Fisiologia Humana
Das células aos sistemas
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Sherwood, Lauralee
Fisiologia humana : das células aos sistemas /
Lauralee Sherwood ; revisão técnica Maria Elisa
Pimentel Piemonte ; tradução All Tasks. -- São
Paulo : Cengage Learning, 2011.
Título original: Human physiology : from cells
to systems.
7. ed. norte-americana.
ISBN 978-85-221-0805-3
1. Fisiologia humana I. Título.
CDD-612
NLM-QT-104
10-05767
Índices para catálogo sistemático:
1. Fisiologia humana : Ciências médicas 612
2. Fisiologia humana : Ciências médicas
QT-104
Tradução da 7 a edição norte-amer icana
Fisiologia Humana
Das células aos sistemas
Lauralee Sherwood
Departamento de Fisiologia e Farmacologia
Faculdade de Medicina
West Virginia University
Revisão técnica
Maria Elisa Pimentel Piemonte
P.T., Ph.D.
Docente do Departamento de Fisioterapia,
Fonoaudiologia e Terapia Ocupacional da Faculdade
de Medicina da Universidade de São Paulo.
Mestre e Doutora em Neurociências e Comportamento
pelo Instituto de Psicologia da Universidade de São Paulo.
Tradução
All Tasks
Austrália • Brasil • Japão • Coreia • México • Cingapura • Espanha • Reino Unido • Estados Unidos
Ficha de estudo – Capítulo 1
3
Fisiologia Humana: Das células aos sistemas
tradução da sétima edição norte-americana
© 2011, Cengage Learning. Todos os direitos reservados.
© 2010, 2007 Brooks/Cole, Cengage Learning
Lauralee Sherwood
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro poderá ser reproduzida, sejam quais forem os meios empregados, sem a permissão, por
escrito, da Editora.
Aos infratores aplicam-se as sanções previstas nos artigos 102, 104, 106 e
107 da Lei no 9.610, de 19 de fevereiro de 1998.
Gerente editorial: Patricia La Rosa
Editora de desenvolvimento e produtora editorial:
Gisele Gonçalves Bueno Quirino de Souza
Pesquisa Iconográfica: Odete Pereira
Supervisora de produção editorial e gráfica: Fabiana
Alencar
Título Original: Human Physiology – 7th editon
ISBN original: ISBN-13: 978-0-495-82629-3,
ISBN-10: 0495-82629-4
Tradução: All Tasks
Revisão técnica: Maria Elisa Pimentel Piemonte
Copydesk: Fábio Larsson
Esta editora empenhou-se em contatar os responsáveis pelos direitos
autorais de todas as imagens e de outros materiais utilizados neste livro.
Se porventura for constatada a omissão involuntária na identificação de
algum deles, dispomo-nos a efetuar, futuramente, os possíveis acertos.
Para informações sobre nossos produtos, entre
em contato pelo telefone 0800 11 19 39
Para permissão de uso de material desta obra, envie seu
pedido para [email protected]
Diagramação: Negrito Design
Capa: Souto Crescimento da Marca
© 2011, Cengage Learning. Todos os direitos reservados.
Revisão: Ricardo Franzin, Maria Dolores D. S. Mata
ISBN-13: 978-85-221-0805-3
ISBN-10: 85-221-0805-6
Cengage Learning
Condomínio E-Business Park
Rua Werner Siemens, 111 – Prédio 20 – Espaço 04
Lapa de Baixo – CEP 05069-900 – São Paulo – SP
Tel.: (11) 3665-9900 – Fax: (11) 3665-9901
SAC: 0800 11 19 39
Para suas soluções de curso e aprendizado, visite
www.cengage.com.br
Impresso no Brasil.
1 2 3 13 12 11
Fichas de Estudo
Ficha de estudo – Capítulo 1
5
Fic has de estu do
Sumário
Sumário
Capítulo 1, 2
Capítulo 11, 22
Capítulo 2, 4
Capítulo 12, 24
Capítulo 3, 6
Capítulo 13, 26
Capítulo 4, 8
Capítulo 14, 28
Capítulo 5, 10
Capítulo 15, 30
Capítulo 6, 12
Capítulo 16, 32
Capítulo 7, 14
Capítulo 17, 34
Capítulo 8, 16
Capítulo 18, 36
Capítulo 9, 18
Capítulo 19, 38
Capítulo 10, 20
Capítulo 20, 40
Ficha de estudo – Capítulo 1
1
capítu lo
1
Ficha de estudo
Introdução à fisiologia
■■
■■
Fisiologia é o estudo das funções corporais.
O fisiologista explica o funcionamento do corpo em termos de
mecanismos de ação que envolvem sequências de causa e efeito em
processos físicos e químicos.
■■
A fisiologia e a anatomia estão altamente inter-relacionadas,
porque as funções corporais são altamente dependentes da estrutura
das partes corporais que as executam.
Níveis de organização no organismo
■■
O corpo humano é uma combinação complexa de átomos e moléculas específicos.
■■
Essas substâncias químicas não vivas são organizadas de forma
precisa para formar células, as menores entidades capazes de executar
processos vitais. As células são os blocos construtores vivos funcionais e
estruturais do organismo (reveja a Figura 1-1).
■■
As funções básicas realizadas por cada célula para a própria
sobrevivência incluem (1) obtenção de O2 e nutrientes, (2) execução de
reações químicas geradoras de energia, (3) eliminação de resíduos, (4)
síntese de proteínas e de outros componentes celulares, (5) controle do
trânsito de materiais entre a célula e o ambiente, (6) movimentação de
materiais por toda a célula, (7) reação ao ambiente e (8) reprodução.
■■
Além das funções básicas, cada célula de um organismo pluricelular executa uma função especializada.
■■
Células de estrutura semelhante e função especializada combinam-se para formar os quatro principais tipos de tecidos: muscular,
nervoso, epitelial e conectivo (reveja a Figura 1-2).
■■
As glândulas derivam do tecido epitelial e são especializadas em
secreção. Glândulas exócrinas secretam através de dutos para a superfície corporal ou para cavidades que se comunicam com a parte externa;
as glândulas endócrinas secretam hormônios no sangue (reveja a
Figura 1-3).
■■
Órgãos são combinações de dois ou mais tipos de tecidos que
atuam em conjunto para realizar uma ou mais funções. Um exemplo de
órgão é o estômago (reveja a Figura 1-2).
■■
Os sistemas corporais são conjuntos de órgãos que realizam funções relacionadas e interagem para efetivar uma atividade em comum
essencial para a sobrevivência de todo o organismo. Um exemplo disso
é o sistema digestório (reveja a Figura 1-4).
■■
Os sistemas corporais se combinam para compor o organismo, ou
o corpo como um todo.
Conceito de homeostase
■■
O fluido dentro das células do corpo é o fluido intracelular (ICF); o
fluido fora das células é o fluido extracelular (ECF).
■■
Como a maioria das células do corpo não está em contato
direto com o ambiente externo, a sobrevivência celular depende da
manutenção de um ambiente interno fluido relativamente estável,
com o qual as células realizam diretamente as trocas que permitem a
sustentação da vida.
2
Fisiologia humana
■■
O ECF serve de ambiente interno do corpo. Ele é composto por
plasma e fluido intersticial (reveja a Figura 1-5).
■■
A homeostase é a manutenção de um estado estável dinâmico no
ambiente interno.
■■
Os fatores do ambiente interno que devem ser mantidos homeostaticamente são: (1) a concentração de moléculas de nutrientes, (2) a
concentração de O2 e CO2, (3) a concentração de produtos residuais, (4) o
pH, (5) a concentração de água, sal e outros eletrólitos, (6) o volume e a
pressão e (7) a temperatura (reveja a Figura 1-7).
■■
As funções executadas pelos 11 sistemas corporais estão voltadas à manutenção da homeostase. Essas funções dependem basicamente das atividades especializadas das células que compõem o
sistema. Assim, a homeostase é essencial para a sobrevivência de
cada célula e cada célula contribui para a homeostase (reveja as
Figuras 1-6 e 1-7).
Sistemas de controle homeostático
■■
Um sistema de controle homeostático é uma rede de componentes do organismo que trabalham em conjunto para manter sob controle uma variável do ambiente interno, em torno de um ponto de ajuste
ideal relativamente constante, apesar de alterações na variável.
■■
Os sistemas de
controle homeostático
podem ser classificados como (1) controles
intrínsecos (locais), respostas compensatórias
inerentes de um órgão à
mudança, e (2) controles
extrínsecos (sistêmicos),
reações de um órgão
ativadas por fatores
externos a ele, ou seja,
pelos sistemas nervoso e
endócrino.
■■
'HVYLRQD
YDULiYHOFRQWURODGD
DOLYLD
GHWHFWDGRSRU
7HUP{PHWUR
6HQVRU
LQIRUPD
7HUPRVWDWR
,QWHJUDGRU
LQVWUXL
([HFXWRUHV
UHWURDOLPHQWDomR
QHJDWLYDGHVDWLYDR
VLVWHPDUHVSRQViYHO
SHODUHVSRVWD
$TXHFHG
H[HFXWD
Os sistemas de
5HVSRVWDFRPSHQVDWyULD
controle intrínsecos e
extrínsecos geralmente
UHVXOWDHP
operam pelo princípio
de retroalimentação
9DULiYHOFRQWURODGD
UHVWDXUDGDDRQRUPDO
negativa: uma mudança
na variável controlada
ativa uma resposta que
D&RPSRQHQWHVGHXPVLVWHPDGH
leva a variável na direção FRQWUROHGHUHWURDOLPHQWDomRQHJDWLYD
oposta da mudança
inicial, opondo-se, assim,
a essa mudança (reveja a Figura 1-8).
■■
Na retroalimentação positiva, uma alteração em uma variável
controlada ativa uma resposta que leva a variável na mesma direção da
mudança inicial, amplificando, desta forma, a mudança. A retroalimentação positiva é incomum no organismo, mas importante em vários
casos, como durante o trabalho de parto.
■■
4XHGDQDWHPSH
DPELHQWHDEDL[R
SRQWRGHDMXVWH
Mecanismos de anteroalimentação são respostas compensatórias
que ocorrem em antecipação a uma mudança.
3URGXomRGHF
$XPHQWRQD
WHPSHUDWXUDDP
DWpRSRQWRGHD
E&RQWUROHGHUHW
QHJDWLYDGDWHPSH
Ficha de estudo – Capítulo 1
3
AMBIENTE
EXTERNO
Esperma entra
na mulher
Esperma sai
do homem
Fezes contendo
resíduos de alimentos
não digeridos
Nutrientes, água,
eletrólitos
Urina contendo
resíduos, água
em excesso
e eletrólitos
CO2
O2
Informações do
ambiente externo
transmitidas por meio
do sistema nervoso
Regular
SISTEMA CIRCULATÓRIO
Transporta nutrientes, O2, CO2, resíduos, eletrólitos e hormônios por todo o corpo
Ver Capítulos 9, 10, e 11.
Trocas com todos
os outros sistemas
SISTEMA REPRODUTIVO
Não essencial para a homeostase, mas essencial
para a perpetuação da espécie
Ver Capítulo 20.
SISTEMA DIGESTIVO
Obtém nutrientes, água e eletrólitos do
ambiente externo e os transfere para o plasma.
Elimina resíduos de alimentos não digeridos
para o ambiente externo
Ver Capítulo 16.
SISTEMA URINÁRIO
Importante regulador do volume, da
composição eletrolítica e do pH do ambiente
interno. Remove resíduos e o excesso de água,
sal, ácido e outros eletrólitos do plasma e os
elimina na urina
Ver Capítulos 14 e 15.
SISTEMA RESPIRATÓRIO
Obtém O2 e elimina CO2 para o ambiente externo;
ajuda a regular o pH ao ajustar a taxa de remoção
do CO2 acidificante
Ver Capítulos 13 e 15.
SISTEMA NERVOSO
Atua por meio de sinais elétricos no controle
de reações rápidas do organismo; também é
responsável por funções superiores – como
consciência, memória e criatividade
Ver Capítulos 4, 5, 6 e 7.
SISTEMAS CORPORAIS
Compostos de células organizadas de acordo com a especialização para manter a homeostase
Ver Capítulo 1.
Troca com todos
os outros sistemas
SISTEMAS MUSCULAR E ESQUELÉTICO
Apoiam e protegem partes do corpo e permitem o
movimento corporal. Contrações musculares geradoras
de calor são importantes na regulagem da temperatura.
O cálcio é armazenado nos ossos
Ver Capítulos 8, 17 e 19.
SISTEMA IMUNOLÓGICO
Defende contra invasores externos e células
cancerígenas; abre caminho para reparo do tecido
Ver Capítulo 12.
SISTEMA TEGUMENTAR
Serve como barreira protetora entre o ambiente
externo e o restante do corpo. As glândulas
sudoríparas e ajustes no fluxo de sangue na pele
são importantes na regulagem da temperatura
Ver Capítulos 12 e 17.
SISTEMA ENDÓCRINO
Atua, por meio dos hormônios secretados no
sangue, regulando processos que exigem duração
em vez de velocidade – como as atividades
metabólicas e o equilíbrio entre água e eletrólitos
Ver Capítulos 4, 18 e 19.
Permite que
o corpo interaja
com o ambiente
externo
Protege contra
invasores externos
Mantém o material
estranho fora
Mantém os fluidos
internos dentro
As células compõem
os sistemas corporais
CÉLULAS
Precisam da homeostase para sua
própria sobrevivência e para realizar
funções especializadas essenciais
para a sobrevivência de todo o corpo
Ver Capítulos 1, 2 e 3.
Precisam de um suprimento contínuo de
nutrientes e O2 e da eliminação contínua
de CO2 acidificante para que possam
gerar a energia necessária para as
atividades celulares de sustentação
à vida, conforme a seguinte fórmula:
Alimento + O2 → CO2 + H2O + energia
Ver Capítulo 17.
A homeostase
é essencial para
a sobrevivência
das células
HOMEOSTASE
Estado dinâmico estável dos constituintes
no ambiente fluido interno que circunda
as células, no qual ocorre a circulação
de materiais
Ver Capítulo 1.
Fatores mantidos homeostaticamente:
Concentração de moléculas de nutrientes
Ver Capítulos 16, 17, 18 e 19.
Concentração de O2 e CO2
Ver Capítulo 13.
Concentração de produtos residuais
Ver Capítulo 14.
pH
Ver Capítulo 15.
Concentração de água, sais e outros
eletrólitos
Ver Capítulos 14, 15, 18 e 19.
Temperatura
Ver Capítulo 17.
Volume e pressão
Ver Capítulos 10, 14 e 15.
Os sistemas corporais
mantêm a homeostase
capítu lo
2
Ficha de estudo
Teoria celular
■■
A complexa organização e interação das substâncias químicas
dentro de uma célula permitem as características peculiares à vida. A
célula é a menor unidade capaz de executar processos vitais.
■■
As células são os blocos construtores vivos do corpo. A estrutura e
o funcionamento de um organismo multicelular dependem essencialmente das capacidades estruturais e funcionais das células (reveja a
Tabela 2-1).
Observações de células
■■
■■
As células são pequenas demais para serem vistas a olho nu.
Utilizando os primeiros microscópios, os pesquisadores descobriram que todos os tecidos vegetais e animais consistiam em células
individuais.
■■
Os cientistas agora sabem que uma célula é uma estrutura compartimentalizada complexa e altamente organizada.
Visão geral da estrutura celular
■■
As células têm três subdivisões principais: membrana plasmática,
núcleo e citoplasma (reveja a Figura 2-1).
■■
A membrana plasmática envolve a célula e separa os fluidos intracelular e extracelular.
■■
O núcleo contém ácido desoxirribonucleico (DNA), o material
genético da célula.
■■
Os ribossomos do RE rugoso sintetizam proteínas, liberadas no
lúmen do RE de forma a ficarem separadas do citosol. Os lipídios
produzidos dentro das paredes membranosas do RE também entram
no lúmen.
■■
Os produtos sintetizados vão do RE rugoso para o RE liso, onde são
embalados e despachados como vesículas de transporte. As vesículas
de transporte são formadas quando uma parte do RE liso é “podada”
(reveja a Figura 2-3).
Complexo de Golgi e exocitose
■■
As vesículas de transporte rumam e se fundem ao complexo de
Golgi, que consiste em uma pilha de sacos achatados e separados
envoltos por membrana (reveja as Figuras 2-3 e 2-4).
■■
O complexo de Golgi tem função dupla: (1) modificar em produtos
finais as moléculas recém-sintetizadas a ele entregues na forma bruta
pelo RE e (2) classificar, embalar e direcionar o tráfego molecular para
os destinos intra e extracelulares adequados.
■■
O complexo de Golgi das células secretórias embala proteínas
para serem exportadas pela célula em vesículas secretórias liberadas
por exocitose mediante estimulação adequada (reveja as Figuras 2-3,
2-5a e 2-6).
Lisossomos e endocitose
■■
Lisossomos são sacos envoltos por membrana que contêm potentes enzimas hidrolíticas (digestórias) (reveja a Figura 2-7).
■■
■■
■■
■■
Três tipos de RNA têm função na síntese de proteínas codificada
pelo DNA: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossômico (rRNA) e RNA de
transferência (tRNA).
O citoplasma consiste no citosol, uma massa complexa semelhante a um gel, repleta de citoesqueleto e organelas. Organelas são estruturas altamente organizadas que desempenham funções específicas.
■■
Há duas categorias de organelas: organelas membranosas são
ligadas por uma membrana que separa conteúdo do citosol ao redor.
Retículo endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomos, peroxissomas
e mitocôndrias são exemplos delas. As organelas não membranosas
não são cercadas por membrana e incluem ribossomos, vaults e centríolos (reveja a Figura 2-1 e a Tabela 2-2).
Retículo endoplasmático e síntese segregada
■■
O retículo endoplasmático (RE) é uma única rede complexa e
membranosa que envolve um lúmen repleto de fluido.
■■
A principal função do RE é sintetizar proteínas e lipídios,
(1) secretados para o exterior da célula, como enzimas e hormônios, ou
(2) utilizados para produzir novos componentes celulares, especialmente membranas celulares.
■■
Os dois tipos de RE são o RE rugoso (sacos interconectados achatados repletos de ribossomos) e o RE liso (túbulos interconectados sem
ribossomos) (reveja a Figura 2-2).
4
Fisiologia humana
Servindo de sistema digestório intracelular, os lisossomos destroem materiais estranhos, como bactérias internalizadas pela célula,
e destroem partes gastas para abrir caminho para novas partes de
reposição.
O material extracelular é levado para dentro da célula por endocitose, para ataque pelas enzimas do lisossomo (reveja a Figura 2-5b).
As três formas de endocitose são pinocitose, endocitose mediada por
receptor e fagocitose (reveja a Figura 2-8).
Peroxissomas e desintoxicação
■■
Peroxissomas são pequenos sacos envoltos por membrana que
contêm potentes enzimas oxidativas (reveja a Figura 2-7).
■■
Elas executam reações oxidativas específicas que desintoxicam
diversos resíduos e compostos estranhos tóxicos que entraram na célula. Durante essas reações de desintoxicação, as peroxissomas geram
o potente peróxido de hidrogênio, que elas transformaram em água e
oxigênio inofensivos por meio da catalase nelas contida.
Mitocôndrias e produção de ATP
■■
As mitocôndrias em forma de bastonete são envoltas por duas
membranas, uma membrana externa lisa e uma membrana interna
que forma uma série de prateleiras, as cristas, que se projetam em uma
cavidade interior repleta de gel, a matriz (reveja a Figura 2-9).
■■
As mitocôndrias são as organelas energéticas da célula. Elas
convertem eficientemente a energia das moléculas de água em energia
utilizável, armazenada em moléculas de ATP. As células utilizam ATP
como fonte de energia para a síntese de novos compostos químicos,
para transporte pela membrana e para trabalho mecânico.
■■
A respiração celular refere-se coletivamente às reações intracelulares através das quais moléculas ricas em energia são decompostas para
formar ATP, utilizando O2 e produzindo CO2 no processo. A respiração
celular inclui a desmontagem sequencial de moléculas de nutriente e
subsequente produção de ATP em três estágios: (1) glicólise no citosol,
(2) ciclo do ácido cítrico na matriz mitocondrial e (3) fosforilação oxidativa na membrana interna mitocondrial (reveja a Figura 2-10).
■■
A fosforilação oxidativa inclui o sistema de transporte de elétrons e a
quimiosmose por ATP sintase. O sistema de transporte de elétrons extrai
elétrons ricos em energia dos hidrogênios liberados durante a decomposição de nutrientes na glicólise e no ciclo do ácido cítrico e os transfere
para níveis cada vez mais baixos de energia. A energia livre liberada
durante este processo é utilizada para criar-se um gradiente de H+ na
membrana interna mitocondrial. O fluxo de H+ em favor do gradiente
de concentração ativa a ATP sintase, uma enzima que sintetiza ATP pelo
processo denominado quimiosmose (reveja as Figuras 2-11 a 2-14).
■■
Uma célula é mais eficiente na conversão de energia alimentar em
ATP quando há O2 disponível. Sem O2 (condição anaeróbia), uma célula
só poderá produzir duas moléculas de ATP para cada molécula de glicose processada por glicólise. Com O2 (condição aeróbia), os processos
mitocondriais podem produzir outras 30 moléculas de ATP para cada
molécula de glicose processada (duas do ciclo do ácido cítrico e 28 da
fosforilação oxidativa) (reveja as Figuras 2-14 e 2-16).
Ribossomos e síntese proteica
■■
Centrossomo, centríolos e organização microtubular
■■
O centrossomo (centro da célula) consiste em um par de centríolos
cercado por uma massa amorfa (reveja a Figura 2-19).
■■
O centrossomo é o principal centro de organização de microtúbulos de uma célula. Ele forma e organiza o citoesqueleto do microtúbulo,
forma os cílios e flagelos e o fuso mitótico.
Citosol: gel celular
■■
O citosol contém as enzimas envolvidas no metabolismo intermediário e a maquinaria ribossômica essencial para a síntese dessas
enzimas, além de outras proteínas do citosol.
■■
Muitas células armazenam nutrientes não utilizados dentro do
citosol na forma de grânulos de glicogênio ou gotas de gordura (reveja
a Figura 2-20).
■■
Várias vesículas secretórias, de transporte e endocíticas também
estão presentes no citosol.
Citoesqueleto: “osso e músculo” das células
■■
O citoesqueleto se estende por todo o citosol e serve de “osso e
músculo” da célula (reveja a Tabela 2-2).
■■
Os três tipos de elementos do citoesqueleto – microtúbulos, microfilamentos e filamentos intermediários – consistem em diferentes
proteínas e realizam diversas funções (reveja a Figura 2-21).
■■
Os microtúbulos, feitos de tubulina, mantêm os formatos assimétricos das células, servem de caminhos para o transporte intracelular
por motores moleculares, são o principal componente de cílios e flagelos e compõem o fuso mitótico (reveja as Figuras 2-22, 2-23, 2-24 e 2-25).
Durante a síntese proteica, uma unidade ribossômica grande e uma
pequena se fundem para formar um ribossomo (reveja a Figura 2-17a).
■■
Os ribossomos traduzem mRNA em cadeias de aminoácidos
montadas de acordo com o código do DNA transportado pelo mRNA.
Os ribossomos têm locais de ligação nos quais os tRNAs que levam
aminoácidos específicos se unem ao mRNA durante a montagem de
proteínas (reveja a Figura 2-17b).
■■
■■
Vaults como caminhões celulares
■■
Vaults são estruturas octogonais ocas que têm o mesmo tamanho
e formato dos poros nucleares (reveja a Figura 2-18). Acredita-se que
sejam “caminhões” celulares, que estacionam nos poros nucleares e
coletam carga para transporte nuclear.
Os microfilamentos, compostos de actina na maioria das células,
são importantes em vários sistemas contráteis celulares, incluindo o
movimento ameboide e a contração muscular. Eles também servem de
enrijecedor mecânico para as microvilosidades (reveja as Figuras 2-26,
2-27 e 2-28).
Os filamentos intermediários são proteínas irregulares semelhantes a cordões que ajudam as células a resistir à tensão mecânica. Eles
são mais abundantes nas células da pele e dos nervos.
■■
Coletivamente, os elementos do citoesqueleto dão forma e suporte
à célula, permitem que ela se organize e mova as estruturas internas
conforme necessário e, em algumas células, permitem o movimento
entre a célula e o ambiente.
■■
As principais teorias propõem que os vaults possam transportar
mRNA ou unidades ribossômicas do núcleo para os locais citoplasmáticos de síntese proteica.
Ficha de estudo – Capítulo 2
5
capítu lo
3
Ficha de estudo
■■
Estrutura e funções da membrana
■■
Os desmossomos servem como junções aderentes que mantêm
as células unidas de forma mecânica e são especialmente importantes
nos tecidos sujeitos a muito estiramento (reveja a Figura 3-4).
Todas as células são ligadas por uma membrana plasmática, uma
fina bicamada lipídica repleta de proteínas e com carboidratos acoplados à superfície externa.
■■
A membrana plasmática, vista em microscópio eletrônico, tem a
aparência de uma estrutura trilaminar (duas linhas escuras separadas
por um espaço claro), em decorrência de sua organização molecular. Os
fosfolipídios orientam-se para formar uma bicamada com um interior
hidrofóbico (espaço claro) entre as superfícies hidrofílicas externa e
interna (linhas escuras) (reveja as Figuras 3-1, 3-2 e 3-3).
■■
■■
■■
A bicamada lipídica forma a fronteira estrutural da célula, servindo
de barreira para substâncias solúveis em água e sendo responsável pela
natureza fluida da membrana. Moléculas de colesterol entre os fosfolipídios contribuem para a fluidez e a estabilidade da membrana.
■■
De acordo com o modelo de mosaico fluido da estrutura da membrana, a bicamada lipídica está repleta de proteínas (reveja a Figura 3-3).
As proteínas da membrana, que variam em tipo e distribuição entre
as células, servem de (1) canais para passagem de íons pequenos pela
membrana, (2) transportadores para transporte de substâncias específicas para dentro ou fora da célula, (3) aceptores de marcadores de ancoragem para fusão e subsequente exocitose das vesículas secretórias, (4)
enzimas ligadas à membrana que regem reações químicas específicas,
(5) receptores para detecção e resposta de mensageiros químicos que
alteram o funcionamento celular e (6) moléculas de adesão celular
que ajudam a manter as células unidas e servem como elo estrutural
entre os arredores extracelulares e o citoesqueleto intracelular.
■■
Os carboidratos da membrana na superfície externa da célula
servem de marcadores de autoidentidade (reveja a Figura 3-3). Eles são
importantes no reconhecimento de “si mesmos” nas interações célula a
célula, como na formação e no crescimento de tecidos.
)OXLGRH[WUDFHOXODU
3URWHtQDV
LQWHJUDLV
&DGHLDGH
FDUERLGUDWRV
/LQKDHVFXUD
$SDUrQFLDXWLOL]DQGR
(VSDoRFODUR
XPPLFURVFySLR
HOHWU{QLFR
0ROpFXODGH
IRVIROLStGLR
/LQKDHVFXUD
*OLFROLStGLR *OLFRSURWHtQD
3URWHtQD
UHFHSWRUD
%LFDPDGD 0ROpFXODGH 3URWHtQDGRFDQDO
FROHVWHURO
OLStGLFD
GHYD]DPHQWR
3URWHtQDGH
FDQDOUHJXODGR
3URWHtQDV
SHULIpULFDV
)OXLGRLQWUDFHOXODU
3URWHtQD
0ROpFXODGHDGHVmR
0LFURILODPHQWR
WUDQVSRUWDGRUD GRFLWRHVTXHOHWR
FHOXODUOLJDQGRR
PLFURW~EXORjPHPEUDQD
Adesões célula a célula
■■
A matriz extracelular (ECM) serve de “cola” biológica entre as
células de um tecido. O ECM é composto por uma substância aquosa
semelhante a um gel e pelos três principais tipos de fibras proteicas:
colágeno, elastina e fibronectina.
■■
Muitas células são unidas por junções celulares especializadas,
das quais há três tipos: desmossomos, junções de adesão e junções
comunicantes.
6KHUZRRG+XPDQ3K\VLRORJ\)URP&HOOVWR6\VWHPH
)LJ, DMG# ����
��/��/��
Dragonfly Media Group
6
Fisiologia humana
As junções de adesão na verdade fundem as células, evitando
a passagem de materiais entre elas e, assim, permitindo apenas a
passagem regulada de materiais através das células. Essas junções
impermeáveis são encontradas nas camadas epiteliais que separam
compartimentos com composições químicas muito diversas (reveja a
Figura 3-5).
Junções comunicantes são feitas entre duas células adjacentes
que não se tocam. Elas formam túneis pequenos que permitem a troca de íons e moléculas pequenas entre as células. Tal movimento de
íons desempenha um papel essencial na difusão da atividade elétrica
para sincronizar-se a contração nos músculos cardíaco e liso (reveja a
Figura 3-6).
