rugoso organela que é o local primário da síntese de proteínas, (Cp 3, 8), 64f, 68, 69(, 247-248t do neurónio, 247-248t na síntese/armazenamento/liberação de hormônio peptídeo, 221-222, 222-223( Retículo sarcoplasmático retículo endoplasmático modificado do músculo que concentra e armazena Ca2+, (Cp 12, 14), 408, 408t, 410(, 411(, 412f na célula do miocárdio, 481 entrada de cálcio, 482, 482f no músculo liso, 434 entrada de cálcio, 436-437, 437-438( Reticulócito eritrócitos imaturos sem núcleo, (Cp 16), 549-550(, 552-553 Retina receptores sensoriais que revestem a cavidade posterior do olho, (Cp 10), 367, 367(, 373(, 374f fototransdução na, 371-372, 372(, 373(, 374(. Ver também Fototransdução processamento do sinal na, 376-377, 377( projeção da imagem na, 372, 374f receptor anormal da rodopsina na, 195-196t Retin-A®. Ver Tretinoína Retinal pigmento da rodopsina que absorve luz, (Cp 10), 374(, 375, 376, 376( Retinite pigmentosa, 195-196t Retinopatia diabética, 515

Reto segmento distal do intestino grosso, (Cp 21), 689, 690(, 709(, 716, 717f Retorno venoso quantidade de sangue que entra no coração a parir da circulação venosa, (Cp 14, 15), 501-502, 504(, 505 Retração elástica, 514, 517(, 584 Retroalimentação, inibição por, o produto final de uma rota metabólica age como um modular inibitório sobre a rota. Sinónimo: inibição pelo produto final, (Cp 4), 105-106, 106f Retroalimentação negativa alça de retroalimentação homeostática que mantém um sistema no ponto de ajuste ou próximo dele, (Cp 6, 7, 13), 203-204, 203-204(, 235-236, 235-236(, 236-237, 447 alça longa e alça curta, 231-232, 231-232(, 760( disfunção endócrina e, 235-237, 235-238( hipersecreção e, 235-236, 237-238( hipossecreção e, 235-236, 237-238( no controle da reprodução, 836-837, 837(, 837t no reflexo endócrino, 225-228, 227-228( no reflexo neural, 44 7 Retroalimentação negativa de alça curta, 231-232, 231-232( no controle da reprodução, 836, 837f Retroalimentação negativa de alça longa retroalimentação negativa de uma glândula endócrina periférica para o hipotálamo e a adeno-hipófise, (Cp 7), 231-232, 231-232(, 760( no controle da reprodução, 836, 837f Retroalimentação tubuloglomerular processo pelo qual mudanças no fluxo de líquido no túbulo distal influenciam a taxa de filtração glomerular, (Cp 19), 633, 633-634, 633(, 634f Retrovírus, 784- 785 Revisão de eletricidade, 164 Revistas científicas (periódicos), 15 Ribonuclease enzima que degrada RNAm, (Cp 4), 124, 126 Ribose um açúcar pentase, (Cp 2), 28, 33f, 34 Ribossomo fixo, 63 Ribossomo livre, 63 Ribossomo pequenos grânulos densos de RNA e proteína que unem aminoácidos formando proteínas, (Cp 3), 63, 64f na síntese de proteínas, 123-124, 126, 123f no retículo endoplasmático rugoso, 68, 69( Rigor mortis, 417 Rim, 622-649, 626-627( artificial, 63 7 concentração da urina e, 654-655, 655f controle autonómico do, 390( controle da pressão sanguínea no, 520-521, 520-521(, 534-535, 623 córtex do, 624, 626(, 627( elementos tubulares do, 625, 627( elementos vasculares do, 625, 626{, 627( epitélios do, 76-77(, 77 equilíbrio hídrico e, 623 equilíbrio hídrico e eletrolítico, 623, 652, 652(, 653-661, 653(, 645(, 655f equilíbro ácido-base e, 623, 676-678, 676-677(, 677(, 678f estrutura do, 624-625, 626-627( fluxo sanguíneo para o, 525-526( funções do, 623-629, 628f excreção, 628(, 629(, 639-643, 641(, 642t, 643(, 651 filtração, 625, 628(, 629-635, 629(, 630(, 631(, 632(, 633(, 634f micção e, 643-644, 644f reabsorção, 625, 628, 628(, 635-639, 635(, 636(, 637(, 638f concentração da urina e, 654-655, 655f vasopressina afetando a, 655-657, 656{, 657f secreção, 628, 628(, 629, 629(, 639-640 homeostase do pH e, 623 hormônios produzidos pelo, 218-220t, 624 infecção do, 624 medula do, 624, 626(, 627(

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néfron como unidade funcional do, 624-625 Rins artificiais, 63 7 Ritmo biológico variação cíclica de um processo biológico, (Cp 6), 203-205, 205f secreção da prolactina e, 675 secreção de cortisol e, 205, 205(, 760, 761f secreção de vasopressina e, 861 temperatura corporal e, 203-205, 205(, 748 Ritmo circadiano ritmo biológico com base em um ciclo de 24 horas, (Cp 6, 9, 10), 203-205, 205(, 320-321, 372 secreção da prolactina e, 861 secreção de cortisol e, 205, 205(, 760, 761f secreção de vasopressina e, 65 7 temperatura corporal e, 203-205, 205(, 748 RNA (ácido ribonucleico) nucleotídeo que interpreta a informação genética armazenada no DNA e usa tal informação para a síntese de proteínas, (Cp 2, Apêndice C), 33(, 34, 34f, 897 de dupla-fita, 119 de interferência pequeno, 119, 120(, 122 digestão do, 706-707 mensageiro. Ver RNA mensageiro ribossômico, 119, 120(, 123 síntese do, na transcrição, 120-122, 121f transportador, 118, 119, 120(, 123(, 124, 126 RNA de dupla-fita, 119 RNA de interferência (RNAi), (Cp 4), 119, 120{, 122 RNA mensageiro (RNAm) RNA produzido no núcleo a partir de um DNA molde; vai para o citoplasma para orientar a síntese de novas proteínas, (Cp 4, 6, 22), 118, 118(, 119, 120f no isolamento peptídico, 726 processamento do, 119, 120(, 122-123, 122(, 123f silenciadores, 119, 120f tradução do, 123-124, 126, 123f viral, 784-785 RNA pequeno de interferência (siRNA), 119, 120f RNA polimerase enzima necessária para a síntese do RNAm a partir do DNA, (Cp 2, 4), 120, 121(, 123f RNA ribossômico (RNAr) RNA citoplasmático onde ocorre a formação das proteínas, (Cp 4), 119, 120(, 123 RNA transportador (RNAt) RNA que se liga a um aminoácido em uma das extremidades e no RNA ribossômico em outra, (Cp 4), 118, 119, 120(, 123(, 124, 126 RNA viral, 784, 784f RNAm, processamento do, (Cp 4), 119, 120(, 122-123, 122(, 123f Rodbell, Martin, 186-187 Rodopsina pigmento visual dos bastonetes, (Cp 10), 374(, 375 na fototransdução, 375-376, 376( receptor para, anormal, 195-196t Rombencéfalo, 299, 300, 300(, 301 ROMK (canal de potássio), (Cp 20), 661-662 ROS. Ver Espécies reativas de oxigênio Rosestein, Beryl, 156 Rota metabólica, 105, 106(. Ver também Metabolismo como fornecedor de energia, 106-107 controle hormonal da, 731-72, 731(, 732-733( razão ATP/ADP afetando, 106 regulação celular da, 105-106, 106f Rota oxidativa, 107 Rotas neurais. Ver também Transmissão sináptica integração das, 281-289, 282(, 283f Rotas do metabolismo catabólicas, 105, 107-116, 108(, 109{, 729, 735-737, 735-736(. Ver também Catabolismo Rotas rede de reações químicas interconectadas formada pelas reações enzimáticas do metabolismo, (Cp 4, 9), 105, 106(, 307, 309 rRNA. Ver RNA ribossômico Rugas superfície enrugada no interior do estômago, (Cp 21), 690(, 692 RyR. Ver Receptor-canal de rianodina

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" Glossário/lndice

S (fase do ciclo celular), 898{ S1 (primeiro som cardíaco), 495, 497, 488{ S2 (segundo som cardíaco), 496, 497, 499{ S3 (terceiro som cardíaco), 497 S4 (quarto som cardíaco), 497 Sabor azedo, sensação de, 352, 353, 354{ Sabor doce, sensação de, 352, 353, 354{, 355 Sacarase enzima que digere a sacarose, (Cp 2, 21), 703-704{, 703-705 Sacarina, 624 Sacarose dissacarídeo composto por uma glicose e uma frutose. Sinónimo: açúcar de mesa, (Cp 2, 21), 29{, 703-704, 703-704{ Saciedade sensação de plenitude, (Cp 9, 21, 22), 322, 725-726, 726{ Sacks, Oliver, 349 Saco p ericárdico, (Cp 3), 54, 55{, 570 Saco pleural, (Cp 3), 54, 55{, 570, 572{, 574{ Saco vitelino, 856-858, 856-858{ Sáculo um dos órgãos otólitos do vestíbulo, (Cp 10), 359{, 363, 364{ SADD. Ver Distúrbio afetivo sazonal depressivo Saída de energia, 727, 728, 747{ SAIDH. Ver Síndrome da secreção inapropriada de hormónio antidiurético Sais b iliares ácidos biliares conjugados com aminoácidos, (Cp 21), 699, 706, 70 6{, 707{, 714, 715 Sal e equilíbrio hídrico, 623. Ver Balanço do sódio; Equilíbrio da água controle integrado do, 651-652, 652{, 668-672, 668{, 670t, 671{ Salina, 164t, 604, 681 Saliva secreções mucosa e aquosa com enzimas da boca, (Cp 21), 689, 697, 708 Salmonella, 718 Sangramento (venossecção), 547 San gramento/perda de sangue. Ver Hemorragia San gue, emulsão de perfluorocarbono como substituto do, 604 Sangue, volume. Ver Volume de sangue San gue arterial, 506. Ver também Pressão sanguínea PCOz do, 600, 600t, 61 1{, 615-617, 616-617{ exercício e, 8 18, 818{ pH do, 600t exercício e, 8 18, 818{ Po2 do, 600, 600t, 604, 605{, 61 l f exercício e, 8 18, 818{ pressão sanguínea arterial; média, 475-478, 517-518, 518{, 519-521, 520-521(. Ver também Pressão sanguínea Sangue desoxigen ado, 470 Sangue do cordão, células-tronco n o, 548-550 Sangue porção circulante do líquido extracelular, (Cp 3, 14, 15, 16, 18), 82, 82t, 83{, 468-469, 470{, 546-567 composição do, 547-549, 548(. Ver também Células sanguíneas; Plasma desoxigenado, 470 distribuição do, 525-526, 525-527{ exercício e, 8 18-819, 820{, 822 para o cérebro, 525-526{ pressão sanguínea e, 520-521, 520-521{ oxigen ação do, 469-470, 470{, 575 secreção hormon al no, 217, 219-220 transporte de gases no, 598{, 603-612, 604{, 611{ trocas osmóticas em, forma dos eritrócitos afetada por, 553-555, 554-555{ Sanguessuga, para sangria, 54 7 redes neurais estudadas na, 298 SARA (Sín drome da angústia respiratória do adulto), 603 Sarcolema membrana celular de uma fibra muscular, (Cp 12), 408, 408t, 410{, 411{, 412{ Sarcômero unidade contrátil de uma miofibrila, (Cp 12), 409, 410{, 411{, 413{ cardíaco, 481, 501 mudanças duran te a contração, 412-413, 414{ relação comprimen to-ten são e, 423-425, 424{ no músculo cardíaco, 483, 483{, 501, 501{

Sarcoplasma citop lasma de uma fibra muscular, (Cp 12), 408, 408t, 410{ Sargramostima, 552-553 SARS, 783 Saturação todos os sítios ativos de uma dada quantidade de proteína estão preenchidos com substrato e a taxa da reação é máxima, (Cp 2, 4, 5, 6, 18, 19), 45, 45{, 637-638 da h emoglobina, 606-607, 607{ do transporte ren al, 637-639, 637{, 638{ no transp orte mediado p or carreador, 151-152, 151{, 637-639, 637{, 638{ receptor, 194-196 Saúde, exercício e, 822-824, 823{, 824{ Sazon al, distúrbio afetivo depressivo, 239{ Schistosoma, 784, 789 SCN. Ver Núcleo sup raquiasmático Secr eção (1) movimento de moléculas selecionadas do sangue para o néfron; (2) processo pelo qu al a célula libera uma substância no esp aço extracelular, (Cp 3, 5, 7, 19, 21), 56, 77, 155, 155{, 639. Ver também Substância específica de penicilina, 639-640 do trato gastrintestin al, 688, 688{, 695-699, 695{, 696{, 697{, 699{, 709{, 711-713, 71 1{, 712{ regulação da, 699-703-704, 700{, 702t glândula exócrina, 79 hormon al, 217, 219-220 no néfron, 628, 628{, 629, 629{, 639-640 Secreção de hormónios adeno-hipofisários, 227-229, 758. Ver também Hormónios tróficos da adeno-hipófise Secreção de muco, 79, 79(. Ver também Muco Secreção inapropriada de hormónio antidiurético (SAIDH), 681 Secr eção serosa secreção de uma solução exócrin a aquosa que frequentemen te contém enzimas, (Cp 3), 79 Secreção tubular, 628, 628{, 629, 629{, 639-640 do íon hidrogénio, 676-678, 677{ Secr etina hormónio intestinal que estimula a secreção de bicarbon ato e a liberação de pepsin a; inibe o ácido gástrico, (Cp 21), 218{, 701, 702, 702t, 713 Sede, 651, 667, 672. Ver também Equilíbrio hídrico angiotensina II afetando a, 664-665, 672 no diabete melito, 655 Segmentados, 789, 789(. Ver também Neutrófilos Segmento externo, 374, 374{, 375 Segmento inicial o cone axónico e a primeira parte de um axónio; geralmente é a localização da zona de disparo dos n eurónios, (Cp 8), 259 Segmento intern o, 374, 374{ Segmento PR do fin al da onda P até o início do complexo QRS, (Cp 14), 491, 492{, 493{, 494 Segmento receptor, 694, 694{ Segmento ST período entre o final da onda S e o início da on da T, (Cp 14), 492{, 493{ Segmentos, no eletrocardiograma, 491, 492{ Segmentos transmembran a, 59, 60{ Segunda divisão meiótica, 834, 835{ Segunda lei da termodinâmica os processos naturais se movem de um estado orden ado para um estado de desordem conhecido como en trop ia, (Cp 4), 97 Segundo corpúsculo polar, 835, 835{, 856-857, 856-857{ Segundo m ensageiro moléculas intracelulares que traduzem o sinal de um primeiro mensageiro em uma resposta intracelular, (Cp 6), 182, 184-185, 185{, 186-187t, 188-189, 188-189{, 189, 189{, 190{ ação de h ormónios esteroides e, 225-226{ ação de h ormónios pep tídicos e, 222-223, 224-225{ disfunção endócrina e, 236-23 7 doenças/fármacos associados com, 195-197, 195-196t na tran sdução da luz, 375-376, 376{ na transdução sensorial, 336

receptores adrenérgicos e, 392-393 sinergismo e, 234-235 Segundo som cardíaco vibrações criadas quando as valvas semilunares se fech am, (Cp 14), 496, 497,499{ Seio coron ário, 471 Seio venoso, encéfalo, 301, 302{, 304{ Seio venoso da esclera, 365-366, 367f Seldane®. Ver Terfen adina Selectinas, 72t Selênio, 22 Selye, Hans, 808 Sêmen espermatozoides mais secreções das glân dulas acessórias, (Cp 26), 843, 843t, 851-852 Sensação térmica, 748 Sensibilidade, ao an tígeno, 803-804, 803{ sistemas de con trole homeostático e, 203-204, 203-204{ Sensibilidade somatossensorial p ressão/toque, temperatura, dor e propriocepcão, (Cp 10), 334, 334t, 338{, 342-349, 343{, 344{, 344t Sensibilização exposição a estímulos intensos ou não tóxicos que cria uma resp osta aumentada quan do ocorre uma exposição subseqüente, (Cp 9), 323-324 Sensor, 196-197, 196-197{, 199-200, 199-200{, 201, 202-203(. Ver também Receptor sensorial células endócrinas como, 225-228, 227-228{ sensibilidade do, 203-204 Sensor transcutân eo de oxigénio, 601 Sensorial e motor, neurónio, na síndrom e de Guillain-Barré, 25 1-252 Sentidos especiais visão, audição, paladar, olfato e equilíbrio, (Cp 10), 334t, 349. Ver também Sen tidos específicos receptores p ara, 334-335, 335{ Sentidos somáticos. Ver Sensibilidade somatossensorial Septo uma parede divisória, (Cp 14), 469 Sequência-alvo, 124, 126 Sequência sinal segmento inicial de uma proteína recém-sintetizada que direciona a proteína para a organ ela apropriada on de será processada, empacotada e encaminhada, (Cp 4, 7), 124, 126 pré-pró-hormónio, 221-222, 222-223{ Sequestradores dos ácidos biliares, 735-736 Serin a, 899t SERM. Ver Modulador seletivo do receptor de estrogênio Serosa superfície externa do trato digestório criada pela continuação do peritónio, (Cp 21), 689, 690{, 691{, 693 Serotonina um neurotransmissor do SNC. Sinónimo: 5-hidroxitriptamina (5-HT), (Cp 8, 9, 15, 16), 276t, 277 ativação/agregação plaquetária e, 560-561, 561-562t efeitos vasoativos da, 521-523t, 522-524 n a transdução gustatória, 353, 354{ receptores da, 276t sistemas modulatórios difusos secretam, 317t, 318,318{ Serpentes, neurotoxinas p roduzidas por, 277 Sesta, 668 Sexo (género) água total do copo e, 158, 158t determinação do, 829-832, 830{, 83 l t, 832-833{, 834{ genético, 830, 830{ taxa metabólica afetada pelo, 728 Sexo (género) água corporal total e, 158, 158t determinação do, 829-832, 830{, 831t, 832-833{, 834{ gen ético, 830, 830{ taxa metabólica afetada pelo, 728 Sexo genético, 830, 830{, 834 SFl (fator esteroidogênico), gene, 831

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Glossário/lndice

SGLT O, transportador ativo secu n dário do simporte Na+-glicose, (Cp 5), 147-148, 149(, 155, 156-157, 703-705 reabsorção tubular renal e, 636 Shalley, Andrew, 232-233 Shigella, 718 Sidenafil (Viagra®), 851-852 Significância adaptativa, h omeostase e, 3-4 Silenciador, RNAm, 119, 120f Sim portador. Ver Transportador de sim p orte Sim porte basolateral sódio-bicarbon ato, 676-677 Sin ais dependentes de contato sin ais célula-célula que n ecessitam da ligação de moléculas entre as duas células, (Cp 6), 179, 179(, 180, 797-798, 797-798( Sin al au tócrin o sinal químico local que atua na célula que o secreta, (Cp 6 1 7), 179f, 180, 194, 219-220, 275 Sin al de cálcio, 96, 191, 191(. Ver também Cálcio como sinal intracelular Sin al de entrada, via de controle reflexo, 197-199, 199-200( Sin al de saída, 197-199, 199-200( Sin al elétrico, 164, 166, 179, 206, 247-248 fatores químicos que afetam, 272-273, 273( movimento iônico causando, 25 7 nos n eurônios, 147-148, 247-248, 251-253, 251-252f, 255-273. Ver também Potencial de ação permeabilidade de can ais gerando, 258 tran sdução da luz para, 372-376, 373(, 376(. Ver também Fototransdução Sin al neural desmielinização afetan do o, 271(, 272 inativação do, 280-281, 281f Sin al neuroen dócrino, 316, 317 Sin al parácrin o substância química secretada p or uma célula que atua nas células vizinhas, (Cp 6 1 7, 12, 15, 21), 179(, 180, 197-199, 219-220, 275 crescimento tecidual e, 771-772 gastrintestinal, 702, 712, 712f lip ídeos como, 192-193, 192f no controle do músculo liso, 432, 438-439, 522-524, 522-524( secreção da renin a e, 663-664, 664-665(, 671(, 672 vasoativo, 5 14, 522-524, 522-524( Sin alizadores químicos, 179, 206, 207( atividade regulada dos músculos lisos pelos, 432, 437-439 como hormônio, 219-220 na comunicação das células da glia, 253 na resposta imunitária, 784-785 neuroimunomodulação e, 807 no desenvolvimento do sistema nervoso, 287-288, 288f novos, 190-193, 191(, 192f vias dos, 181-189, 182(, 190(. Ver também Transdução de sin ais afetados por toxinas, 195-196t alvo de doenças e fármacos, 195-197, 195-196t controle, 196-209, 196-197(. Ver também Homeostase finalização da, 195-196 modulação das, 193-197, 193(, 194(, 195-196t Sin apse elétrica sin ap se onde os sinais elétricos passam diretamente de uma célula para outra através das junções comunicantes, (Cp 8) 1 273-274 Sin apse qu ímica sinapse que usa n eurotransmissores p ara passar informações para a célula-alvo, (Cp 8), 274, 274(, 275f Sin apse região on de um neurônio se encontra com sua célula-alvo, (Cp 8)1 250(, 251-252, 273-274, 274(. Ver também Transmissão sináptica autonômica, 391-392, 392( formação da, 287-288 Sin apse retificadora, 273 Sincício, 179

Síncope vasovagal desmaio devido a uma dimin uição súbita da pressão san guínea como resultado de um estímulo emocion al, (Cp 15), 513, 534 Sín drome, 238-239 Sín drome adrenogenital, 763 Sín drome da angústia respiratória do adulto (SARA), 603 Sín dr ome da angústia resp iratória do recém-nascido doença que se manifesta nos prematuros que não possuem con centração adequada de surfactante nos seus alvéolos. Eles precisam fazer um esforço tremendo para expandir os pulmões a cada respiração, (Cp 17), 585-586 Síndrome da imunodeficiência adquirida. Ver AIDS Sín drome da secreção in aprop riada do h ormônio antidiurético, 681 Sín dr ome de adaptação geral resposta do corpo ao estresse, (Cp 24), 808 Sín drome de Cushing, 762-763, 762-763( Sín drome de dumping, 711 Síndr ome de Gu illain-Barré doença auto-imune rara em que ocorre paralisia neural com p erda da função sensorial e motora, (Cp 8 1 24), 247-249, 251-252,272,273,275,279,287,289-290,805t Síndrome de Turner, 830 Sín drome de Zollin ger-Ellison, 713 Sín drome do colo irritável, 694 Síndrome do ovário policístico (PCOS), 849-850 Sín drome do QT longo iatrogênica, 494 Sín drome do QT longo (LQTS), (Cp 8 1 14), 258, 494 Síndrome metabólica, (Cp 22), 746-747 Sín drome respiratória aguda grave, 783 sín drome testicular feminilizante, 236-237 Sinergismo interação de dois ou mais hormônios ou fármacos que p roduz um resultado maior do que o resultado aditivo, (Cp 7), 234-235, 234-235( Singer, S.J, 57 Sín tese de gorduras. Ver Síntese de lipídeos Síntese por d esidratação reação n a qual duas moléculas se unem com a perda de um a molécula de água, (Cp 4), 104 na síntese proteica, 124, 126 Sintetase en zima que une duas moléculas usan do energia do ATP, (Cp 4), 104, 104t Sintomas de retirada, adição à nicotina e, 387 Sin usoide, 526-527, 698f siRNA (pequen os RNAs de interferência), 120f Sistema aberto balanço de massa em um, 133, 133f corpo humano como um, 97 difusão no, 138 Sistema adenilato ciclase-AMPc O primeiro sistema de transdução de sin ais descoberto, (Cp 6), 187-189, 187-188( Sistema circulatório composto p elo coração e os vasos sanguín eos, (Cp 14, 15, 25), 467-511. Ver também Fluxo sanguíneo; Vasos san guíneos; Coração anatomia do, 469-471, 470(, 476-477(, 513f con trole da pressão sanguín ea e o, 520-521, 532-535, 533(, 534(, 671(, 672 equilíbrio h ídrico e eletrolítico e, 652, 652f exercício e, 818-820, 820(, 820-821( óxido nítrico (NO) como molécula sin alizadora e, 192 relações de pressão, volume, fluxo, resistên cia e, 471-478, 471-475(, 5 16, 517t, 5 19-521, 520-521(, 520-526, 520-521(, 521-523t, 522-526(, 525-526, 526-527( tran sp orte no, 469, 469t visão geral do, 468-471, 469t, 470 Sistema cognitivo, 313 Sistema comportamen tal, 313, 317-318 respostas auton ômicas e, 387, 387f Sistema de alavanca-fulcro, 428-430, 430(, 431f Sistema d e cond u ção vias aéreas que vão do meio externo até a superfície de trocas nos pulmões, (Cp 17), 570, 574f

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Sistema de controle fisiológico, 6-7, 6-7t, 196-197, 196-197( p ostulados de Cannon que descrevem o, 196-199, 197-198( Sistema de controle, 6-7, 6-7f, 6-7t, 196-197, 196-197(. Ver também Via reflexa de controle codificação da in tensidade do estímulo, 208, 208t comparações neural/n euroendócrina/endócrin a e, 205-209, 206(, 20 7(, 208t, 209t duração da ação e, 208, 208t especificidade da, 206, 208t natureza do sinal para, 206, 208t p ostulados de Cannon, 196-199, 197-198( velocidade do reflexo e, 206-208, 208t Sistema de transporte de elétron s, 107, 108(, 111-112, 112-113(, 731f Sistem a de trocas por contracor rent e arranjo anatômico de vasos de modo que o fluxo em um vaso ocorre n a direção oposta do fluxo do vaso ad jacen te, (Cp 20), 658-661, 658-660( Sistema d igestório estruturas envolvidas com a ingestão, processamen to, absorção e eliminação dos alimen tos, (Cp 1, 21, 24), 2, 2-3(, 3-4t, 686-723. Ver também Digestão anatomia do, 689-693, 690-691( como barreira de defesa, 688, 718-719, 789-790 como ep itélios do, 76-77(, 77 controle autonômico do, 390( fluxo sanguíneo para, 525-526( função e processos do, 687-689, 688(, 709( hormônios do, 700, 700(, 701-704, 702t imunidade e o, 718-719, 789-790 motilidade do, 693-694, 693(, 694(, 70 9( regulação do, 699-703-704, 700(, 702t secreção p elo, 695-699, 695(, 696(, 697(, 699(, 709( Sistem a endócrino células e tecidos do corpo que secretam hormônios, (Cp 1, 6 1 7, 23), 2-3, 2-3(, 3-4t, 215-245, 757-779. Ver também Glândula espeáfica e Glân dula endócrina; Hormônio comumicação célula-célula e, 180, 181f controle metabólico e o, 735-737, 757-779. Ver também Metabolismo distúrbios do, 216, 216(, 235-239, 235-236(, 758 complexidade do reflexo e, 236-239, 23 7-238(, 238-239( interações com o sistema imunitário/sistema n ervoso e, 806-808, 807(, 808f respostas auton ômicas e, 387, 387(, 391-392 sistema de con trole reflexo e, 197-209, 199-200( comparações, neural/neuroendócrin o/endócrino e, 205-209, 206(, 207(, 208t, 209t Sistema end ócrino difu so hormônios secretados por células endócrinas isoladas, (Cp 7), 217, 219 Sistema fagocítico mononu clear monócitos no sangue e macrófagos nos tecidos, (Cp 24), 788, 789f Sistema fechado, universo como, 97 Sistema genital, 2, 2-3(, 3-4t epitélios do, 76-77(, 78 p ermissividade hormon al afetando a maturação do, 234-235 vuln erabilidade à invasão, 789-790 Sistema genital/rep rodução feminina, 844-851, 845-846(, 845t, 847t, 848(, 849f epitélio do, 76-77(, 78 Sistema imu n itário células e tecidos e seus produtos que defen dem o corpo contra invasores, (Cp 1, 7, 9, 23, 24, 25), 2-3, 3-4t, 782-812 afetado pelo cortisol, 761-763, 808 autotolerância e, 805-806 anatomia do, 786(, 787-790, 787(, 789(, 789-790( células do, 788-790, 789(, 789-790( distúrbios do, 783 estresse e, 807, 807(, 808, 808f exercício e, 823-824, 824f funções do, 783