Visão geral do transporte de membranas
■■
Os materiais podem passar entre o ECF e o ICF por meios com ou
sem assistência.
■■
Os mecanismos de transporte também podem ser passivos (a
partícula se move na membrana sem dispêndio de energia pela célula)
ou ativo (a célula gasta energia para mover a partícula na membrana).
(reveja a Tabela 3-2).
Transporte de membranas sem assistência
■■
Moléculas apolares (lipossolúveis) de qualquer tamanho atravessam a membrana sem assistência ao dissolver e atravessar passivamente a bicamada lipídica em favor de gradientes de concentração (reveja as Figuras 3-7 e 3-8). Íons pequenos podem atravessar a membrana
sem assistência, movendo-se passivamente em favor dos gradientes
eletroquímicos através de canais de proteína abertos específicos para o
íon (reveja a Figura 3-3).
■■
Na osmose, a água se move de forma passiva, na direção de seu
próprio gradiente de concentração, ao longo de uma membrana seletivamente permeável, até uma área de maior concentração de solutos
não penetrantes. Os solutos penetrantes não têm efeito osmótico
(reveja as Figuras 3-9 a 3-12).
■■
A osmolaridade de uma solução é a medida do seu número total
de partículas de soluto, penetrantes e não penetrantes, moléculas e
íons, por litro. A pressão osmótica de uma solução é a pressão que deve
ser aplicada à solução para que se interrompa completamente a osmose. A tonicidade de uma solução refere-se ao efeito que a solução tem
sobre o volume celular e depende da concentração relativa da solução
dos solutos não penetrantes em comparação com a concentração dos
solutos não penetrantes na célula que cerca (reveja a Figura 3-13).
Transporte de membranas assistido
■■
No transporte mediado por transportador, pequenas moléculas
polares e alguns íons são transportados na membrana por proteínas
transportadoras de membrana específicas. Transportadores se abrem
de um lado da membrana, onde um passageiro se vincula a um local de
ligação específico para ele, e depois mudam de formato para que o local
de ligação seja exposto ao lado oposto da membrana, onde o passageiro é liberado. O transporte mediado por transportador pode ser passivo,
e mover a partícula em favor do gradiente de concentração (difusão
facilitada) (reveja a Figura 3-14), ou ativo, movendo a partícula contra o
gradiente de concentração (transporte ativo). Transportadores exibem
um transporte máximo (Tm) quando saturados (reveja a Figura 3-15).
■■
Moléculas polares grandes (grandes demais para os canais e não
lipossolúveis), para as quais não existam mecanismos especiais de
transporte, não conseguem atravessar a membrana.
Potencial de membrana
■■
Todas as células têm um potencial de membrana, uma separação
Há duas formas de transporte ativo: transporte ativo primário e
de cargas opostas ao longo da membrana plasmática (reveja a Figura
transporte ativo secundário. O transporte
ativodeprimário
exige oativamente
uso di- Na+ 3-20).
1 A bomba
Na+–K+ transporta
para fora e K+ para dentro da célula, mantendo a
reto de ATP para acionar a bomba (reveja
a
Figura
3-16).
Um
dos
exemMembrana plasmática
+
concentração de Na alta no ECF e a de K+ alta no ICF.
plos mais importantes de transporte ativo primário é a bomba Na+-K+,
2 Dados os gradientes de concentração existentes
ECF
ICF
que concentra Na+ no ECF e K+ no ICF
Figura 3-17).
O transporte
ao(reveja
longo da a
membrana
plasmática,
o K+ tende a
Difusão líquida
orientar o potencial de membrana até o potencial de
relativamente
ativo secundário é orientado por umequilíbrio
gradiente
de
concentração
+ (–90
para K
mV), enquantoiônica
o Na+ tende a
grande de K+ para
levar o potencial
membranaHá
até dois
o potencial
K+
estabelecido por um sistema de transporte
ativode
primário.
tiposde
fora estabelece
+
equilíbrio para Na (+60 mV).
+
–
um EK+ de – 90 mV
de transporte ativo secundário: simporte (ou cotransporte) e antiporte
+
–
+
3 No entanto, o K exerce efeito dominante sobre o
+
–
Nenhuma difusão
(ou contratransporte ou troca). No simporte,
soluto cotransportado
se
potencial deomembrana
em repouso, pois a membrana
+
–
de A– ao longo da
maisopermeável
ao K+. Como
resultado, o o
potencial
+
–
move para cima, na mesma direção éque
íon impulsor.
No antiporte,
membrana
em repouso (–70 mV) é muito mais próximo do EK+ do
+
–
A difusão líquida
soluto acoplado se move para cima,que
na do
direção
ENa+. oposta à do íon impul+
–
relativamente
–+
–+
sor, que se move para baixo (reveja as
e 3-19). do potencial de
pequena de
4 Figuras
Durante o3-18
estabelecimento
+
Na
repouso, a difusão líquida relativamente grande de
Na+ para dentro
–+
–+
e associados
K+ para foramultimoleculares
não produz um potencial
de –90 mV,
Grandes moléculas polares e partículas
podem
neutraliza uma
pois a membrana em repouso é levemente permeável
parte do potencial
–
sair ou entrar na célula envoltas emao
um
pedaço
delíquida
membrana
parapequena do
Na+
e a difusão
relativamente
criado pelo K+
Na+ para dentro(endocitose)
neutraliza (sombreado
cinza) parte
isolado
formar vesículas que podem ser internalizadas
ou externado potencial que teria sido criado pelo K+ isoladamente,
Potencial de membrana em repouso = –70 mV
o potencial
lizadas (exocitose) (reveja as Figuraslevando
2-5, 2-6
e 2-8).de repouso a –70 mV, levemente
■■
K+
Na+
■■
Cl
■■
menor do que o E K+.
As células são diferenciadamente seletivas em relação ao que
5 As proteínas intracelulares negativamente
carregadas (A
), que não
conseguem
atravessar a
entra ou sai porque têm diferentes números
e –tipos
de canais,
transpormembrana, permanecem desbalanceadas dentro da
tadores e mecanismos para transporte
célulavesicular.
durante o movimento líquido para fora de íons
positivamente carregados, portanto a parte interna da
é mais negativa do que a interna.
célula
$ERPEDWHPORFDLV
GHDOWDDILQLGDGHSDUD1D
HGHEDL[DDILQLGDGHSDUD
. TXDQGRH[SRVWDDR,&)
(&)
*UDGLHQWHGH
FRQFHQWUDomRGH1D
1DDOWR
.EDL[R
1DEDL[R
GR
4XDQGR.
(&)RQGHD
FRQFHQWUDomRGH.
pEDL[DVHYLQFXODP
jERPEDHODOLEHUD
XPJUXSRGHIRVIDWR
$GHVIRVIRULODomRID]
FRPTXHDERPED
YROWHDVXD
FRQIRUPDomRRULJLQDO
%RPEDGH1D².
/RFDOGHYLQFXODomR
GHDOWDDILQLGDGH
SDUD1D
0HPEUDQD
SODVPiWLFD
VmROLEHUDGRV
'RLV.
SDUDR,&)RQGHD
FRQFHQWUDomRGH.pDOWD
HQTXDQWRDDILQLGDGHGRV
ORFDLVGHYLQFXODomRGH.
GLPLQXLFRQVLGHUDYHOPHQWH
GXUDQWHDPXGDQoDGH
IRUPDWR$RPHVPRWHPSR
DDILQLGDGHGRVORFDLVGH
YLQFXODomRGH1DDXPHQWD
EDVWDQWHUHWRUQDQGRR
SURFHVVRDRSDVVR
A–
,&)
1D
.DOWR
/RFDOGHYLQFXODomR
GHEDL[DDILQLGDGH *UDGLHQWHGH
SDUD.
FRQFHQWUDomRGH.
4XDQGR1D
GR,&)RQGHD
FRQFHQWUDomRGH
1DpEDL[DVH
YLQFXODPjERPED
HODGLYLGHD$73HP
$'3PDLVIRVIDWRR
3
JUXSRGHIRVIDWR
$73 $'3 YLQFXODVHjERPED
'LUHomRGR
WUDQVSRUWHGH.
.
1D
/RFDOGHYLQFXODomR
GHEDL[DDILQLGDGH
SDUD1D
/RFDOGHYLQFXODomR
GHDOWDDILQLGDGHSDUD.
3
'LUHomRGR
WUDQVSRUWHGH1D
.
3
3
$IRVIRULODomRID]
FRPTXHDERPED
PXGHGHFRQIRUPDomR
GHIRUPDTXHRVORFDLV
GHYLQFXODomRGR1D
ILTXHPH[SRVWRVDR
ODGRRSRVWRGD
PHPEUDQDH1D
VHMDPOLEHUDGRVSDUD
R(&)RQGHD
FRQFHQWUDomRGH1D
pDOWDHQTXDQWRD
DILQLGDGHGRVORFDLVGH
YLQFXODomRGH1D
GLPLQXLEDVWDQWH
■■
A bomba Na+–K+ faz uma pequena contribuição direta para o
potencial de membrana, pois transporta mais íons Na+ para fora do que
íons K+ para dentro (reveja a Figura 3-17). Entretanto, a principal função
da bomba Na+–K+ é manter ativamente uma maior concentração de
Na+ extracelular e uma maior concentração de K+ intracelular. Tais
gradientes de concentração tendem a mover passivamente K+ para fora
da célula e Na+ para dentro da célula (reveja a Tabela 3-3 e as Figuras
3-21 e 3-22).
■■
Como a membrana em repouso é muito mais permeável a K+ do
que a Na+, consideravelmente mais K+ sai da célula do que Na+ entra, resultando em excesso de cargas positivas fora da célula. Isso resulta em
um excesso de cargas negativas, na forma de grandes ânions de proteína (A–), presos dentro da célula (reveja a Tabela 3-3 e a Figura 3-23).
■■
Quando o potencial de membrana em repouso de –70 mV é
atingido, não há mais movimentação líquida de K+ e Na+, pois qualquer
extravasamento adicional desses íons em favor do gradiente de concentração é rapidamente revertido pela bomba Na+–K+.
■■
A distribuição de Cl– pela membrana é orientada passivamente
pelo potencial de membrana estabelecido, de forma que o Cl– esteja
concentrado no ECF.
$PXGDQoDGHIRUPDWR
WDPEpPH[S}HRVORFDLV
GHYLQFXODomRGDERPED
SDUD.DR(&)H
DXPHQWDEDVWDQWHD
DILQLGDGHGRVORFDLVGH.
Ficha de estudo – Capítulo 3
7
capítu lo
4
Ficha de estudo
Introdução à comunicação neural
■■
As células nervosas e musculares são tecidos excitáveis porque
podem alterar rapidamente as permeabilidades de membrana e passar
por mudanças no potencial de membrana quando excitadas. Essas
rápidas mudanças no potencial atuam como sinais elétricos.
■■
Em comparação com o potencial de repouso, uma membrana
se torna despolarizada quando a intensidade do potencial negativo
é reduzida (fica menos negativa) e hiperpolarizada quando a intensidade do potencial negativo aumenta (fica menos negativa) (reveja a
Figura 4-1).
■■
■■
É impossível reestimular a parte da membrana por onde o impulso
acabou de passar até que ela tenha se recuperado do período refratário,
garantindo-se a propagação em mão única dos potenciais de ação
(reveja as Figuras 4-10 e 4-11).
■■
Potenciais de ação ocorrem maximamente em resposta à estimulação ou não ocorrem (lei do “tudo ou nada”).
■■
Forças variáveis de estímulos são codificadas pela variação da
frequência de potenciais de ação, não de sua intensidade, em uma fibra
nervosa ativada.
Sinapses e integração neural
Mudanças no potencial são causadas pela ativação de eventos
que alteram a permeabilidade, levando, por sua vez, a mudanças no
movimento de íons pela membrana.
■■
Os dois tipos de mudança de potencial são: (1) potenciais graduados, que servem de sinais de curta distância, e (2) potenciais de ação, os
sinais de longa distância (reveja a Tabela 4-1).
A maioria dos neurônios tem quatro partes funcionais diferentes:
(reveja a Figura 4-8).
■■
Potenciais graduados
Um neurônio interage diretamente com outro neurônio, principalmente através de uma sinapse química (reveja as Figuras 4-14 e 4-15).
■■
1.A região do dendrito/corpo celular (zona de impulso) serve
de componente pós-sináptico, que se liga e reage aos
neurotransmissores liberados por outros neurônios.
■■
2.É no filamento axônico (zona de disparo) que os potenciais de ação
são iniciados, pois ele tem o menor limiar e, assim, atinge o limiar
primeiro em resposta a uma mudança de potencial excitatória e
graduada.
■■
3.O axônio, ou fibra nervosa (zona condutora), conduz potenciais de
ação sem redução, do filamento para os terminais axônicos.
■■
4.O terminal do axônio (zona de saída) serve de componente pré-sináptico, liberando um neurotransmissor que influencia outras
células pós-sinápticas em resposta à propagação do potencial de
ação pelo axônio.
Um potencial graduado, normalmente uma despolarização, ocorre
em uma região pequena e especializada de uma membrana celular
excitável. O local que sofre mudança de potencial é designado uma
área ativa (reveja a Figura 4-2).
A magnitude de um potencial graduado varia diretamente com a
magnitude do evento ativador.
Potenciais graduados se dispersam em decrementos pelo fluxo de
corrente local entre a área ativa e as áreas inativas adjacentes e acabam
em uma curta distância (reveja as Figuras 4-2 e 4-3).
Potenciais de ação
■■
Durante um potencial de ação, a despolarização da membrana na
direção do potencial de limiar ativa mudanças sequenciais na permeabilidade, causadas por mudanças conformacionais nos canais de Na+ e
K+ regulados por voltagem (reveja as Figuras 4-4 a 4-7).
■■
Essas mudanças de permeabilidade resultam em uma breve reversão do potencial de membrana, com o influxo de Na+ causando a fase
ascendente (de –70 a +30 mV), seguido pelo eflúvio de K+ que causa a
fase de queda (do pico de volta ao repouso) (reveja a Figura 4-7).
■■
Como o potencial de ação retorna ao repouso, é regenerado um
novo e idêntico potencial de ação na área próxima a ele, por meio do
fluxo de corrente que leva a área anteriormente inativa ao limiar. Este
ciclo autoperpetuante continua até que o potencial de ação tenha se
espalhado por toda a membrana celular de forma não reduzida.
■■
Há dois tipos de propagação do potencial de ação: (1) condução
continua em fibras não mielinizadas, na qual o potencial de ação se
espalha ao longo de cada parte da membrana, e (2) condução saltatória
mais rápida nas fibras mielinizadas, nas quais o impulso salta de um
nódulo de Ranvier para o seguinte por partes da fibra recobertas de
mielina isolante (reveja as Figuras 4-9, 4-12 e 4-13).
■■
A bomba Na+–K+ gradualmente devolve ao local original os íons
que se moveram durante a propagação do potencial de ação, a fim de
manter os gradientes de concentração.
8
Fisiologia humana
■■
O neurotransmissor liberado combina-se a canais receptores no
neurônio pós-sináptico (reveja a Figura 4-15). (1) Se forem abertos os canais de cátion não específicos que permitem a passagem de Na+ e K+, os
fluxos iônicos resultantes causam um PPSE, uma pequena despolarização que aproxima a célula pós-sináptica do limiar. (2) Se os canais de K+
ou Cl– estiverem abertos, a probabilidade de o neurônio pós-sináptico
atingir o limiar diminui quando um PIPS, uma pequena hiperpolarização, é produzido (reveja a Figura 4-16).
■■
Se a atividade dominante está nos impulsos excitatórios, a célula
pós-sináptica provavelmente será levada ao limiar e terá um potencial
de ação. Isso pode ser realizado pela (1) soma temporal (PPSEs de um
único e repetitivo impulso pré-sináptico de disparo, que são somados,
tamanha a proximidade entre si) ou pela (2) soma espacial (soma de
PPSEs que ocorrem simultaneamente a partir de vários impulsos pré-sinápticos diferentes) (reveja a Figura 4-17). Se os impulsos inibitórios
dominarem, o potencial pós-sináptico é afastado mais do que o normal do limiar. Se as atividades excitatória e inibitória para o neurônio
pós-sináptico ficarem equilibradas, a membrana continuará próxima
do repouso.
■■
Embora existam vários neurotransmissores diferentes, cada sinapse libera sempre o mesmo neurotransmissor para produzir determinada resposta quando combinada a um receptor em particular (reveja a
Tabela 4-2).
■■
As vias sinápticas entre neurônios são incrivelmente complexas,
devido à convergência de entrada neural e à divergência da saída.
Normalmente, muitos impulsos pré-sinápticos convergem em um único neurônio e controlam conjuntamente o nível de excitabilidade. Este
mesmo neurônio, por sua vez, diverge para fazer sinapse com e influenciar a excitabilidade de muitas outras células (reveja a Figura 4-19).
■■
Diversos fatores podem alterar a eficácia sináptica: alguns são mecanismos intrínsecos para ajuste da reatividade neural, como a inibição
pré-sináptica (reveja a Figura 4-18), outros são manipulações farmacológicas para que se atinja um resultado desejado, e outros ainda são
causados por venenos ou processos patológicos.
■■
■■
Comunicação intercelular e transdução de sinais
■■
A comunicação intercelular é realizada diretamente via (1) junções
comunicantes ou via (2) ligação direta temporária dos marcadores de
superfície complementares das células (reveja a Figura 4-20).
■■
Mais comumente, as células comunicam-se indiretamente entre si
para executar várias atividades coordenadas despachando mensageiros
químicos extracelulares, que atuam sobre determinadas células-alvo para causar a reação desejada. Há quatro tipos de mensageiros
químicos extracelulares, diferentes em termos de origem, distância e
meio pelo qual chegam ao local de ação: (1) parácrinas (mensageiros
químicos locais), (2) neurotransmissores (mensageiros químicos de
alcance muito curto, liberados pelos neurônios), (3) hormônios (mensageiros químicos de longo alcance, secretados no sangue por glândulas
endócrinas) e (4) neuro-hormônios (mensageiros químicos de longo
alcance, secretados no sangue por neurônios neurossecretores) (reveja
a Figura 4-20).
■■
A transferência do sinal levado pelo mensageiro extracelular para
dentro da célula para sua execução é conhecida como transdução de sinal.
■■
A ligação de um mensageiro químico extracelular incapaz de
entrar na célula, como um hormônio proteico (primeiro mensageiro
químico), a uma membrana ativa respostas celulares ao: (1) abrir canais
receptores; (2) ativar enzimas receptoras, como a tirosina quinase; ou
(3) ativar um segundo mensageiro intracelular, via receptores acoplados
à proteína G (reveja as Figuras 4-21 e 4-22).
Introdução à comunicação hormonal
■■
e aqueles secretados pelo córtex adrenal) e o hormônio da tireoide
(reveja a Tabela 4-4).
Os hormônios peptídicos hidrofílicos são sintetizados e embalados
para exportação pelo retículo endoplasmático/complexo de Golgi, armazenados em vesículas secretórias e liberados por exocitose mediante
estimulação adequada. Eles se dissolvem livremente no sangue para
transporte até suas células-alvo.
Em suas células-alvo, os hormônios hidrofílicos ligam-se a receptores superficiais da membrana, ativando uma cadeia de eventos intracelulares por meio de uma via de segundo mensageiro que basicamente
altera as proteínas preexistentes – em geral, enzimas –, resultando na
reação da célula-alvo ao hormônio (reveja as Figuras 4-24 e 4-25). Por
meio desta cascata de reações, o sinal inicial é bastante amplificado
(reveja a Figura 4-26).
■■
Os esteroides são sintetizados por modificações do colesterol
armazenado através de enzimas específicas para cada tecido esteroidogênico. Os esteroides não são armazenados nas células endócrinas.
Sendo lipofílicos, eles se difundem para fora através da barreira lipídica
da membrana assim que são sintetizados. O controle dos esteroides é
direcionado para sua síntese.
■■
Os esteroides lipofílicos e o hormônio da tireoide são transportados no sangue amplamente ligados a proteínas plasmáticas
transportadoras, sendo que apenas hormônios livres e não ligados são
biologicamente ativos.
■■
Os hormônios lipofílicos atravessam imediatamente as
barreiras lipídicas das membranas das células-alvo e se ligam a
receptores intracelulares. Assim que o hormônio se liga ao receptor,
o complexo receptor de hormônio se liga ao DNA e ativa um gene, o
que leva à síntese de novas proteínas intracelulares enzimáticas ou
estruturais que executam o efeito do hormônio sobre a célula-alvo
(reveja a Figura 4-27).
Comparação dos sistemas nervoso e endócrino
■■
Os sistemas nervoso e endócrino são os dois principais sistemas
reguladores do organismo. (reveja a Tabela 4-5). O sistema nervoso é
automaticamente “conectado” a seus órgãos-alvo, enquanto o sistema
endócrino “sem fio” secreta hormônios transportados pelo sangue que
atingem órgãos-alvo distantes.
Os hormônios são mensageiros químicos de longa distância secretados pelas glândulas endócrinas no sangue, que os transporta para
locais-alvo específicos, onde controlam uma função em particular por
meio de alterações na atividade da proteína dentro das células-alvo.
■■
Os hormônios estão agrupados em duas categorias com base
nas diferenças de solubilidade: (1) hormônios hidrofílicos (solúveis em
água), que incluem peptídeos (a maioria dos hormônios) e catecolaminas (secretadas pela medula adrenal), e (2) hormônios lipofílicos (lipossolúveis), que incluem hormônios esteroides (os hormônios sexuais
■■
■■
A especificidade da ação neural depende da proximidade anatômica do terminal neural liberador de neurotransmissores ao órgão-alvo.
A especificidade da ação endócrina depende da especialização dos
receptores da célula-alvo a um hormônio específico em circulação.
Em geral, o sistema nervoso coordena respostas rápidas, enquanto
o sistema endócrino regula atividades que exigem duração em vez de
velocidade.
Ficha de estudo – Capítulo 4
9
capítu lo
5
Ficha de estudo
Organização e células do sistema nervoso
■■
Compõem o sistema nervoso o sistema nervoso central (SNC), que
inclui o cérebro e a medula espinhal, e o sistema nervoso periférico,
que inclui as fibras nervosas que levam (divisão aferente) e trazem
(divisão eferente) informações do SNC (reveja a Figura 5-1).
■■
Três classes funcionais de neurônios – neurônios aferentes,
neurônios eferentes e interneurônios – compõem as células excitáveis
do sistema nervoso (reveja a Figura 5-2). (1) Os neurônios aferentes
informam o SNC sobre as condições no ambiente externo e interno. (2)
Os neurônios eferentes levam instruções do SNC aos órgãos executores,
ou seja, músculos e glândulas. (3) Os interneurônios são responsáveis
pela integração de informações aferentes e pela formulação de uma
resposta eferente, bem como por todas as funções mentais superiores
associadas à “mente”.
■■
As células de glia formam o tecido conectivo dentro do SNC e
apoiam os neurônios fisicamente, metabolicamente e funcionalmente.
Os quatro tipos de células de glia são astrócitos, oligodendrócitos, micróglia e células ependimárias (reveja as Figuras 5-3 e 5-4 e a Tabela 5-1).
Proteção e nutrição do cérebro
■■
O cérebro tem vários dispositivos protetores, o que é importante porque os neurônios não conseguem se dividir para substituir as
células danificadas. (1) O cérebro está envolto em três camadas de
membranas protetoras – as meninges – e também é cercado por uma
cobertura dura e óssea. (2) O líquido cefalorraquidiano flui dentro e
em volta do cérebro para amortecê-lo contra choques físicos (reveja
a Figura 5-6). (3) A proteção contra dano químico é conferida por uma
barreira hematoencefálica que limita o acesso de substâncias transportadas pelo sangue ao cérebro.
■■
O cérebro depende de um constante suprimento de sangue para
receber O2 e glicose, pois não é capaz de gerar ATP na ausência de
nenhuma dessas substâncias.
Visão Geral do sistema nervoso central
■■
As partes do cérebro, do nível mais baixo e primitivo ao mais alto e
sofisticado, são tronco cerebral, cerebelo, hipotálamo, tálamo, núcleos
basais e córtex cerebral (reveja a Tabela 5-2 e a Figura 5-7).
Córtex cerebral
■■
O córtex cerebral é o invólucro externo de massa cinzenta que
recobre um núcleo subjacente de massa branca. O córtex em si é composto principalmente de corpos celulares, dendritos e células de glia. A
massa branca consiste em feixes de fibras nervosas que interconectam
diversas áreas (reveja a Figura 5-14).
■■
A responsabilidade final por muitas funções distintas está localizada em regiões específicas do córtex, da seguinte forma: (1) os lobos
occipitais abrigam o córtex visual, (2) o córtex auditório está nos lobos
temporais, (3) os lobos parietais são responsáveis pela recepção e pelo
processamento perceptual de impulsos somatossensoriais (somestésicos e proprioceptivos) e (4) a motricidade voluntária é acionada pelas
áreas motoras nos lobos frontais (reveja as Figuras 5-8 a 5-10).
10
Fisiologia humana
■■
A capacidade de linguagem depende da atividade integrada
de duas principais áreas de linguagem – a área de Broca e a área de
Wernicke –, em geral localizadas apenas no hemisfério cerebral esquerdo (reveja as Figuras 5-9 e 5-11).
■■
As áreas de associação são regiões do córtex não designadas especificamente para processamento de impulso sensorial, comando da
produção motora ou capacidade de linguagem. Essas áreas fornecem
um elo integrador entre diversas informações sensoriais e a ação propositada. Elas também desempenham um papel essencial nas funções
superiores do cérebro, como memória e tomada de decisões. As áreas
de associação incluem o córtex de associação pré-frontal, o córtex de
associação parietal-temporal-occipital e o córtex de associação límbica
(reveja as Figuras 5-9 e 5-12).
Núcleos da base, tálamo e hipotálamo
■■
As estruturas subcorticais do cérebro incluem núcleos basais, tálamo e hipotálamo (reveja as Figuras 5-14 e 5-15 e a Tabela 5-2).
■■
Os núcleos basais inibem o tônus muscular, coordenam contrações posturais lentas e sustentadas e suprimem padrões inúteis de
movimento.
■■
O tálamo serve de estação retransmissora para o processamento
preliminar de impulsos sensoriais. Ele também atinge uma noção aproximada das sensações e um certo nível de consciência.
■■
O hipotálamo regula a temperatura corporal, sede, produção de
urina e ingestão de alimentos, controla amplamente o sistema nervoso
autônomo e o endócrino e é parte do sistema límbico.
Emoção, comportamento e motivação
■■
O sistema límbico, que inclui partes do hipotálamo e outras estruturas que envolvem o tronco cerebral, desempenha uma importante
função na emoção, nos padrões comportamentais básicos, na motivação e no aprendizado (reveja a Figura 5-16).
■■
Emoção refere-se às sensações subjetivas e humores e às reações
físicas associadas a tais sensações.
■■
Os padrões comportamentais básicos ativados pelo sistema
límbico voltam-se para a sobrevivência (como ataque) e a perpetuação da espécie (como comportamentos de acasalamento). Os centros
corticais superiores podem reforçar, modificar ou suprimir esses
comportamentos básicos.
■■
Motivação é a capacidade de se direcionar o comportamento para
metas específicas.
■■
Norepinefrina, dopamina e serotonina são os principais neurotransmissores nas vias para emoções e comportamentos.
Aprendizado e memória
■■
Aprendizado refere-se à aquisição de conhecimentos ou habilidades como resultado de experiência, instrução ou de ambos. Memória é
o armazenamento do conhecimento adquirido para recuperação e uso
posterior.
■■
Há dois tipos de memória: (1) uma memória de curto prazo, com
capacidade limitada e retenção breve, codificada pela modificação
da atividade em sinapses preexistentes, e (2) uma memória de longo
prazo, com grande capacidade de armazenamento e retenção prolongada, envolvendo mudanças estruturais ou funcionais relativamente
permanentes, como a formação de novas sinapses entre neurônios
existentes. A maior síntese proteica ocorre nessas mudanças de longo
prazo (reveja a Tabela 5-3 e a Figura 5-17).
■■
Consolidação é a transferência de memória de curto prazo para a
de longo prazo. A potenciação de longo prazo, um aumento prolongado
na força das conexões sinápticas existentes nas vias ativadas, pode ser
o elo entre a memória de curto prazo e a consolidação da memória de
longo prazo (reveja a Figura 5-18).
■■
O hipocampo e estruturas associadas são especialmente importantes nas memórias declarativas (que determinam o “o quê”) de
objetos, fatos e eventos específicos. O cerebelo e estruturas associadas
são especialmente importantes nas memórias de procedimento (ou
do “como”), em habilidades motoras obtidas através do treinamento
repetitivo.
■■
O córtex de associação pré-frontal é o local da memória de trabalho, que retém temporariamente dados atualmente relevantes – novas
informações e conhecimento recuperado dos estoques de memória – e
os manipula e relaciona para realizar os processos de raciocínio superior do cérebro.