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" Glossário/lndice

imunidade adquirida (resposta antígeno-específica) e, 793-800, 793-799( imunidade inata (resp ostas inespecíficas) e, 784-78S, 789-793, 790-792(, 792-793t, 793-794( interações neuroendócrinas e, 806-808, 807(, 808( p atógenos h umanos e, 783-78S, 784(, 784t son o e, 319 supressão do, causado pelo cortisol, 761, 762-763, 808 tecidos do (tecidos linfáticos), 786(, 787-788, 787( vias de respostas e, 799-806, 801(, 802(, 803(, 804(, 80St vigilância pelo, 806 Sistema límbico região do cérebro que atua como ligação entre as funções cognitivas superiores e as resp ostas emocionais mais primitivas, (Cp 9, 13, 18), 307, 309(, 311-313, 313(, 321, 321( olfação e, 3Sl, 3Sl f reflexos autonómicos e, 449-4SO ventilação afetada pelo, 612(, 617 Sistema linfático sistema anatómico que leva líquido e proteínas de volta para o sistema circulatório, monitora a presença de p atógenos n o corpo e transporta as gorduras a partir do sistema digestório para o san gue, (Cp l S, 17), S30-S32, S31f, S32f, 786( Sistema modulatório difuso agrup amentos de neurónios do tronco encefálico que influenciam gran des áreas do encéfalo, (Cp 9), 317-318, 317t, 318( Sistema modulatório difuso colinérgico, 317t, 318,318( Sistema modulatório difuso dopamin érgico, 317t, 318,318( Sistema modulatório difuso n ão adrenérgico, 317t, 318, 318( Sistema modulatório difuso serotonérgico, 311-312, 311-312f, 313t Sistema motor, 316-318, 317t, 318( Ver também Divisão somática motora Sistema musculoesquelético, 2, 2-3f, 3-4t epitélios do, 76-77( Sistema nervoso autónomo divisão eferente do sistema nervoso que controla o músculo liso, o músculo cardíaco, as glândulas e parte do tecido adiposo, (Cp 8 1 11), 247-248t, 248(, 249, 386-397, 398t agonistas e antagonistas no, 39S, 39St controle an tagonista e, 196-197, 197-198(, 249, 388,390( distúrbios do, 396-397 músculos lisos controlados por, 391-392, 407 na homeostase, 387-388, 387(, 388( na modulação da frequência cardíaca, 196-197, 197-198(, 486-487(, SOO-SOl , SOOf, 8 18-819 secreção de catecolaminas da medula da suprarrenal e, 394-39S sistema somático comparado com, 398t subdivisão p arassimpática do, 248(, 249, 386, 389, 390{, 39S-397, 397{, 398t subdivisão simpática do, 248{, 249, 386, 389, 390(, 396-397, 397(, 398t taxa de filtração glomerular e, 634 vias do, 388-389, 388(, 390(, 391-392, 391( Sistema nervoso central (SNC) formado p elo en céfalo e medula espinal, (Cp 8 1 9, 10, 11, 13), 247-248, 248(, 296-332. Ver também Encéfalo; Medula espinal anatomia do, 299-306, 302(, 304( células gliais do, 2S3, 2S4f componente motor do, 316-318, 317t, 318t desenvolvimento/embriologia do, 299-301, 299(, 300f sin ais químicos no, 287-288, 288( evolução do, 297-299, 298f integração da informação sensorial e, 207{, 209, 248, 248{, 249, 314-316, 31Sf, 316{, 317(, 338-340, 338(

integração do movimento e, 4S8-463, 4S9f, 4S9t, 460-462( necessidades metabólicas do, 30S-306 no reflexo do músculo esquelético, 4SO p ropriedades emergentes e, 247-248, 297, 307, 309 reflexos longos integrados no, 699- 700, 699(, 708, 709-710( reparo de lesões no, 288f, 289, 32S-327 tecido conectivo/ósseo de sustentação do, 301, 302f vias reflexas no, 447. Ver também Reflexos neurais Sistema nervoso entérico neurónios da parede do trato gastrintestinal que são capazes de receber e integrar informação e desencadear uma resposta sem estímulo do SNC, (Cp 8 1 21), 248{, 249, 692, 699(, 700-701 Sistema nervoso parassimpát ico divisão do sistema nervoso autónomo que é responsável p elas atividades cotidianas, (Cp 8 1 11), 248(, 249, 386, 389, 390(, 39S, 396-397, 397(, 398t comparado com o sistema n ervoso simpático, 388, 390{, 396-397, 397{, 398t controle antagonista e, 196-197, 197-198(, 388, 390f controle da pressão san guínea e, S33, S33f, S34,S34f frequência cardíaca afetada pelo, 196-197, 197-198{, 390{, 486-487, 487{, SOO-SOl , SOO{, 818-819 na homeostase, 388, 390( secreção de in sulina e o, 738-739 Sistema nervoso periférico (SNP) todos os neurónios que estão completa ou parcialmente fora do sistema n ervoso central, (Cp 8), 247-248-248, 248( células gliais do, 2S3, 2S4f divisão aferente. Ver Sistema sensorial divisão eferente, 248(, 38S-40S controle autonómico motor e, 248{, 249, 386-397, 398t controle somático motor e, 248{, 249, 396-401, 398t reparação de dano do, 288(, 289 Sistema nervoso rede de bilhões ou trilh ões de células nervosas que se unem de um modo extremamen te organizado para formar um sistema rápido de controle do corpo, (Cp 1, 61 8 1 9, 10, 11, 14, 20), 2-3, 2-3{, 3-4t, 196-197, 247-248 autónomo, 247-248t, 248{, 249 células do, 249-2SS, 2S0f, 2S4f Ver também tipos específicos comunicação célula-célula do, 180, 181{, 273-281 integração da informação e, 281-289, 282{, 283( evolução do, 297-299, 298( integração do movimento e, 4S8-4S9-463, 4S9f, 4S9t, 460{, 461(, 462( interações dos sistemas imunitário/endócrin o com o, 806-808, 807{, 808( modulação da freqüência cardíaca p elo, 486-487, 487{, SOO-SOl, SOOf mudanças de pH e, 673-674 organização do, 247-249, 248( p apel do, 196-197 reflexo endócrino e, 227-229. Ver também Reflexo neuroen dócrino sinais químicos no desenvolvimento do, 287-288, 288( sistemas de controle reflexo e, 197-209, 199-200( neural/n euroendócrino/endócrino, comparações, e, 20S-209, 207(, 208t, 209t Sistema nervoso vegetativo, (Cp 11), 386. Vertambém Sistema nervoso autónomo Sistema nervoso visceral. Ver Sistema n ervoso autónomo Sistema ou trato extrapiramidal, (Cp 13), 4SO rede neural associada com os núcleos da base que

influencia a posição e o movimento do corpo, (Cp 13), 461 Sistema porta d o fígado região esp ecializada da circulação que transporta o material absorvido no intestin o diretamen te para as células do fígado, (Cp 21), 71S, 71Sf Sistema porta hipotalâmico-hipofisário seção modificada da circulação que leva neurónios diretamente do hipotálamo para a adeno-hipófise, (Cp 7, 9), 232-233, 232-233( Sistema porta região especializada da circulação que consiste em dois leitos capilares diretamente conectados por um conjunto de vasos sanguíneos, (Cp 7, 14, 19, 21), 232-233, 232-233(, 470{, 471 no fígado, 71S, 71Sf renal, 62S, 627( Sistem a renina-angiotensin a-aldosterona (SRAA) via endócrin a que tem um papel imp ortan te na regulação da pressão sanguínea e no manejo do Na+ renal, (Cp 20), 662-664, 663-664( Sistema respiratório estruturas envolvidas com a ventilação e as trocas de gases, (Cp 1, 17, 24), 2, 2-3{, 3-4t, S70-S76, S72-S73f, S7Sf Ver também Pulmões como barreira de defesa, 789-790 ep itélios do, 76-77, 76-77{, 78, 78f tabagismo afetando, 78, S80 funções do, S69 no equilíbrio ácido-base, S69, 67S-677, 67Sf Sistema reticular de ativação neurónios que contribuem para o alerta, (Cp 9), 318, 319( Sistema reticuloend otelial termo antigo para designar os macrófagos teciduais, (Cp 24), 788 Sistema sen sorial, 313, 333-384, 334t. Ver também Sentidos específicos informação processada pelo, 334, 334t olho (visão), 36S-378 orelh a audição e, 3S3-362 equilíbrio e, 362-36S processamento da informação p elo SNC e, 248(, 249, 313-316, 31Sf, 316(, 317{, 338-340, 338f propriedades do, 334-342 quimiorrecepção (olfato e paladar), 349-3S3 somático, 334, 334t, 338(, 342-349, 343(, 344(, 344t Sistema simpático divisão do sistema nervoso autónomo responsável pela resposta de luta-ou-fuga, (Cp 8 1 11), 248(, 249, 389, 390(, 396-397, 397(, 398t angioten sina II afetando o, 664-66S comparado com o sistema parassimp ático, 388, 390(, 396-397, 397(, 398t contração/resistência arteriolar e, 390{, S21-S24, S2S-S26f controle antagonista e, 196-197, 197-198(, 388, 390f controle da pressão san guínea e, S33, S33f, S34,S34f controle da taxa de filtração glomerular e, 634 distúrbios do, 396-397 frequência cardíaca afetada pelo, 196-197, 197-198{, 390(, 486, 487{, SOO-SOl , SOO{, 818-819 secreção da renina e, 663-664, 664-66Sf secreção de in sulina e, 738-740, 739-740t Sistema tegumentar, 2, 2-3{, 3-4t. Ver também Pele, 76-77{, 78 epitélios do, 76-77{, 78 Sistema urinário rins, bexiga urinária e estruturas acessórias, (Cp 1, 19), 2, 2-3{, 3-4t, 624-62S, 626( Ver também Estruturas específicas ep itélios do, 76-77{, 77 Sistemas biológicos, energia em, 6-7, 6-7t, 94-97, 9Sf, 96f reações químicas e, 97-100, 97t, 98(, 99(, lOOf Sistemas de con dução do coração, 487-489, 489{, 490( Sistemas de órgãos, 2, 2f, 3-4t

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Glossário/lndice

Sistêmico adjetivo referente a algo que ocorre em todo o corpo, (Cp 6), 197-199 Sístole atrial (contração atrial), 495, 496(, 499{ Sístole momento em que o coração se contrai, (Cp 14), 494, 495, 499{ Sístole ventricular, 499{ Sitagliptina, 746-747t Sítio ativo Região de uma enzima ou proteína transportadora na qual o substrato se liga. Sinónimo: sítio de ligação, (Cp 2, 4), 39-40 receptor, 193 doenças/fármacos associados com mudanças no, 195-197, 195-196t Sítio de ligação, 39-40 receptor, 193 doenças/fármacos associados a mudanças no, 195-197, 195-196t Sítio de ligação à actina, 409 Sítio de ligação da miosina, 409 SLC, superfamília, Ver Superfamília carreadora de solutos (SLC) SLC26A4 (pendrina), 764, 765{ SNARE, uma das proteínas envolvidas na exocitose de vesículas, (Cp 5), 154 SNC. Ver Sistema nervoso central SNC como centro integrador do, 248, 249, 447 SNE. Ver Sistema nervoso entérico SNP. Ver , Sistema nervoso periférico S04-. Ion sulfato , Sódio, 22. Ver também Ion sódio na contração muscular, 417-418, 418{ reabsorção tubular renal do, 635, 635(, 636-637, 636{ Sódio-ácidos biliares, simporte, 149t Sódio-aminoácidos, simporte, 149t Sódio-amónia, antiporte, 676-677, 677{ Sódio-bicarbonato, simporte, 676-677 Sódio-cálcio, antiporte, 149t, 774-775 Sódio-cálcio, trocador, 482(, 483 Sódio-colina, simporte, captação de, 149t Sódio-glicose, transporte ativo secundário (simporte-SGLT) O simportador Na+-glicose (SGLT), (Cp 5), 147-148, 149(, 156-157, 703-705 reabsorção tubular renal e, 636 Sódio-hidrogênio, antiporte, 149t, 676-677 Sódio-iodeto, simportador proteína transportadora para a captação de iodeto na glândula tireoide, (Cp 23), 764, 765{ Sódio-neurotransmissor (simporte), captação de, 149t Sódio-potássio ATPase (Na+-K+-ATPase) transportador ativo que move o Na+para fora da célula e o K+ para dentro da célula contra os seus respectivos gradientes de concentração, (Cp 5, 8 1 21), 135, 147-148, 147-148(, 147-148t, 148-149(, 155,483 afetado por glicosídeos cardíacos, 503 fadiga muscular e, 422 manutenção do gradiente elétrico e, 168 no transporte transcelular da glicose, 156, 156(, 157 potencial de ação e, 265 Sódio-potássio-cloreto, simportador (NKCC), 148-149, 149t na regulação renal do equilíbrio hídrico, 659-660 na secreção de NaCl, 696, 697{ no transporte transcelular de glicose, 157 Solubilidade a facilidade com que uma molécula ou gás se dissolve em uma solução: quanto maior a facilidade em se dissolver, maior a solubilidade, (Cp 2, 18), 36 difusão simples e, 136-137, 137(, 139, 140, 140{ dos gases, 599, 599{ dióxido de carbono, 599, 599(, 609 oxigênio, 599, 599(, 603, 605{ Solução ácida, 38 Solução alcalina, 38, 38{ Solução aquosa solução em que a água é o solvente, (Cp 2), 36, 36{

Solução básica, 38 Solução hiperosmótica, 160, 160t, 714 Solução hipertônica solução que causa movimento de água para fora da célula, (Cp 5), 161-162, 161-162t eritrócito na, 553-555, 554-555{ Solução hiposmótica, 160, 160t Solução hipotônica solução que causa influxo resultan te de água para dentro da célula, (Cp 5), 161-162, 161-162t no eritrócito, 553-554, 554-555{ Solução isosmótica, 160, 160t Solução isotônica solução que não resulta em movimento de água quando a célula é colocada nela, (Cp 5, 14), 161-162, 161-162t Soluç.ã o percentual concentração da solução expressa como partes do soluto em 100 partes da solução total, (Cp 2), 37 Solução um soluto ou uma combinação de solutos dissolvidos em um solvente, (Cp 2, 18), 36-37 aquosa, 36, 36{ expressão da concentração da, 36-37 gases na, 599, 599{ partículas em, osmolaridade e, 159-160, 160t tonicidade da, 161-163, 161-162t, 162(, 163(, 164t Soluto moléculas que se dissolvem em um líquido, (Cp 2, 19), 36 distribuição dos, 134-135, 135{ manejo renal de, 642-643, 642t tonicidade e, 161-162 Soluto não penetrante soluto que não pode cruzar através da membrana celular, (Cp 5), 161-162, 162(, 163{ Soluto penetrante soluto que cruza livremente através da membrana celular, (Cp 5), 161-162, 162, 163{ Solvente líquido no qual os solutos se dissolvem; Nas soluções biológicas o solvente é a água, (Cp 2) 36 Som interpretação encefálica da amplitude, freqüência e duração das ondas sonoras, (Cp 10) 355, 357(. Ver também Audição localização do, 339-341, 339-340(, 361 processamento coclear do, 358-361, 361{ Soma da célula. Ver Corpo celular Soma. Ver Corpo celular Somação dos potenciais graduados dois ou mais potenciais graduados que ocorrem muito próximos serão somados, (Cp 8), 283, 283(, 284, 284{ Somação espacial somação de potenciais graduados de várias origens, (Cp 8) 1 283, 283{ Somação nas fibras musculares esqueléticas estimulação rápida que não permite que um músculo relaxe, causando aumento da tensão até um estado de contração máxima (tétano), (Cp 12), 425-426, 425(, 485{ Somação temporal somação de dois estímulos que se seguem no tempo, (Cp 8), 284, 284{ Somatomamotrofina coriónica. Ver Lactogénio placentário Somatomedina nome antigo dos fatores de crescimento semelhantes à insulina, 769-771 Somatostatina hormónio hipotalâmico que inibe a liberação do hormónio de crescimento; substância parácrina gástrica que inibe a secreção de gastrina, (Cp 7, 21, 23), 218(, 229-230, 230-231{, 711(, 712, 712{, 713, 735-737, 737-738(, 769-770, 769-770{ Somatotrofina coriônica humana. Ver Lactogénio placentário humano Somatotrofina. Ver Hormónio do crescimento Sonambulismo, 320 Sonho, durante a fase REM do sono, 319 Sono, 318, 318(, 319-320 Sono não REM, 319, 319{ Sono profundo, 319, 319{ Sono REM, 319, 319{ Sons cardíacos, 495, 496, 497, 499{ Sons da respiração, 590-592 Sons de Korotkoff, 518, 519{

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Sopro cardíaco, 497 Sorbitol, 718 SOX9 gene, 831 Splenda®. Ver Sucralose SRAA. Ver Sistema renina-nagiotensina-aldosterona SS. Ver Somatostatina St Martin, Alexis, 687 Starling, curva, 501, 501{, 502, 502{ Starling, Ernest, 501, 701 Starling, forças, 529 Submucosa, 689, 690(, 691{, 692 Substância branca tecido do sistema nervoso central composto basicamente por axónios mielinizados, (Cp 9), 301, 302{ da medula espinal, 302(, 306-307, 307{ encefálica, 311-312{, 313, 313{ Substância cinzenta corpos celulares, dendritos e terminais axónicos de neurónios, (Cp 9), 301, 302{ cerebral, 311-313, 311-312{, 313{ da medula espinal, 302(, 306, 307{ Substância de Nissl. Ver Retículo endoplasmático rugoso Substância fundamental porção celular da matriz que consiste em glicoproteínas e água, (Cp 3), 80, 81f, 83f. Ver também Matriz Substância inibidora Mülleriana. Ver Hormónio antimülleriano Substância P, 277, 346 asma e, 590-592 neuroimunomodulação e, 807 Substitutos do sangue, 604 Substrato ligante que se liga a uma enzima ou a um transportador de membrana, (Cp 4, 5), 40, 100 saturação no transporte mediado por carreador e o, 151, 152{, 637-638, 637{ taxa da reação afetada pela concentração do, 44, 102 Substratos do receptor de insulina (IRS), 739-740, 739-740{ Sucralose, 703-704 Suicídio celular. Ver Apoptose Sulco ranhuras da superfície cerebral, (Cp 9), 311-312 Sulcouretral, 831, 831t, 833{ Sulfeto de hidrogénio, 192, 278 Sulfonilureia fármaco antidiabético que estimula a secreção de insulina pelo fechamento do canal de KATP das células beta, (Cp 22), 746-747t Sumatriptano, 276t, 522-524 Suor/sudorese, 651, 653, 669, 750, 822 Superfamília de proteínas de ligação ao cassete de ATP (ABC), 142 Superóxido molécula de oxigénio com um elétron extra (•0 2-), (Cp 2, 24), 23, 792-793t Suplementos de aminoácidos, 732-734 Surdez (perda da audição), 361-362 lesão por ruído e, 355 Surfactante, célula alveolar tipo II, 5 73f, 5 74 Surfactante substância química que diminui a tensão superficial da água, (Cp 17), 573(, 574 Sushi, neurotoxinas no, 277 Sutherland, Earl, 187-189 Swanson, Larry, 313 TlR, proteínas receptoras, 355 T3 • Ver Triiodotironina T4 • Ver Tiroxina Tabagismo. Ver Fumo Tabagismo. Ver também Nicotina doença cardiovascular e, 535-536 doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC) e, 569,571,580,583,592,602 epitélio respiratório ciliado afetado pelo, 78, 580 mudanças na membrana alveolar e, 602 Tabela periódica dos elementos, 22 Tagamet®. Ver Cimetidina Tálamo porção do encéfalo que atua como estação de retransmissão de informação que vai e

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vem dos centros encefálicos superiores, (Cp 9, 10), 308-307, 309(, 311, 311(, 338, 338{ integração do movimento e, 459, 459(, 459t Tamoxifeno fármaco modulador seletivo de receptor de estrogénio, (Cp 6 1 7), 234-235 Tampão amônia, 676-677, 676-677{ Tampão bicarbonato, 39, 610, 674 Tampão plaquetário, 559(, 560-561, 560-561(, 561-562 Tampão molécula que modera mudanças no pH, (Cp 2, 20, 26), 39, 610, 674 no sémen, 843t Tamsulosin, 395 Taquicard ia freqüéncia cardíaca alta (rápida), (Cp 14), 492 Taquipnéia respiração rápida, (Cp 17), 587-589t Tato/sensação de tato, 334t, 344-345 Taxa de filtração. Ver Taxa de filtração glomerular Taxa d e filtração glomerular (TFG) quantidade de líquido que é filtrado para dentro da cápsula de Bowman por unidade de tempo, (Cp 19), 632 autorregulação da, 632(, 633-634, 633(, 634{ depuração como medida da, 639-642, 641{ hormônios/neurônios autonômicos afetando a, 634 manejo de solutos e, 642-643, 642t na nefropatia diabética, 631 pressão sanguínea/ fluxo sanguíneo afetando a, 632-633, 632{ resposta à desidratação e, 672 Taxa d e fluxo volume de sangue que passa em um ponto do sistema por unidade de tempo, (Cp 14), 475, 475{ Taxa de reação, 45, 45f, 97 afetada pela concentração do substrato, 44, 102 afetada pelas enzimas, 45, 102 Taxa máxima de consumo de oxigénio (Vozmax), 816 Taxa metabólica, 728 Taxa metabólica basal (fMB) a taxa metabólica mais baixa, (Cp 22), 728 Taxa metabólica em repouso, 728 TBG. Ver Globulina ligadora de hormônios da tireoide; Globulina ligadora de tiroxina TCA, ciclo. Ver Ciclo do ácido cítrico TDF. Ver Fator determinante testicular TEA, 395t Teca camada de células do folículo ovariano que secreta hormônios esteroides, (Cp 26), 844, 845t, 846(, 847t, 848(, 849, 849{ Tecido adiposo, 81-82, 82t, 83f armazenamento de energia e, 729 controle autonômico do, 390{ hormônios produzidos pelo, 218-219-220(, 725, 726t no estado de jejum, 735-737, 735-736{ Tecido conectivo, 57f, 80-82, 81f, 82t, 83f, 84t estrutura do, 80-81 no suporte do SNC, 301, 302{ tipos de, 81-82, 81f, 82t vasos sanguíneos, 514 Tecido conectivo denso, 81, 81f, 82t, 83f Tecido conectivo frouxo tecido conectivo elástico que está sob a pele e que fornece suporte para glândulas pequenas, (Cp 3), 57f, 81, 81f, 82t, 83f Tecido excitável tecido neural ou muscular que é capaz de gerar e responder a sinais elétricos, (Cp 3), 84 Tecido fetal, como fonte de células-tronco, 87 Tecido linfático associado ao t rato GI (GALT) células e tecidos imunitários do trato GI, 688, 692, 718, 786(, 788 Tecido linfático difuso, 788 Tecido linfático enca p sulado linfonodos e baço, (Cp 24), 786(, 787-788, 787{ Tecido linfático primário, 787 Tecido linfático secundário, 787-788 Tecido neural, 84, 84t necessidades metabólicas do, 305-306 Tecido conjunto de células usualmente mantidas unidas por junções celulares que trabalham jun-

tas com um propósito comum, (Cp 1, 3, 18), 2, 2f, 67, 72-84, 84t distribuição do fluxo sanguíneo e, 525-526, 525-526(, 526-527{ propriedades mecânicas do, 6-7 remodelamento do, 84-87 trocas gasosas no, 598(, 599-603, 600{ Tecid os linfáticos tecidos do sistema imunitário, incluindo o timo, medula óssea, linfonodos e baço, (Cp 24), 794-795(, 787-788, 787{. Vertambém Sistema linfático associado ao TGI (GALT), 688, 692, 718, 786(, 788 controle autonômico dos, 390{ Tecnécio-99, 23 Técnica de visualização, 462, 806 Tecnologia de reprodução assistida (TRA), (Cp 26), 854-855, 860 Telófase, 898(, 899{ Telomerase, 899 Temas, em fisiologia, 5-8, 6-7f, 6-7t Temperatura corporal. Ver Temperatura corporal curva de dissociação oxigénio-hemoglobina afetada pela, 607, 608{ difusão afetada pela, 138 proteínas afetadas pela, 42t, 43, 44f sensação de, 334t, 346 Temperatura (unidade de medida), 893-894 Temperatura basal do corpo, 748 ovulação e, 748, 849-851 Temperatura central do corpo, 478 Temperatura corporal temperatura normal do corpo humano é 37º C, (Cp 22, 25, 26), 747-752, 747{, 748{, 749(, 751{ basal, 748 ovulação e, 748, 849-851 choque térmico e, 751, 820-822 na hipertermia maligna, 751-752 regulação da, 387, 747-752, 747(, 748(, 749, 751{ exercício e, 748, 820-822 homeostática, 749-750, 749(, 751{ ritmo circadiano e, 203-205, 205(, 748 variações no, 751-752 Temperatura oral, 748 Temperatura retal, 748 Tempo (unidade de medida), 893-894 Tendão tecido conectivo que liga o músculo esquelético ao osso, (Cp 3, 12), 81, 81{, 408, 410{ Tenia do colo bandas musculares do intestino grosso que puxam a p arede para dentro das saculações, (Cp 21), 716, 717{ Tensão força criada por um músculo contraído, (Cp 12), 412, 413, 419-420, 423-425, 424{ no músculo liso, 432 somação e, 425-422, 425{ Tensão muscular, 412 Ten são superficial ligações de hidrogénio entre moléculas de água que tornam difícil separar estas moléculas, (Cp 2, 17), 26f, 27, 36, 585, 585{ Teobromina, 320 Teofilina, 320 Teoria científica, 10 Teoria do portão, controle da dor, 347, 347{ Teoria dos procariotos endossimbiontes, 68 Teoria glicostática teoria de que a utilização da glicose pelos centros h ipotalâmicos regula a ingestão alimentar, (Cp 22), 725 Teoria lip ostática o controle da ingestão alimen tar tem base n o ponto de ajuste do peso corporal, que é ajustado pelos adipócitos, (Cp 22), 725 Teoria q uimiosmótica da oxida ção fosforilat iva modelo de produção de ATP mitocondrial que liga o transporte de H+através da membrana mitocondrial interna à síntese de ATP, (Cp 4), 111-112, 112{ Terapia alternativa, 808 Terapia antirretroviral extremamente ativa, 809 Terapia complementar, 808

Terapia complementar, imaginação dirigida, 462 Terapia do humor, 808 Terapia génica, 60, 565 Terapia hídrica intravenosa, 163, 164t, 653 Terceiro som cardíaco, 497 Terfenadina, síndrome do QT longo causada pela, 494 Teriparatida, 777-778 Terminações nervosas livres, 335, 335(, 345, 345(, 345t dor nociceptiva medida pelas, 346 Terminal a xôn ico extremidade final de um neurônio onde o neurotransmissor é liberado na sinapse, (Cp 8 1 11), 247-248t, 250{, 25 lf, 251-252, 274{ do neurônio motor somático, 398, 399, 399(, 400{ Terminal pré-sináptico. Ver Terminal axônico Terminologia em neurociéncias, 247-248, 247-248t Termodinâmica, 97, 727 Termogénese, 728, 7 48, 750 Termogénese com tremor, 7 50 Termogên ese induzida pela dieta aumento na taxa metabólica basal que ocorre após a refeição, (Cp 22), 728, 748 Termogên ese sem t rem or produção metabólica de calor especificamente para a regulação da temperatura, (Cp 22), 750 Termografia, 748 Termorreceptor, 200-201(, 336, 336t, 346, 387, 749, 749{ Termorregulação, 387, 747-752, 747{, 748(, 749{, 751{ exercício e, 748, 820-822 Terra, líquido extracelular como, 165{, 166-167 Teste de condução nervosa, 273, 275 Teste de discriminação de dois pontos, 337-338, 337{ Teste de glicose sanguínea, 179 Teste de glicose sanguínea em jejum, 179. Ver Glicemia de jejum Teste de gravidez, detecção da hCG e, 856-858 Teste de HIV, 804 Teste de imagem da perfusão m iocárdica, 505 Teste de tolerância à glicose, 745, 745{ afetado pelo exercício, 823, 823{ Teste do suor, 133, 156, 165 Teste genético/aconselhamento para doença de Tay-Sachs, 94, 105, 116 Teste pós-coito, 850-851, 854-855 Testes de função pulmonar, 578, 590-592 Testículo gônada masculina, (Cp 26), 217, 219, 218-220(, 829, 838, 839-842, 839{, 840{ criptorquidia, 838-839 desenvolvimento do, 831, 831t, 832{ Testosterona hormônio sexual masculino que é predominante nos homens, (Cp 7, 23, 26), 217, 219, 859(, 831, 834{, 836, 836{ exposição intrauterina à, 832 na espermatogénese, 842, 842{, 843 Tétano (doença), 431, 447, 448, 456, 457, 462, 463-464 Tétan o completo (fundido) contração máxima sustentada de um músculo em resposta a estímulos repetidos, (Cp 12), 425, 425{ Tétano completo, 425, 425{ Tétan o contração muscular sustentada, (Cp 12, 13, 14), 425, 425(, 773-774 alcalose e, 673-674 prevenção do tétano no músculo cardíaco, 484, 485{ Tétano incompleto (não fundido), 425, 425{ Tetanospasmina, 448, 456, 463 Tetraetilamônio, 395t 119-tetra-hidrocanabinoide, 2 78 Tetraiodotironina. Ver Tiroxina Tetrâ m ero molécula com quatro subunidades, (Cp 4), 33, 100, 126, 554-555 Tetrodotoxina (TTX), 277 TFG. Ver Taxa de filtração glomerular