Cerebelo
■■
O cerebelo, situado na parte traseira do tronco cerebral sob o
córtex, consiste em três partes funcionalmente distintas (reveja a
Figura 5-19).
■■
O vestibulocerebelo ajuda na manutenção do equilíbrio e controla
o movimento dos olhos. O espinhocerebelo aumenta o tônus muscular
e ajuda a coordenar o movimento voluntário, especialmente as atividades motoras rápidas e fásicas. O cerebrocerebelo desempenha um
papel na iniciação de movimentos voluntários e no armazenamento de
memórias de procedimento.
Tronco cerebral
■■
O tronco cerebral é um elo importante entre a medula espinhal e
os níveis superiores cerebrais.
■■
O tronco cerebral é a origem dos nervos cranianos (reveja a Figura
5-20). Ele também contém centros que controlam funções cardiovasculares, respiratórias e digestórias, regula reflexos musculares posturais,
controla o grau geral de alerta cortical e desempenha um papel essencial no ciclo vigília-sono.
■■
Consciência é a percepção subjetiva do mundo externo e de si
mesmo. Os estados de consciência, em ordem decrescente de nível de
excitação, são (1) alerta máximo, (2) vigilância, (3) diversos estágios
de sono e (4) coma.
■■
O estado predominante de consciência depende da inter-relação
cíclica entre (1) um sistema de excitação (o sistema de ativação reticular) originado no tronco cerebral e comandado por neurônios secretores
de hipocretina no hipotálamo, (2) um centro de sono de ondas lentas,
composto por neurônios do sono no hipotálamo e sleep-on, e (3)
um centro de sono REM, que consiste de neurônios REM sleep-on no
tronco cerebral (reveja a Figura 5-21).
■■
O sono é um processo ativo, não apenas a ausência de vigilância.
Enquanto dorme, uma pessoa alterna ciclicamente entre o sono de
ondas lentas e o sono paradoxal (REM) (reveja a Figura 5-23 e a Tabela
5-4). O sono de ondas lentas é caracterizado por ondas lentas no EEG e
pouca mudança no padrão comportamental com relação ao estado de
vigilância, exceto por não se estar totalmente consciente do mundo
externo. O sono paradoxal, ou REM, é caracterizado por um padrão de
EEG semelhante ao de uma pessoa alerta e acordada. Há movimentos
rápidos dos olhos, sonhos e mudanças bruscas no padrão de comportamento (reveja a Figura 5-22).
■■
As principais teorias sobre por que precisamos dormir caem
nas categorias de (1) restauração e recuperação e (2) consolidação da
memória.
Medula espinhal
■■
Estendendo-se a partir do tronco cerebral, a medula espinhal desce
através de um canal formado por vértebras protetoras a seu redor
(reveja as Figuras 5-24 e 5-25).
■■
A medula espinhal tem duas funções. (1) Serve de elo neural entre
o cérebro e o sistema nervoso periférico. Todas as comunicações pela
medula espinhal estão localizadas em tratos ascendentes e descendentes na massa branca externa da medula (reveja as Figuras 5-27 e 5-28).
(2) É o centro de integração dos reflexos espinhais, incluindo alguns
reflexos básicos protetores e posturais e aqueles envolvidos no esvaziamento dos órgãos pélvicos (reveja as Figuras 5-31 e 5-32).
■■
O arco reflexo básico inclui um receptor, uma via aferente, um centro de integração, uma via eferente e um executor (reveja a Figura 5-31).
■■
A massa cinzenta da medula espinhal, centralmente localizada,
contém os interneurônios intercalados entre o impulso aferente e a
saída eferente, bem como os corpos celulares dos neurônios eferentes
(reveja as Figuras 5-26 e 5-29).
■■
Um nervo é um feixe de axônios neurais periféricos, aferentes e
eferentes, envoltos em tecido conectivo e que seguem a mesma via (reveja a Figura 5-30). Os nervos espinhais alimentam regiões específicas
do corpo e são ligados à medula espinhal de forma pareada por todo o
seu comprimento (reveja as Figuras 5-24, 5-25 e 5-26).
■■
Os 31 pares de nervos espinhais, em conjunto com os 12 pares de
nervos cranianos que surgem do tronco cerebral, constituem o sistema
nervoso periférico (reveja as Figuras 5-21 e 5-25).
Ficha de estudo – Capítulo 5
11
capítu lo
6
Ficha de estudo
Fisiologia do receptor
■■
A divisão aferente do SNP leva informações sobre o ambiente
interno e externo ao SNC.
■■
Os receptores sensoriais são terminações periféricas especializadas de neurônios aferentes (reveja a Figura 6-1). Cada tipo de receptor
(fotorreceptor, mecanorreceptor, termorreceptor, osmorreceptor,
quimiorreceptor ou nociceptor) reage ao estímulo adequado (uma mudança na forma, ou modalidade de energia, à qual reage), traduzindo a
forma de energia do estímulo em sinais elétricos.
■■
Um estímulo em geral causa um potencial receptor graduado e
despolarizante ao abrir canais de cátion não específicos, o que resulta
na entrada de Na+. Potenciais de receptor, se tiverem intensidade
suficiente, essencialmente geram potenciais de ação na fibra aferente
perto do receptor. Esses potenciais de ação se autopropagam ao longo
da fibra aferente até o SNC (reveja as Figuras 6-1 e 6-2). A força do estímulo determina a magnitude do potencial receptor, o que, por sua vez,
determina a frequência dos potenciais de ação gerados (reveja a Figura
6-3 e a Tabela 6-1).
■■
A intensidade do potencial de receptor também é influenciada
pela extensão da adaptação do receptor, uma redução no potencial
do receptor apesar da estimulação sustentada. (1) Receptores tônicos
adaptam-se lentamente ou não se adaptam e, assim, fornecem informações contínuas sobre os estímulos que monitoram. (2) Os receptores
fásicos adaptam-se rapidamente e frequentemente exibem reações
descompensadas, fornecendo, assim, informações sobre variações na
forma de energia que monitoram (reveja a Figura 6-4).
■■
As informações viscerais aferentes permanecem majoritariamente
subconscientes. Informações aferentes sensoriais atingem o nível da
consciência, incluindo (1) sensações somáticas (sensações somestésicas
e propriocepção) e (2) sentidos especiais.
■■
■■
As três categorias de receptores de dor são nociceptores mecânicos, térmicos e polimodais. Estes últimos reagem a todos os tipos
de estímulos danosos, incluindo substâncias químicas liberadas por
tecidos feridos.
■■
Sinais de dor são transmitidos por duas vias aferentes: uma via
rápida, que leva sinais de dor lancinante e intensa, e uma via lenta, que
leva sinais de dor incômoda e persistente (reveja a Tabela 6-2).
■■
As fibras aferentes da dor terminam na medula espinhal, em vias
ascendentes, que transmitem o sinal para processamento no cérebro.
As vias cerebrais descendentes utilizam opioides endógenos para
suprimir a liberação da substância P, um neurotransmissor de dor
no terminal de fibra aferente da dor. Assim, essas vias descendentes
bloqueiam a maior transmissão do sinal de dor e servem de sistema
analgésico embutido (reveja a Figura 6-10).
Olho: visão
■■
A luz é uma forma de radiação eletromagnética, sendo que a luz
visível é apenas uma pequena banda do espectro eletromagnético total
(reveja as Figuras 6-14 e 6-15).
■■
O olho abriga os fotorreceptores sensíveis à luz essenciais à visão
– bastonetes e cones, encontrados na camada da retina (reveja a Tabela
6-4 e as Figuras 6-11, 6-23 e 6-26).
■■
A íris controla o tamanho da pupila para ajustar a quantidade de
luz que pode entrar no olho (reveja a Figura 6-13).
■■
A córnea e a lente são estruturas refrativas primárias que distorcem os raios de luz que entram para focar a imagem na retina. A
córnea dá a maior contribuição à capacidade refrativa total do olho.
A força da lente pode ser ajustada através da ação do músculo ciliar,
que acomoda diferenças na visão de perto e de longe (reveja as Figuras
6-16 a 6-22).
Vias diferentes rotuladas levam dos receptores ao SNC, de forma
que informações sobre o tipo e a localização de estímulos possam ser
decifrados pelo SNC (reveja a Tabela 6-1).
■■
O termo campo receptivo refere-se à área em volta de um receptor
na qual o receptor pode detectar estímulos. A acuidade, ou capacidade
discriminativa, de uma região corporal varia inversamente com o tamanho dos campos receptivos e também depende da extensão da inibição
lateral nas vias aferentes que surgem dos receptores na região (reveja
as Figuras 6-6 e 6-7).
■■
■■
■■
A percepção é a interpretação consciente do mundo externo, que
o cérebro cria a partir dos impulsos sensoriais. O que o cérebro percebe
do impulso é uma abstração, não a realidade (reveja as Figuras 6-8 e
6-9). Os únicos estímulos que podem ser detectados são aqueles para
os quais estejam presentes receptores. Ademais, à medida que os sinais
sensoriais ascendem através de processamento cada vez mais complexo, uma parte da informação pode ser suprimida, enquanto outras
partes dela podem ser aumentadas.
Dor
■■
Experiências dolorosas são provocadas por estímulos nocivos mecânicos, térmicos ou químicos e resultam na percepção da dor, aliada às
reações emocionais e comportamentais a ela.
12
Fisiologia humana
Bastonetes e cones têm três partes: um segmento externo,
que contém fotopigmento, um segmento interno metabolicamente
especializado e um terminal sináptico secretor de neurotransmissores
(reveja as Figuras 6-23, 6-26 e 6-27).
Bastonetes e cones secretam neurotransmissores no escuro. Eles
são ativados quando os fotopigmentos absorvem de forma diferenciada vários comprimentos de onda de luz. Fotopigmentos consistem
de opsina, uma proteína da membrana, e retinal, um derivado da
vitamina A. Durante a fototransdução, a absorção de luz pelo retinal
causa uma mudança bioquímica no fotopigmento que, através de
uma série de passos, hiperpolariza o fotorreceptor, levando à menor
liberação de neurotransmissor. Ao final do processamento de retinal
pelas células ganglionares e bipolares centralizadas e fora do centro,
este sinal induzido por luz em uma variação na taxa de propagação
do potencial de ação na via visual que deixa a retina (reveja as Figuras
6-26, 6-27 e 6-28).
■■
Os cones exibem alta acuidade, mas podem ser utilizados apenas
para visão diurna, devido à sua baixa sensibilidade à luz. Diferentes
proporções de estimulação dos três tipos de cone por comprimentos de
onda de luz variáveis resultam na visão em cores (reveja a Figura 6-29 e
a Tabela 6-3).
■■
Os bastonetes fornecem apenas visão indistinta em tons de cinza,
mas, como são muito sensíveis à luz, podem ser utilizados para visão
noturna (reveja a Tabela 6-3).
■■
A mensagem visual é transmitida por uma via complexa cruzada
e não cruzada até o córtex visual, no lobo occipital do cérebro, para
processamento perceptual (reveja a Figura 6-31).
Ouvido: audição e equilíbrio
■■
O ouvido desempenha duas funções não relacionadas: (1) audição,
que envolve o ouvido externo, o ouvido médio e a cóclea do ouvido
interno, e (2) noção de equilíbrio, que envolve o sistema vestibular da
orelha interna. As células receptoras do ouvido localizadas no ouvido
interno – as células capilares na cóclea e no sistema – são mecanorreceptores (reveja a Tabela 6-6 e a Figura 6-32).
■■
■■
O sistema vestibular do ouvido interno consiste em (1) canais semicirculares, que detectam aceleração ou desaceleração rotacional em
qualquer direção, e (2) utrículo e sáculo, que conjuntamente detectam
mudanças na taxa de movimento linear em qualquer direção e fornecem informações importantes para se determinar a posição da cabeça
em relação à gravidade. Sinais neurais são gerados em resposta à deformação mecânica das células capilares vestibulares pelo movimento
específico do fluido e das estruturas relacionadas dentro desses órgãos
sensoriais vestibulares (reveja as Figuras 6-41 e 6-42).
■■
O impulso vestibular vai para os núcleos vestibulares no tronco
cerebral e para o cerebelo, para uso na manutenção do equilíbrio e da
postura, controle dos movimentos oculares e percepção de movimentação e orientação (reveja a Figura 6-43).
Sentidos químicos: paladar e olfato
A audição depende da capacidade de o ouvido converter ondas
sonoras transportadas pelo ar em deformações mecânicas das células
capilares auditórias, iniciando, assim, sinais neurais. As ondas sonoras
consistem em regiões de alta pressão alternadas com regiões de baixa
pressão resultantes da rarefação das moléculas de ar. A afinação (tom)
de um som é determinada pela frequência das ondas, a altura (intensidade), pela amplitude das ondas, e o timbre (qualidade), pelos sons
harmônicos característicos (reveja as Figuras 6-33 e 6-34 e a Tabela 6-5).
■■
Ondas sonoras são afuniladas através do canal do ouvido até a
membrana timpânica, que vibra em sincronia com as ondas. Os ossos
do ouvido médio, que fazem a ponte entre a membrana timpânica e o
ouvido interno, amplificam os movimentos timpânicos e os transmitem
até a janela oval, cujo movimento forma ondas que viajam no fluido
coclear (reveja as Figuras 6-35 e 6-36).
■■
■■
■■
Essas ondas, que têm a mesma frequência das ondas sonoras
originais, colocam a membrana em movimento basilar. Diversas regiões
desta membrana vibram seletivamente com mais vigor em resposta a
diferentes frequências de som. A extremidade estreita e rígida da membrana basilar perto da janela oval vibra melhor com afinações de alta
frequência e a extremidade ampla e flexível perto do helicotrema vibra
melhor com afinações de baixa frequência (reveja a Figura 6-36).
■■
No topo da membrana basilar estão as células capilares internas
receptivas do órgão de Corti, cujos estereocílios (“pelos”) se dobram
quando a membrana basilar é movida para cima e para baixo em relação à membrana tectorial estacionária acima, com a qual o pelo entra
em contato (reveja as Figuras 6-35, 6-37 e 6-38).
■■
A discriminação de afinação depende de qual região da membrana
basilar vibra ao máximo naturalmente em determinada frequência. A
discriminação de altura depende da amplitude das vibrações. A inclinação dos pelos na região de vibração máxima da membrana basilar é
transduzida em sinais neurais transmitidos para o córtex auditório no
lobo temporal do cérebro para percepção do som (reveja a Figura 6-39).
Paladar e olfato são sentidos químicos. Nos dois casos, o acoplamento de moléculas dissolvidas específicas aos locais de ligação na
membrana receptora causa potenciais de recepção que, por sua vez,
configuram impulsos neurais que sinalizam a presença da substância
química.
■■
Receptores gustativos estão abrigados nas papilas gustativas da
língua. Os receptores olfativos estão localizados na mucosa olfativa, na
parte superior da cavidade nasal (reveja as Figuras 6-44 e 6-45).
Ambas as vias sensoriais incluem duas rotas: uma até o sistema
límbico, para processamento emocional e comportamental, e outra até
o córtex, para percepção consciente e discriminação.
■■
Receptores gustativos e olfativos são constantemente
renovados, diferente dos receptores visuais e auditivos, que são
insubstituíveis.
■■
Os cinco gostos principais são salgado, azedo, doce, amargo e
umami (um gosto carnoso, de “aminoácidos”). A discriminação de gosto
além dos gostos principais depende de padrões de estimulação das papilas gustativas, cada uma reagindo em níveis variados aos diferentes
gostos primários. Estimulantes de paladar salgados e azedos causam
potenciais de receptor nas papilas gustativas ao afetarem diretamente
os canais da membrana, enquanto as outras três categorias de estimulantes do paladar atuam por meio de vias de segundo mensageiro para
causar potenciais de receptor.
■■
Há mil tipos diferentes de receptores olfativos, cada um respondendo a um único e distinto componente de odor, um odorante.
Odorantes atuam por meio de vias de segundo mensageiro para
ativar potenciais de receptor. Os sinais aferentes que surgem dos
receptores olfativos são classificados de acordo com o componente
do cheiro pelos glomérulos dentro do bulbo olfativo. A discriminação
de odores depende dos padrões de ativação dos glomérulos (reveja a
Figura 6-46).
Ficha de estudo – Capítulo 6
13
capítu lo
7
Ficha de estudo
■■
Sistema nervoso autônomo
■■
O SNC controla músculos e glândulas ao transmitir sinais a esses
órgãos executores por meio da divisão eferente do SNP (reveja a
Tabela 7-1).
■■
Há dois tipos de saída eferente: o sistema nervoso autônomo, de
controle involuntário e que alimenta os músculos cardíaco e liso, além
da maioria das glândulas exócrinas e algumas endócrinas, e o sistema
nervoso somático, sujeito a controle voluntário e que alimenta o músculo esquelético (reveja a Tabela 7-6 e a Tabela 7-7).
■■
O sistema nervoso autônomo consiste em duas subdivisões – os
sistemas nervosos simpático e parassimpático (reveja as Figuras 7-2 e
7-3 e as Tabelas 7-3 e 7-5).
■■
Uma via de nervos autônoma consiste de uma cadeia de dois
neurônios. A fibra pré-gangliônica se origina no SNC e faz sinapse com
o corpo celular da fibra pós-gangliônica em um gânglio fora do SNC. A
fibra pós-gangliônica termina no órgão executor (reveja as Figuras 7-1,
7-2 e 7-3 e a Tabela 7-5).
ACh
Gânglio
terminal
ACh
Executores
autônomos
Receptor
muscarínico Músculo
cardíaco
Receptor
nicotínico
Receptor _
Cadeia de gânglios
simpática
NE
Medula
adrenal
E
NE
Sangue
E
Músculo
liso
Receptor `1
E
NE
Gânglio
colateral
E
Maioria das
glândulas
exócrinas
e algumas
endócrinas
Receptor `2
ACh
gânglio
terminal
LEGENDA
Fibra parassimpática pré-gangliônica
Fibra parassimpática pós-gangliônica
Fibra simpática pré-gangliônica
Fibra simpática pós-gangliônica
ACh
NE
E
Acetilcolina
Norepinefrina
Epinefrina
14
Fisiologia humana
Receptor
nicotínico
ACh
Receptor
muscarínico
Tecido
adiposo
Todas as fibras pré-gangliônicas e as fibras pós-gangliônicas
parassimpáticas liberam acetilcolina (ACh). As fibras pós-gangliônicas
simpáticas liberam norepinefrina (NE) (reveja a Figura 7-2 e as Tabelas
7-2 e 7-4).
■■
As fibras pós-gangliônicas têm diversas dilatações, ou varicosidades, que liberam simultaneamente neurotransmissores em uma
grande área do órgão inervado (reveja as Figuras 7-1 e 8-32).
■■
A medula adrenal, uma glândula endócrina, é um gânglio simpático modificado que secreta os hormônios epinefrina e, em menor
grau, norepinefrina no sangue, em resposta à estimulação pela fibra
pré-gangliônica simpática que a inerva (reveja a Figura 7-2).
■■
Um mesmo neurotransmissor provoca reações diferentes em tecidos diferentes. Assim, a resposta depende da especialização das células
do tecido, não das propriedades do mensageiro (reveja a Tabela 7-4).
■■
Os tecidos inervados pelo sistema nervoso autônomo possuem um
ou mais de diferentes tipos de receptor para os mensageiros químicos pós-gangliônicos (e para o hormônio adrenomedular relacionado
epinefrina). Receptores colinérgicos incluem receptores nicotínicos e
muscarínicos. Os receptores adrenérgicos incluem receptores α1, α2, β1 e
β2 (reveja a Figura 7-2 e as Tabelas 7-3, 7-4 e 7-5).
■■
Uma determinada fibra autônoma excita ou inibe a atividade no
órgão que inerva (reveja as Tabelas 7-3 e 7-4).
■■
A maioria dos órgãos viscerais é inervada por fibras simpáticas e
parassimpáticas, que, em geral, produzem efeitos opostos em um órgão
em particular. A inervação dupla de órgãos pelos dois ramos do sistema
nervoso autônomo permite o controle preciso sobre a atividade de um
órgão (reveja a Figura 7-3 e a Tabela 7-3).
■■
O sistema simpático é dominante em situações emergenciais
ou estressantes (lutar ou fugir) e promove reações que preparam o
organismo para atividade física extenuante. O sistema parassimpático
é dominante em situações relaxadas e tranquilas (descansar e digerir)
e promove atividades de manutenção do organismo, como a digestão
(reveja as Tabelas 7-3 e 7-5).
■■
O impulso aferente visceral é utilizado pelo SNC para orientar a
produção autônoma adequada para manter-se a homeostase. As atividades autônomas são controladas por diversas áreas do SNC, incluindo
medula espinhal, bulbo, hipotálamo e córtex de associação pré-frontal.
Sistema nervoso somático
Junção neuromuscular
■■
■■
O sistema nervoso somático consiste nos axônios de neurônios
motores, que se originam na medula espinhal ou no tronco cerebral e
terminam no músculo esquelético (reveja a Figura 7-4 e a Tabela 7-6).
Quando um neurônio motor chega a um músculo, ele se ramifica
em terminais axônicos. Cada terminal axônico forma uma junção neuromuscular com uma única célula muscular (fibra). O terminal axônico
divide-se em vários ramos finos, cada um terminando em um botão
terminal maior (reveja a Figura 7-4 e a Tabela 7-8).
■■
A ACh, o neurotransmissor liberado por um neurônio motor, estimula a contração muscular.
■■
■■
A região especializada da membrana da célula muscular subjacente ao complexo do terminal axônico é chamada de placa final motora.
Como essas estruturas não fazem contato direto, sinais são passados
entre um botão terminal e uma fibra muscular por meios químicos
(reveja a Figura 7-5).
Neurônios motores são a via comum final pela qual diversas regiões
do SNC exercem controle sobre a atividade do músculo esquelético. As
áreas do SNC que influenciam a atividade do músculo esquelético ao
agirem através dos neurônios motores são a medula espinhal, as regiões
motoras do córtex, os núcleos basais, o cerebelo e o tronco cerebral.
■■
Um potencial de ação no terminal axônico causa a liberação de
ACh das vesículas de armazenamento no botão terminal. A ACh liberada difunde-se pelo espaço que separa as células nervosas e musculares
eTerminais
se liga ado
canais receptores especiais na placa final motora subjacente.
axônio
Essa
ligação dispara a abertura desses canais de cátion não específicos.
ABotões
subsequente
terminaismovimentação de íons despolariza a placa final motora,
produzindo o potencial de placa final (EPP) (reveja a Figura 7-5).
Medula espinhal (seção)
Axônio do neurônio
motor eferente
Terminais
do axônio
■■
O fluxo de corrente local entre a placa final despolarizada e a
membrana da célula muscular adjacente leva essas áreas adjacentes
Junção
ao
limiar, iniciando um potencial de ação propagado por toda a fibra
neuromuscular
muscular. Este potencial de ação muscular ativa a contração muscular
(reveja a Figura 7-5).
Músculo
■Fibras
■ A musculares
acetilcolinesterase ligada à membrana na placa final motora
Fibras
musculares
Botão
terminal
desativa a ACh, encerrando o EPP e, subsequentemente, o potencial de
ação e a contração resultantes (reveja a Figura 7-5).
Junção
neuromuscular
7HUPLQDOGRD[{QLR
GRQHXU{QLRPRWRU
3URSDJDomRGR
SRWHQFLDOGHDomR
QRQHXU{QLRPRWRU
&DPDGDGHPLHOLQD
%RWmRWHUPLQDO
&DQDOGH1D
UHJXODGRSRU 9HVtFXODGH
DFHWLOFROLQD
YROWDJHP
&DQDOGH&D
UHJXODGRSRUYROWDJHP
&D
0HPEUDQDSODVPiWLFD
GDILEUDPXVFXODU
3URSDJDomRGR
SRWHQFLDOGHDomR
QDILEUDPXVFXODU
1D
$FHWLOFROLQHVWHUDVH
&DQDOUHFHSWRUUHJXODGR
SRUDFHWLOFROLQD
SDUDWUiIHJRGHFiWLRQ
QmRHVSHFtILFR
.
1D
1D
3ODFDPRWRUDWHUPLQDO
(OHPHQWRVFRQWUiWHLVGHQWURGDILEUDPXVFXODU
8PSRWHQFLDOGHDomRHPXPQHXU{QLRPRWRUpSURSDJDGRDRWHUPLQDO
GRD[{QLRERWmRWHUPLQDO
UHJXODGRV
(VWHSRWHQFLDOGHDomRORFDODWLYDDDEHUWXUDGHFDQDLVGH&D
SRUYROWDJHPHDHQWUDGDVXEVHTXHQWHGH&DQRERWmRWHUPLQDO
DWLYDDOLEHUDomRGHDFHWLOFROLQD$&KSRUH[RFLWRVHSRUSDUWH
2&D
GDVYHVtFXODV
$$&KGLIXQGHVHDRORQJRGRHVSDoRTXHVHSDUDDVFpOXODV
PXVFXODUHVHQHUYRVDVHOLJDVHFRPFDQDLVUHFHSWRUHVHVSHFtILFRVDHOD
QDSODFDPRWRUDWHUPLQDOGDPHPEUDQDGDFpOXODPXVFXODU
(VWDOLJDomRFDXVDDDEHUWXUDGRVFDQDLVGHFiWLRQQmRHVSHFtILFRV
OHYDQGRDXPPRYLPHQWRFRPSDUDWLYDPHQWHJUDQGHGH1DSDUDGHQWURGD
FpOXODPXVFXODUHPUHODomRDRPRYLPHQWRPHQRUGH.SDUDIRUD
2UHVXOWDGRpXPSRWHQFLDOGHSODFDWHUPLQDO2IOX[RGH
FRUUHQWHORFDORFRUUHHQWUHDSODFDWHUPLQDOGHVSRODUL]DGDHD
PHPEUDQDDGMDFHQWH
UHJXODGRVSRU
(VWHIOX[RGHFRUUHQWHORFDODEUHFDQDLVGH1D
YROWDJHPQDPHPEUDQDDGMDFHQWH
UHVXOWDQWHGLPLQXLRSRWHQFLDODWpROLPLDU
$HQWUDGDGH1D
LQLFLDQGRXPSRWHQFLDOGHDomRTXHpSURSDJDGRSRUWRGDDILEUD
PXVFXODU
$$&KpVXEVHTXHQWHPHQWHGHVWUXtGDSHODDFHWLOFROLQHVWHUDVH
XPDHQ]LPDORFDOL]DGDQDPHPEUDQDGDSODFDPRWRUDWHUPLQDO
HQFHUUDQGRDUHVSRVWDGDFpOXODPXVFXODU
Ficha de estudo – Capítulo 7
15
capítu lo
8
Ficha de estudo
Estrutura do músculo esquelético
■■
Os músculos, especialistas em contração, podem desenvolver
tensão, encurtar-se produzir movimento e realizar trabalhos.
■■
Os três tipos de músculo estão categorizados de duas formas
diferentes, de acordo com características em comum. (1) Os músculos
esquelético e cardíaco são estriados, enquanto o músculo liso não é
estriado. (2) O músculo esquelético é voluntário, enquanto o músculo
cardíaco e o liso são involuntários (reveja a Figura 8-1 e a Tabela 8-3).
■■
Os músculos esqueléticos são compostos por feixes de células
musculares longas e cilíndricas conhecidas como fibras musculares,
envoltas em tecido conectivo. As fibras musculares são repletas de miofibrilas e cada miofibrila consiste em grupos empilhados, alternados e
em leve sobreposição de filamentos grossos e finos. Esta organização
gera a aparência estriada da fibra do músculo esquelético no microscópio, que consiste em bandas A escuras e bandas claras alternadas.
Um sarcômero, a área entre duas linhas Z, é a unidade funcional do
músculo esquelético (reveja as Figuras 8-2 e 8-3).
■■
Filamentos grossos são formados pela proteína miosina. Pontes
cruzadas, compostas pelas cabeças globulares das moléculas de miosina, projetam-se de cada filamento grosso em direção aos filamentos
finos ao redor (reveja as Figuras 8-2 e 8-4).
■■
Os filamentos finos são formados principalmente pela proteína
actina, que pode se ligar e interagir com as pontes cruzadas de miosina
para causar contração. No estado em repouso, duas outras proteínas,
tropomiosina e troponina, são encontradas ao longo da superfície do
filamento fino para que se evite esta interação de ponte cruzada (reveja
as Figuras 8-2 e 8-5).
Base molecular da contração do músculo esquelético
■■
A excitação de uma fibra de músculo esquelético pelo neurônio
motor causa a contração, através de uma série de eventos que resulta
no deslizamento dos filamentos finos, aproximando-os dos filamentos
grossos (reveja a Figura 8-7).
■■
Este mecanismo de filamentos deslizantes da contração muscular
é ativado pela liberação de Ca2+ pelos sacos laterais do retículo sarcoplasmático em resposta à dispersão do potencial de ação de uma fibra
muscular para as partes centrais da fibra via túbulos T (reveja as Figuras
8-9, 8-10 e 8-11).