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TGI, 689 THC. Ver~9 -tetra-hidrocanabinoide Thomas T. Gaillard, 604 Timina, 33{, 34, 34{, 897, 898{ aminoácido que codifica, 117-118, 118{ Timo tecido imunitário que produz linfócitos, (Cp 24), 218-219-220{, 786{, 787, 797-798, 797-798( Timopoetina harmónio que é produzido no timo e que promove a formação de linfócitos, (Cp 24), 218{, 797-798( Timosina harmónio produzido no timo e que promove a formação de linfócitos, (Cp 24), 218{, 797-798( Tímpano. Ver Membrana timpânica Timulina, 797-798( Tioureia, (Cp 23), 768 Tipo 1, 1 Diabete melito, 182, 195-196, 210, 743, 745-747, 745{ afetada pelo exercício, 746-747, 822-823, 823f modelo de camundongo Agouti para a, 763 Tipo II, células gustatórias (receptor), na sensação gustatória, 353 Tipo Ili, células gustatórias (pré-sináptica), na sensação gustatória, 353 Tipo sanguíneo (grupos sanguíneos), 804{, 805, 805t Tipo 1, diabete melito, 182, 195-196, 210, 743-745, 744{, 805t, 806 Tipos de tecidos primários, 72 Tireoglobulina proteína grande na qual são formados os harmónios da tireoide, (Cp 23), 764, 765{ Tireoide glândula endócrina localizada no pescoço na qual os harmónios tireoides são produzidos, (Cp 3, 7, 23, 24), 79, 216, 216{, 218-219-220{, 225-227, 764, 764{ função da, 766, 767t hipertrofia da, 766{, 767-768, 806 Tireoide peroxidase, 764, 765f Tireotrofina (hormônio estimulante da tireoide, TSH) harmónio da adeno-hipófise que regula a produção dos harmónios da tireoide, (Cp 7, 23), 218{, 230-231{, 231-234, 238-239, 767-768, 767{, 768f tirosina aminoácido que é a base dos harmónios da tireoide e das catecolaminas, (Cp 23), 220-221t, 224-227, 225-226{, 277, 393t, 764, 764{, 899t tirosina cinase (fK) enzima da membrana que adiciona um grupo fosfato a um resíduo de tirosina de uma proteína citoplasmática, aumentando ou inibindo a sua atividade, (Cp 61 21, 22), 186-187, 187-188{, 190f ação de um harmónio peptídico e, 222-223, 224-225{ receptor de insulina, 186-187, 739-740, 739-740{ Tiroxina tetraiodotironina ou T4; principal harmónio produzido pela tireoide, (Cp 7, 23), 218{, 225-226{, 225-227, 238-239, 764, 764{, 765{, 767{, 768, 768{ Titina proteína elástica gigante que mantém a estrutura espacial das miofibrilas, (Cp 12), 409, 410{, 411{, 412, 414{ TK. Ver Tirosina cinase Tm. Ver Transporte máximo TMB. Ver Taxa metabólica basal TMR. Ver Taxa metabólica em repouso TNF. Ver Fator de necrose tumoral Tolerância (auto) falta de resposta imunitária contra as células do próprio corpo, (Cp 24), 805-806 Tolerância a fármacos, regulação para baixo e, 194 Tom interpretação fisiológica da freqüência da onda sonora, (Cp 10), 355 codificação sensorial para o, 358-361, 361f Tomografia de emissão de pósitrons (PET scan), do encéfalo, 314, 316{, 320, 325-327

Tonicidade, 160-163, 161-162t, 162{, 163{, 163t, 164t das soluções intravenosas, 163, 164t regras da, 164t Tonsilas, 786{, 788 Tônus muscular estado de contração ou tensão muscular basal que resulta da atividade tónica dos fusos musculares, (Cp 13, 15), 451, 514 Tónus. Ver Tónus muscular Tórax cavidade corporal localizada acima do diafragma, (Cp 3, 17), 54, 55{, 569, 570 Totipotente célula-tronco que pode se desenvolver formando um organismo funcionante, (Cp 3), 85 Toxina bacteriana inativação por anticorpo da, 795-796, 796-797{, 797-798 vias de sinalização afetadas por, 195-196t Toxina botulínica/botulismo, músculo afetado pela, 431 Toxina do cólera, 195-196t, 718 Toxina pertussis, 195-196t Toxina tetânica, 448, 463 t-PA. Ver Ativador tecidual de plasminogênio TPO. Ver Trombopoetina Trabalho, como gasto de energia, 95-96, 727, 747{, 893t Trabalho, transporte, 95-96, 727, 747f Trabalho mecânico, 96, 727, 747f Trabalho químico energia usada para o crescimento, reprodução, reparo, homeostase e armazenamento de informação, (Cp 4, 22), 95, 727, 747f Trabalho respiratório resistência afetando o, 586, 586t surfactante afetando o, 585-586, 585f Tradução conversão da mensagem carregada pelo RNAm em uma cadeia peptídica, (Cp 4), 119, 120{, 123-124, 126, 123f Transaminação transferência de um grupo amino de uma molécula para outra, (Cp 4), 104 Transaminase, 104t Transcitose combinação de endocitose, transporte vesicular através da célula, e exocitose; usada para mover macromoléculas através de um epitélio, (Cp 5, 15, 19, 21), 157, 157f na absorção de peptídeos, 704-705, 704-705( reabsorção tubular renal e, 63 7 trocas capilares por, 528, 528f Transcortina. Ver Globulina ligadora de corticosteroide Transcrição transferência de informação codificada no DNA para o RNAm, (Cp 4, 5), 118-122, 120{, 121{, 123{ Transcriptase reversa enzima viral que permite que o RNA viral sintetize um DNA complementar, (Cp 24), 784-785 Transcriptoma, 5-6 Transcrito regulado por cocaína-anfetamina (CART), 726t Transdução conversão de um sinal de uma modalidade para outra modalidade, (Cp 6 1 10), 6-7, 182-187, 183{, 185{, 185t, 186-187{, 186-187t, 190(. Ver também Transdução de sinal da luz, 371-378. Ver também Fototransdução Transdução de sinal transmissão de uma informação de um lado da membrana para o outro lado utilizando proteínas de membrana, (Cp 1, 6 1 7, 10), 6-7, 182-187, 183{, 185{, 185t, 186-187{, 186-187t, 190{ ação de harmónios esteroides e a, 224-225 ação de harmónios peptídicos e a, 222-223, 224-225{ biológico, 184-185, 184{, 185{, 186-187t, 187-188t doenças/fármacos, proteínas-alvo dos, 195-197, 195-196t estímulos sensoriais e, 336 gosto, 353, 354{ olfatória, 35 1 patologia endócrina e, 236-23 7

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proteínas G na, 186-188, 187-188{ som (audição), 355-356, 358{ Transdução do som, 355-356, 358{ Transdução gustatória, 353, 354f Transdução sensorial conversão de um estímulo sensorial em um potencial de ação, (Cp 10), 336 Transducina proteína G mediadora do gosto amargo e da transdução do fotorreceptor, (Cp 10), 375-376 Transferases, 104t Transferência da informação neural, (Cp 9), 299{, 300. Ver também Transmissão sináptica integração da, 281-289, 282{, 283{ Transferrina proteína plasmática que se liga ao ferro, (Cp 16), 547, 459t, 554-555, 555-556( Transfusão sanguínea, 804-805, 804{, 805t doping sanguíneo e, 558, 561-562 Transfusão. Ver Transfusão sanguínea Transmissão sináptica, 273-281 convergência e divergência e, 281, 282f distúrbios da, 287 fármacos afetando a, 287, 322 integração da transferência de informação e, 281-289, 282{, 283{ modulação da, 281-287, 283-286( neurotoxinas no estudo da, 277 potenciação e depressão de longa duração, afetando a, 286-287, 286{ somação e, 283, 283{, 284, 284f Transplante de células-tronco, 255, 548-550 Transportador da glicose. Ver Transportador GLUT Transportador de ânion orgânico (OAT), 151, 645 Transportador de colesterol (NPClLl), 706 Transportador de metal divalente 1 (DMTl), 707 Transportador de oligopeptídeo, 704- 705 Transportador de simporte proteína de transporte da membrana que move duas ou mais moléculas através da membrana na mesma direção, (Cp 5), 143{, 144, 149t reabsorção tubular renal, 636-637, 636( Transportador GLUT família de carreadores da difusão facilitada da glicose e de outros açucares hexases, (Cp 5, 22), 147-148, 156, 156{, 157, 703-705, 732-733 competição e, 149-151, 150{, 151f especificidade do, 149 exercício afetando o, 816, 823 na secreção de insulina, 170f, 171, 738-739 regulação pela insulina de, 730-742, 740-741( Transportador(es), 39, 141-142, 143(. Ver também Proteína carreadora; Proteína-canal ativo primário, 146-148, 147-148{, 147-148t ativo secundário, 147-149, 149{, 149t do trato GI, 695, 704-705 permeabilidade da membrana e, 155 Transportadores da membrana/ Proteínas transportadoras, 39. Ver também Proteínas carreadoras, canais proteicos do trato GI, 695 Transportadores dependentes de sódio, 148-149, 149t, 704-705 reabsorção tubular renal e, 636 Transportadores independentes do sódio, 149t Transporte, membrana, 136-137. Ver também Membrana, dinâmica da Transporte. Sinónimo: transportadora, (Cp 2, 5), 32, 141-142, 143{, 144-146, 145-146{ ligação com um harmónio esteroide, 223-224, 225-226( na difusão facilitada, 145-147, 145-147( no transporte da glicose transepitelial, 156-157, 156f Transporte ativo direto. Ver Transporte ativo . , . pr1mar10 Transporte ativo indireto. Ver Transporte ativo secundário Transporte ativo movimento através da membrana que necessita de energia do ATP, (Cp 5, 19), 136-137, 137{, 141, 146-149, 146-147t, 147-148{, 148-149{, 149t, 150f energia para, 136-137, 137{, 146-149, 150f

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" Glossário/lndice

primário (direto) 146-148, 147-148(, 147-148t, 148-149( reabsorção tubular renal e, 636, 636( secundário (indireto), 147-149, 149(, 149t, 150f reabsorção tubular renal e, 636-637, 636( Transporte ativo primário quando a energia para o transporte vem de ligações fosfato de alta energia do ATP, (Cp 5), 146-148, 147-148(, 147-148t, 147-148t, 148-149( Transporte ativo secundário a energia para o transporte é a energia potencial armazenada no gradiente de concentração; depende indiretamente da energia do ATP, (Cp 5, 19), 147-149, 149(, 149t, 150f reabsorção tubular renal e, 636-637, 636( Transporte axonal anterógrado transporte rápido de vesículas e mitocôndrias do corpo celular para o terminal axônico, (Cp 8), 253 Transporte axonal lento, 251-252 Transporte axonal rápido movimento rápido de partículas ao longo de um axônio utilizando microtúbulos e proteínas motoras cinesinas, (Cp 8), 251-253, 251-252( Transporte axonal retrógrado, 253 Transporte axônico movimento de material en tre o termin al axônico e o corpo celular, (Cp 8), 247-248t, 251-253, 251-252( Transporte de gases, 598(, 603-612, 604(, 61 l f dióxido de carbono, 598(, 609-612, 610(, 611f oxigénio, 598(, 603-609, 604(, 605(, 609(, 611f nos distúrbios que afetam os eritrócitos, 555-558 Transporte de membrana, 136-137. Ver também Membrana, dinâmica da Transporte epitelial, 528 Transporte epitelial movimento de material de um lado de um epitélio para o outro, (Cp 5, 19), 77-78, 77f, 154-158, 155(, 156(, 157f na reabsorção tubular renal, 635 Transporte intracelular, 66 Transporte iônico, 95-96 potencial de membran a em repouso e, 167-169, 167(, 168(, 169(, 256 Transporte máximo (T0 ) taxa máxima de transporte que ocorre quando todos os carreadores estão saturados, (Cp 5, 19), 151, 637(, 638, 638f Transporte mediado movimen to através da membran a que é auxiliado por uma proteína transportadora, (Cp 5, 19), 141-152, 142(, 143f Transporte mediado por carreador, 32, 141-142, 143(, 144-146, 145-146{. Ver também Transporte ativo especificidade/competição/saturação e, 148-152, 150(, 151(, 637-637(, 638f Transporte mediado por proteína, 141-152, 142(, 143f especificidade/competição/saturação e, 148-152, 150(, 151(, 637-639, 637(, 638f transcelular, 155 Transporte passivo movimento através de uma membran a que não depende de uma fonte externa de en ergia, (Cp 19), 136-137, 137f difusão, 136-137-139, 138(, 139f Transporte transcelular, 155 da glicose, 156-157, 156f na reabsorção tubular renal, 635 Transporte transepitelial, 517. Ver Transporte epitelial Transporte vesicular movimento de vesículas dentro da célula com o auxílio do citoesqueleto, (Cp 5), 152-154, 152(, 153f transcitose e, 157, 157f Transtornos alimentares. Ver Anorexia nervosa Traqueia principal via área do sistema respiratório, (Cp 17), 570, 571, 572(, 573(, 574f epitélio da, 76-77(, 78, 78f resistência das vias aéreas e, 586 Tratamento do câncer angiogên ese e, 516 anticorpos geneticamente construídos, 806 imaginação dirigida, 462

Trato ascendente neurônios medulares que levam sinais para o encéfalo, (Cp 9), 306-307, 307(, 310, 344 Trato corticospinal neurônios que vão do córtex motor para a medula espinal, (Cp 9, 13), 310, 460-461, 460(, 461f Trato d escend ente neurônios que levam informação do encéfalo para a medula espinal, (Cp 9), 307, 307f, 310, 461 Trato feixes de axônios no SNC, geralmente com uma origem e destino comum, (Cp 9), 301, 307( Trato gastrintestinal (TGI) sinônimo de trato digestório, (Cp 21, 24), 2, 2-4(, 687. Ver também Sistema digestório como barreira de defesa, 688, 718-719, 789-790 epitélios do, 76-77(, 77 funções imunitárias do, 718-719, 789-790 hormônios produzidos pelo, 218-220(, 700, 700(, 701-704, 702t, 712, 712f parede do, 689-693, 690-691( receptores gustatórios no, 355, 701 regulação da função do, 699-704, 700(, 702t Trato geniturinário, como barreira de defesa, 789-790 Trato GI. Ver Sistema digestório; Trato gastrintestinal Trato olfatório, 349, 350(, 351, 351f Trato óptico neurônios que deixam os olhos e vão para o córtex visual, (Cp 10), 308(, 377-378, 377-378( Trato piramidal via descendente motora que passa nas pirâmides, (Cp 13), 461 Trato propriospinal tratos de substância branca que permanece dentro da medula espinal, (Cp 9), 307 Trato respiratório inferior, 570, 572f Trato somatossensorial axônios que levam informações sen soriais do corpo para o encéfalo, (Cp 9), 310 Trauma craniano, 325-327 Treinamento de força, 817 Treinamento de resistência, 817 Treonina, 899t Tretinoina, 78 TRH. Ver Hormônio liberador de tireotrofina Triacilglicerol lipídeo composto de um glicerol e três ácidos graxos. Sinônimo: triglicerídeo, (Cp 2, 21, 25), 30, 30(, 730, 732-734(, 733-735 digestão de, 704-706, 706(, 707( síntese de, 117, 118(, 732-734(, 733-735 Tríade um túbulo-t com suas cisternas terminais, (Cp 12), 409, 412f Triângulo de Einthoven triângulo formado por eletrodos das derivações de um ECG simples, (Cp 14), 491, 491f Trifosfato d e adenosina (ATP) composto armazenador de energia composto de adenina, ribose e três grupos fosfato, (Cp 2, 3, 4, 12, 25), 33(, 34, 105,277 a partir das reações catabólicas, 107-116, 108(, 112-113( como n eurotransmissor, 277 na tran sdução gustatória, 353, 354f nas reações de acoplamento, 99, 99( nas reações exergônicas, 98 para a contração muscular, 415-416, 416(, 420-421, 420(, 814-816, 815f p ara a endocitose, 152 para a fagocitose, 152 p ara as reações anabólicas, 116-126 para exocitose, 154 para o transporte ativo, 146-149, 150f produção de, 107-1 16, 108(, 112-1 13(, 731f movimento do íon hidrogénio e, 112(, 112-113 na mitocôndria, 67 p ela glicogenólise, 114, 114f pela glicólise, 107-109, 108(, 109(, 112-1 13(, 731(, 814, 815f pela lipólise, 115-116, 115f

pelo catabolismo de proteín as, 114-115, 114f pelo ciclo do ácido cítrico, 110-111, lllf, 112-113(, 731f pelo metabolismo aeróbio, 107, 108-116, 108(, 112-113(, 814, 815f pelo metabolismo anaeróbio, 107, 109, 110(, 112-113(, 814, 815f pelo sistema de transporte de elétrons, 111-112, 112-113(, 731f produção máxima de energia a partir da glicose e, 112-113, 112-113( razão ATP/ADP e, 106 secreção de in sulina e, 170(, 171, 738-739 transferência de energia entre reações e, 106-107 Triglicerídeo, 30. Ver Triacilglicerol Triiodotironina (TJ a forma mais ativa do h ormônio da tireoide; produzida principalmente nos tecidos periféricos a partir do T4, (Cp 7, 23), 218(, 225-226(, 225-227, 764, 764(, 765(, 767(, 768f Tripeptideo, 704-705, 704-705( Triplet (trincas), 118, 118f Tripsina enzima que digere proteín as, (Cp 21), 703-705, 715, 715f Tripsinogênio forma inativa da tripsin a, (Cp 21), 715, 715f Triptanos, 522-524 Triptofano aminoácido a partir do qual a melatonina é produzida, (Cp 7), 224-225, 899t Trismo. Ver Tétano TRLs (receptores tool-like), 790-791 tRNA. Ver RNA transp ortador Troca de calor por contracorrente, 658-659, 658-659( Trocador apical sódio-hidrogénio, 676-677 Trocador Cr/HC03-. Ver Trocador cloreto/bicarbonato Trocador cloreto-bicarbonato, 695, 696( Trocador de calor, contracorrente, 658-659, 658-659( Trocas gasosas, 569, 570, 574(, 598(, 599-603, 600(, 600t. Ver também Transporte de gases afetada por condições patológicas, 601-603, 602( alterações na membran a alveolar e as, 602-603, 603( n os alvéolos, 5 74-5 75 nos pulmões e tecidos, 598(, 599-603, 600( oximetria de pulso na determinação das, 601 Trocas nos capilares movimento de líquido en tre o plasma e o líquido in tersticial através do en dotélio capilar, (Cp 15), 514, 515, 525-530, 528(, 529(, 530f edema e, 531-532, 532f -trofina (sufixo), 229-230 Trombina proteína plasmática que converte o fibrinogênio em fibrina, (Cp 15, 16), 562, 562(, 563t Trombo coágulo sanguíneo que se adere à parede de um vaso sanguíneo, (Cp 16), 537, 560-561 infarto do miocárdio e, 468, 472, 537 ruptura da placa aterosclerótica e, 537, 538f Trombócito nome alternativo das plaquetas, (Cp 16), 551-552. Ver também Plaquetas Tromboplastina, tecido. Ver Fator tecidual Tromboplastina tecidual. Ver Fator tecidual Trombopoet ina (fPO) citocina que promove a formação plaquetária, (Cp 16), 550-551t, 551-552 Tromboxana, 31, 192(, 193 Tromboxana A2, 560-561, 561-562t Tronco encefálico porção do encéfalo mais p róxima da medula espin al; contém centros de muitas funções in conscientes do corpo, (Cp 9, 13), 307, 309-311, 307, 309(, 310t, 311(, 311-312t, 317, 338f integração do movimento e, 459, 459(, 459t regulação da ven tilação e, 612, 612(, 613, 613(, 615

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Glossário/lndice

Tronco pulmonar uma única artéria que recebe sangue do ventrículo direito; divide-se nas artérias pulmonares direita e esquerda, (Cp 14, 16), 478, 478t, 575 Tropomiosina proteína regulatória que bloqueia o sítio de ligação da miosina na actina, (Cp 12), 409, 410(, 411(, 415, 434 Troponina C, 415 Troponina complexo de três proteínas associadas com a tropomiosina, (Cp 12, 14), 191, 409, 410(, 411(, 415 no infarto do miocárdio, 483, 487 Troponina I, no infarto do miocárdio, 483, 487 TRPVl. Ver Receptor de potencial transiente TSH (hormônio estimulante da tireoide). Ver Tireotrofina TSI. Ver Imunoglobulina estimulante da tireoide TTX. Ver Tetrodotoxina Tuba auditiva (de Eustáquio), 354, 356{ Tuba uterina (trompa de Falópio) tubo que transporta o ovócito do ovário para o útero, (Cp 26), 844, 845(, 846{ desenvolvimento da, 83 lt, 832, 832{ fertilização na, 854-855, 856-858{ ligação da (ligação tubária), 853-854 Tubérculo genital, 831, 831t, 833{ Tuberculose, 783 Tubo neural células embrionárias que se desenvolvem formando o SNC, (Cp 9), 299-300, 299(, 300(, 301 Tubulina, 63, 65t Túbulo distal, 625, 627(, 628{ Túbulo proximal segmento inicial do túbulo renal onde a maior parte da reabsorção acontece, (Cp 19, 20), 625, 627(, 628(, 629t no equilíbrio ácido-base, 676-678, 677{ Túbulos renais, 625, 627(, 628(, 676-678, 677(. Ver também Reabsorção tubular; Secreção tubular Túbulos seminíferos região dos testículos onde os espermatozoides e os hormônios são produzidos, (Cp 26), 839, 839-841 Túbulos transversos (túbulos-t) invaginações da membrana da fibra muscular associadas com o retículo sarcoplasmático, (Cp 12), 409, 410(, 411(, 412{ nas células miocárdicas, 481 Túbulos-T. Ver Túbulos transversos Tumor. Ver também Câncer ACTH/cortisol secretado por, 237-238{, 238-239, 762-763 glândula endócrina, 235-236 Túnica íntima, (Cp 15), 514, 514{ Twitcher, camundongo, 272 u.m.a. Unidade de massa atômica ubiquitina proteína que marca moléculas para serem destruídas por proteossomos, (Cp 4), 124, 126 úlcera, 687, 692, 700, 713, 717, 719 Helicobacter piylori, infecção e, 687, 692, 697, 713, 719 na síndrome de Zollinger-Ellison, 713 vagotomia para, 389 , , Ulcera duodenal, 687, 692. Ver também Ulcera péptica , Ulcera gástrica, 687, 692 vagotomia para, 389 , Ulcera péptica, 687, 692, 700, 713, 717, 719 infecção por Helicobacter pylori e, 687, 692, 697, 713, 719 na síndrome de Zollinger-Ellison, 713 vagotomia para, 389 Ultrapassagem, 262, 262{ Umami sensação gustatória desencadeada pelo glutamato e associada com alimentos nutritivos, (Cp 10), 352, 353, 354(, 355 Umidade, 750 choque térmico e, 817, 818, 822 Unidade acil, 110 Unidade de massa atômica (u.m.a.), 1u.m.a=1, 6605 X 10 27 kg, (Cp 2), 22

Unidade funcional a menor estrutura que pode realizar todas as funções de um sistema, (Cp 8), 246, 624-625 Unidade miotática conjunto de músculos sinérgicos e antagonistas que atua de um modo coordenado no controle de uma única articulação, (Cp 13), 454-455 Unidade motora grupo de fibras musculares esqueléticas e o neurônio somático motor que as controla, (Cp 12), 426, 426-427, 426{ Unidade motora rápida, 426 Unidade motora unitária fibras musculares lisas que são eletricamente acopladas por inúmeras junções comunicantes, (Cp 12), 433, 433(. Ver também Músculo liso visceral gastrintestinal, 693, 693(, 694, 694{ Unidades de medida, 893-894 Unidades motoras de contração lenta, 426 Uracila, 33f, 34, 34f, 897 Urato transportador (UAT), 645 Urato transportador 1 (URATl), 645 Urease, 697 Ureia, teste respiratório, 697 Ureia produto residual nitrogenado produzido a partir de grupos amino, (Cp 4, 19, 20, 21), 114(, 115, 623, 660-661 depuração da, 642, 643{ Helicobacter piylori, uso da, 697 reabsorção pelos túbulos renais, 635, 635(, 637 Ureter tubo que liga um rim à bexiga urinária, (Cp 19), 624, 626(, 643 Uretra tubo único que leva a urina da bexiga urinária para o meio externo, (Cp 19, 26), 624, 626(, 643 na mulher, 624, 626(, 844, 845{ no homem, 624, 838, 839(, 840{ Urina produto residual líquido produzido pelos rins, (Cp 19), 623-625, 639-640, 643 armazenamento da, 643, 644{ concentração da, 654-655, 655{ excreção de água e, 653, 653{ glicose na, 623, 638, 639, 655, 731, 743, 744{ Urina-mel, doença, 623. Ver também Diabete melito Urinar. Ver Micção Uroanálise, 623 Urobilinogênio, 623 Urocortina, 763 Uso de tabaco. Ver Tabagismo Útero, 844, 845(, 849-850 controle autonômico do, 390{ desenvolvimento do, 83 lt, 832, 832{ implantação do embrião no, 856-858, 856-858{ Utrículo um dos órgãos otolíticos do vestíbulo, (Cp 10), 363, 364{ Vacinação adminstração de um patógeno morto ou alterado para desencadear a formação de anticorpos contra um patógeno, (Cp 24). Sinônimo: imunização, 794-795 mutação viral e, 803 para a difteria, 79 7-798 para influenza, 803 para o tétano, 462 Vagina, 844, 845(, 846{ desenvolvimento da, 831t, 832, 832{ Vagotomia cirurgia que secciona o nervo vago, (Cp 11), 389 Valina, 899t Valva cardíaca, 469, 477(, 479-481, 480{ linfática, 531 venosa, 469, 470(, 516, 518f Valva aórtica valva entre o ventrículo esquerdo e a aorta, (Cp 14), 479, 480{ Valva bicúspide valva atrioventricular esquerda do coração. Sinônimo: valva mitral, (Cp 14), 477(, 479, 480{ Valva cardíaca, 469, 447(, 479-481, 480{

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Valva ileocecal região muscular cuja contração separa o intestino delgado do grosso, (Cp 21), 709(, 716, 717{ Valva linfática, 531 Valva mitral. Ver Valva bicúspide Valva pilórica, 689. Ver Piloro Valva pulmonar valva semilunar entre o ventrículo direito e o tronco pulmonar, (Cp 14), 477(, 479,480{ Valva semilunar valvas cardíacas entre os ventrículos e as grandes artérias, (Cp 14), 476(, 477(, 479, 479-480, 480{ Valva tricúspide valva AV direita do coração, (Cp 14), 477(, 479, 480{ Valvas atrioventriculares (AV) valvas cardíacas que separam os átrios dos ventrículos, (Cp 14), 476f, 477(, 479, 480{ Valvas AV. Ver Valvas atrioventriculares (AV) Valvas cardíacas valvas formadas por tecido conectivo que impedem que o sangue reflua no coração, (Cp 14), 469, 477(, 479-481, 480{ Van Gogh, Vincent, 334 Vapor de água, pressão parcial de, 577t Varenicline (Chantix®), para adição à nicotina, 389,401 Variabilidade, 11 Variação de energia livre da reação, 98 reversibilidade e, 100, lOOf Variáveis dependente, 7-8, 10 independente, 7-8, 10 regulada, 6-7, 196-197, 196-197{ postulados de Cannon descrevendo, 196-199, 197-198{ Variável dependente variável do eixo Y que é dependente da variável independente ou manipulada, (Cp 1), 7-8, 10 Variável independente parâmetro manipulado pelo investigador em um experimento; no gráfico eé apresentada no eixo X, (Cp 1), 7-8, 10 Variável regulada, 6-7, 196-197, 196-197{ descrita no postulado de Cannon, 196-199, 197-198{ retroalimentação negativa afetando a, 203-204, 203-204{ retroalimentação positiva afetando a, 203-204(, 203-204, 203-204{ Varicosidade regiões protuberantes dos axônios autonômicos que armazenam e liberam neurotransmissores, (Cp 81 11), 250, 392, 392{, 393{ Varíola, 783 Vasa recta. Ver Vasos retos Vasculatura vasos sanguíneos, (Cp 14), 469. Ver também Vaso sanguíneo Vasectomia, 853-854 Vaso sanguíneo, 468, 478t, 514-516, 514(. Ver também tipos específicos ou suprimento de órgãos e sistemas angiogênese e, 516 controle local do, 197-199 controle simpático do, 390{ cutâneo termorregulação e, 750 epitélio do, 76-77, 76-77{ gradiente de pressão no, 473, 473{ lesão no, 559-561, 559{, 560-561{ paredes do, 514, 514f tamanho do alterações de pressão e, 473 alterações no, 194, 194(. Ver também Vasoconstrição; Vasodilatação controle tônico do, 196-197, 197-198{ resistência e, 473-474, 474(, 525-526, 526-527{ velocidade e, 475-478, 475{ Vasoconstrição contração do músculo liso vascular que estreita o lúmen de um vaso sanguíneo, (Cp 61 11, 14, 15, 19, 25), 194, 194(, 474, 514, 521-523t, 522-524, 525-526{ angiotensina II causando, 521-523t, 522-524, 664-665 exercício e, 818-819, 820(, 820-821, 822