■■
O Ca2+ liberado se liga à troponina, reposicionando-se levemente
a tropomiosina para descoberta dos locais de ligação de ponte cruzada
da actina (reveja as Figuras 8-6 e 8-11).
■■
A ligação da actina a uma ponte cruzada de miosina ativa o deslocamento de ponte cruzada, movido pela energia armazenada na cabeça
de miosina da divisão anterior de ATP por miosina ATPase. Durante um
deslocamento de potência, a ponte cruzada se dobra em direção ao
centro do filamento grosso, “remando” no filamento fino ao qual está
acoplada (reveja as Figuras 8-8, 8-11 e 8-12).
■■
Quando uma ATP nova se acopla às pontes cruzadas, a miosina e a
actina se destacam, a ponte cruzada volta ao formato original e o ciclo
se repete. Ciclos repetidos de atividade de ponte cruzada deslizam os
filamentos finos para dentro passo a passo (reveja as Figuras 8-8 e 8-12).
16
Fisiologia humana
■■
Quando o potencial de ação termina, os sacos laterais absorvem
ativamente Ca2+, a troponina e a tropomiosina retornam à posição de
bloqueio e o relaxamento ocorre (reveja a Figura 8-11).
■■
Toda a resposta contrátil é cerca de 100 vezes mais demorada que
o potencial de ação (reveja a Figura 8-13).
Mecânica do músculo esquelético
■■
A tensão é gerada dentro de um músculo pelo componente contrátil (encurtamento do sarcômero causado pelo ciclo de ponte cruzada).
Para mover o osso no qual o músculo está inserido, esta tensão interna
é transmitida ao osso enquanto o componente contrátil se estira e
aperta o componente elástico em série do músculo (titina intracelular,
tecido conectivo, tendão) (reveja a Figura 8-14).
■■
A gradação da contração de todo o músculo pode ser realizada por
(1) variação no número de fibras musculares que se contraem dentro
do músculo e (2) variação da tensão desenvolvida por cada fibra em
contração (reveja a Tabela 8-2).
■■
O número de fibras em contração depende de algumas variáveis:
(1) tamanho do músculo (número de fibras musculares presentes),
(2) extensão do recrutamento da unidade motora (quantos neurônios
motores que alimentam o músculo estão ativos) e (3) tamanho de cada
unidade motora (quantas fibras musculares são simultaneamente
ativadas por um único neurônio motor) (reveja as Figuras 8-16 e 8-17 e
a Tabela 8-2).
■■
Dois fatores variáveis que afetam a tensão da fibra são: (1) frequência da estimulação, que determina a extensão da soma de contorções, e (2) comprimento da fibra antes do início da contração (relação
comprimento-tensão) (reveja a Tabela 8-2).
■■
A soma de contorções é o aumento na tensão que acompanha
a estimulação repetitiva de uma fibra muscular. Depois de sofrer um
potencial de ação, a membrana celular do músculo se recupera do
período refratário e pode ser novamente estimulada enquanto alguma
atividade contrátil ativada pelo primeiro potencial de ação ainda permanece, de forma que as contorções induzidas pelos dois potenciais de
ação rapidamente sucessivos são somadas. Se a fibra muscular for estimulada tão rapidamente que não tenha chance de começar a relaxar
entre os estímulos, ocorre uma contração máxima suave e sustentada,
conhecida como tétano (reveja a Figura 8-18).
■■
A tensão também depende do comprimento da fibra no início da
contração. No comprimento ideal (lo) (comprimento do músculo em
repouso), há oportunidade máxima para interação de ponte cruzada,
graças à sobreposição ideal de filamentos grossos e finos. Portanto,
a maior tensão pode se desenvolver. Menor tensão pode resultar em
comprimentos maiores ou menores (reveja a Figura 8-19).
■■
Os dois principais tipos de contração muscular – isométrico
(comprimento constante) e isotônico (tensão constante) – dependem
da relação entre a tensão muscular e a carga (peso de um objeto sendo
levantado). (1) Se a tensão for menor que a carga, o músculo não consegue encurtar-se e levantar o objeto, mas permanece em comprimento
constante (contração isométrica). (2) Se a tensão exceder a carga, o
músculo consegue encurtar-se e levantar o objeto, mantendo tensão
constante enquanto se encurta (contração isotônica).
■■
A velocidade do encurtamento é inversamente proporcional à
carga (reveja a Figura 8-20).
■■
A quantidade de trabalho realizada por um músculo em contração
é igual à magnitude da carga vezes a distância em que a carga é movida. A quantidade de energia consumida por um músculo em contração
realizada como trabalho externo varia de 0% a 25%; a energia restante
é convertida em calor (reveja a Figura 8-20).
Metabolismo do músculo esquelético e tipos de fibra
■■
Três vias fornecem a ATP necessária para contração e relaxamento
muscular: (1) transferência de fosfatos ricos em energia da creatina fosfato estocada para ADP, fornecendo a primeira fonte de ATP no início do
exercício; (2) fosforilação oxidativa, que extrai com eficiência grandes
quantidades de ATP dos nutrientes se houver O2 suficiente disponível
para sustentar este sistema; e (3) glicólise, que pode sintetizar ATP na
ausência de O2, a custo de grandes quantidades de glicogênio armazenado e com produção de lactato no processo (reveja a Figura 8-22).
■■
Os três tipos de fibras do músculo esquelético são classificados
pelas vias que utilizam para a síntese de ATP (oxidativa ou glicolítica)
e pela rapidez com a qual dividem ATP e subsequentemente se contraem (contorção lenta ou rápida): (1) fibras oxidativas lentas, (2) fibras
oxidativas rápidas e (3) fibras glicolíticas rápidas (reveja a Tabela 8-1).
Controle da motricidade
■■
O controle da motricidade depende da atividade de três tipos
de impulso pré-sináptico que convergem nos neurônios motores
que alimentam diversos músculos: (1) vias reflexas espinhais, que se
originam em neurônios aferentes; (2) sistema motor corticoespinhal
(piramidal), que se origina no córtex motor primário e está relacionado
a movimentos separados e intrincados das mãos; e (3) sistema motor
multineural (extrapiramidal), que se origina no tronco cerebral e está
envolvido em ajustes de postura e movimentos involuntários do tronco
e dos membros. A produção final motora do tronco cerebral é influenciada pelo cerebelo, pelos núcleos basais e pelo córtex cerebral (reveja
a Figura 8-23).
■■
O estabelecimento e o ajuste dos comandos motores dependem
de impulso aferente contínuo, especialmente de retroalimentação
sobre mudanças no comprimento do músculo (monitoradas por fusos
musculares) e na tensão muscular (monitorada pelos órgãos tendinosos de Golgi) (reveja a Figura 8-24).
■■
Quando todo um músculo é estirado, o estiramento dos fusos
musculares ativa o reflexo de estiramento, resultando em contração
reflexa daquele músculo. Este reflexo resiste a quaisquer mudanças
passivas no comprimento do músculo (reveja as Figuras 8-25 e 8-26).
Músculos liso e cardíaco
■■
As células do músculo liso têm formato de fuso e são muito menores que as fibras do músculo esquelético. Em vez de serem longitudinais, os filamentos grossos e finos do músculo liso estão diagonalmente orientados em uma treliça em forma de diamante, portanto, suas
fibras não são estriadas (reveja as Figuras 8-27 e 8-28).
■■
No músculo liso, o Ca2+ do citosol – proveniente do ECF e também
liberado de escassos estoques intracelulares – ativa o ciclo de ponte
cruzada ao iniciar uma série de reações bioquímicas que resulta na
fosforilação das cadeias leves das pontes cruzadas de miosina para
permitir que elas se liguem à actina (reveja as Figuras 8-29 e 8-30).
■■
O músculo liso de diferentes órgãos é altamente diversificado e
pode ser classificado de várias formas: fásico ou tônico, multiunitário
ou unitário, e neurogênico ou miogênico.
■■
O músculo liso fásico exibe surtos de contração pronunciada em
resposta a potenciais de ação. O músculo liso tônico está parcialmente
contraído o tempo todo, na ausência de potenciais de ação, devido à entrada contínua de Ca2+ através dos canais de Ca2+ abertos da membrana
superficial.
■■
O músculo liso multiunitário é neurogênico, exigindo estimulação
de fibras musculares individuais pelo suprimento de nervos autônomos
para ativar a contração. O músculo liso unitário é miogênico – consegue
iniciar a própria contração. O músculo liso unitário fásico se despolariza espontaneamente até o limiar como resultado dos potenciais de
marca-passo ou de onda lenta. Quando um potencial de ação é iniciado,
esta atividade elétrica se espalha, através de junções comunicantes,
até as células vizinhas dentro do sincício funcional, portanto, toda a
camada fica excitada e se contrai em conjunto (reveja a Figura 8-31 e a
Tabela 8-4).
■■
O nível de tensão no músculo liso depende do nível de Ca2+ no
citosol. O sistema nervoso autônomo (reveja a Figura 8-32), bem como
os hormônios e metabólitos locais, podem modificar a taxa e a força
das contrações ao alterarem a concentração de Ca2+ no citosol.
■■
As contrações do músculo liso são lentas e energeticamente
eficientes, permitindo que este tipo de músculo sustente contrações de
longo prazo de maneira econômica e sem fadiga. Esta economia, aliada
ao fato de o músculo liso unitário poder existir em diversos comprimentos com pouca mudança na tensão, torna o músculo liso unitário
idealmente adequado para a tarefa de formação das paredes de órgãos
ocos distensíveis.
■■
O músculo cardíaco é encontrado apenas no coração. Ele tem fibras
estriadas altamente organizadas, como o músculo esquelético. Como
o músculo liso unitário, algumas fibras do músculo cardíaco podem
gerar potenciais de ação, espalhados por todo o coração com a ajuda de
junções comunicantes (reveja a Tabela 8-3).
Ficha de estudo – Capítulo 8
17
capítu lo
9
Ficha de estudo
Anatomia do coração
■■
■■
O sistema circulatório é o sistema de transporte do organismo.
Os três componentes básicos do sistema circulatório são o coração
(a bomba), os vasos sanguíneos (as passagens) e o sangue (meio de
transporte).
■■
O coração fica posicionado na linha média na cavidade torácica,
inclinado, com a base ampla voltada para a direita e o ápice pontiagudo
voltado para a esquerda.
■■
O coração é basicamente uma bomba dupla que fornece a pressão
de impulso para o fluxo de sangue através da circulação pulmonar
(entre o coração e os pulmões) e a circulação sistêmica (entre o coração
e outros sistemas corporais) (reveja as Figuras 9-1 e 9-2).
■■
O coração tem quatro câmaras: cada metade do coração é composta por um átrio, ou câmara de entrada venosa, e um ventrículo, ou
câmara de saída arterial. O átrio direito recebe sangue pobre em O2 da
circulação sistêmica e o ventrículo direito o bombeia para a circulação
pulmonar. O átrio esquerdo recebe sangue rico em O2 da circulação
pulmonar e o bombeia para a circulação sistêmica (reveja as Figuras
9-1, 9-2 e 9-4).
■■
Quatro válvulas cardíacas orientam o sangue para a direção correta e evitam que ele flua na outra direção. As válvulas atrioventriculares
(AV) direita e esquerda levam sangue dos átrios para os ventrículos
durante a diástole e evitam o fluxo reverso de sangue dos ventrículos
para os átrios durante a sístole. As válvulas semilunares aórtica e pulmonar levam sangue dos ventrículos para as artérias aorta e pulmonar,
respectivamente, durante a sístole e evitam o fluxo reverso de sangue
desses grandes vasos para os ventrículos durante a diástole (reveja as
Figuras 9-3, 9-4 e 9-5).
■■
A contração das fibras do músculo cardíaco em espiral produz um
efeito espremedor importante para o bombeamento eficiente. Também
importante para esse bombeamento é o fato de as fibras musculares
em cada câmara atuarem como sincício funcional, contraindo-se como
uma unidade coordenada (reveja a Figura 9-6).
■■
As fibras do músculo cardíaco em ramificação estão interconectadas por discos intercalados, que contêm (1) desmossomos, que mantêm
as células mecanicamente ligadas, e (2) junções comunicantes, que
permitem a difusão de corrente elétrica entre as células unidas como
um sincício funcional (reveja a Figura 9-6).
Atividade elétrica do coração
■■
O coração é autoexcitável, iniciando suas próprias contrações
rítmicas.
■■
As células autorrítmicas compõem 1% das células do músculo
cardíaco. Elas não se contraem, mas são especializadas em iniciar e
conduzir potenciais de ação. Os outros 99% das células cardíacas são
células contráteis que se contraem em resposta à difusão de um potencial de ação iniciado por células autorrítmicas.
■■
As células autorrítmicas exibem um potencial de marca-passo, um
lento movimento até o potencial de limiar, como resultado da comple-
18
Fisiologia humana
xa inter-relação de mudanças inerentes ao movimento de íons através
da membrana. A primeira metade do potencial de marca-passo resulta
da abertura de canais funny exclusivos que permitem a entrada de
Na+ ao mesmo tempo em que canais de K+ se fecham lentamente para
que a saída de K+ decline lentamente. Essas duas ações despolarizam
gradualmente a membrana em direção ao limiar. O aumento final no
limiar resulta da entrada de Ca2+ na abertura de canais de Ca2+ tipo T.
A fase ascendente do potencial de ação é o resultado de maior entrada
de Ca2+ na abertura de canais de Ca2+ tipo L no limiar. A fase de queda
resulta do eflúvio de K+ na abertura de canais de K+ no pico do
potencial de ação. O fechamento lento desses canais de K+ no final
da repolarização contribui para o potencial de marca-passo seguinte
(reveja a Figura 9-7).
■■
O impulso cardíaco se origina no nó SA, o marca-passo do coração,
que tem a taxa mais rápida de despolarização espontânea até o limiar
(reveja a Tabela 9-1 e as Figuras 9-8 e 9-9).
■■
Uma vez iniciado, o potencial de ação se espalha pelos átrios
esquerdo e direito, sendo parcialmente facilitado por vias de condução
especializada, mas majoritariamente pela difusão célula a célula do
impulso através de junções comunicantes (reveja a Figura 9-8).
■■
O impulso passa dos átrios para os ventrículos através do nó AV,
o único ponto de contato elétrico entre essas câmaras. O potencial de
ação é brevemente adiado no nó AV, garantindo que a contração atrial
preceda a contração ventricular para permitir um enchimento ventricular completo (reveja a Figura 9-8).
■■
O impulso, então, viaja rapidamente até o septo interventricular
via feixe de His e se dispersa rapidamente pelo miocárdio através das
fibras de Purkinje. O restante das células ventriculares é ativado pela
difusão célula a célula do impulso através de junções comunicantes
(reveja a Figura 9-8).
■■
Assim, os átrios se contraem em conjunto, seguidos, depois de um
breve atraso, por uma contração ventricular sincronizada.
■■
Os potenciais de ação das células contráteis cardíacas exibem uma
fase positiva prolongada, ou nível estável, acompanhada por um período prolongado de contração, que garante tempo adequado de ejeção.
Este nível estável é principalmente o resultado da ativação de canais de
Ca2+ lentos tipo L (reveja a Figura 9-10).
■■
A entrada de Ca2+ através de canais tipo L nos túbulos T dispara
uma liberação muito maior de Ca2+ pelo retículo sarcoplasmático. Esta
liberação de Ca2+ induzida por Ca2+ leva ao ciclo de ponte cruzada e à
contração (reveja a Figura 9-11).
■■
Como um longo período refratário ocorre em conjunto com
esta fase estável prolongada, a soma e o tétano do músculo cardíaco
são impossíveis, garantindo-se períodos alternados de contração e
relaxamento, essenciais para o bombeamento de sangue (reveja a
Figura 9-12).
■■
A dispersão da atividade elétrica por todo o coração pode ser registrada na superfície corporal. Em um eletrocardiograma (ECG), a onda
P representa a despolarização atrial, o complexo QRS, a despolarização
ventricular, e a onda T, a repolarização ventricular (reveja as Figuras 9-13,
9-14 e 9-15).
Eventos mecânicos do ciclo cardíaco
■■
O ciclo cardíaco é formado por três eventos importantes (reveja a
Figura 9-16):
'pELWRFDUGtDFR
1. A geração de atividade elétrica enquanto o coração despolariza e
repolariza autorritmicamente (reveja a Figura 9-14).
2. Atividade mecânica composta por períodos alternados de sístole
(contração e esvaziamento) e diástole (relaxamento e enchimento),
iniciados pelo ciclo elétrico rítmico.
)UHTXrQFLDFDUGtDFD
3. Fluxo direcional de sangue através das câmaras cardíacas, guiado
por aberturas e fechamentos da válvula induzidos por mudanças de
pressão geradas pela atividade mecânica.
&RQWUROH
H[WUtQVHFR
■■
A curva de pressão atrial permanece baixa por todo o ciclo cardíaco, somente com pequenas flutuações (normalmente variando entre 0
e 8 mm Hg). A curva de pressão aórtica permanece alta o tempo todo,
com flutuações moderadas (normalmente variando entre uma pressão
sistólica de 120 mm Hg e uma pressão diastólica de 80 mm Hg). A
curva de pressão ventricular flutua drasticamente, porque a pressão
ventricular deve estar abaixo da pressão baixa atrial durante a diástole
para permitir que a válvula AV se abra para o enchimento, e, para forçar
a válvula aórtica a se abrir para permitir o esvaziamento, deve estar
acima da pressão alta aórtica durante a sístole. Portanto, a pressão
ventricular normalmente varia de 0 mm Hg durante a diástole a pouco
mais de 120 mm Hg durante a sístole. Durante os períodos de contração
e relaxamento ventriculares isovolumétricos, a pressão ventricular está
acima da pressão baixa atrial e abaixo da pressão alta aórtica. Assim,
todas as válvulas estão fechadas e não ocorre entrada ou saída de
sangue dos ventrículos (reveja a Figura 9-16).
■■
O volume diastólico final é o volume de sangue no ventrículo
quando o enchimento está completo ao final da diástole. O volume sistólico final é o volume de sangue que permanece no ventrículo quando
a ejeção está completa ao final da sístole. O volume sistólico é o volume
de sangue bombeado para fora por cada ventrículo a cada batimento
(reveja a Figura 9-16).
■■
O fechamento da válvula origina dois sons cardíacos normais. O
primeiro som cardíaco é causado pelo fechamento das válvulas AV
e sinaliza o início da sístole ventricular. O segundo som cardíaco é o
resultado do fechamento das válvulas aórtica e pulmonar no início da
diástole (reveja a Figura 9-16).
■■
O funcionamento defeituoso da válvula produz fluxo sanguíneo
turbulento, audível como um sopro cardíaco. Válvulas anormais podem
ser estenóticas, e não se abrirem completamente, ou insuficientes, e
não se fecharem completamente (reveja a Figura 9-18 e a Tabela 9-2).
Débito cardíaco e respectivo controle
■■
O débito cardíaco, o volume de sangue ejetado por cada ventrículo
a cada minuto, é determinado pela frequência cardíaca multiplicada
pelo volume sistólico (reveja a Figura 9-24).
■■
A frequência cardíaca varia pela alteração do equilíbrio das influências parassimpática e simpática sobre o nó SA. A estimulação parassimpática desacelera a frequência cardíaca e a estimulação simpática a
acelera (reveja a Figura 9-19 e a Tabela 9-3).
9ROXPHVLVWyOLFR
&RQWUROHLQWUtQVHFR
$WLYLGDGH
SDUDVVLPSiWLFD
$WLYLGDGH
VLPSiWLFD
HHSLQHIULQD
9ROXPH
GLDVWyOLFRILQDO
&RQWUROHLQWUtQVHFR
5HWRUQRYHQRVR
■■
O volume sistólico depende (1) da extensão do enchimento ventricular, com maior volume sistólico final resultando em maior volume
sistólico através da relação comprimento-tensão (lei de Frank-Starling
do coração, uma forma de controle intrínseco), e (2) da extensão da
estimulação simpática, com maior estimulação simpática resultando
em maior contratilidade do coração, isto é, maior força de contração e
maior volume sistólico em determinado volume diastólico final (controle extrínseco) (reveja as Figuras 9-20 a 9-23).
■■
A pré-carga do coração (carga de trabalho imposta sobre o coração
antes do início da contração) é a extensão do enchimento. A pós-carga
do coração (carga de trabalho imposta sobre o coração depois que a
contração começou) é a pressão sanguínea arterial.
Nutrição do músculo cardíaco
■■
O músculo cardíaco recebe oxigênio e nutrientes do sangue a ele
fornecido pela circulação coronária, não pelo sangue de dentro das
câmaras cardíacas.
■■
A maior parte do fluxo sanguíneo coronário ocorre durante a
diástole, porque durante a sístole o músculo cardíaco em contração
comprime os vasos coronários (reveja a Figura 9-26).
■■
O fluxo sanguíneo coronário normalmente varia para acompanhar
o ritmo das necessidades cardíacas de oxigênio (reveja a Figura 9-27).
■■
O fluxo de sangue coronário pode ser comprometido pelo desenvolvimento de placas ateroscleróticas, que podem levar à doença
isquêmica cardíaca. Ela varia em gravidade, de uma leve dor no peito
após o esforço até ataques cardíacos fatais (reveja as Figuras 9-28 a
9-30 e a Tabela 9-4).
Ficha de estudo – Capítulo 9
19
capítu lo
10
Ficha de estudo
Padrões e Física do Fluxo Sanguíneo
■■
Materiais podem ser trocados entre diversas partes do corpo e com
o ambiente externo através da rede de vasos sanguíneos que transporta sangue de e para todos os órgãos (reveja a Figura 10-1).
■■
Órgãos que repõem suprimentos de nutrientes e removem resíduos metabólicos do sangue recebem maior porcentual do débito cardíaco do que é garantido pelas necessidades metabólicas. Esses órgãos de
“recondicionamento” podem tolerar melhor as reduções no suprimento
de sangue do que os órgãos que recebem sangue simplesmente para
atender suas próprias necessidades metabólicas. Os órgãos de recondicionamento são os órgãos digestórios, os rins e a pele.
■■
O cérebro é especialmente vulnerável a reduções no suprimento de
sangue. Portanto, a manutenção de um fluxo adequado para este órgão
vulnerável tem alta prioridade na função circulatória.
■■
A taxa do fluxo de sangue através de um vaso (em volume por
unidade de tempo) é diretamente proporcional ao gradiente de pressão
e inversamente proporcional à resistência. A maior pressão no início de
um vaso é estabelecida pela pressão exercida no sangue pela contração
cardíaca. A menor pressão no final resulta das perdas friccionais à
medida que o sangue flui e entra em atrito contra as paredes do vaso
(reveja a Figura 10-2).
■■
A resistência, o obstáculo ao fluxo de sangue através de um vaso,
é principalmente influenciada pelo raio do vaso. A resistência é inversamente proporcional à quarta potência do raio, portanto, pequenas
mudanças no raio influenciam profundamente o fluxo. À medida que
o raio aumenta, a resistência diminui e o fluxo aumenta, e vice-versa
(reveja a Figura 10-3).
■■
O sangue flui em um circuito fechado entre o coração e os órgãos.
As artérias transportam sangue do coração para todo o organismo. As
arteríolas regulam a quantidade de sangue que flui através de cada
órgão. Os capilares são o local no qual os materiais são efetivamente
trocados entre o sangue e as células dos tecidos ao redor. As veias
retornam sangue do nível do tecido de volta ao coração (reveja a Figura
10-4 e a Tabela 10-1).
Artérias
■■
Artérias são passagens de raio grande e baixa resistência do
coração para os órgãos. Elas também servem de reservatório de pressão. Devido a sua elasticidade, decorrente da abundância de fibras de
elastina, as artérias se expandem para acomodar o volume extra de
sangue bombeado para dentro delas pela contração cardíaca e, depois,
se encolhem para continuar movendo o sangue para frente quando o
coração está relaxado (reveja a Tabela 10-1 e as Figuras 10-5 e 10-6).
■■
A pressão sistólica (120 mm Hg, em média) é o pico de pressão
exercida pelo sangue ejetado contra as paredes do vaso durante a
sístole cardíaca. A pressão diastólica (80 mm Hg, em média) é a pressão
mínima nas artérias quando o sangue está sendo drenado para dentro
dos vasos durante a diástole cardíaca. Quando a pressão sanguínea
é de 120/80, a pressão do pulso (a diferença entre as pressões sistólica e
diastólica) é de 40 mm Hg (reveja as Figuras 10-7 e 10-8).
■■
A pressão média de impulso durante todo o ciclo cardíaco é a
pressão arterial média, que pode ser estimada utilizando-se a seguinte
fórmula: pressão arterial média = pressão diastólica + 1/3 da pressão do
pulso (reveja a Figura 10-9).
20
Fisiologia humana
Arteríolas
■■
Arteríolas são os principais vasos de resistência. Sua alta resistência produz uma grande queda na pressão média entre as artérias
e os capilares. Este declínio aumenta o fluxo de sangue ao contribuir
com o diferencial de pressão entre o coração e os órgãos (reveja a
Figura 10-9).
■■
As arteríolas têm uma grossa camada de músculo liso circular, cuja
contração variável altera o calibre e a resistência arteriolares (reveja a
Tabela 10-1). O tônus, a linha básica da atividade contrátil, é mantido
nas arteríolas o tempo inteiro. A vasodilatação arteriolar (expansão
do calibre arteriolar acima do nível tônico) diminui a resistência e
aumenta o fluxo de sangue através do vaso, enquanto a vasoconstrição
(estreitamento do vaso) aumenta a resistência e diminui o fluxo (reveja
a Figura 10-10).
■■
O calibre arteriolar está sujeito a dois tipos de mecanismos de
controle: controles locais (intrínsecos) e extrínsecos.
■■
Os controles locais envolvem principalmente mudanças químicas locais associadas a alterações no nível de atividade metabólica
em um órgão, como mudanças locais no O2, que causam a liberação
de mediadores vasoativos pelas células endoteliais nas adjacências. Exemplos incluem o óxido nítrico vasodilatador e a endotelina
vasoconstritora. Esses mediadores vasoativos atuam no músculo liso
arteriolar subjacente para causar uma variação adequada no calibre
das arteríolas que alimentam o órgão. Ao ajustar a resistência ao
fluxo sanguíneo, o mecanismo de controle local ajusta o fluxo de
sangue para o órgão para corresponder às necessidades metabólicas
do órgão naquele momento (reveja as Figuras 10-10, 10-11 e 10-14 e as
Tabelas 10-2 e 10-3).
■■
O calibre arteriolar pode ser ajustado de forma independente
em diferentes órgãos por fatores de controle locais. Tais ajustes são
importantes para distribuir-se variavelmente o débito cardíaco (reveja
a Figura 10-12).
■■
Outras influências locais incluem: (1) liberação de histamina
(importante nas reações inflamatórias e alérgicas); (2) aplicação local
de calor ou frio (importante terapeuticamente); (3) reação química
à tensão de cisalhamento (que resiste a mudanças na força exercida
paralelamente à superfície do vaso pelo sangue em circulação) e
(4) resposta miogênica ao estiramento (que resiste a mudanças na
força de distensão exercida ao longo da parede do vaso pelas variações
no fluxo sanguíneo orientadas pela pressão sanguínea).
■■
O controle extrínseco é realizado principalmente por influência
simpática e, em menor grau, pela influência hormonal sobre o músculo
liso arteriolar. Os controles extrínsecos são importantes na manutenção da pressão arterial média. As arteríolas são ricamente supridas com
fibras nervosas simpáticas, cuja maior atividade produz vasoconstrição
generalizada e aumento subsequente na resistência periférica total,
aumentando-se, assim, a pressão arterial média. A menor atividade
simpática produz vasodilatação arteriolar generalizada, o que reduz a
pressão arterial média. Esses ajustes controlados extrinsecamente do
calibre arteriolar ajudam a manter a cabeça de pressão adequada para
se levar o sangue aos tecidos. A maioria das arteríolas não é alimentada
por nervos parassimpáticos (reveja a Figura 10-14).
■■
Hormônios que influenciam extrinsecamente o raio arteriolar são
norepinefrina, epinefrina, vasopressina e angiotensina II, e todos eles
causam vasoconstrição arteriolar generalizada.
Capilares
■■
Os capilares de paredes finas, raio pequeno e amplamente ramificados são idealmente adequados para servir como locais de troca entre o
sangue e as células de tecido ao redor. Anatomicamente, a área superficial para troca é maximizada e a distância de difusão é minimizada nos
capilares. Ademais, graças à grande área transversal total, a velocidade
do fluxo de sangue através dos capilares (em distância por unidade de
tempo) é relativamente lenta, garantindo o tempo adequado para que as
trocas ocorram (reveja as Figuras 10-15 a 10-17 e a Tabela 10-1).
■■
Os dois tipos de trocas passivas – difusão e escoamento – ocorrem
nas paredes capilares.
■■
Solutos são trocados principalmente por difusão em favor dos
gradientes de concentração. Substâncias lipossolúveis atravessam diretamente a única camada de células endoteliais que reveste um capilar,
enquanto substâncias solúveis em água atravessam poros cheios de
água entre as células endoteliais. As proteínas plasmáticas geralmente
não escapam (reveja as Figuras 10-18 e 10-21).
■■
Desequilíbrios nas pressões físicas que atuam nas paredes dos
capilares são responsáveis pelo escoamento do fluido através dos poros.
(1) O fluido é forçado para fora da primeira parte do capilar (ultrafiltração), onde as pressões para fora (principalmente pressão sanguínea
capilar) excedem as pressões para dentro (principalmente pressão
osmótica coloide plasmática). (2) O fluido retorna para o capilar ao
longo da última metade, quando as pressões para fora caem abaixo das
pressões para dentro. O motivo para a mudança no equilíbrio no comprimento do capilar é o declínio contínuo na pressão sanguínea capilar,
enquanto a pressão osmótica coloide plasmática permanece constante.
O escoamento é responsável pela distribuição de ECF entre o plasma e
o fluido intersticial (reveja as Figuras 10-9, 10-22 e 10-23).
■■
Normalmente, um pouco mais de fluido é filtrado do que reabsorvido. O fluido extra e quaisquer proteínas escoadas e bactérias no
tecido são coletados pelo sistema linfático. As bactérias são destruídas
quando a linfa atravessa os linfonodos a caminho do retorno para o
sistema venoso (reveja as Figuras 10-22, 10-24 e 10-25).
Veias
■■
Veias são passagens de raio grande e baixa resistência através das
quais o sangue retorna dos órgãos para o coração. Além disso, as veias
de paredes finas e altamente distensíveis, como os vasos de capacitância, estiram-se para armazenar um volume maior de sangue e, portanto, atuarem como reservatórios de sangue. A capacidade das veias
de reter sangue pode variar notavelmente com ligeiras alterações na
pressão venosa. Em repouso, as veias contêm mais de 60% do volume
de sangue total (reveja a Tabela 10-10 e a Figura 10-27).
■■
A força principal que produz o fluxo venoso é o gradiente de
pressão entre as veias e o átrio (ou seja, o que permanece da pressão
de impulso exercida sobre o sangue pela contração cardíaca) (reveja as
Figuras 10-9 e 10-28).
■■
O retorno venoso aumenta pela vasoconstrição venosa induzida
simpaticamente e pela compressão externa das veias a partir da contração dos músculos esqueléticos ao redor, ambos levando sangue para
fora das veias. Essas ações ajudam a combater os efeitos da gravidade
sobre o sistema venoso (reveja as Figuras 10-28 a 10-31).
■■
As válvulas venosas de mão única garantem que o sangue seja
levado em direção ao coração e que não haja fluxo reverso na direção
dos tecidos (reveja a Figura 10-32).
■■
O retorno venoso também é aumentado pela bomba respiratória
e pelo efeito de sucção cardíaco. A atividade respiratória produz uma
pressão inferior à atmosférica na cavidade peitoral, estabelecendo,
assim, um gradiente de pressão externa que estimula o fluxo das veias
inferiores expostas à pressão atmosférica até as veias peitorais que
se esvaziam no coração. Além disso, as pressões levemente negativas
criadas dentro dos átrios durante a sístole ventricular e dentro dos
ventrículos durante a diástole ventricular exercem um efeito de sucção
que aumenta ainda mais o retorno venoso, facilitando o enchimento
cardíaco (reveja as Figuras 10-28 e 10-33).
Pressão sanguínea
■■
A regulação da pressão arterial média (PAM) depende do controle
dos dois principais determinantes, o débito cardíaco (DC) e a resistência periférica total (RPT). O controle do DC, por sua vez, depende da
regulação da frequência cardíaca e do volume sistólico, enquanto a RPT
é determinada principalmente pelo grau de vasoconstrição arteriolar
(reveja a Figura 10-34).
■■
A regulação de curto prazo da pressão sanguínea é realizada
principalmente pelo reflexo barorreceptor. Os barorreceptores do seio
carotídeo e do arco aórtico monitoram continuamente o PAM. Quando
eles detectam um desvio do normal, sinalizam ao centro cardiovascular
medular, que reage ajustando a produção autônoma para o coração e
os vasos sanguíneos, assim retornando a pressão sanguínea ao normal
(reveja as Figuras 10-35 a 10-38).
■■
O controle de longo prazo da pressão sanguínea envolve a
manutenção do volume plasmático adequado através do controle do
equilíbrio de sal e água pelos rins (reveja a Figura 10-34).
Ficha de estudo – Capítulo 10
21
capítu lo
11
Ficha de estudo
■■
Plasma
■■
O sangue consiste em três tipos de elementos celulares – eritrócitos (glóbulos vermelhos), leucócitos (glóbulos brancos) e plaquetas
(trombócitos) – suspensos no plasma líquido (reveja a Figura 11-1 e a
Tabela 11-1).
■■
O volume de 5 a 5,5 litros de sangue em um adulto é composto por
42% a 45% de eritrócitos, menos de 1% de leucócitos e 55% a 58% de
plasma. A porcentagem do volume do sangue ocupada por eritrócitos é
o hematócrito (reveja a Figura 11-1).
■■
O plasma é um líquido complexo, composto por 90% de água, que
serve como meio de transporte para substâncias levadas pelo sangue.
Os mais abundantes componentes inorgânicos do plasma são Na+ e
Cl–. Os mais abundantes componentes orgânicos do plasma são as
proteínas plasmáticas.
■■
Todos os componentes do plasma são livremente difusíveis nas
paredes dos capilares, exceto as proteínas plasmáticas, que permanecem no plasma, onde desempenham várias funções importantes. As
proteínas plasmáticas incluem as albuminas, as globulinas (α, β e γ) e o
fibrinogênio (reveja a Tabela 11-1).
As células-tronco pluripotentes não diferenciadas na medula óssea
vermelha originam todos os elementos celulares do sangue (reveja as
Figuras 11-3 e 11-9). A produção de eritrócitos (eritropoese) pela medula
normalmente acompanha o ritmo da taxa de perda de eritrócitos, mantendo-se a contagem de glóbulos vermelhos constante. A eritropoese é estimulada pela eritropoietina, um hormônio secretado pelos rins
em resposta à redução no fornecimento de O2 (reveja a Figura 11-4).
■■
Os principais tipos sanguíneos ABO derivam da presença de antígenos específicos na superfície dos eritrócitos. Os glóbulos vermelhos
do sangue tipo A têm antígeno A, os do tipo B têm antígeno B, os do
tipo AB têm antígenos A e B e os do tipo O não têm antígenos A nem B.
O sangue tipo A tem anticorpos anti-B, o tipo B tem anticorpos anti-A,
o tipo AB não tem anticorpos anti-A ou anti-B e o tipo O tem anticorpos anti-A e anti-B. Tais anticorpos fazem com que os GVs com os
correspondentes antígenos se aglutinem (amontoem) e/ou se rompam,
resultando em uma reação à transfusão se as células do doador forem
expostas aos anticorpos correspondentes no sangue do recipiente
(reveja a Figura 11-7).
5LP
(ULWURSRHWLQD
&DSDFLGDGHUHGX]LGD
GHWUDQVSRUWHGRR[LJrQLR
$OLYLD
(ULWUyFLWRVHP
GHVHQYROYLPHQWR
QDPHGXODyVVHD
YHUPHOKD
&DSDFLGDGHDXPHQWDGD
GHWUDQVSRUWHGRR[LJrQLR
3ODVPD GRVDQJXH
2VULQVGHWHFWDPDFDSDFLGDGHUHGX]LGD
GHWUDQVSRUWHGH2GRVDQJXH
4XDQGRPHQRV2
pIRUQHFLGRDRVULQV
HOHVVHFUHWDPHULWURSRHWLQDQRVDQJXH
$HULWURSRHWLQDHVWLPXODDHULWURSRHVH
SHODPHGXODyVVHD
(ULWUyFLWRVDGLFLRQDLVHPFLUFXODomRDXPHQWDP
DFDSDFLGDGHGHWUDQVSRUWHGH2GRVDQJXH
$PDLRUFDSDFLGDGHGHWUDQVSRUWHGH2
SHORVDQJXHDOLYLDRHVWtPXORLQLFLDOTXHDWLYRX
DVHFUHomRGHHULWURSRHWLQD
(ULWUyFLWRV
9ROXPH
FHOXODU
FRQFHQWUDGR
RXKHPDWyFULWR
&DPDGD
OHXFRSODTXHWiULD
SODTXHWDVH
OHXFyFLWRV GRVDQJXH
(ULWUyFLWRV GRVDQJXH
3ODTXHWDV
/HXFyFLWRV
JOyEXORV
EUDQFRV
(ULWUyFLWRV
JOyEXORV
YHUPHOKRV
Eritrócitos
■■
Os eritrócitos especializam-se na função primária de transporte
de O2 no sangue. Seu formato bicôncavo maximiza a área superficial
disponível para a difusão de O2 para dentro das células (reveja a Figura
11-1). Os eritrócitos não contêm núcleo ou organelas (removidos durante
o desenvolvimento) e são repletos de hemoglobina, uma molécula
ferrosa que pode se ligar de forma livre e reversível com O2. Como o O2 é
pouco solúvel no sangue, a hemoglobina é indispensável para o transporte desse gás. Cada molécula de hemoglobina pode carregar quatro
moléculas de O2 (reveja as Figuras 11-2 e 11-3).
■■
A hemoglobina também contribui para o transporte de CO2 e o
tamponamento do sangue, ao ligar-se reversivelmente com CO2 e H+.
■■
Incapaz de repor seus componentes celulares, os eritrócitos estão
destinados a uma vida curta, de aproximadamente 120 dias.
22
Fisiologia humana
Leucócitos
■■
Os leucócitos são os batalhões de defesa do organismo. Eles atacam invasores estranhos (os mais comuns são bactérias e vírus), destroem células cancerosas que surgem no corpo e limpam os resíduos
celulares. O sistema imunológico é composto pelos leucócitos e por
determinadas proteínas plasmáticas.
■■
Cada um dos cinco tipos de leucócitos tem uma tarefa diferente.
(1) Os neutrófilos, especialistas fagocíticos, são importantes para engolfar bactérias e resíduos. (2) Os eosinófilos especializam-se no ataque a
vermes parasitas e atuam nas reações alérgicas. (3) Os basófilos liberam
duas substâncias químicas: histamina, que também é importante em
reações alérgicas, e heparina, que ajuda a eliminar partículas de gordura do sangue. (4) Os monócitos, ao saírem do sangue, se estabelecem
nos tecidos e aumentam bastante de tamanho, tornando-se os grandes
fagócitos de tecido conhecidos como macrófagos. (5) Os linfócitos
fornecem defesa imunológica contra bactérias, vírus e outros alvos
para os quais são especificamente programados. Suas ferramentas de
defesa incluem a produção de anticorpos que marcam a vítima para
destruição por fagocitose ou outros meios (para linfócitos B) e a liberação de substâncias químicas que fazem furos na vítima (para linfócitos
T) (reveja a Figura 11-8 e a Tabela 11-1).
■■
Os leucócitos ficam no sangue apenas no trânsito entre seu local
de produção e armazenamento na medula óssea (e também nos
tecidos linfoides no caso dos linfócitos) e o local de atuação nos tecidos
(reveja a Figura 11-9). A qualquer momento, a maioria dos leucócitos
está em guarda nos tecidos ou realizando missões de combate reais.
3ODTXHWD
■■
Todos os leucócitos têm limitado tempo de vida e devem ser substituídos por contínua diferenciação e proliferação das células precursoras. O número e o porcentual total de cada um dos diferentes tipos
de leucócitos variam, dependendo das necessidades momentâneas de
defesa do organismo. Fatores que regulam a produção dos diferentes
tipos de leucócito são liberados de tecidos invadidos ou feridos e/ou
dos leucócitos ativados.
Plaquetas e hemostasia
/~PHQ
GRYDVR
3URVWDFLFOLQD
Hy[LGRQtWULFR
As plaquetas são fragmentos de células derivados de grandes
megacariócitos na medula óssea (reveja as Figuras 11-8, 11-9 e 11-10).
■■
As plaquetas desempenham um papel na hemostasia, a interrupção do sangramento de um vaso ferido. Os três principais passos na
hemostasia são: (1) espasmo vascular, (2) tampão de plaquetas e
(3) formação de coágulos.
7URPER[DQR
$
(QGRWpOLRQRUPDO
,QLEHDJUHJDomR
GHSODTXHWDV
3URVWDFLFOLQD
Hy[LGRQtWULFR
(QGRWpOLR
(QGRWpOLRQRUPDO
3DUHGH
GRYDVR
)OXLGR
LQWHUVWLFLDO
7DPSmRGH
SODTXHWDVHP
DJUHJDomR
$VSODTXHWDV
DGHUHPHVmRDWLYDGDV
SHORFROiJHQRH[SRVWR
QRORFDOGRIHULPHQWR
YDVFXODU
■■
$GHQRVLQD
GLIRVIDWR
$'3
$VSODTXHWDV
DWLYDGDVOLEHUDP$'3
HWURPER[DQR$
&ROiJHQRH[SRVWR
QRORFDOGHIHULPHQWR
GRYDVR
(VWHVPHQVDJHLURV
TXtPLFRVWUDEDOKDPHP
FRQMXQWRSDUDDWLYDU
RXWUDVSODTXHWDVTXH
SDVVDP
&ROiJHQR
&DPDGDH[WHUQD
0~VFXOR 7HFLGRFRQHFWLYR
GHWHFLGRFRQHFWLYR OLVR
VXEHQGRWHOLDO
$VSODTXHWDV
UHFpPDWLYDGDVDJUHJDPVH
HPXPWDPSmRGHSODTXHWDV
FUHVFHQWHOLEHUDQGR
VXEVWkQFLDVTXtPLFDVTXH
DWUDHPDLQGDPDLVSODTXHWDV
2HQGRWpOLRQRUPDOLOHVR
OLEHUDSURVWDFLFOLQDHy[LGR
QtWULFRLQLELQGRDDJUHJDomR
GHSODTXHWDV$VVLPR
WDPSmRGHSODTXHWDV
UHVWULQJHVHDRORFDOGR
IHULPHQWR
■■
A fibrina, uma molécula insolúvel semelhante a um cordão, é
depositada como a malha do coágulo. A malha, por sua vez, entrelaça
elementos celulares do sangue para completar a formação do coágulo
(reveja a Figura 11-12).
■■
O espasmo vascular reduz o fluxo sanguíneo de um vaso
danificado.
■■
A agregação de plaquetas no local de ferimento do vaso rapidamente veda o defeito. As plaquetas começam a se agregar ao entrar
em contato com o colágeno exposto na parede do vaso danificado.
Essas plaquetas agregadas secretam ADP e tromboxano A2, que, juntos,
fazem com que as outras plaquetas de passagem se empilhem, configurando um ciclo de retroalimentação positiva à medida que o tampão
de plaquetas cresce para preencher o defeito. O endotélio adjacente
normal secreta substâncias químicas inibitórias que evitam que as
plaquetas adiram à parte não danificada ao redor do vaso (reveja as
Figuras 11-11 e 11-15).
■■
A formação de coágulos reforça o tampão de plaquetas e converte
o sangue na vizinhança de um vaso ferido em um gel sem fluidez.
■■
■■
A agregação de plaquetas e a formação de coágulos reforçam-se
mutuamente para vedação do vaso danificado. Os dois processos são iniciados simultaneamente pela exposição ao colágeno quando ocorre um
rompimento no vaso. A trombina converte o fibrinogênio em fibrina para
formar o coágulo e participa da hemostasia de várias formas, favorecendo a agregação de plaquetas, por exemplo. As plaquetas secretam PF3,
que aumenta a cascata de coagulação (reveja as Figuras 11-13 e 11-15).
■■
O sangue que escapou para os tecidos coagula-se mediante exposição à tromboplastina do tecido, que põe em ação a via de coagulação
extrínseca (reveja a Figura 11-14).
■■
Os coágulos se formam rapidamente. Quando não mais necessários, são lentamente dissolvidos pela plasmina, um fator fibrinolítico
também ativado pelo colágeno exposto (reveja a Figura 11-16).
A maior parte dos fatores necessários para a coagulação está sempre presente no plasma em forma precursora inativa. Quando um vaso
é danificado, o colágeno exposto inicia uma cascata de reações que
envolve a ativação sucessiva desses fatores de coagulação, convertendo, por fim, fibrinogênio em fibrina pela via de coagulação intrínseca
(reveja as Figuras 11-13, 11-14 e 11-15).
/HXFyFLWRV
*UDQXOyFLWRVSROLPRUIRQXFOHDUHV
1HXWUyILOR
(RVLQyILOR
%DVyILOR
²
²
$JUDQXOyFLWRVPRQRQXFOHDUHV
0RQyFLWR
/LQIyFLWR
²
²
²
&RQWDJHPGLIHUHQFLDOGH*%VGLVWULEXLomRGHSRUFHQWDJHPGHWLSRVGHOHXFyFLWRV
&RQFHQWUDomRGHOHXFyFLWRV PLOK}HVPOGHVDQJXH
&RQWDJHPGH*%V PP
(ULWUyFLWR
3ODTXHWDV
&RQFHQWUDomR
GHHULWUyFLWRV ELOK}HVPO
GHVDQJXH
&RQFHQWUDomR
GHSODTXHWDV PLOK}HVPO
GHVDQJXH
&RQWDJHP
GH*9V PP
&RQWDJHP
GHSODTXHWDV PP
Ficha de estudo – Capítulo 11
23
capítu lo
12
Ficha de estudo
Sistema imunológico: alvos, executores, componentes
■■
Invasores estranhos e células mutantes recém-surgidas são imediatamente confrontados com diversos mecanismos de defesa inter-relacionados voltados para a destruição e a eliminação de qualquer
coisa que não faça parte da composição normal. Esses mecanismos,
chamados coletivamente de imunidade, incluem respostas imunológicas inatas e adaptativas. As respostas imunológicas inatas são reações
não específicas que defendem de forma não seletiva contra materiais
estranhos, mesmo na exposição inicial a eles. As respostas imunológicas adaptativas são respostas específicas que miram seletivamente
os invasores para os quais o organismo foi especificamente preparado
depois de uma exposição anterior (reveja a Tabela 12-3).
■■
Os invasores mais comuns são bactérias e vírus. As bactérias são
organismos unicelulares autossustentáveis, que produzem doenças
devido às substâncias químicas destrutivas que excretam. Os vírus são
partículas de ácido nucleico recobertas por proteínas, que invadem
células hospedeiras e dominam o maquinário metabólico celular para
sua própria sobrevivência em detrimento do da célula hospedeira.
■■
Os leucócitos e os seus derivados são as principais células executoras do sistema imunológico e são reforçados por diversas proteínas
plasmáticas diferentes. Os leucócitos incluem neutrófilos, eosinófilos,
basófilos, monócitos e linfócitos.
■■
As células imunológicas também limpam resíduos celulares, preparando o caminho para o reparo do tecido.
Imunidade inata
■■
As respostas imunológicas inatas incluem inflamação, interferon,
células natural killer e o sistema complemento.
■■
A inflamação é uma resposta não específica a invasões externas
ou a danos ao tecido, mediada amplamente por fagócitos dedicados
(neutrófilos e monócitos transformados em macrófagos). As células
fagocíticas destroem células estranhas e danificadas por meio da fagocitose e pela liberação de substâncias químicas letais (reveja as Figuras
12-2 e 12-3). As secreções fagocíticas também intensificam a inflamação, induzem manifestações sistêmicas como a febre e aumentam as
respostas imunológicas adaptativas.
■■
A vasodilatação e a maior permeabilidade dos capilares locais
induzidas pela histamina no local de invasão ou ferimento permitem o
fornecimento de mais leucócitos fagocíticos e precursores de proteínas
plasmáticas inativas cruciais para a defesa, como componentes complementares. Essas mudanças vasculares em geral também produzem as
manifestações locais observáveis da inflamação – inchaço, vermelhidão,
calor e dor (reveja a Figura 12-3).
■■
O interferon é liberado de forma não específica por células infectadas por vírus e inibe temporariamente a multiplicação viral em outras
células às quais se liga (reveja a Figura 12-5).
24
Fisiologia humana
■■
As células natural killer (NK) fazem lise não específica e destroem
células cancerosas ou infectadas por vírus na primeira exposição a elas
(reveja a Figura 12-11).
■■
Ao ser ativado pelos próprios micróbios no local da invasão ou por
anticorpos produzidos contra os micróbios, o sistema complemento
destrói diretamente os invasores estranhos ao fazer lise das membranas e também reforça outros aspectos do processo inflamatório, como
ao atuar como opsoninas, intensificando a fagocitose. O sistema complemento faz lise das células-alvo ao formar um complexo de ataque
de membrana perfurador que se insere na membrana da célula-vítima,
causando a ruptura osmótica da célula (reveja as Figuras 12-4 e 12-6).
Imunidade adaptativa: conceitos gerais
■■
O sistema imunológico adaptativo não apenas é capaz de reconhecer moléculas estranhas como diferentes das suas próprias – para
que as reações imunológicas destrutivas não se voltem contra o próprio
organismo –, mas também pode diferenciar entre milhões de diferentes
moléculas estranhas. Os linfócitos, as células executoras da imunidade adaptativa, são exclusivamente equipados com receptores de
membranas superficiais que podem ligar-se apenas a uma específica e
complexa molécula estranha , conhecida como antígeno.
■■
As duas amplas classes de respostas imunológicas adaptativas são
a imunidade mediada por anticorpos realizada por células plasmáticas
derivadas dos linfócitos B (células B) e a imunidade mediada por células
realizada por linfócitos T (células T) (reveja a Figura 12-7 e a Tabela 12-4).
■■
As células B se desenvolvem a partir de uma linhagem de linfócitos
que amadureceram originalmente dentro da medula óssea. A linhagem
da célula T vem de linfócitos que migraram da medula óssea para o
timo para completar sua maturação. Novas células B e T surgem de
colônias de linfócitos nos tecidos linfoides (reveja as Figuras 12-1 e 12-7
e a Tabela 12-1).
Linfócitos B: imunidade mediada por anticorpos
■■
Cada célula B reconhece antígenos extracelulares livres específicos,
como os encontrados na superfície de bactérias.
■■
Depois de ser ativada pela ligação do receptor (um receptor de
célula B ou BCR) com o antígeno específico, uma célula B rapidamente se prolifera, produzindo um clone do próprio tipo que pode
enfrentar especificamente o invasor. A maioria dos linfócitos no
clone da célula B expandida se torna células plasmáticas secretoras de anticorpos que participam da resposta primária contra o
intruso. Alguns dos linfócitos novos não participam do ataque, mas
se tornam células de memória, que ficam em espera, prontas para
lançar uma resposta secundária mais rápida e mais forte se o mesmo
invasor atacar o organismo novamente (reveja as Figuras 12-8, 12-9,
12-12, 12-13 e 12-14).
■■
Os anticorpos são moléculas em forma de Y. Os locais de ligação
antigênica nas pontas de cada braço do anticorpo determinam a quais
antígenos específicos o anticorpo pode se ligar. As propriedades da
parte da cauda do anticorpo determinam o que ele faz quando se liga
ao antígeno. Há cinco subclasses de anticorpos, dependendo das diferenças na atividade biológica da cauda: imunoglobulinas IgM, IgG, IgE,
IgA e IgD (reveja a Figura 12-10).
■■
Os anticorpos não destroem diretamente o material antigênico. Em
vez disso, eles exercem seu efeito protetor ao impedirem fisicamente os
antígenos através da neutralização ou aglutinação ou ao intensificarem
as reações imunológicas letais inatas já ativadas pela invasão estranha.
Os anticorpos ativam o sistema complemento, aumentam a fagocitose e
estimulam as células killer (reveja a Figura 12-11 e a Tabela 12-3).
Linfócitos T: imunidade mediada por células
■■
As células T realizam imunidade mediada por célula ao entrarem
em contato direto com os alvos e liberarem citocinas. As substâncias
químicas liberadas por leucócitos são diferentes dos anticorpos e são
conhecidas como citocinas.
■■
Há três tipos de células T: citotóxicas, auxiliares e células T regulatórias
■■
Os alvos das células T citotóxicas (CD8+) são células invadidas por
vírus e cancerosas, que são destruídas pela liberação de moléculas de
perforina, que formam um complexo perfurador letal que penetra a
membrana da célula-vítima, ou pela liberação de granzimas, que levam
a célula-vítima a sofrer apoptose (reveja as Figuras 12-15 e 12-16 e a
Tabela 12-2).
■■
As células T auxiliares (CD4+) ligam-se a outras células imunológicas e liberam citocinas que aumentam a atividade dessas outras células. As células B não conseguem se converter em células plasmáticas e
produzir anticorpos em resposta a antígeno T-dependente sem a ajuda
das células auxiliares (reveja a Figura 12-21).
■■
As células T regulatórias (CD4+ CD25+) secretam citocinas que
suprimem outras células imunológicas, freando as respostas imunológicas em um sistema de “freios e contrapesos”.
cem antígenos de circulação livre, como bactérias, e podem causar a
destruição de antígenos em longas distâncias por meio dos anticorpos.
As células T, por sua vez, exigem uma ligação dupla entre o antígeno
estranho e os autoantígenos na superfície de uma das células do corpo
(reveja as Figuras 12-20 e 12-21).
■■
Os autoantígenos nas superfícies celulares são moléculas MHC
classe I ou II, exclusivas para cada pessoa. As células T citotóxicas
podem se ligar apenas a células hospedeiras infectadas por vírus ou
células cancerosas, que sempre levam autoantígeno MHC classe I
associados a antígenos estranhos ou anormais. As células T auxiliares
só podem se ligar a APCs e células B que tenham o automarcador MHC
classe II em associação com o antígeno estranho. As APCs ativam as
células T auxiliares, e as células T auxiliares ativam as células B. Assim,
tal ligação diferencial garante que a resposta imunológica específica
adequada seja dada (reveja as Figuras 12-20 e 12-21).
■■
No processo de vigilância imunológica, as células natural killer,
células T citotóxicas, macrófagos e interferon que elas secretam
coletivamente erradicam células cancerosas recém-surgidas, antes que
tenham chance de se espalhar (reveja a Figura 12-23).
Doenças imunológicas
■■
As doenças imunológicas são de dois tipos: doenças de imunodeficiência (respostas imunológicas insuficientes) ou ataques imunológicos
inadequados (respostas imunológicas excessivas ou incorretas).
■■
Os ataques inadequados incluem doenças autoimunes, doenças
do complexo imunológico e alergias (hipersensibilidades), das quais
existem dois tipos: (1) hipersensibilidades imediatas, envolvendo a
produção de anticorpos IgE pelas células B que ativam a liberação de
histamina por mastócitos e basófilos para causar uma reação rápida ao
alérgeno, ou (2) hipersensibilidades tardias, envolvendo uma resposta
mais lenta, mediada por células e produtora de sintomas, pelas células
T contra o alérgeno (reveja a Figura 12-24 e a Tabela 12-5).
Defesas externas
■■
■■
■■
■■
Como as células B, as células T possuem receptores (receptores de
células T ou TCRs) específicos a antígenos (reveja a Figura 12-8), sofrem
seleção clonal, exercem respostas primárias e secundárias e formam
grupos de memória para imunidade de longa duração contra alvos aos
quais já foram expostas.
As células T auxiliares podem reconhecer e ligar-se a antígenos
apenas quando estes foram processados e apresentados a elas por
células apresentadoras de antígenos (APCs), como macrófagos e células
dendríticas (reveja as Figuras 12-18 e 12-19).
■■
Os linfócitos que por acaso podem atacar as próprias células do
corpo são eliminados ou suprimidos, de forma que não possam mais
funcionar. Deste modo, o organismo é capaz de “tolerar” (não atacar) os
próprios antígenos.
■■
As células B e T têm alvos diferentes porque possuem distintas
exigências para o reconhecimento de antígenos. As células B reconhe-
As superfícies do corpo expostas ao ambiente externo – a cobertura externa da pele e os revestimentos de cavidades internas que
se comunicam com o ambiente externo – servem não apenas como
barreiras mecânicas que barram possíveis invasores patogênicos, mas
também desempenham uma função ativa no bloqueio da entrada de
bactérias e outros materiais indesejados.
A pele consiste de duas camadas: uma epiderme vascular e
queratinizada e uma derme interna de tecido conectivo. A epiderme
contém quatro tipos de células: melanócitos, que produzem pigmento,
queratinócitos, que produzem queratina, células de Langerhans, que
apresentam antígenos, e células de Granstein, de função imunossupressora (reveja a Figura 12-25).
■■
As outras vias principais pelas quais os possíveis patógenos
entram no organismo são o sistema digestório, o sistema urogenital e o sistema respiratório, todos defendidos por várias estratégias
antimicrobianas.
Ficha de estudo – Capítulo 12
25
capítu lo
13
Ficha de estudo
Anatomia respiratória
■■
■■
Quanto maior o gradiente entre os alvéolos e a atmosfera em cada
direção, maior a taxa de fluxo de ar, porque o ar flui até que a pressão
intra-alveolar se equilibre com a pressão atmosférica (reveja as Figuras
13-13 e 13-14).