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" Glossário/lndice

na hemostasia, 559-561, 559{ na termorregulação, 7 50, 822 resistência e, 474, 474{, 525-526, 526-527{ Vasodilatação relaxamento do músculo liso vascular que amplia o lúmen de um vaso sanguíneo, (Cp 6 1 11, 14, 15), 194, 194{, 474, 514, 521-523t, 522-524, 525-526{ exercício e, 818-819, 820{, 820-821, 820-821{, 822 na termorregulação, 750, 822 nitrato causando, 192 resistência e, 4 74 Vasopressina. Ver Hormônio antidiurético Vasos retos capilares peritubulares no rim que se aprofundam na medula e depois voltam para o córtex, formando alças semelhantes a grampos de cabelo, (Cp 19, 20), 625, 627{, 658-661 Vasos sanguíneos cutâneos, termorregulação e, 750 Vault organelas de RNA-proteínas; a função ainda não está clara, (Cp 3), 63 Ve· Ver Volume corrente VCM. Ver Volume médio do eritrócito (volume corpuscular médio) VDF. Ver Volume diastólico final VEGF (fator de crescimento vascular endotelial) fatores de crescimento que regulam a angiogênese, (Cp 15) 516 Veia arqueada, 626{ Veia cava, 470{, 471, 476{, 477{, 478t pressão na, 471{ velocidade de fluxo na, 529{ Veia cava inferior grande veia que leva o sangue da parte inferior do corpo para o átrio direito, (Cp 14), 470{, 471, 477{ Veia cava superior, 470{, 471, 476{, 477{ Veia central, 698f Veia central da retina, 367{ Veia coronária, 471, 477{, 478 Veia hepática, 470{, 698{ Veia porta do fígado, 470f, 471, 698{ Veia pulmonar vaso que leva sangue oxigenado dos pulmões para o lado esquerdo do coração, (Cp 14), 470, 470{, 476{, 477{, 478t, 575 Veia renal, 470{, 624, 626{ Veia vasos sanguíneos que retornam o sangue para o coração, (Cp 14, 15), 469, 470{, 471, 513{, 514, 514{, 515 compressão das, retomo venoso e, 502-503 controle simpático da, 390{, 502 pressão na, 471{ valvas na, 469, 470{, 516, 518{ velocidade de fluxo na, 529{ Velocidade da contração do músculo, carga e, 430,43 1{ Velocidade de fluxo distância que um volume fixado viaja em um dado período de tempo, (Cp 14, 15), 475-478, 475{ nos capilares, 525-528, 529{ Venopunção, 515 Venossecção, 547 Ventilação alveolar total, 588-590t Ventilação alveolar volume de ar que chega nos alvéolos a cada minuto, (Cp 17, 18), 587-590, 587-590t composição gasosa e, 588-590, 588-590{ condições patológicas afetando a, 601-603, 602{ exercício e, 817 hipóxia da grande altitude e, 610 padrão respiratório e, 587-589t, 588-590 Ventilação movimento de ar entre a atmosfera e os pulmões, (Cp 17, 18, 20, 25), 570, 578-592 alveolar, 587-590, 587-589t, 588-590t padrões de respiração e, 587-589t, 588-590, 617 auscultação na avaliação da, 590-592 complacência e elasticidade pulmonar e, 584-585

composição de gases nos alvéolos e, 588-590, 588-590{ condicionamento do ar (umedecer, filtrar, aquecer) e, 571-574, 575{ controle pelos centros superiores do encéfalo da, 612{, 613, 613{, 617 controle reflexo da, 612-613, 612{ distúrbios do pH e, 675-677, 675{ doença e, 584-585 eficiência da, 587-590, 587-588{, 587-589t, 588-590t espirometria na avaliação da, 578, 578{, 579{, 590-592 exercício e, 817-818, 817{, 818{ fluxo sanguíneo alveolar e, 588-592, 590-591{, 590-591t gradientes de pressão e, 5 77, 5 79-580 gradientes de pressão/fluxo de ar e, 577, 579-580 modificações do volume pulmonar durante a, 578-579, 578{, 579{ músculos da, 572{, 579, 580{, 581 no equilíbrio ácido-base, 675-677, 675{ pressão alveolar e, 580-582, 580{, 58 lf pressão intrapleural e, 582-584, 583{ pressão positiva, 586 pulmonar total, 587-588, 587-588{, 587-589t, 588-590t regulação da, 612-617, 612{ resistência das vias aéreas e, 586, 586t surfactante e, 585-586, 585{ teste de função pulmonar e, 578, 590-592 tipos e padrões da, 587-589t, 617 trabalho respiratório e, 585-586, 585{ valores normais da, 587-588, 588-590t voluntária, máxima, 588-590, 588-590t Ventilação pulmonar total o volume de ar que é movido para fora e para dentro dos pulmões a cada minuto, (Cp 17), 587-590, 587-588{, 587-589t, 588-590t Ventilação voluntária máxima máxima velocidade e profundidade em que uma pessoa pode voluntariamente respirar, (Cp 17), 588-590, 588-590t Ventilação-perfusão, ajuste, 588-592, 590-591{, 590-591t Ventrículo (cardíaco) câmara inferior do coração que bombeia sangue para os vasos sanguíneos, (Cp 14), 469, 470{, 476{, 477{, 478t Ventrículo (encéfalo) espaço oco no encéfalo com líquido cerebrospinal circulante, (Cp 9), 301,303,304{ Ventrículo direito câmara do coração que bombeia sangue para os pulmões, (Cp 14), 470, 470{, 471, 476{, 477{, 478t Ventrículo esquerdo câmara do coração que bombeia o sangue para a circulação sistêmica, (Cp 14), 470{, 471, 476{, 477{, 478t Ventrículos descendentes, 301, 304{ Ventrículos laterais, 301, 304{ Vênula vasos menores da circulação venosa, (Cp 15), 513{, 514{, 515 pressão na, 471{, 518{ velocidade do fluxo sanguíneo e, 529{ Ver também Membrana, permeabilidade da capilar encefálico, 303 lei de Fick e, 140-141, 140{ Vergão área avermelhada ligeiramente inchada sobre a pele, (Cp 6), 180 Vermes chatos, sistema nervoso dos, 298, 298{ Vértebras, 301, 302{ Vertigem, 339-340 posicional, 365 Vertigem posicional, 365 Vesícula biliar órgão que armazena e concentra a bile, (Cp 21), 690{, 698{, 699, 709{ Vesícula de transporte vesículas que levam o seu conteúdo do retículo endoplasmático para o aparelho de Golgi, (Cp 3, 5), 68, 69{, 125{, 126

Vesícula organela membranosa semelhante a um saco usada no armazenamento e transporte, (Cp 3, 4, 5), 68-70, 69{, 70{, 125{, 126, 152 Vesícula secretória, 69, 125, 125{ hormônios da neuro-hipófise, 229-230, 229-230{ hormônios peptídicos, 221-222, 222-223{ Vesícula seminal glândulas acessórias masculinas que contribuem com enzimas e outras secreções para a formação do sêmen, (Cp 26), 839, 839{, 840{ desenvolvimento das, 831, 831t, 832t Vesícula sináptica pequenas vesículas secretórias que liberam neurotransmissores na sinapse, (Cp 4, 8 1 26), 274, 274{, 275, 275{ Vesículas citoplasmáticas, 68- 70, 69{, 70{ Vesículas de armazenamento, 69-70, 70{, 125{, 126 Vestíbulo porção da orelha interna que contém receptores para o equilíbrio corporal, (Cp 10), 355, 356{, 363, 364{, 365-366{, 458-459 Via aferente via que conecta um receptor a um centro integrador, (Cp 6), 199-200, 199-200{, 200-201, 202-203{ Via auditiva, 391, 362{ Via comum, 562, 562{ Via de controle reflexo controle homeostático de longa distância em que a decisão de que uma resposta seja necessária é tomada longe da célula ou tecido, (Cp 6), 197-199, 197-209, 199-200(. Ver também Sistema de controle alça de resposta da, 197-199, 197-203, 199-200{, 202-203{ alça de retroalimentação da, 197-199, 199-200{, 202-204, 203-204{, 203-204{ classificação hormonal e, 225-227, 227-228{ mediação neural/neuroendócrina/endócrina da, 205-209, 206{, 207{, 208t, 209t no encéfalo, 313, 314{ Via de longa distância, na homeostase. Ver Controle reflexo Via eferente hormonal, 201 Via eferente sinais de saída que vão do centro integrador e vão para um efetor, (Cp 6 1 11), 199-200, 199-200{, 201 Via extrínseca Via da coagulação que inicia quando tecidos danificados expõem o fator tecidual, (Cp 16), 561-562, 562{ Via hipotalâmico-hipofisária, 230-232, 230-232{, 758 puberdade e, 863 Via hipotalâmico-hipofisária-suprarrenal (HPA), (Cp 23), 760-761, 760{, 763 Via hipotalâmico-adeno-hipofisária, 230-232, 231-232{, 758 na reprodução, 836, 83 7f Via internodal via de condução entre o nó sino-atrial (SA) e o nó atrioventricular (AV), (Cp 14), 488, 490{ Via intrínseca reação de coagulação que inicia com a exposição do colágeno e usa proteínas que já estão presentes no plasma, (Cp 16), 561-562, 562{ Via motora somática, 397{, 398-399, 399{ Via parassimpática, 389, 390{, 395-397, 397{, 398t Via reflexa. Ver Via de controle reflexo Via sensorial, 338-340, 338{, 343-344, 343{, 344t Via simpática, 389, 390{, 396-397, 397{, 398t Via simpática suprarrenal, 397{ Via/transporte paracelular, 74-75, 155, 528 na reabsorção tubular renal, 635 no trato GI, 692 Viagra® (sildenafil), 851-852 Vias aéreas estruturas anatómicas que vão da boca até os bronquíolos e que carregam ar para os alvéolos, (Cp 17), 570-574, 572{, 573{, 574{ diâmetro das, resistência e, 586, 586t epitélio das, 76-77{, 78, 78f

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Glossário/lndice

funções das, 571-574, 575f músculo liso das, na asma, 438-439 Vias autonômicas, 388-389, 388{, 390{, 390{, 391-392, 391f Vias da resposta imunitária, 799-806, 801-804{, 805t Vias de controle, 196-209, 196-197(. Ver também Homeostase hormonal, 225-234, 227-228( na reprodução, 836, 83 7f Vias de sinalização, 181-189, 182{, 190(. Vertambém Transdução de sinal afetadas por toxinas, 195-196t controle, 196-209, 196-197(. Ver também Homeostase doenças/fármacos, proteínas-alvo dos, 195-196-196-197, 195-196t finalização das, 195-196 modulação das, 193-197, 193{, 194{, 195-196t novas moléculas sinalizadoras e, 190-193, 191{, 192f Vias de síntese, 116-126, 730 Vias do equilíbrio, 338{, 363-365, 365-366( Vias neurais, 307, 309. Ver também tipos específicos Vias olfatórias, 338{, 351, 35 lf Vias visuais, 367, 368f

Vibrio cholerae, 718 Vigilância imunitária teoria de que as células cancerígenas se desenvolvem regularmente, mas em geral são detectadas e destruídas pelo sistema imunitário, (Cp 24), 806 Vilosidades aracnoideas, (Cp 9), 303, 304f Vilosidades coriônicas estruturas da placenta que são semelhantes a dedos e que fazem as trocas de gases, nutrientes e resíduos entre a circulação embrionária e materna, (Cp 26), 856-858, 856-858( Vilosidades projeções semelhantes a dedos da superfície intestinal, (Cp 21), 690{, 691{, 692, 703-704 VIP. Ver Peptídeo vasoativo intestinal Vírus, 783, 784-785, 784{, 784t resposta imunitária ao, 799-803, 802f Vírus Ebola, 783 Vírus humano da imunodeficiência adquirida (HIV), 783-785. Ver Infecção por HIV/AIDS Vírus oncogênico, 784-785 Vírus varicela-zoster, 784-785 Visão, 315, 315{, 334t, 365-377-378 receptores sensoriais para a, 200-201{, 336, 336t, 365, 372, 372-376, 373{, 374{, 376( vias da, 367, 368f Visão binocular visão em três dimensões a partir da sobreposição dos campos visuais dos dois olhos, (Cp 10), 278 Visão colorida, 375, 375f Visão de alta acuidade, 374 Visão para longe, dificuldade (miopia), 370, 371f Viscosidade espessura ou resistência ao fluxo que uma solução apresenta, (Cp 14, 17), 473 fluxo do ar e, 586, 586t Vitamina A, absorção da, 707 Vitamina B12 vitamina necessária para a síntese de eritrócitos, (Cp 21), 707, 711 deficiência de, 556-557t, 711 Vitamina B3 (niacina), 735-736

Vitamina C, 100-101 absorção da, 707 no sêmen, 843t Vitamina D absorção da, 707 equilíbrio do cálcio e, 775-777, 775-776{, 776-777t Vitamina 0 3• Ver Calcitriol Vitamina E, absorção da, 707 Vitamina hidrossolúvel, absorção de, 707 Vitamina K, 563t, 564 absorção da, 707 produzida por bactérias colônicas, 717 Vitamina lipossolúvel, absorção de, 707 Vitamina nutriente que é necessário em pequenas quantidades e que atua como cofator ou coenzima, (Cp 4, 21), 100-101 absorção das, 707- 708 VLDL. Ver Lipoproteína de muito baixa densidade Vm. Ver Potencial de membrana V02 max . Ver Taxa máxima de consumo de oxigênio Vocalização, 325-326 sistema respiratório na, 569 Volt (V), 893t, 894-895 Voltagem, 894-895 limiar de, 257 voltagem limiar despolarização mínima necessária para iniciar um potencial de ação, (Cp 8), 257 Voltímetro, 166, 166f Volume celular, regulação do, 651 Volume corrente (Ve) volume de ar que se move em uma única inspiração ou expiração normal, (Cp 17), 578, 579{, 587-589, 587-589t Volume diastólico final (VDF) volume máximo de sangue que os ventrículos contêm durante um ciclo cardíaco, (Cp 14), 497{, 498, 501, 501{, 504,504( Volume do líquido extracelular balanço do sódio e, 660-666, 661-664( regulação do, 623 Volume expiratório de reserva (VRE) a quantidade de ar que pode ser exalada após o final de uma expiração normal, (Cp 17), 578, 579f Volume expiratório forçado em um segundo (FEV 1), 590-592 Volume inspiratório de reserva (VIR) volume de ar que pode ser inalado além de uma inspiração normal, (Cp 17), 578 Volume médio do eritrócito (VCM), 554-555 Volume minuto. Ver Ventilação pulmonar total Volume plasmático, 551-552( Volume residual volume de ar que fica nos pulmões após uma expiração máxima, (Cp 17), 579, 579f Volume sanguíneo, 547 desidratação e, 671{, 672 distúrbios do, 668-669, 668f resposta integrada a, 567{, 652, 652{, 668-672, 670t, 671f equilíbrio hídrico e, 652, 652{, 657, 658f pressão, fluxo, resistência e, 471-478, 471-475{, 516, 517t, 520-521, 520-521{, 520-526, 520-521{, 521-523t, 522-526{, 663-664 regulação renal do, 520-521, 520-521{, 623 Volume sistólico final (VSF) quantidade de sangue que fica no ventrículo no final da contração, (Cp 14), 497{, 498

957

volume sistólico quantidade de sangue bombeado por um ventrículo durante uma contração, (Cp 14), 498, 501-502, 501{, 504-505, 504{, 520-521( Volume/volume de uma solução, 37 Volumes pulmonares, 578-579, 578{, 579{, 590-592 Vômito, 688, 694, 718-719 alcalose metabólica no, 680 centro de controle bulhar do, 305, 718-719 VR. Ver Volume residual VRE. Ver Volume de reserva expiratória VRG. Ver Centro respiratório ventral VRI. Ver Volume de reserva inspiratória VSF. Ver Volume sistólico final Vulva genitália externa feminina, (Cp 26), 844, 845f Warfarin, 564 Watt (W), 893t Wobbler, camundongo, 272 World Wide Web. Ver Internet, 15-16 Xenobióticos, excreção de, 133 Zantac®. Ver Ranetidina Ziconotida, 349 Zigoto óvulo fertilizado, (Cp 3, 26), 829, 835, 835{, 856-857, 856-858( Zimogênio proenzimas inativas no sistema digestório, (Cp 4, 21), 100-101, 696, 715, 715f Zinco, no sêmen, 843 Zoa termoneutra variação de temperatura dentro da qual o metabolismo normal é suficiente para manter a temperatura normal do corpo, (Cp 22), 749 Zona binocular, 377-378, 377-378( Zona de disparo região do axônio onde potenciais graduados são integrados e começa um potencial de ação se o sinal atingir o limiar, (Cp 8), 259,260,266,268( Zona erógena, 851-852 Zona fasciculada zona intermediária do córtex suprarrenal que sintetiza glicocorticoides, (Cp 23), 759, 759f Zona glomerulosa zona externa do córtex da suprarrenal que sintetiza aldosterona, (Cp 23), 759, 759f Zona H região do sarcômero que possui somente filamentos grossos, (Cp 12), 409, 411{, 413f durante a contração, 413, 414f Zona monocular porção do campo visual onde a visão é bidimensional, (Cp 10), 377-378, 377-378( Zona pelúcida camada protetora de glicoproteínsa que envolve o ovócito, (Cp 26), 845t, 847t, 854-855, 856-857( Zona reticular zona interna do córtex da suprarrenal que sintetiza esteroides sexuais, (Cp 23), 759 Zônulas fibras que se ligam à lente do olho e mudam a sua forma, (Cp 10), 365-366, 367{, 370,371( Zumbido um ruído no ouvido, (Cp 10), 334, 339-340, 357 Zyban®. Ver Bupropiona