Respiração celular refere-se às reações metabólicas intracelulares que utilizam O2 e produzem CO2 durante a oxidação produtora
de energia de moléculas de nutrientes. Respiração externa refere-se
à transferência de O2 e CO2 entre o ambiente externo e as células do
tecido. Os sistemas respiratório e circulatório trabalham em conjunto
para realizar a respiração externa (reveja a Figura 13-1).
■■
O sistema respiratório troca ar entre a atmosfera e os pulmões. As
vias aéreas conduzem ar da atmosfera para os alvéolos, nos quais O2 e
CO2 são trocados entre o ar desses sacos de ar e o sangue dos capilares
pulmonares ao redor. As paredes alveolares, extremamente finas, são
formadas por células alveolares tipo I. As células alveolares tipo II secretam surfactante pulmonar (reveja as Figuras 13-2 e 13-4).
■■
■■
■■
Os pulmões estão abrigados dentro do compartimento fechado
do tórax, cujo volume pode ser alterado pela atividade contrátil dos
músculos respiratórios a seu redor.
■■
Cada pulmão é cercado por um saco fechado de parede dupla, a
pleura parietal (reveja a Figura 13-5).
Mecânica respiratória
■■
A ventilação, ou respiração, é o processo de se mover o ar ciclicamente para dentro e para fora dos pulmões, de forma que o ar alveolar velho,
que cedeu O2 e coletou CO2, possa ser trocado por ar atmosférico novo.
■■
A ventilação é realizada mecanicamente alternando-se a direção
do gradiente de pressão de fluxo de ar entre a atmosfera e os alvéolos,
através da expansão e do recolhimento cíclicos dos pulmões. Quando a
pressão intra-alveolar diminui em decorrência da expansão pulmonar
durante a inspiração, o ar flui para dentro dos pulmões, vindo da pressão atmosférica mais alta. Quando a pressão intra-alveolar aumenta
em decorrência do recolhimento pulmonar durante a expiração, o ar
flui para fora dos pulmões, em direção à pressão atmosférica mais
baixa (reveja as Figuras 13-6, 13-7, 13-10, 13-13 e 13-14).
■■
A alternância entre contração e relaxamento dos músculos inspiratórios (principalmente o diafragma) produz indiretamente a inflação
e deflação periódicas dos pulmões pela expansão e compressão cíclicas
da cavidade torácica, já que os pulmões seguem passivamente esses
movimentos (reveja as Figuras 13-11 e 13-12).
■■
Os pulmões acompanham os movimentos da cavidade torácica
devido à coesão do fluido intrapleural e ao gradiente de pressão transmural na parede pulmonar. O gradiente de pressão transmural existe
porque a pressão intrapleural é subatmosférica e, portanto, inferior à
pressão intra-alveolar (reveja as Figuras 13-8 e 13-14).
■■
Como a energia é necessária para contrair os músculos inspiratórios, a inspiração é um processo ativo. A expiração, por sua vez, é passiva
durante a respiração silenciosa, porque é realizada pelo recolhimento
elástico dos pulmões no relaxamento dos músculos inspiratórios, sem
gasto de energia (reveja a Figura 13-12a, b e c).
■■
Para a expiração ativa mais forçada, a contração dos músculos
expiratórios (ou seja, os músculos abdominais) diminui ainda mais
o tamanho da cavidade torácica e dos pulmões, o que aumenta o
gradiente de pressão intra-alveolar-para-atmosférica (reveja as Figuras
13-11 e 13-12d).
26
Fisiologia humana
Além de ser diretamente proporcional ao gradiente de pressão, a
taxa do fluxo de ar também é inversamente proporcional à resistência
das vias aéreas (reveja a Tabela 13-1). Como a resistência das vias aéreas,
que depende do calibre das vias aéreas condutoras, normalmente é
muito baixa, a taxa do fluxo de ar normalmente depende principalmente do gradiente de pressão entre os alvéolos e a atmosfera.
Por seu comportamento elástico, os pulmões podem ser estirados
em vários graus durante a inspiração e, em seguida, encolhem até o
tamanho pré-inspiração durante a expiração. Complacência pulmonar
se refere à distensibilidade dos pulmões – o quanto eles se estiram em
resposta a determinada mudança no gradiente de pressão transmural.
Recolhimento elástico se refere ao retorno dos pulmões para a posição
de repouso durante a expiração.
■■
O comportamento elástico pulmonar depende do tecido conectivo
elástico dentro dos pulmões e da interação entre a tensão superficial
alveolar e o surfactante pulmonar. A tensão superficial alveolar, que
resulta das forças de atração entre as moléculas de água superficiais
que revestem cada alvéolo, tende a resistir ao estiramento do alvéolo
na inflação (reduz a complacência) e tende a retorná-lo a uma área superficial menor durante a deflação (aumenta a recuperação do pulmão)
(reveja a Tabela 13-2).
■■
Se os alvéolos fossem revestidos somente por água, a tensão
superficial seria tão grande que os pulmões seriam pouco complacentes e tenderiam a encolher. O surfactante pulmonar se espalha entre as
moléculas de água e reduz a tensão superficial alveolar, aumentando,
assim, a complacência e combatendo a tendência de encolhimento dos
alvéolos. A interdependência alveolar também combate a tendência ao
colapso dos alvéolos (reveja as Figuras 13-16 e 13-17 e a Tabela 13-2).
■■
Os pulmões podem se encher a aproximadamente 5,5 litros, na
inspiração máxima, ou se esvaziar até cerca de 1 litro, na expiração
máxima. Normalmente, os pulmões operam “meio cheios”. O volume
pulmonar em geral varia de cerca de 2 a 2,5 litros enquanto um volume
corrente médio de 500 ml de ar entra e sai a cada respiro (reveja as
Figuras 13-18, 13-19 e 13-20).
■■
A quantidade de ar movida para dentro e para fora dos pulmões
em um minuto, a ventilação pulmonar, é igual ao volume corrente
multiplicado pela frequência respiratória.
■■
Nem todo o ar que entra e sai está disponível para troca de gases
com o sangue, porque parte dele ocupa as vias aéreas condutoras
(espaço morto anatômico). A ventilação alveolar, o volume de ar trocado
entre a atmosfera e os alvéolos em um minuto, é uma medida do ar
efetivamente disponível para as trocas gasosas com o sangue. A ventilação alveolar é igual a (volume corrente menos volume de espaço morto) vezes frequência respiratória (reveja a Figura 13-22 e a Tabela 13-3).
Troca de gases
■■
Oxigênio e CO2 se movem pelas membranas corporais por difusão
passiva, na direção dos gradientes de pressão parcial. A pressão parcial
de um gás no ar é a porção da pressão atmosférica total com que
contribui individualmente este gás, que, por sua vez, é diretamente
proporcional ao percentual deste gás no ar. A pressão parcial de um gás
no sangue depende da quantidade do gás dissolvida no sangue (reveja
a Figura 13-25).
■■
A difusão líquida de O2 ocorre primeiro entre os alvéolos e o
sangue e, depois, entre o sangue e os tecidos, em decorrência dos
gradientes de pressão parcial de O2 criados pelo uso contínuo de O2 nas
células e pela reposição contínua de O2 alveolar novo, fornecido pela
ventilação. A difusão líquida de CO2 ocorre na direção oposta, primeiro
entre os tecidos e o sangue e, depois, entre o sangue e os alvéolos, como
resultado dos gradientes de pressão parcial de CO2 criados pela produção contínua de CO2 nas células e a remoção contínua de CO2 alveolar
através da ventilação (reveja a Figura 13-26).
■■
Outros fatores que influenciam a taxa de trocas gasosas são a
área superficial e a espessura da membrana na qual o gás se difunde
e a constante de difusão do gás na membrana (lei de difusão de Fick)
(reveja a Tabela 13-5).
Transporte de gases
■■
Como O2 e CO2 não são muito solúveis no sangue, eles devem
ser transportados principalmente por outros mecanismos que não a
simples dissolução física (reveja a Tabela 13-6).
■■
Apenas 1,5% do O2 está fisicamente dissolvido no sangue e 98,5%
são quimicamente ligados à hemoglobina (Hb).
■■
O principal fator que determina a extensão com que Hb e O2 se
combinam (o % de saturação de Hb) é a PO2 sanguínea, mostrada por
uma curva em S chamada de curva de dissociação de O2 –Hb. Na faixa
de PO2 dos capilares pulmonares (a parte estável da curva), a Hb ainda
está quase totalmente saturada, mesmo se a PO2 do sangue cair até
40%. Isso fornece uma margem de segurança ao garantir fornecimento
quase normal de O2 aos tecidos apesar de uma substancial redução
na PO2 arterial. Na faixa de PO2 nos capilares sistêmicos (parte íngreme
da curva), a descarga de Hb aumenta bastante, em resposta a uma
pequena queda local na PO2 sanguínea, associada ao maior metabolismo celular. Desta forma, mais O2 é fornecido para atender às maiores
necessidades dos tecidos (reveja a Figura 13-28).
■■
Os aumentos na PCO2, no ácido e na temperatura no nível do tecido
movem a curva O2 –Hb para a direita, facilitando a descarga de O2 da Hb
para uso pelo tecido (reveja a Figura 13-30).
■■
A hemoglobina facilita uma maior transferência líquida de O2
entre os alvéolos e o sangue e entre o sangue e as células dos tecidos
ao atuar como armazém para manter a PO2 (isto é, a concentração de
O2 dissolvido) baixa, apesar de um considerável aumento no conteúdo
total de O2 do sangue (reveja a Figura 13-29).
■■
O dióxido de carbono coletado nos capilares sistêmicos é transportado no sangue por três métodos: (1) 10% é fisicamente dissolvido,
(2) 30% é ligado à Hb e (3) 60% assume a forma de bicarbonato (HCO3–).
A enzima do eritrócito anidrase carbônica catalisa a conversão de CO2
em HCO3– de acordo com a reação CO2 + H2O para H+ + HCO3–. Essas
reações são revertidas nos pulmões quando o CO2 é eliminado para os
alvéolos (reveja a Tabela 13-6 e a Figura 13-31).
Controle da respiração
■■
A ventilação envolve dois aspectos, ambos sujeitos a controle
neural: (1) ciclos rítmicos de inspiração e expiração e (2) regulação da
intensidade de ventilação, que depende do controle da frequência
respiratória e da profundidade do volume corrente.
■■
O ritmo respiratório é estabelecido pelo complexo pré-Bötzinger,
que exibe atividade de marca-passo e orienta os neurônios inspiratórios localizados no grupo respiratório dorsal (DRG) do centro de controle respiratório medular. Quando esses neurônios disparam, impulsos
atingem os músculos inspiratórios para causar a inspiração (reveja a
Figura 13-33).
■■
Quando os neurônios inspiratórios deixam de disparar, os
músculos inspiratórios relaxam e ocorre a expiração passiva. Para a
expiração ativa, os músculos expiratórios são ativados por neurônios
expiratórios no grupo respiratório ventral (GRV) do centro de controle
respiratório medular.
■■
Este ritmo básico é suavizado pelos centros apnêusticos e
pneumotáxicos localizados na ponte. O centro apnêustico prolonga
a inspiração; o centro pneumotáxico, mais potente, inibe a inspiração
(reveja a Figura 13-33).
■■
Três fatores químicos têm função na determinação da intensidade
de ventilação: PCO2, PO2 e concentração de H+ do sangue arterial (reveja a
Tabela 13-8).
■■
O fator dominante na regulação contínua da ventilação é a
PCO2 arterial, cujo aumento é o estímulo químico mais potente para
aumentar a ventilação. Mudanças na PCO2 arterial alteram a ventilação
ao causarem mudanças correspondentes na concentração de H+ do
ECF cerebral, à qual os quimiorreceptores centrais são muito sensíveis
(reveja a Figura 13-35).
■■
Os quimiorreceptores periféricos são reativos a um aumento na
concentração arterial de H+, que também resulta, de forma reflexa,
em maior ventilação. O ajuste resultante no CO2 gerador de H+ arterial
é importante para manter-se o equilíbrio ácido-básico do organismo
(reveja a Figura 13-34).
■■
Os quimiorreceptores periféricos também aumentam a ventilação
de forma reflexa em resposta a uma notável redução na PO2 arterial
(< 60 mm Hg), servindo de mecanismo de emergência para aumentar
a respiração quando os níveis de PO2 arterial caem abaixo da faixa de
segurança fornecida pela parte estável da curva O2 –Hb.
■■
A atividade de respiração também pode ser modificada voluntariamente.
Ficha de estudo – Capítulo 13
27
capítu lo
14
Ficha de estudo
Rins: funções, anatomia e processos básicos
■■
Cada rim é composto por um córtex renal externo e uma medula
renal interna. Os rins produzem urina. Eles eliminam componentes
indesejados do plasma na urina enquanto conservam materiais valiosos para o organismo. A urina de cada rim é coletada na pélvis renal e
depois transmitida dos dois rins através do par de ureteres até a bexiga,
onde a urina é armazenada até ser eliminada através da uretra para a
parte externa (reveja as Figuras 14-1 e 14-2).
■■
A unidade funcional formadora de urina dos rins, o néfron, é composta por componentes vasculares e tubulares inter-relacionados. O
componente vascular consiste em duas redes capilares em série, sendo
a primeira o glomérulo, um emaranhado de capilares que filtra grandes
volumes de plasma sem proteína no componente tubular. A segunda
rede capilar é composta pelos capilares peritubulares, que nutrem o
tecido renal e participam de trocas entre o fluido tubular e o plasma
(reveja as Figuras 14-3 e 14-4).
■■
O componente tubular começa com a cápsula de Bowman, que
envolve o glomérulo para coletar o filtrado e depois segue uma via
tortuosa própria para, enfim, esvaziar-se na pélvis renal (reveja a Figura
14-3). À medida que o filtrado atravessa diversas regiões do túbulo, ele
é modificado pelas células que revestem os túbulos, devolvendo ao
plasma apenas os materiais necessários para manter a composição e o
volume de ECF adequados. O que fica para trás nos túbulos é excretado
como urina.
■■
Os rins desempenham três processos básicos: (1) filtração glomerular, o movimento não discriminatório de plasma sem proteína
do sangue para os túbulos, (2) reabsorção tubular, a transferência
seletiva de componentes específicos do filtrado de volta ao sangue dos
capilares peritubulares, e (3) secreção tubular, o movimento altamente
específico de algumas substâncias do sangue capilar peritubular para o
fluido tubular. Tudo o que é filtrado ou secretado, mas não reabsorvido,
é excretado como urina (reveja a Figura 14-6).
Filtração glomerular
■■
O filtrado glomerular é produzido quando parte do plasma que flui
através de cada glomérulo é passivamente forçado sob pressão através
da membrana glomerular e para dentro da cápsula de Bowman subjacente. A pressão de filtração líquida que causa a filtração resulta de
uma alta pressão sanguínea capilar glomerular que favorece a filtração
superando as forças opostas combinadas da pressão osmótica coloide
plasmática e da pressão hidrostática da cápsula de Bowman (reveja a
Figura 14-7 e a Tabela 14-1).
■■
20% a 25% do débito cardíaco é fornecido aos rins para ser alterados pelos processos regulatórios e excretórios renais. Do plasma que
flui através dos rins, normalmente 20% é filtrado através dos glomérulos, a uma taxa de filtração glomerular (GFR) média de 125 ml/min.
■■
Os mecanismos miogênicos e a retroalimentação tubuloglomerular, ativados pelo sistema justaglomerular, autorregulam o fluxo
sanguíneo glomerular e a GFR, apesar de mudanças temporárias na
pressão sanguínea arterial média de impulso na faixa de 80 a 180 mm
Hg (reveja as Figuras 14-9, 14-10 e 14-11).
28
Fisiologia humana
■■
A GFR pode ser deliberadamente alterada pela mudança da
pressão sanguínea capilar glomerular via influência simpática sobre
as arteríolas aferentes, como parte da reação do reflexo barorreceptor
que compensa a pressão sanguínea arterial alterada. Quando a pressão
sanguínea cai demais, a vasoconstrição arteriolar aferente, induzida simpaticamente, reduz a pressão sanguínea glomerular e a GFR.
Quando a pressão sanguínea aumenta demais, a menor atividade simpática causa vasodilatação arteriolar aferente, gerando um aumento
na GFR. À medida que a GFR é alterada, a quantidade de fluido perdida
na urina também muda, ajustando-se o volume plasmático conforme o
necessário para retornar a pressão sanguínea ao normal no longo prazo
(reveja as Figuras 14-10 e 14-12).
Reabsorção tubular
■■
Depois que o filtrado é formado, os túbulos lidam com cada
substância filtrada separadamente, de forma que, embora o filtrado
glomerular inicial seja idêntico ao plasma (com exceção das proteínas
plasmáticas), as concentrações de diferentes componentes sejam
alteradas de forma variada quando o filtrado flui através do sistema
tubular (reveja as Tabelas 14-2 e 14-3).
■■
A capacidade reabsorvente do sistema tubular é tremenda. Mais
de 99% do plasma filtrado retorna ao sangue através da reabsorção. Em
média, 124 ml dos 125 ml filtrados por minuto são reabsorvidos (reveja
a Tabela 14-2).
■■
A reabsorção tubular envolve o transporte transepitelial do
lúmen tubular para o plasma capilar peritubular. Este processo pode
ser ativo (exigindo energia) ou passivo (sem utilizar energia) (reveja a
Figura 14-14).
■■
O evento crucial ao qual a maioria dos processos reabsorventes está ligada é a reabsorção ativa de Na+, acionada pela bomba
Na+–K+, dependente de energia, na membrana basolateral das células
tubulares. O transporte de Na+ para fora das células e para dentro dos
espaços laterais entre células adjacentes por este transportador induz
a reabsorção líquida de Na+ do lúmen tubular para o plasma capilar
peritubular (reveja a Figura 14-15).
■■
A maior parte da reabsorção de Na+ ocorre no néfron de forma
constante e desregulada, mas, nos túbulos distal e de coleta, a reabsorção de uma pequena porcentagem do Na+ filtrado é variável e controlada, principalmente pelo sistema renina-angiotensina-aldosterona
(reveja a Tabela 14-4).
■■
Como o Na+ e seu ânion acompanhante, o Cl–, são os principais íons
osmoticamente ativos no ECF, o volume do ECF é determinado pela carga de Na+ no organismo. Por sua vez, o volume plasmático, que reflete
o volume total do ECF, é importante na determinação de longo prazo
da pressão sanguínea arterial. Sempre que a carga de Na+, o volume
do ECF, o volume do plasma e a pressão sanguínea arterial estiverem
abaixo do normal, o sistema justaglomerular secretará renina, um hormônio enzimático que ativa uma série de eventos que, ao final, levam
à maior secreção de aldosterona pelo córtex adrenal. A aldosterona
aumenta a reabsorção de Na+ pelas partes distais do túbulo, corrigindo
assim a redução original de Na+, do volume do ECF e da pressão sanguínea (reveja as Figuras 14-11 e 14-16).
■■
Por sua vez, a reabsorção de Na+ é inibida por peptídeos natriuréticos, ANP e BNP, hormônios liberados pelos átrios e ventrículos cardíacos,
respectivamente, em resposta à expansão do volume do ECF e a um
subsequente aumento na pressão sanguínea (reveja a Figura 14-17).
■■
Além de orientar a reabsorção de Na+, a energia utilizada pela
bomba Na+–K+ é basicamente responsável pela reabsorção de nutrientes orgânicos (glicose ou aminoácidos) no túbulo proximal, por
transporte ativo secundário (reveja a Figura 3-19).
■■
Outros eletrólitos, como PO43- e Ca2+, reabsorvidos de maneira ativa
pelos túbulos, têm seus próprios sistemas independentes de transporte
dentro do túbulo proximal.
■■
Como os transportadores de eletrólitos e nutrientes podem ficar
saturados, cada um exibe uma capacidade máxima de transporte
limitado por transportador (Tm). Quando a carga filtrada de uma
substância ativamente reabsorvida excede o Tm, a reabsorção ocorre à
taxa máxima constante, e qualquer quantidade adicional de filtrado da
substância é excretada na urina (reveja a Figura 14-18).
■■
A reabsorção ativa de Na também orienta a reabsorção passiva
de Cl– (via gradiente elétrico), H2O (por osmose) e ureia (em favor de
um gradiente de concentração de ureia criado como resultado de
ampla reabsorção de H2O orientada por osmose). 65% da H2O filtrada é
reabsorvida pelo túbulo proximal de forma desregulada, orientada pela
reabsorção ativa de Na+ (reveja a Figura 14-19 e a Tabela 14-4). A reabsorção de H2O aumenta a concentração de outras substâncias que permanecem no fluido tubular – a maioria delas, produtos residuais filtrados.
As pequenas moléculas de ureia são os únicos produtos residuais que
podem penetrar passivamente nas membranas tubulares, portanto, a
ureia é o único produto residual parcialmente (50%) reabsorvido como
resultado de sua concentração (reveja a Figura 14-20).
+
■■
Os outros produtos residuais que não são reabsorvidos continuam
na urina em forma altamente concentrada.
Secreção tubular
■■
A secreção tubular envolve o transporte transepitelial do plasma
capilar peritubular para o lúmen tubular. Pela secreção tubular, os
túbulos renais podem adicionar seletivamente algumas substâncias à
quantidade já filtrada. A secreção de substâncias acelera a excreção na
urina.
■■
Os sistemas secretórios mais importantes agem sobre (1) H+ (ajudando a regular o equilíbrio ácido-básico), (2) K+ (ajudando a manter a
concentração de K+ plasmático no nível necessário para se manter a excitabilidade normal no coração e em outros músculos e nervos) e (3) íons
orgânicos (realizando a eliminação mais eficiente de compostos orgânicos estranhos ao organismo). O H+ é secretado nos túbulos proximal,
distal e de coleta. O K+ é secretado apenas nos túbulos distal e de coleta
sob controle da aldosterona. Os íons orgânicos são secretados apenas no
túbulo proximal (reveja a Tabela 14-3 e as Figuras 14-21 e 14-22).
Excreção de urina e depuração plasmática
■■
Dos 125 ml/min de filtrado glomerular formados, normalmente
apenas 1 ml/min permanece nos túbulos para ser secretado como
urina. Apenas resíduos e excesso de eletrólitos indesejados pelo corpo
ficam para trás, dissolvidos em determinado volume de H2O a ser
eliminado na urina.
■■
Como o material excretado é removido ou “depurado” do plasma,
o termo depuração plasmática refere-se ao volume plasmático de uma
determinada substância depurado pela atividade renal a cada minuto
(reveja a Figura 14-23).
■■
Os rins podem excretar urina de volumes e concentrações diferentes,
ao conservar ou eliminar H2O, conforme o organismo tenha um déficit ou
um excesso de H2O, respectivamente. Os rins produzem urina variando
de 0,3 ml/min em 1.200 mOsm a 25 ml/min em 100 mOsm ao reabsorverem quantidades variáveis de H2O das partes distais do néfron.
■■
A reabsorção variável é possibilitada por um gradiente vertical
osmótico no fluido intersticial medular, estabelecido pelas alças longas
de Henle dos néfrons justamedulares via multiplicação por contracorrente e preservado pelos vasos retos desses néfrons por meio de
trocas em contracorrente (reveja as Figuras 14-5, 14-24, 14-25 e 14-28).
Este gradiente osmótico vertical, ao qual o fluido tubular hipotônico
(100 mOsm) é exposto quando atravessa as partes distais do néfron,
estabelece uma força de impulso passiva para a reabsorção progressiva da H2O do fluido tubular, mas a extensão real de absorção da H2O
depende da quantidade de vasopressina (hormônio antidiurético)
secretada (reveja a Figura 14-27).
■■
A vasopressina aumenta a permeabilidade à H2O dos túbulos distal e de coleta – eles são impermeáveis a H2O em sua ausência (reveja
a Figura 14-26). A secreção de vasopressina aumenta em resposta a
um déficit de H2O, aumentando a reabsorção de H2O. Sua secreção é
inibida em resposta a um excesso de H2O, reduzindo a reabsorção de
H2O. Assim, a reabsorção de H2O controlada pela vasopressina ajuda a
corrigir quaisquer desequilíbrios de fluidos.
■■
Uma vez formada, a urina é impulsionada por contrações peristálticas através dos ureteres dos rins até a bexiga, para armazenamento
temporário.
■■
A bexiga pode acomodar de 250 a 400 ml de urina antes de
receptores de estiramento em sua parede interna iniciarem o reflexo
de micção (reveja a Figura 14-30). Este reflexo causa esvaziamento
involuntário da bexiga por meio da contração da bexiga e da abertura
simultânea dos esfíncteres uretrais interno e externo. A micção pode
ser temporariamente evitada de maneira voluntária mediante contração deliberada do esfíncter externo e do diafragma pélvico (reveja a
Figura 14-29).
Ficha de estudo – Capítulo 14
29
capítu lo
15
Ficha de estudo
Conceito de equilíbrio
■■
O grupo interno de uma substância é a quantidade de tal substância no ECF. As entradas no grupo são por ingestão ou produção metabólica da substância. As saídas do grupo são por excreção ou consumo
metabólico da substância (reveja a Figura 15-1).
■■
A entrada deve ser igual à saída para manter-se um equilíbrio
estável da substância.
Equilíbrio de fluidos
■■
Os fluidos corporais compõem 60% do peso corporal total. Este
número pode variar, dependendo de quanta gordura (tecido com baixo
conteúdo de H2O) o indivíduo tenha. Dois terços da H2O do corpo estão
no ICF. O terço restante, no ECF, é distribuído entre o plasma (20% do
ECF) e o fluido intersticial (80% de ECF) (reveja a Tabela 15-1).
■■
Como todos os componentes do plasma são livremente trocados
nas paredes capilares, o plasma e o fluido intersticial têm composição
quase idêntica, exceto pela falta de proteínas plasmáticas no fluido
intersticial. Por sua vez, o ECF e o ICF têm composições notavelmente
diferentes, porque as barreiras da membrana plasmática são altamente
seletivas em relação a que materiais são transportados para dentro ou
para fora das células (reveja a Figura 15-2).
■■
Os componentes essenciais do equilíbrio de fluidos são o controle
do volume do ECF pela manutenção do equilíbrio de sal e o controle da
osmolaridade do ECF pela manutenção do equilíbrio de água (reveja as
Tabelas 15-2. 15-3 e 15-5).
■■
Devido ao poder retentor osmótico do Na+, o principal cátion do
ECF, uma mudança no conteúdo total, ou carga, de Na+ do organismo
causa uma correspondente mudança no volume do ECF, incluindo o
volume plasmático, o que altera a pressão sanguínea arterial na mesma
direção. Adequadamente, no longo prazo os mecanismos reguladores
de Na+ compensam por mudanças no volume do ECF e na pressão
sanguínea arterial (reveja a Tabela 15-5).
■■
A ingestão de sal não é controlada nos seres humanos, mas o
controle da saída de sal na urina é altamente regulado para se manter
o equilíbrio de sal. Mecanismos reguladores da pressão sanguínea
podem variar a GFR e, desta forma, a quantidade de Na+ filtrada, ao
ajustarem o raio das arteríolas aferentes que alimentam os glomérulos.
Os mecanismos reguladores da pressão sanguínea também podem
variar a secreção de aldosterona para ajustar a reabsorção de Na+ pelos
túbulos renais. A variação da filtração de Na+ e da reabsorção de Na+
pode ajustar o quanto de Na+ é excretado na urina para se regular o volume plasmático e, assim, a pressão arterial sanguínea no longo prazo
(reveja a Figura 15-3).
déficit de H2O livre no ECF, por sua vez, concentra solutos do ECF, portanto,
a H2O deixa as células para entrar no ECF hipertônico (reveja a Tabela 15-5).
■■
Para evitar esses fluxos prejudiciais, mudanças na osmolaridade
do ECF são detectadas e corrigidas principalmente pelos sistemas que
mantêm o equilíbrio de H2O livre (H2O sem o soluto acompanhante).
■■
O equilíbrio de H2O livre é amplamente regulado pela vasopressina
e, em menor grau, pela sede. Esses dois fatores são regidos principalmente pelos osmorreceptores do hipotálamo, que monitoram a
osmolaridade do ECF, e, em menor grau, pelos receptores atriais de
volume esquerdos, que monitoram a “lotação” vascular. A quantidade
de vasopressina secretada determina a extensão de reabsorção de H2O
pelas partes distais dos néfrons, determinando-se, assim, o volume de
produção urinária (reveja a Figura 15-4 e a Tabela 15-4).
■■
Simultaneamente, a intensidade da sede controla o volume de
ingestão de fluidos. Entretanto, como o volume de fluido ingerido frequentemente não é diretamente correlacionado com a intensidade da
sede, o controle da produção urinária pela vasopressina é o mecanismo
regulador mais importante para se manter o equilíbrio de H2O.
9ROXPHGR(&)
$OLYLD
2VPRODULGDGH
2VPRUUHFHSWRUHV
GRKLSRWiODPR
IDWRUGRPLQDQWH
TXHFRQWURODD
VHGHHDVHFUHomR
GHYDVRSUHVVLQD
30
Fisiologia humana
$OLYLD
5HFHSWRUHVGH
YROXPHDWULDLV
HVTXHUGRV
LPSRUWDQWHVDSHQDV
HPJUDQGHVDOWHUDo}HV
QRYROXPHGRSODVPD
SUHVVmRDUWHULDO
1HXU{QLRVGRKLSRWiODPR
6HGH
9DVRSUHVVLQD
9DVRFRQVWULomR
DUWHULRODU
+2
,QJHVWmRGH+2
3HUPHDELOLGDGHj
+2QRVW~EXORV
GLVWDOHGHFROHWD
5HDEVRUomRGH+2
3URGXomRGHXULQD
■■
A osmolaridade do ECF deve ser altamente regulada para que se
evitem movimentos osmóticos de H2O entre o ECF e o ICF, porque o inchaço ou o encolhimento das células é prejudicial, especialmente para os
neurônios cerebrais. O excesso de H2O livre no ECF dilui os solutos do ECF.
A hipotonicidade do ECF resultante leva H2O para dentro das células. Um
3UHVVmR
VDQJXtQHDDUWHULDO
$OLYLD
2VPRODULGDGHGRSODVPD
9ROXPHSODVPiWLFR
+ 2
Equilíbrio acidobásico
■■
Os ácidos liberam íons hidrogênio (H+) livres na solução, e as bases
se ligam a íons hidrogênio livres, removendo-os da solução (reveja a
Figura 15-5).
■■
O equilíbrio ácido-básico refere-se à regulação de [H+] nos fluidos
corporais. Para se manter precisamente o [H+], a entrada de H+ por
produção metabólica de ácidos dentro do organismo deve ser continuamente correspondida à saída de H+ pela excreção urinária de H+ e a
remoção respiratória de CO2 gerador de H+. Ademais, entre o momento
dessa geração e sua eliminação, o H+ deve ser tamponado dentro do
organismo para evitar grandes flutuações na [H+].
■■
A concentração de íons hidrogênio frequentemente é expressa em
termos de pH, o logaritmo de 1/[H+].
■■
O pH normal do plasma é de 7,4, levemente alcalino em comparação com a H2O neutra, que tem pH de 7,0. Um pH abaixo do normal
([H+] maior do que o normal) indica um estado de acidose. Um pH
acima do normal ([H+] menor do que o normal) caracteriza um estado
de alcalose (reveja a Figura 15-6).
■■
Flutuações no [H+] têm efeitos profundos, mais notavelmente:
(1) alterações na excitabilidade neuromuscular, com a acidose reduzindo a excitabilidade, especialmente no SNC, e a alcalose produzindo
superexcitabilidade do SNP e do SNC; (2) interrupção das reações
metabólicas normais pela alteração da estrutura e do funcionamento
de todas as enzimas; e (3) alterações no [K+] plasmático (que afetam o
funcionamento cardíaco) causadas por mudanças induzidas pelo H+ na
taxa de eliminação de K+ pelos rins.
■■
O principal desafio no controle do equilíbrio ácido-básico é manter
a alcalinidade plasmática normal apesar da adição contínua de H+ ao
plasma pela atividade metabólica contínua. A principal fonte de H+ é o
H+ gerado pelo CO2.
■■
As três linhas de defesa para a resistência a mudanças no [H+]
são, em primeiro lugar, os sistemas de tampão químico, em segundo, o
controle respiratório do pH, e em terceiro, o controle renal do pH.
■■
Cada sistema de tamponamento químico consiste em um par de
substâncias químicas envolvidas em uma reação reversível, uma que
libera H+ e outra que pode ligar-se ao H+. Ao agir de acordo com a lei da
ação das massas, um par de tamponamento atua imediatamente para
minimizar quaisquer variações de pH. Os quatro tampões químicos são
(1) H2CO3: HCO3-, (2) proteínas, (3) hemoglobina e (4) fosfato (reveja a
Figura 15-8 e a Tabela 15-6).
■■
A relação entre o pH e os membros do par de tamponamento
H2CO3:HCO3– está representada na equação de Henderson-Hasselbalch:
pH = pK + log [HCO3–]/[CO2], com [CO2] refletindo [H2CO3]. A [HCO3–] é
controlada pelos rins, a [CO2] é controlada pelos pulmões. pK é uma
constante a de 6,1 e a proporção normal de [HCO3–]/[CO2] é 20/1 (cujo
log é 1,3), para um pH normal de 7,4.
■■
O sistema respiratório normalmente elimina o CO2 metabolicamente produzido, de forma que o H+ gerado por CO2 não se acumule
nos fluidos corporais.
■■
Quando tampões químicos não conseguem por si sós minimizar
imediatamente uma mudança no pH, o sistema respiratório reage em
poucos minutos alterando a taxa de remoção de CO2. Um aumento no
[H+] de fontes diferentes do CO2 estimula a respiração de forma que
mais CO2 formador de H+ seja eliminado, compensando a acidose ao reduzir a geração de H+ associado ao CO2. De maneira inversa, uma queda
no [H+] reduz a atividade respiratória, de forma que o CO2 e, assim, o H+
gerado por esta fonte possam se acumular nos fluidos corporais para
compensar a alcalose (reveja a Tabela 15-7).
■■
Os rins são a mais potente linha de defesa. Eles levam de horas a
dias para compensar um desvio no pH do fluido corporal. Entretanto,
eles podem não apenas eliminar a quantidade normal de H+ produzida por fontes diferentes do CO2, mas também alterar a taxa de
remoção de H+ em resposta a alterações nos ácidos gerados ou não
pelo CO2. Por sua vez, os pulmões podem apenas ajustar o H+ gerado
pelo CO2. Além disso, os rins podem também regular a [HCO3-] nos
fluidos corporais.
■■
Os rins podem compensar a acidose ao secretarem o excesso de
H+ na urina enquanto adicionam novo HCO3– ao plasma para expandir
o grupo de tampão HCO3–. Durante a alcalose, os rins preservam H+ ao
reduzirem sua secreção na urina. Eles também eliminam HCO3–, que
está em excesso porque menos HCO3– que o normal está tamponando
H+ quando há pouco H+ (reveja as Figuras 15-9 a 15-12 e a Tabela 15-8).
■■
O H+ secretado deve ser tamponado no fluido tubular para evitar
que o gradiente de concentração de H+ se torne tão grande que possa
bloquear a contínua secreção de H+. Normalmente, o H+ é tamponado
pelo par de tamponamento do fosfato urinário, abundante no fluido
tubular, dado que o excesso de fosfato alimentar passa para a urina
para ser excretado do organismo.
■■
Na acidose, quando todo o tampão fosfato já foi utilizado no
tamponamento do H+ adicional secretado, os rins secretam NH3 no
fluido tubular para servir de tampão para que a secreção de H+ possa
continuar.
■■
Os quatro tipos de desequilíbrios ácido-básico são: acidose respiratória, alcalose respiratória, acidose metabólica e alcalose metabólica.
Desordens respiratórias acidobásicas decorrem de desvios da [CO2] normal, enquanto desequilíbrios metabólicos ácido-básicos incluem todos
os desvios no pH diferentes dos causados pela [CO2] anormal (reveja a
Figura 15-13 e a Tabela 15-9).
 TABELA 15-6
Tampões Químicos e
Funções Principais
Sistema de tampão
Principais funções
Ácido carbônico: sistema
de tampão de bicarbonato
Principal tampão do ECF contra
mudanças de ácidos não carbônicos
Sistema de tampão de
proteína
Principal tampão do ICF; tampona
também o ECF
Sistema de tampão de
hemoglobina
Principal tampão contra mudanças
de ácidos carbônicos
Sistema de tampão de
fosfato
Importante tampão urinário;
tampona também o ICF
Ficha de estudo – Capítulo 15
31
capítu lo
16
Ficha de estudo
Aspectos gerais da digestão
■■
Os quatro processos digestórios básicos são: mobilidade, secreção,
digestão e absorção.
■■
As três classes de nutrientes ricos em energia são digeridas em
unidades absorvíveis da seguinte forma: (1) carboidratos alimentares,
na forma dos polissacarídeos amido e glicogênio, são digeridos em
monossacarídeos, em geral, glicose (reveja a Figura 16-1); (2) proteínas
alimentares são digeridas em aminoácidos e alguns polipeptídeos
pequenos; (3) gorduras alimentares (triglicérides) são digeridas em
monoglicérides e ácidos graxos livres.
■■
O sistema digestório consiste no trato digestório e nos órgãos
digestórios acessórios (glândulas salivares, pâncreas exócrino e sistema
biliar) (reveja a Tabela 16-1).
■■
O lúmen do trato digestório (um tubo que segue da boca ao ânus)
é contínuo com o ambiente externo, portanto, seu conteúdo tecnicamente está fora do organismo. Esta organização permite a digestão de
alimentos sem que haja autodigestão do organismo no processo.
■■
A parede do trato digestório tem quatro camadas. Da mais interna
para a mais externa, elas são a mucosa, a submucosa, a muscular externa e a serosa (reveja a Figura 16-2).
■■
As atividades digestórias são cuidadosamente reguladas por
mecanismos sinérgicos autônomos, neurais (intrínsecos e extrínsecos)
e hormonais, para garantir que o alimento ingerido seja maximamente
disponibilizado ao organismo (reveja a Figura 16-3).
Boca
■■
Mobilidade: o alimento entra no sistema digestório através da
boca, onde é mastigado e misturado à saliva.
■■
Secreção e digestão: a enzima salivar, amilase, começa a digerir
polissacarídeos no dissacarídeo maltose, um processo que continua no
estômago depois da deglutição. A secreção salivar é controlada por um
centro salivar no bulbo, mediado por nervos autônomos até as glândulas salivares (reveja as Figuras 16-1 e 16-4).
■■
Absorção: nenhum alimento é absorvido na boca.
Faringe e esôfago
■■
Mobilidade: a língua impulsiona o bolo alimentar para a parte
de trás da garganta, que inicia o reflexo de deglutição. O centro de
deglutição no bulbo coordena um complexo conjunto de atividades
que resulta no fechamento das passagens respiratórias e na propulsão
de alimento através da faringe e do esôfago até o estômago (reveja as
Figuras 16-5 e 16-6).
■■
Secreção, digestão e absorção: a secreção do esôfago, o muco, é
protetora. Não há qualquer digestão ou absorção de nutrientes aqui.
Estômago
■■
Mobilidade: a mobilidade gástrica envolve enchimento, armazenamento, mistura e esvaziamento. O enchimento gástrico é facilitado
pelo relaxamento vagalmente mediado do estômago. O armazena-
32
Fisiologia humana
mento gástrico ocorre no corpo do estômago, onde as contrações
peristálticas das paredes finas musculares são fracas demais para
misturar o conteúdo. A mistura gástrica resulta de contrações peristálticas mais vigorosas no antro de músculos espessos (reveja as
Figuras 16-7 e 16-8).
■■
O esvaziamento gástrico é influenciado por fatores estomacais e
duodenais. (1) Maior volume e fluidez do quimo no estômago promovem o esvaziamento. (2) Gorduras, acidez, hipertonicidade e distensão
no duodeno (fatores dominantes que controlam o esvaziamento gástrico) retardam o esvaziamento gástrico até que o duodeno esteja pronto
para processar mais quimo. Isso é feito pela inibição da atividade peristáltica do estômago via reflexo enterogástrico e as enterogastronas
secretina e colecistoquinina (CCK), secretadas pela mucosa duodenal
(reveja a Figura 16-8 e a Tabela 16-2).
■■
Secreção: secreções gástricas no lúmen do estômago incluem: (1)
HCl (das células parietais), que ativa o pepsinogênio; (2) pepsinogênio (das células principais), que, uma vez ativado, inicia a digestão de
proteínas; (3) muco (das células de muco), que fornece uma cobertura
protetora; e (4) fator intrínseco (das células parietais), necessário para a
absorção de B12 (reveja a Tabela 16-3 e as Figuras 16-9, 16-10 e 16-11).
■■
O estômago também secreta o hormônio gastrina, que desempenha um papel dominante na estimulação da secreção gástrica, e
as parácrinas histamina e somatostatina, que estimulam e inibem a
secreção gástrica, respectivamente (reveja a Tabela 16-3).
■■
A secreção gástrica aumenta antes e durante uma refeição por
meio de reações nervosas vagais e intrínsecas em conjunto com ações
estimulatórias da gastrina e da histamina. Depois que o estômago se
esvazia, a secreção gástrica é reduzida pela retirada dos fatores estimulatórios, liberação da somatostatina inibitória e ações inibitórias do reflexo
enterogástrico e das enterogastronas (reveja as Tabelas 16-4 e 16-5).
■■
Digestão e absorção: a digestão de carboidratos continua pela
amilase salivar engolida no corpo do estômago. A digestão de
proteínas é iniciada pela pepsina no antro do estômago, no qual
vigorosas contrações peristálticas misturam o alimento às secreções
gástricas, convertendo-o em uma mistura líquida espessa conhecida
como quimo (reveja a Tabela 16-6). Nenhum nutriente é absorvido no
estômago.
Secreções pancreáticas e biliares
■■
As secreções exócrinas pancreáticas e a bile do fígado entram no
lúmen duodenal.
■■
As secreções pancreáticas incluem (1) enzimas digestórias potentes
das células acinares, que digerem todas as três categorias de alimentos, e (2) uma solução aquosa de NaHCO3 das células do duto, que
neutralizam o conteúdo ácido esvaziado no duodeno pelo estômago.
A secretina estimula as células do duto pancreático e a CCK estimula as
células acinares (reveja as Figuras 16-12 e 16-13).
■■
As enzimas digestórias pancreáticas incluem (1) as enzimas
proteolíticas tripsinogênio, quimotripsinogênio e procarboxipeptidase,
secretadas em forma inativa e ativadas no lúmen duodenal mediante
exposição à enteroquinase e à tripsina ativada, (2) a amilase pancreática, que continua a digestão de carboidratos, e (3) a lípase, que realiza a
digestão de gorduras (reveja a Tabela 16-6).
■■
O fígado, o maior e mais importante órgão metabólico do organismo, realiza muitas funções diferentes. Sua contribuição para a digestão
é a secreção de bile, que contém sais biliares. Os sais da bile auxiliam
na digestão de gordura através de ação detergente (formando uma
emulsão lipídica) e facilitam a absorção de gordura pela formação de
micelas solúveis em água que levam os produtos insolúveis em água
da digestão de gordura até o local de absorção (reveja as Figuras 16-15 a
16-18 e 16-26).
■■
Entre as refeições, a bile é armazenada e concentrada na vesícula
biliar, estimulada pela CCK a contrair-se e esvaziar no duodeno durante
a digestão da refeição. Depois de participar da digestão e da absorção
de gorduras, os sais biliares são reabsorvidos e retornados via sistema
porta hepático até o fígado, onde são novamente secretados e também
atuam como um potente colerético, estimulando a secreção de mais
bile (reveja as Figuras 16-14 e 16-16).
■■
A bile também contém bilirrubina, derivado da hemoglobina
degradada, o principal produto excretório nas fezes.
Intestino delgado
■■
Mobilidade: a segmentação, mobilidade primária do intestino
delgado durante a digestão de uma refeição, mistura completamente
o quimo com sucos digestórios para facilitar a digestão. Ela também
expõe os produtos da digestão às superfícies absorventes (reveja a
Figura 16-19). Entre refeições, o complexo de mobilidade migratória
limpa o lúmen.
■■
Secreção: o suco secretado pelo intestino delgado não contém
nenhuma enzima digestória. As enzimas sintetizadas pelo intestino
delgado atuam dentro da membrana de borda em escova das células
epiteliais (reveja as Figuras 16-24a e 16-25a).
■■
Digestão: o intestino delgado é o principal local de digestão e
absorção. A digestão de carboidratos e proteínas continua no lúmen
do intestino delgado pelas enzimas pancreáticas e é concluída pelas
enzimas da borda em escova do intestino delgado (dissacaridases e
aminopeptidases, respectivamente). A gordura é totalmente digerida
no lúmen do intestino delgado, pela lípase pancreática (reveja a
Tabela 16-6).
■■
Absorção: o revestimento do intestino delgado é notavelmente
adaptado às funções digestória e absortiva. Suas dobras têm uma rica
gama de projeções semelhantes a dedos, as vilosidades, que têm diversos
ressaltos ainda menores e semelhantes a pelos, as microvilosidades (borda em escova). Juntas, essas modificações superficiais aumentam tremendamente a área disponível para se abrigarem as enzimas ligadas à
membrana e se realizar a absorção (reveja as Figuras 16-21, 16-22 e 16-23).
Este revestimento é substituído aproximadamente a cada três dias para
se garantir que esteja saudável apesar das condições difíceis do lúmen.
■■
O processo dependente de energia de absorção de Na+ fornece
a força impulsora para absorção de Cl–, água, glicose e aminoácidos.
Todos esses produtos absorvidos entram no sangue (reveja as Figuras
16-24b e 16-25b).
■■
Como são insolúveis em água, os produtos da digestão das
gorduras devem passar por uma série de transformações para que
sejam absorvidos de forma passiva e por fim adentrem na linfa (reveja
a Figura 16-26).
■■
O intestino delgado absorve quase tudo que for apresentado a ele,
desde alimentos ingeridos a secreções digestórias, passando por células
epiteliais removidas. Em contraste com a absorção quase completa e
desregulada dos nutrientes ingeridos, água e a maioria dos eletrólitos,
a quantidade de ferro e cálcio absorvida é variável e sujeita a controle
(reveja a Figura 16-27). Apenas uma pequena quantidade de fluido e
alimento indigerível passa para o intestino grosso (reveja a Tabela 16-7).
Intestino grosso
■■
Mobilidade: o cólon (reveja a Figura 16-28) concentra e armazena
resíduos de alimentos não digeridos (fibras, isto é, celulose de plantas)
e bilirrubina até que possam ser eliminados nas fezes (reveja a Figura
16-28). As contrações haustrais movem lentamente o conteúdo do
cólon para frente e para trás, a fim de misturar e facilitar a absorção
da maior parte do fluido e dos eletrólitos restantes. O movimento de
massa, várias vezes por dia, normalmente depois de refeições, move as
fezes por longas distâncias. O movimento das fezes para o reto ativa o
reflexo de defecação.
■■
Secreção, digestão e absorção: a secreção de muco alcalino é
protetora. Nenhuma secreção de enzimas digestórias ou absorção de
nutrientes ocorre no cólon. A absorção de uma parte restante de sal e
água transforma o conteúdo do cólon em fezes.
Visão geral dos hormônios gastrointestinais
■■
Os três principais hormônios gastrointestinais são a gastrina, da
mucosa do estômago, e a secretina e a colecistoquinina, da mucosa duodenal. A gastrina é liberada principalmente em resposta à proteína no
estômago e seus efeitos promovem a digestão de proteína. A secretina
é liberada principalmente em resposta ao ácido no duodeno e seus
efeitos neutralizam o ácido. A colecistoquinina é liberada principalmente em resposta à gordura no duodeno e seus efeitos otimizam as
condições para a digestão de gorduras.
Ficha de estudo – Capítulo 16
33
capítu lo
17
Ficha de estudo
Equilíbrio energético
■■
A entrada de energia no organismo, na forma de energia alimentar,
deve ser igual à sua saída, porque a energia não pode ser criada ou
destruída. A saída ou gasto de energia pode ocorrer por (1) trabalho externo, realizado pelos músculos esqueléticos na movimentação de um
objeto externo ou do corpo através do ambiente externo, e (2) trabalho
interno, que consiste em todas as demais atividades dependentes de
energia que não resultam em trabalho externo, incluindo transporte
ativo, contração de músculos lisos e cardíaco, secreção glandular e
síntese de proteínas (reveja a Figura 17-1).
■■
Apenas aproximadamente 25% da energia química nos alimentos
é coletada para garantir-se o trabalho biológico. O restante é imediatamente convertido em calor. Ademais, toda a energia gasta para realizar
trabalho interno por fim é convertida em calor e 75% da energia gasta
pelos músculos esqueléticos em exercício são perdidos como calor.
Portanto, a maior parte da energia nos alimentos essencialmente surge
como calor corporal.
■■
A taxa metabólica (gasto de energia por unidade de tempo) é
medida em quilocalorias de calor produzidas por hora.
■■
A taxa metabólica basal (TMB) é uma medida da taxa mínima de
acionamento do gasto energético interno do corpo.
■■
Para se chegar a um equilíbrio energético neutro, a energia no alimento ingerido deve ser igual à energia gasta na realização do trabalho
externo e transformada em calor. Se mais energia for consumida do
que gasta, a energia extra é armazenada no organismo, principalmente
como tecido adiposo, portanto, o peso corporal aumenta. Por sua vez,
se mais energia for gasta do que a disponível no alimento, os estoques
de energia do corpo são utilizados para suportar-se o gasto energético,
portanto, o peso corporal diminui.
■■
Normalmente, o peso corporal permanece relativamente constante por um período prolongado de tempo (exceto durante o crescimento) porque a ingestão de alimentos é ajustada para corresponder ao
gasto energético em longo prazo. A ingestão de alimentos é controlada
principalmente pelo hipotálamo através de mecanismos reguladores
complexos nos quais fome e saciedade são componentes importantes.
A alimentação ou sinais de apetite originam a sensação de fome e promovem a alimentação, enquanto sinais de saciedade levam à sensação
de saciedade e suprimem a alimentação (reveja a Tabela 17-3).
■■
O núcleo arqueado do hipotálamo desempenha um papel
essencial na homeostase de energia através de dois agrupamentos
de neurônios reguladores de apetite que contêm neurônios secretores do neuropeptídeo Y (NPY), que aumenta o apetite e a ingestão de
alimentos, e neurônios secretores das melanocortinas, que suprimem o
apetite e a ingestão de alimentos (reveja a Figura 17-2).
■■
Os adipócitos nos estoques de gordura secretam o hormônio
leptina, que reduz o apetite e o consumo de alimentos ao inibir os
neurônios secretores de NPY e estimular os neurônios secretores de
melanocortinas do núcleo arqueado. Este mecanismo é importante
34
Fisiologia humana
na correspondência de longo prazo de entradas e saídas de energia,
mantendo-se, assim, o peso corporal no longo prazo (reveja a Tabela
17-2 e a Figura 17-2).
■■
A insulina liberada pelo pâncreas endócrino em resposta ao
aumento de glicose e outros nutrientes no sangue também inibe neurônios secretores de NPY e contribui para o controle de longo prazo do
equilíbrio energético e do peso corporal.
■■
O NPY e as melanocortinas causam efeitos ao agirem sobre a área
do hipotálamo lateral (LHA) e o núcleo paraventricular (PVN) para alterar a liberação de mensageiros químicos dessas áreas. A LHA secreta
orexinas, estimulantes potentes da ingestão de alimentos, enquanto o
PVN libera neuropeptídeos, como o hormônio liberador de corticotrofina, que diminuem a ingestão de alimentos (reveja a Figura 17-2).
■■
O controle de curta duração do período e do tamanho das refeições
é mediado principalmente pelas ações de dois peptídeos secretados
pelo trato digestório. (1) A grelina, uma iniciadora da refeição, é secretada pelo estômago antes de uma refeição e sinaliza a fome. Sua secreção
diminui quando o alimento é consumido. A grelina estimula o apetite
e promove o comportamento de alimentação ao estimular neurônios
secretores do NPY. (2) O PYY3-36 é um eliminador de apetite secretado
pelos intestinos delgado e grosso durante uma refeição e sinaliza a
saciedade. Sua secreção é mais baixa depois de uma refeição. O PYY3-36
inibe os neurônios secretores de NPY (reveja a Figura 17-2).
■■
O núcleo do trato solitário (NTS) no tronco cerebral serve como
centro de saciedade e, nesta capacidade, também desempenha um
papel-chave no controle de curto prazo das refeições. O NTS recebe
impulso das áreas superiores do hipotálamo relativas ao controle de
equilíbrio energético e ingestão de alimentos, além de impulsos do trato digestório e do pâncreas. Os sinais de saciedade que atuam através
do NTS para inibir maior ingestão de alimentos incluem distensão do
estômago e aumento de CCK, um hormônio liberado pelo duodeno em
resposta à presença de nutrientes, especialmente gordura, no lúmen do
trato digestório (reveja a Figura 17-2).
■■
Fatores psicossociais e ambientais também podem influenciar a
ingestão de alimentos, acima e além dos sinais internos que regem o
comportamento de alimentação (reveja a Figura 17-2).
6DtGDGHHQHUJLD
(QWUDGDGHHQHUJLD
(QHUJLDGR
DOLPHQWR
*UXSRPHWDEyOLFR
QRRUJDQLVPR
$UPD]HQDPHQWR
GHHQHUJLD
7UDEDOKRLQWHUQR
7UDEDOKRH[WHUQR
(QHUJLDWpUPLFD
FDORU
Regulação da temperatura
■■
Mudança na temperatura da pele
Mudança na temperatura central
Termorreceptores
periféricos
na pele
Termorreceptores
centrais no
hipotálamo,
órgãos abdominais
e outros locais
O corpo pode ser considerado um centro gerador de calor (órgãos
internos, SNC e músculos esqueléticos) cercado por uma estrutura de
capacidade isolante variável (a pele).
■■
A pele troca energia térmica com o ambiente externo, com a
direção e a quantidade de transferência de calor dependendo da temperatura ambiental e da capacidade isolante temporária da carcaça.
Os quatro meios físicos pelos quais o calor é trocado são: (1) radiação, o
movimento líquido de energia térmica via ondas eletromagnéticas; (2)
condução, a troca de energia térmica por contato direto; (3) convecção,
a transferência de energia térmica através de correntes de ar; e (4) evaporação, a extração de energia térmica do organismo pela conversão
(com gasto de calor) da H2O líquida em vapor. Como a energia térmica
vai de objetos mais quentes para mais frios, radiação, condução e convecção podem ser canais de perda ou ganho de calor, dependendo de os
objetos ao redor estarem respectivamente mais frios ou mais quentes
que a superfície corporal. Normalmente, elas são vias para a perda de
calor, com a evaporação resultando do suor (reveja a Figura 17-4).
Centros hipotalâmicos
de termorregulação
(termostato corporal)
Neurônios motores
Nervos
simpáticos
Músculos
esqueléticos
Músculo liso nas
arteríolas na pele
Mudanças
voluntárias de
comportamento
Tônus muscular,
tremores
Vasoconstrição,
vasodilatação
Ajustes na
produção
ou perda
de calor
Ajustes na
atividade muscular
(na produção
metabólica de calor)
Ajuste
na perda ou
conservação
de calor
■■
Para evitar mau funcionamento celular grave, a temperatura
central deve ser mantida constante, a aproximadamente 37,78°C
(equivalente a uma temperatura oral média de 36,78°C), mediante o
contínuo equilíbrio do ganho e da perda de calor, apesar de mudanças
na temperatura ambiental e de variações na produção interna de calor
(reveja a Figura 17-3).
■■
Este equilíbrio termorregulado é controlado pelo hipotálamo. O
hipotálamo é informado sobre a temperatura da pele por termorreceptores periféricos e sobre a temperatura central por termorreceptores
centrais, dos quais os mais importantes localizam-se no próprio hipotálamo (reveja a Figura 17-5).
■■
O principal meio de ganho de calor é a produção de calor pela atividade metabólica, sendo que a maior contribuição vem da contração dos
músculos esqueléticos (reveja a Figura 17-5).
■■
A perda de calor é ajustada pelo suor e pelo máximo controle possível do gradiente de temperatura entre a pele e o ambiente ao redor.
Este é realizado pela regulação do diâmetro das arteríolas da pele. (1)
A vasoconstrição da pele reduz o fluxo de sangue aquecido através da
pele de forma que a temperatura diminua. A camada de pele fria entre
o núcleo e o ambiente aumenta a barreira isolante entre o núcleo quente e o ar externo. (2) A vasodilatação da pele traz mais sangue aquecido
através da pele, de forma que a temperatura da pele se aproxime da
temperatura central, reduzindo-se, assim, a capacidade isolante da pele
(reveja a Figura 17-5).
■■
■■
■■
Mediante exposição a ambientes frios, a temperatura central
começa a cair à medida que a perda de calor aumenta, devido a um
gradiente de temperatura maior do que o normal entre a pele e o ar. O
hipotálamo posterior reage para conter a perda de calor induzindo a vasoconstrição da pele, enquanto simultaneamente aumenta a produção
de calor através de tremores geradores de calor (reveja a Tabela 17-4).
Nervos
simpáticos
Glândulas
sudoríparas
Sudorese
Ajuste na
perda de calor
De maneira inversa, em resposta a um aumento na temperatura
central (resultante da produção excessiva de calor interno que acompanha o exercício ou do ganho de calor em excesso decorrente da exposição a um ambiente quente), o hipotálamo anterior ativa mecanismos
de perda de calor, como a vasodilatação da pele e o suor, enquanto
simultaneamente reduz a produção de calor, como pela redução do
tônus muscular (reveja a Tabela 17-4).