,

Capítulo 11

re Capítulo 1 C0-1 Alfred Pasieka/Photo Researchers Capítulo 2 chers

C0-2 Michael W. Davidson/Photo Resear-

Capítulo 3 C0-3 Michael W. Davidson/Molecular Expressions 3-8: D. E. Saslowsky, J. Lawrence, X. Ren, D. A. Brown, R. M. Henderson, J. M. Edwardson, Placenta! alkaline phosphatase is efficiently targeted to rafts in supported lipid bilayers, Journal of Biological Chemistry, pages 26966-70, Vol. 277:30, 26 July 2002. ©2002 Joumal of Biological Chemistry, American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc., Bethesda, MD, 20814 3-13b Robert W. Riess 3-14b Fawcett/ Hirokawa/Heuser/Science Source/Photo Researchers, Inc. 3-16 CNRI/ Science Source/Photo Researchers 3-17 Robert W. Riess 3-18b BradJ. Marsh, David N. Mastronarde, Karolyn F. Buttle, Kathryn E. Howell, and J. Richard Mcintosh, Inaugural Article: Organellar relationships in the Golgi region of the pancreatic beta cell line, HIT-T15, visualized by high resolution electron tomography. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Fig. 2, pages 2399-2406, Vol. 98:5, 27 February 2001. ©2001 by the National Academy of Sciences 3-19 Don Fawcett/Photo Researchers 3-20 Biophoto Associates/Photo Researchers 3-21 (top) H. Wartenberg/H. Jastrow's EM Atlas, www.drjastrow.de 3-21 (bottom) Photo Researchers 3-23 Todd Derksen 3-26b Custom Medical Stock Photo 3-27 Todd Derksen 3-29 Ward's Natural Science Establishment 3-30c John D. Cunningham/ Visuais Unlimited 3-31 Frederic H. Martini 3-33a, b SPL/ Photo Researchers Capítulo 4

C0-4 P. Motta & T. Naguro/Photo Researchers

Capítulo 5 C0-5 Dennis Kunkel/Phototake Capítulo 6 C0-6 Veronique Blanc and Qin Wang/Wellcome Images UNOl Dmitri Gordienko/Wellcome Images Capítulo 7 verthorn

C0-7 Dennis Kunkel/Phototake 7-1 Dee Sil-

Capítulo 8 C0-8 C.J. Guerin, MRC Toxicology Unit/Photo Researchers 8-17a Todd Derksen 8-17b David M. Phillips/Visuals Unlimited 8-27 Tom Deerinck/Visuals Unlimited 8-30 Harris K.M., Stevens J .K., Dendritic spines of CAI pyramidal cells in the rat hippocampus: serial electron microscopy with reference to their biophysical characteristics. /.Neurosci. (1989) 9:2982-2997. Image supplied by Synapse Web, Kristen M. Harris, PI; Image resurfacing by Josef Spacek. 8-33 Timothy M. Gomez, University of Wisconsin-Madison Capítulo 9 C0-9 Steve Gschmeissner/Photo Researchers 9-12b Robert Brons/BPS 9-17 Marcus Raichle, Washington University School of Medicine Capítulo 1 O C0-10 David Furness/Wellcome Images 1016b Todd Derksen 10-30b Webvision, John Moran Eye Center, University of Utah

C0-11 Kent Wood/ Photo Researchers

Capítulo 12 C0-12 Biology Media/Photo Researchers 12la Ward's Natural Science Establishment 12-lb Phototake NYC 12-lc Todd Derksen 12-8 Phototake NYC 12-14 D. Comack, ed. Ham's Histology 9th ed. Philadelphia: J.B. Lippincott, 1987. By permission. 12-14 Frederic H. Martini 12-26 Biophoto Associates/Photo Researchers. Capítulo 13 C0-13 Veronique Blanc and Qin Wang/Wellcome Images Capítulo 14 C0-14 Quest/Photo Researchers Capítulo 15 C0-15 Susumu Nishinaga/Photo Researchers 15-21 CDC/Lyle Conrad Capítulo 16 C0-16 National Cancer Institute/ Photo Researchers 16-5a Todd Derksen 16-6a, b, e Visuais Unlimited 16-8 Photo Researchers 16-9b, e Todd Derksen 16-14 Susumu Nishinaga/ Photo Researchers Capítulo 17 C0-17 Biophoto Associates/Photo Researchers 17-5 Frederic H. Martini Capítulo 18 C0-18 CNRI/Photo Researchers Capítulo 19 C0-19 Susumu Nishinaga/Photo Researchers 19-lAS Todd Derksen 19-5 Todd Derksen Capítulo 20 C0-20 Veronique Blanc and Qin Wang/Wellcome Images Capítulo 21 searchers

C0-21 Thomas Deerinck, NCMIR/Photo Re-

Capítulo 22 C0-22 Alfred Pasieka/Photo Researchers 228b Ward's Natural Science Establishment Capítulo 23 C0-23 Fred Hossler/Visuals Unlimited/Getty Images 23-lc Ward's Natural Science Establishment 23-5a Biophoto Associates/Science Source/Photo Researchers 235b Biophoto Associates/ Photo Researchers 23-lOa Martin Rotker/Phototake 23-lOb Alison Wright/CORBIS 23-lOc Ralph Eagle/Science Source/Photo Researchers 23-14 American Joumal of Medicine 23-15 Ralph T. Hutchings 23-21 Dr. Michael Klein/Peter Arnold Capítulo 24 C0-24 Dennis Kunkel/Visuals Unlimited/ Getty Images Capítulo 25 C0-25 Veronique Blanc and Qin Wang/Wellcome Images Capítulo 26 C0-26 Michael W. Davidson/Molecular Expressions 26-1 CNRI/Science Photo Library/Photo Researchers 26-26a Francis Leroy/Biocosmos/Science Photo Library/Custom Medical Stock Photo Capítulo lcons Running man Photodisc/Getty Images Compass iStockpoto DNA iStockphoto Microscope Andy Sotiriou/Photodisc/Getty Images Magnifying glass Stockbyte/Getty Images

Grupo

1 Período

1

2

3

4

5

6

7

18

Tabela Periódica dos Elementos

1

2

Hidrogênio

Hélio

H

He

D Elementos essenciais principais D Elementos menos essenciais D Não se acredita que sejam

1.0

2

3 Lftio

4 Berílio

Li

Be

6.9

9.0

11

12

Sódio

Magnésio

Na

Mg

23.0

24.3

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

19 Potássio

20 Cálcio

21

22

24

27

Titânio

Cromo

25 Manganês

26

Escândio

23 Vanádio

Ferro

Cobalto

28 Níquel

29 Cobre

30 Zinco

K

Ca

Se

Ti

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

39.1

40.1

45.0

47.9

V 50.9

52.0

54.9

55.8

58.9

58.7

37

38

39

40

41

45

Estrôncio

!trio

Zircônio

Nióbio

43 Tecnécio

44

Rubídio

Rutênio

Rb

Sr

y

42 Molibdênio

Zr

Nb

Mo

Te

85.5

87.6

88.9

91.2

92.9

95.9

55

56

71

72

73

Césio

Bário

Lutécio

Háfnio

Cs

Ba

Lu

132.9

137.3

87

Número atômico = número de prótons

17

4 .0

9 Flúor

10

Neônio

o

F

Ne

14.0

16.0

19.0

20.2

14

15

16

17

18

Alumínio

Silício

Enxofre

Cloro

Argônio

AI

Si

s

CI

Ar

27.0

28.1

Fósforo p 31.0

32 .1

35.5

39.9

31

32

34

Gálio

Germano

33 Arsênico

Selênio

35 Bromo

36 Criptônio

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

63.5

65.4

69.7

72.6

74.9

79 .0

79.9

83.8

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Ródio

Paládio

Prata

Cádmio

lndio

Telúrio

1000

Xenônio

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

ln

Sn

Sb

Te

1

Xe

{98)

101.1

102.9

106.4

107.9

112.4

114.8

118.7

121.8

127.6

126.9

131.3

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Tântalo

Tungstênio

Rênio

Ósmio

Irídio

Platina

Ouro

Mercúrio

Tálio

Chumbo

Bismuto

Polônio

Astato

Radônio

Hf

Ta

w

Re

Os

Ir

Au

Hg

TI

Pb

Bi

Po

At

Rn

175.0

178.5

181 .0

183.9

186.2

190.2

192.2

Pt 195.1

197.0

200.6

204.4

207.2

209.0

{209)

{21 O)

{222)

88

103

105

106

107

108

109

110

111

112

113

116

Rádio

Laurêncio

Dúbnio

Seabá gio

Bório

Hássio

Me~nério

Ununílio

Ununúnio

Unúmbio

Ununtrio

Unupentio

Ununhexio

Fr

Ra

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Os

Rg

Uub

Uut

114 Ununquádio

115

Frâncio

104 Rutherfórdio

Uuq

Uup

Uuh

{223)

226.0

{261)

{262)

{266)

{264)

{269)

{268)

{271)

{272)

{285)

{284)

{289)

{288)

{292)

57*

58

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

Lantânio

Cério

59 Praseodímio

Samário

Európio

Gadolínio

Térbio

Disprósio

Hólmio

Erbio

Túlio

ltérbio

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

138.9

140.1

140.9

144.2

{145)

150.4

152.0

157.3

158.9

162.5

164.9

167.3

168.9

173.0

89**

90

92

93

94

95

96

97

98

99

100

Tório

Urânio

Netúnio

Plutônio

Amerício

Cúrio

Einstênio

Férmio

Nobélio

Ae

Th

Pa

u

101 Mendelévio

102

Actínio

91 Protoactínio

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Es

Fm

Md

No

{227)

232.0

231 .0

238.0

{237)

{244)

{243)

{247)

{247)

{252)

{257)

{258)

{259)

6 Carbon

e

Símbolo

essenciais para a vida

Nome

1

12.0

Massa atômica

1

Metais de transição (

*

**

Lr {262)

Nome moderno

Nome em Símbolo Latim

Cobre Ferro Potássio Sódio

Cuprium Ferrum Kali um Natrium

Cu Fe K Na

Neodímio Promécio

'

13

14

15

5 Boro

6 Carbono

7

B

c

N

10.8

12.0

13

,

8 Nitr~ênio Oxigênio

Estanho Antimônio

Berquélio CalWómio Cf {251)

16

,

Observação: os números em parênteses são o número da massa {o número total dos prótons e nêutrons no núcleo) do isótopo mais estável e mais bem conhecido dos elementos radiativos.

O que é uma ''Abordagem Integrada''? Um dos temas-chave deste livro é o fato de o corpo ser um conjunto de sistemas integrado. Assim, uma de suas tarefas ao estudar será construir sua própria visão global do corpo, dos seus sistemas e dos muitos processos que mantêm os sistemas funcionando.

Medidas e Conversões PREFIXOS

deci

(d)

centi

(c)

mili

(m)

•

micro

(µ)

nano

(n)

•

1/100

0,01

1 X 10- 2

1/1.000

0,001

1 X 10- 3

1/1.000.000

0,000001

1 X 10- 6

1/1.000. 000. 000

o, 000000001 o, 000000000001

1 X 10- 9

1/10

(p)

pico

0,1

1 X 10- 1

1/1.000. 000. 000. 000

(k)

quilo

1 X 10- 12 3

1X10

1.000

SISTEMA MÉTRICO

1 metro (m)

--

100 centímetros (cm)

--

1.000 milímetros (mm)

1 centímetro (cm)

·-

-

10 milímetros (mm)

--

0,01 metro (m)

1 milímetro (mm)

--

1.000 micrometros (µm; também denominado micron, µ) --

1 X 10-7 milímetros

--

O, 1 litro (L)

o

1 angstrom (A)

·-

-

1/10.000 micrometros

1 litro (L)

--

1.000 mililitros (mL)

1 decilitro (dL)

--

100 mililitros (mL)

1 centímetro cúbico (cm3)

1 mililitro (mL)

1 mililitro (mL)

--

1.000 microlitros (µL)

1 quilograma (kg)

--

1.000 gramas (g)

1 grama (g)

--

1.000 miligramas (mg)

1 miligrama (mg)

--

1.000 microgramas (µg)

CONVERSÕES

1 jarda (yd) 1 polegada (in)

VALORES NORMAIS DOS COMPONENTES DO SANGUE = =

0,92 metro

SUBSTÂNCIA VARIAÇÃO OU PARÂMETRO NORMAL

2,54 cm

2

1 metro 1 centímetro

= =

1,09 jardas 0,39 polegada

1 quarto para líquido*

=

946 mililitros

1 onça líquida (americana)

=

1 litro

=

1,05 quarto para líquidos

1 libra (lb)

=

453,6 gramas

1 quilograma

=

2,2 libras

8 drams** líquido

=

29,57 mililitros (mL)

TEMPERATURA

DE CONGELAMENTO O graus Celsius (ºC)

=

32 graus Fahrenheit (ºF)

MEDIDO NO

Cálcio (Ca +)

4,3-5,3 meq/L

Soro

Cloreto (Cl- )

100-108 meq/L

Soro

Potássio (K+)

3,5-5,0 meq/L

Soro

Sódio (Na+)

135-145 meq/L

Soro

pH

7,35-7,45

Sangue total

Po 2

75-lOOmmHg

Sangue arterial

Pco2

34-45 mmHg

Sangue arterial

Osmolalidade

280-296 mosmol/ Soro kg água

Glicose em jejum 70-110 mg/dL

Plasma

Creatinina

0,6-1,5 mg/dL

Soro

Proteína total

6,0-8,0 g/dL

Soro

273 Kelvin (K)

Para converter graus Celsius (ºC) em graus Fahrenheit (ºF): (ºC X 9/5) + 32 Para converter graus Fahrenheit (ºF) em graus Celsius (ºC): (ºF - 32) X 5/9

Modificada de W. F. Ganong, Review of Medical Physiology (Norwalk: Appleton & Lange), 1995.

* Um quarto de galão (1 galão = 3,8 litros) americano. ** Dram =medida farmacêutica (- 3,8 ml).