Nas respostas ao calor e ao frio, ações comportamentais voluntárias também ajudam a se manter a homeostase térmica.
■■
Uma febre ocorre quando o pirogênio endógeno liberado por
macrófagos em resposta a uma infecção aumenta o ponto de ajuste do
hipotálamo. Uma temperatura central elevada se desenvolve enquanto
o hipotálamo inicia mecanismos de resposta ao frio para aumentar a
temperatura central até o novo ponto (reveja a Figura 17-6).
Ficha de estudo – Capítulo 17
35
capítu lo
18
Ficha de estudo
Princípios gerais da endocrinologia
Hipotálamo e hipófise
■■
Os hormônios são mensageiros químicos de longa distância
secretados pelas glândulas endócrinas sem dutos no sangue, que os
transporta para células-alvo específicas, nas quais controlam certas
funções ao alterar a atividade proteica.
■■
Os hormônios são agrupados em duas categorias, com base em diferenças de solubilidade e também agrupados conforme sua estrutura
química – hormônios hidrofílicos (hormônios peptídicos, catecolaminas e indoleaminas) e hormônios lipofílicos (hormônios esteroides e
hormônio da tireoide).
■■
O sistema endócrino é especialmente importante na regulação do
metabolismo orgânico, no equilíbrio de H2O e de eletrólitos, no crescimento, na reprodução e para ajudar o organismo a lidar com o estresse
(reveja a Figura 18-1 e a Tabela 18-2).
■■
Alguns hormônios são tróficos, o que significa que sua função é
estimular e manter outras glândulas endócrinas.
■■
A concentração plasmática efetiva de cada hormônio normalmente é controlada por mudanças reguladas na taxa de secreção. A saída
secretória das células endócrinas é influenciada principalmente por
dois tipos de impulsos reguladores diretos: (1) um impulso neural, que
aumenta a secreção de hormônios em resposta a uma necessidade
específica e rege variações diurnas na secreção, e (2) o impulso de outro
hormônio, o que envolve o impulso estimulatório de um hormônio
trófico ou o impulso inibitório de um hormônio da célula-alvo, em
retroalimentação negativa (reveja as Figuras 18-2, 18-3 e 18-7).
■■
A concentração plasmática efetiva de um hormônio também pode
ser influenciada pela taxa de remoção do sangue por desativação e
excreção metabólicas, e, para alguns hormônios, pela taxa de ativação
periférica ou extensão de ligação a proteínas plasmáticas.
■■
A disfunção endócrina surge quando qualquer hormônio em
particular é escasso ou excessivamente secretado ou quando há menor
reatividade da célula-alvo àquele hormônio (reveja a Tabela 18-1).
■■
A sensibilidade da célula-alvo a determinada concentração plasmática de um hormônio ao qual a célula-alvo é reativa pode ser modificada por: (1) regulação para baixo, quando o número de receptores da
célula-alvo diminui devido a um aumento prolongado no hormônio;
(2) permissividade, pela qual um hormônio aumenta a eficácia de
outro; (3) sinergismo, quando o efeito combinado de dois hormônios é
maior que a soma de seus efeitos separados; e (4) antagonismo, no qual
um hormônio diminui a eficácia de outro hormônio.
■■
A hipófise consiste de dois diferentes lobos, a hipófise posterior e a
hipófise anterior (reveja a Figura 18-4).
■■
O hipotálamo, uma parte do cérebro, secreta nove hormônios
peptídicos. Dois ficam armazenados na hipófise posterior e sete
são transportados através de um elo vascular especial – o sistema
porta hipotálamo-hipófise – para a hipófise anterior, onde regulam
a liberação de hormônios particulares da hipófise anterior (reveja as
Figuras 18-5 e 18-8).
■■
A hipófise posterior é uma extensão neural do hipotálamo. Os corpos celulares de neurônios neurossecretores no hipotálamo sintetizam
dois pequenos hormônios peptídicos, a vasopressina e a ocitocina, que
percorrem o axônio para serem armazenados nos terminais nervosos
dentro da hipófise posterior. Tais hormônios são liberados de forma
independente pela hipófise posterior no sangue em resposta a potenciais de ação originados no hipotálamo (reveja a Figura 18-5).
■■
A hipófise anterior produz e secreta seis hormônios peptídicos diferentes, sendo que cinco desses hormônios são tróficos: (1) o hormônio
estimulante da tireoide (TSH) estimula a secreção do hormônio da tireoide; (2) o hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) estimula a secreção
de cortisol pelo córtex adrenal; (3 e 4) os hormônios gonadotróficos – o
hormônio folículo-estimulante (FSH) e o hormônio luteinizante (LH) –
estimulam a produção de gametas (óvulos e espermatozoides), bem
como a secreção de hormônios sexuais; (5) o hormônio do crescimento
(GH) estimula o crescimento indiretamente ao estimular a secreção
pelo fígado de IGF-I, que, por sua vez, promove o crescimento – além
disso, o GH também exerce efeitos metabólicos; (6) a prolactina
estimula a secreção de leite e não é trófica a qualquer outra glândula
endócrina (reveja a Figura 18-6).
■■
A hipófise anterior libera hormônios no sangue mediante solicitação de liberação e inibição de hormônios hipotalâmicos. O hipotálamo,
por sua vez, é influenciado por diversos impulsos neurais e hormonais
(reveja a Tabela 18-4 e as Figuras 18-7 e 18-8).
■■
O hipotálamo e a hipófise anterior são inibidos em retroalimentação negativa pelo produto da glândula endócrina alvo no eixo
hipotálamo-hipófise anterior-glândula-alvo (reveja a Figura 18-7).
2VKRUP{QLRVKLSRILVLRWUyILFRVKRUP{QLRV
OLEHUDGRUHVHLQLELGRUHVSURGX]LGRVSRU
QHXU{QLRVQHXURVVHFUHWRUHVQRKLSRWiODPR
HQWUDPQRVFDSLODUHVGRKLSRWiODPR
1HXU{QLRV
QHXURVVHFUHWRUHVQR
KLSRWiODPRVHFUHWDP
KRUP{QLRVOLEHUDGRUHVH
LQLELGRUHVQRVLVWHPDSRUWD
(VWHVFDSLODUHVGRKLSRWiODPRVHUH~QHP
SDUDIRUPDURVLVWHPDSRUWD
KLSRWiODPRKLSyILVHXPHORYDVFXODUFRPD
KLSyILVHDQWHULRU
+LSRWiODPR
&DSLODUHVQR
KLSRWiODPR
(QWUDGDGH
VDQJXHDUWHULDO
VLVWrPLFR
&pOXODVHQGyFULQDV
GDKLSyILVHDQWHULRU
VHFUHWDPKRUP{QLRVGD
KLSyILVHDQWHULRUQR
VDQJXHVLVWrPLFR
&DSLODUHVQD
KLSyILVHDQWHULRU
6DtGDGH
VDQJXHYHQRVR
VLVWrPLFR
/(*(1'$
+RUP{QLRVKLSRILVLRWUyILFRV
36
Fisiologia humana
2VLVWHPDSRUWDVHUDPLILFDHPFDSLODUHV
GDKLSyILVHDQWHULRU
2VKRUP{QLRVKLSRILVLRWUyILFRVTXHVDHP
GRVDQJXHSHORVFDSLODUHVGDKLSyILVH
DQWHULRUFRQWURODPDOLEHUDomRGHKRUP{QLRV
GDKLSyILVHDQWHULRU
6LVWHPDSRUWD
KLSRWiODPRKLSyILVH
+LSyILVH
SRVWHULRU
+RUP{QLRV
OLEHUDGRUHV
HLQLELGRUHV
+LSyILVH
DQWHULRU
+RUP{QLRGDKLSyILVHDQWHULRU
4XDQGRHVWLPXODGDSHORKRUP{QLR
OLEHUDGRUDGHTXDGRGRKLSRWiODPRDKLSyILVH
DQWHULRUVHFUHWDXPGHWHUPLQDGRKRUP{QLR
QHVVHVFDSLODUHV
2VFDSLODUHVGDKLSyILVHDQWHULRUVH
UH~QHPSDUDIRUPDUXPDYHLDDWUDYpVGD
TXDORVKRUP{QLRVGDKLSyILVHDQWHULRUVDHP
SDUDGLVWULEXLomRILQDOSRUWRGRRFRUSRSHOD
FLUFXODomRVLVWrPLFD
Controle endócrino do crescimento
■■
O crescimento depende não apenas do hormônio do crescimento e
de outros hormônios influenciadores do crescimento, como o hormônio
da tireoide, a insulina e os hormônios sexuais, mas também da determinação genética, de uma dieta adequada e da ausência de doenças
crônicas ou de estresse. Os maiores estirões de crescimento ocorrem
nos primeiros anos após o nascimento e durante a puberdade (reveja a
Figura 18-9).
■■
O hormônio do crescimento (GH) promove o crescimento indiretamente, ao estimular a produção pelo fígado de um fator de crescimento
semelhante à insulina, o IGF-I, que atua diretamente sobre tecidos
moles e ossos para causar ações promotoras do crescimento. A via
GH/IGF-I provoca o crescimento ao estimular a síntese de proteínas, a
divisão celular e o alongamento e espessamento dos ossos (reveja as
Figuras 18-10 e 18-11).
através do SCN, a secreção pela glândula do hormônio melatonina
flutua ritmicamente com o ciclo luz-escuridão, diminuindo na luz e
aumentando no escuro. Acredita-se que a melatonina, por sua vez,
sincronize os ritmos circadianos naturais do organismo, tais como as
variações diurnas (dia-noite) na secreção hormonal e na temperatura
corporal, a sinais externos, como o ciclo luz-escuridão.
■■
Outras funções propostas para a melatonina incluem (1) promoção
do sono, (2) influência na atividade reprodutiva, incluindo o início da
puberdade, (3) ação como antioxidante para remoção de radicais livres
nocivos e (4) aumento da imunidade.
3ULQFLSDLV
LPSXOVRV
([HUFtFLRHVWUHVVH
JOLFRVHQRVDQJXH
$PLQRiFLGRVQRVDQJXH
ÉFLGRVJUD[RVQRVDQJXH
5LWPRGLXUQR
0HQRUHV
LPSXOVRV
*UHOLQD
■■
O hormônio do crescimento também exerce diretamente efeitos
metabólicos não relacionados ao crescimento, como a preservação de carboidratos e a mobilização de estoques de gordura (reveja a Figura 18-11).
+LSRWiODPR
■■
A secreção do hormônio do crescimento pela hipófise anterior é
regulada por dois hormônios do hipotálamo, o hormônio liberador do
hormônio do crescimento (GHRH) e o hormônio inibidor do hormônio do
crescimento (somatostatina). Em retroalimentação negativa, o IGF-I e o
GH inibem o GHRH e estimulam a somatostatina (reveja a Figura 18-11).
■■
+RUP{QLROLEHUDGRU
GRKRUP{QLRGR
FUHVFLPHQWR*+5+
6RPDWRVWDWLQDKRUP{QLR
LQLELGRUGRKRUP{QLRGR
FUHVFLPHQWR*+,+
Os níveis de hormônio do crescimento não estão altamente correlacionados a períodos de crescimento rápido. Os principais sinais de
maior secreção do hormônio do crescimento estão relacionados a necessidades metabólicas e não ao crescimento – ou seja, sono profundo
(durante o ritmo diurno), exercício, estresse e baixa glicose sanguínea.
6RPDWRWURIRGDKLSyILVHDQWHULRU
+RUP{QLRGRFUHVFLPHQWR
Glândula pineal e ritmos circadianos
■■
O núcleo supraquiasmático (SCN) é o principal relógio biológico
do organismo. Variações cíclicas autoinduzidas na concentração das
proteínas Clock dentro do SCN causam mudanças cíclicas na descarga
neural desta área. Cada ciclo leva cerca de um dia e orienta os ritmos
circadianos (diurnos) do organismo.
■■
O ritmo inerente deste oscilador endógeno é de um pouco mais
de 24 horas. Portanto, a cada dia, os ritmos circadianos do organismo
devem ser ligados ou ajustados para acompanhar o ritmo de sinais ambientais, de forma que os ritmos internos estejam sincronizados com o
ciclo luz-escuridão externo.
■■
Nos olhos, fotorreceptores especiais que reagem à luz, mas que
não estão envolvidos na visão, enviam impulsos para o SCN. Agindo
$o}HVPHWDEyOLFDVQmR
UHODFLRQDGDVDRFUHVFLPHQWR
)tJDGR
GHFRPSRVLomRGHJRUGXUD
iFLGRVJUD[RVQRVDQJXH
,*),
DGPLVVmRGHJOLFRVH
SHORVP~VFXORV
JOLFRVHQRVDQJXH
$o}HVSURPRWRUDVGRFUHVFLPHQWR
GLYLVmRFHOXODU
SURGXomRGHJOLFRVHSHOR
ItJDGR
JOLFRVHQRVDQJXH
VtQWHVHSURWHLFD
DPLQRiFLGRVQRVDQJXH
FUHVFLPHQWRGRVRVVRV
7RGRVHVWHVIDWRUHVDXPHQWDPDVHFUHomRGRKRUP{QLRGRFUHVFLPHQWRPDVpLQFHUWRVHID]HP
LVVRHVWLPXODQGRR*+5+RXLQLELQGRDVRPDWRVWDWLQD*+,+RXDPERV
Ficha de estudo – Capítulo 18
37
capítu lo
19
Ficha de estudo
Glândula tireoide
■■
A glândula tireoide contém dois tipos de células secretórias endócrinas: (1) células foliculares, que produzem os hormônios que contêm
iodo, T4 (tiroxina ou tetraiodotironina) e T3 (triiodotironina), coletivamente chamados de hormônio da tireoide, e (2) células C, que sintetizam um hormônio regulador do Ca2+, a calcitonina (reveja a Figura 19-1).
■■
A maior parte dos passos da síntese do hormônio da tireoide ocorre em grandes moléculas de tireoglobulina dentro do coloide, um local
extracelular “continental” no interior dos folículos esféricos da tireoide.
O iodo alimentar é transportado como iodeto (I–) do sangue até as
células foliculares pela bomba de iodeto, um simportador dependente
de energia. Das células foliculares, o I– entra no coloide, onde iodiniza o
aminoácido tirosina dentro da tireoglobulina, produzindo monoiodotironina (MIT) e diiodotrionina (DIT). O acoplamento de MIT e DIT produz
T3; o acoplamento de duas DITs produz T4. O hormônio da tireoide é secretado pelas células foliculares ao fagocitarem um pedaço de coloide e
liberarem T4 e T3, que entram no sangue (reveja a Figura 19-2).
■■
O hormônio da tireoide é o principal determinante da taxa metabólica geral do organismo. Ao acelerar a taxa metabólica, ele aumenta
a produção de calor. Ele também aumenta as ações das catecolaminas
simpáticas e é essencial ao crescimento normal e também ao desenvolvimento e funcionamento do sistema nervoso.
■■
A secreção do hormônio da tireoide é regulada por um sistema de
retroalimentação negativa entre o TRH do hipotálamo, o TSH da hipófise
anterior e T3 e T4 da glândula tireoide. O circuito de retroalimentação
mantém os níveis de hormônio da tireoide relativamente constantes. A
exposição dos recém-nascidos ao frio é o único impulso para o aumento de
TRH e, assim para a secreção do hormônio da tireoide (reveja a Figura 19-3).
Glândulas adrenais
■■
Cada glândula adrenal (do par) consiste de dois órgãos endócrinos
distintos – um córtex adrenal externo secretor de esteroide e uma medula adrenal interna secretora de catecolamina (reveja a Figura 19-7).
■■
Cada hormônio esteroide é produzido por modificações graduais
do colesterol por meio de enzimas específicas presentes em dada glândula esteroidogênica endócrina. O córtex adrenal tem enzimas para a
produção de três categorias de hormônios esteroides: mineralocorticoides (principalmente aldosterona), glucocorticoides (principalmente
cortisol) e hormônios sexuais adrenais (principalmente a desidroepiandrosterona, um fraco androgênio) (reveja a Figura 19-8).
■■
A aldosterona regula o equilíbrio de Na+ e K+ e é importante para
a homeostase da pressão sanguínea, atingida secundariamente pelo
efeito osmótico do Na+ na manutenção do volume plasmático,
um efeito essencial à vida. O controle da secreção de aldosterona está
relacionado ao equilíbrio de Na+ e K+ e à regulação da pressão sanguínea e não é influenciado pelo ACTH. A aldosterona é controlada pelo
sistema renina-angiotensina-aldosterona (RAAS) e por um efeito direto
do K+ sobre o córtex adrenal (reveja a Figura 14-22).
■■
O cortisol pode ajudar a regular o metabolismo de combustível e é
importante na adaptação ao estresse. Ele aumenta os níveis de glicose,
38
Fisiologia humana
aminoácidos e ácidos graxos no sangue e reserva glicose para uso pelo
cérebro, que depende exclusivamente da glicose. As moléculas orgânicas
mobilizadas ficam disponíveis para necessidades energéticas e de reparo. A secreção de cortisol é regulada por um circuito de retroalimentação
negativa que envolve o CRH do hipotálamo e o ACTH da hipófise. O
estresse é o mais potente estímulo para se aumentar a atividade do eixo
CRH-ACTH-cortisol. O cortisol também exibe um ritmo diurno característico (reveja as Figuras 18-3, 18-7, 19-9 e 19-13 e a Tabela 19-2).
■■
A desidroepiandrosterona (DHEA) rege a libido e o crescimento de
pelos nas axilas e no púbis das mulheres. Ela não tem efeito observável
nos homens, em quem é superada pela testosterona. A DHEA está sob
controle do CRH/ACTH, mas retroalimenta negativamente o circuito da
gonadotrofina.
■■
A medula adrenal consiste de neurônios pós-gangliônicos simpáticos modificados conhecidos como células cromafins, que secretam
a catecolamina epinefrina no sangue em resposta à estimulação
simpática (reveja a Figura 7-2). A epinefrina reforça o sistema simpático
na elaboração de respostas do tipo “lutar ou fugir” e na manutenção da
pressão sanguínea arterial. Ela também aumenta os níveis de glicose
e de ácidos graxos no sangue. O principal estímulo à maior secreção
de epinefrina é a ativação do sistema simpático pelo estresse (reveja a
Tabela 19-2 e a Figura 19-13).
Resposta integrada ao estresse
■■
O termo estresse refere-se à resposta generalizada e não específica
do organismo a qualquer fator que sobrecarregue, ou ameace sobrecarregar, a capacidade compensatória do corpo de manter a homeostase.
O termo estressor refere-se a qualquer estímulo nocivo que provoque
uma resposta ao estresse (reveja a Figura 19-12).
■■
Além de respostas específicas a estressores diversos, todos os
estressores produzem uma resposta generalizada similar ao estresse: (1) aumento da atividade simpática e da epinefrina, preparando o
organismo para lutar ou fugir; (2) ativação do eixo CRH-ACTH-cortisol,
que ajuda o organismo a lidar com o estresse ao mobilizar recursos
metabólicos; (3) elevação dos níveis de glicose e de ácidos graxos no sangue, através da diminuição na secreção de insulina e aumento na de glucagon; e (4) manutenção do volume de sangue e da pressão sanguínea
através da maior atividade do RAAS e da vasopressina. Todas essas ações
são coordenadas pelo hipotálamo (reveja a Figura 19-13 e a Tabela 19-2).
Controle endócrino do metabolismo de combustível
■■
O metabolismo intermediário ou de combustível é, coletivamente,
a síntese (anabolismo), a decomposição (catabolismo) e as transformações das três classes de nutrientes orgânicos ricos em energia – carboidrato, gordura e proteína – dentro do organismo. A glicose e os ácidos
graxos derivados de carboidratos e gorduras, respectivamente, são
utilizados principalmente como combustíveis metabólicos, enquanto
os aminoácidos derivados de proteínas são utilizados principalmente
para a síntese de proteínas estruturais e enzimáticas (reveja as Tabelas
19-3 e 19-4 e a Figura 19-14).
■■
Durante o estado absortivo após uma refeição, o excesso de
nutrientes absorvidos e não imediatamente necessários para a produção de energia ou para a síntese proteica é até certo ponto armazenado
como glicogênio no fígado e nos músculos, mas, majoritariamente,
como triglicérides no tecido adiposo. Durante o estado pós-absortivo
entre refeições, quando nenhum nutriente novo entra no sangue, os
estoques de glicogênio e triglicérides são catabolisados para liberar
moléculas de nutrientes no sangue. Se necessário, as proteínas do organismo são degradadas para liberar aminoácidos que se convertem em
glicose (gliconeogênese). A concentração de glicose no sangue deve ser
mantida acima de um nível critico mesmo durante o estado pós-absortivo, pois o cérebro depende da glicose fornecida pelo sangue como
fonte de energia. Os tecidos que não dependem de glicose podem usar
ácidos graxos como combustível metabólico alternativo, poupando a
glicose para o cérebro (reveja a Tabela 19-5).
■■
A concentração de glicose no sangue é controlada por fatores
que regulam a absorção de glicose pelas células e a produção de glicose
pelo fígado (reveja a Figura 19-16).
■■
As mudanças nas vias metabólicas entre os estados absortivo e
pós-absortivo são controladas por hormônios, e o mais importante
deles é a insulina. A insulina é secretada pelas células β das ilhotas de
Langerhans, a parte endócrina do pâncreas (reveja a Figura 19-15 e a
Tabela 19-6).
■■
A insulina é um hormônio anabólico. Ela promove a absorção
celular de glicose, ácidos graxos e aminoácidos e aumenta a conversão
em glicogênio, triglicérides e proteínas, respectivamente. Ao fazer isso,
ela reduz as concentrações dessas pequenas moléculas orgânicas no
sangue. A secreção de insulina aumenta durante o estado absortivo,
principalmente por efeito direto de um maior nível de glicose no sangue sobre as células β via acoplamento excitação-secreção. A insulina
guia os nutrientes para dentro das células durante este estado (reveja
as Figuras 19-17 a 19-21).
■■
O glucagon secretado pelas células α pancreáticas mobiliza as
moléculas ricas em energia de seus estoques durante o estado pós-absortivo. O glucagon, que é secretado em resposta a um efeito direto
da queda da glicose no sangue sobre as células α, em geral se opõe às
ações da insulina (reveja as Figuras 19-15, 19-20 e 19-21).
Controle endócrino do metabolismo do cálcio
■■
As mudanças na concentração plasmática de Ca2+ livre difusível, a
forma biologicamente ativa deste íon, produzem efeitos profundos e
perigosos, mais notavelmente sobre a excitabilidade neuromuscular. A
hipercalcemia reduz a excitabilidade, enquanto a hipocalcemia causa
superexcitabilidade de nervos e músculos. Se a superexcitabilidade
for suficientemente grave, contrações espasmódicas fatais dos músculos respiratórios podem ocorrer.
■■
O controle do metabolismo do Ca2+ envolve dois aspectos
– regulação da homeostase do Ca2+ e regulação do equilíbrio do
Ca2+ – e depende do controle hormonal de trocas entre o ECF e três
compartimentos: ossos, rins e intestino. A regulação da homeostase
do Ca2+, a manutenção de uma concentração plasmática de Ca2+ livre
constante, envolve rápidas trocas entre os ossos e o ECF e, em menor
grau, ajustes na excreção de Ca2+ pela urina. A regulação do equilíbrio
de Ca2+, a manutenção de uma quantidade total constante de Ca2+ no
organismo, é realizada por ajustes na absorção de Ca2+ pelo intestino
e na excreção urinária de Ca2+.
■■
Ambos consistem de uma matriz extracelular orgânica, a osteoide, endurecida pela precipitação de cristais de fosfato de cálcio. Os
ossos sofrem remodelação constantemente através de osteoclastos
dissolvedores de ossos e osteoblastos construtores de ossos. Os osteócitos enterrados são osteoblastos “aposentados” que depositaram
osso ao redor de si mesmos. Os osteoblastos e os osteócitos estão
interconectados por longos braços citoplasmáticos que se estendem
através dos minúsculos canais que penetram no osso endurecido,
formando uma membrana óssea osteocítica-osteoblástica contínua
(reveja as Figuras 19-23 e 19-24).
■■
Três hormônios regulam a concentração plasmática de Ca2+ (e
regulam simultaneamente PO43–) – o hormônio da paratireoide (PTH), a
calcitonina e a vitamina D.
■■
O PTH, cuja secreção aumenta diretamente por uma queda na
concentração plasmática de Ca2+, atua diretamente sobre ossos e rins e
indiretamente sobre o intestino, de modo a aumentar o Ca2+ no plasma.
Por conta disso, ele é essencial à vida, pois evita as consequências fatais
da hipocalcemia. O PTH promove o movimento de Ca2+ pela membrana
óssea osteocítica-osteoblástica do fluido ósseo até o plasma no curto
prazo e promove a dissolução localizada do osso no longo prazo, ao
aumentar os osteoclastos e suprimir os osteoblastos (reveja as Figuras
19-24 e 19-25).
■■
A dissolução dos cristais ósseos de fosfato de cálcio libera PO43– e
Ca2+ no plasma. O PTH atua sobre os rins para aumentar a reabsorção
do Ca2+ filtrado, reduzindo, assim, a excreção urinária de Ca2+ e aumentando a concentração plasmática. Simultaneamente, o PTH reduz a
reabsorção renal de PO43–, aumentando desta forma a excreção de PO43–
e reduzindo os níveis de PO43– no plasma. Isso é importante porque um
aumento no PO43– plasmático forçaria nova deposição de uma parte do
Ca2+ plasmático de volta ao osso (reveja a Figura 19-28).
■■
O PTH facilita a ativação de vitamina D, o que, por sua vez, estimula
a absorção de Ca2+ e PO43- pelo intestino. A pele pode sintetizar vitamina
D a partir do colesterol quando exposta à luz do sol, mas frequentemente esta fonte endógena é insuficiente, portanto, a vitamina D deve
ser suplementada pela ingestão alimentar. De ambas as fontes, a vitamina D deve primeiro ser ativada pelo fígado e, depois, pelos rins (local
de regulação pelo PTH da ativação da vitamina D), antes que possa
exercer seus efeitos (reveja as Figuras 19-26 e 19-27).
■■
A calcitonina, um hormônio produzido pelas células C da glândula
tireoide, é secretada em resposta a um aumento no Ca2+ plasmático e
reduz o Ca2+ plasmático ao inibir a atividade dos osteoclastos ósseos. A
calcitonina só é importante durante a rara condição da hipercalcemia
(reveja a Figura 19-25).
Ficha de estudo – Capítulo 19
39
capítu lo
20
Ficha de estudo
Peculiaridade do sistema reprodutivo
■■
Ambos os sexos produzem gametas (células reprodutivas) – os
espermatozoides nos homens e os óvulos nas mulheres. Cada gameta
carrega um membro de cada um dos 23 pares de cromossomos presentes nas células humanas. Na fertilização, a união de um espermatozoide
com um óvulo resulta na concepção de um novo indivíduo com 23 pares
completos de cromossomos, metade de cada pai (reveja a Figura 20-3).
■■
O sistema reprodutivo é anatômica e funcionalmente diferente
nos homens e nas mulheres. Os homens produzem espermatozoides,
que são introduzidos nas mulheres. As mulheres produzem óvulos, aceitam a chegada dos espermatozoides e fornecem o ambiente adequado
para sustentar o desenvolvimento do ovo fertilizado até que o novo
indivíduo possa sobreviver por conta própria no mundo externo.
■■
Em ambos os sexos, o sistema reprodutivo consiste em (1) um
par de gônadas – testículos nos homens e ovários nas mulheres –, os
principais órgãos reprodutivos que produzem gametas e secretam
hormônios sexuais, (2) um trato reprodutivo, composto por um sistema
de dutos que transportam e/ou abrigam os gametas depois de sua
produção, e (3) glândulas sexuais acessórias, que fornecem secreções de
apoio para os gametas. As partes externamente visíveis do sistema reprodutivo compõem a genitália externa (reveja as Figuras 20-1 e 20-2).
As características sexuais secundárias diferenciam homens e mulheres
e não estão diretamente relacionadas à reprodução.
■■
A determinação do sexo é um fenômeno genético que depende
da combinação de cromossomos sexuais no momento da fertilização:
uma combinação XY resulta em um homem genético e uma combinação XX, em uma mulher genética. A diferenciação sexual refere-se ao
desenvolvimento embrionário das gônadas, do trato reprodutivo e da genitália externa em linhas masculinas ou femininas, o que origina o sexo
anatômico aparente da pessoa. Na presença de fatores masculinizantes,
um sistema reprodutivo masculino é desenvolvido; em sua ausência,
desenvolve-se um sistema feminino (reveja as Figuras 20-4, 20-5 e 20-6).
Fisiologia reprodutiva masculina
■■
Os testículos estão localizados no escroto. A temperatura mais fria
no escroto do que na cavidade abdominal é essencial para a espermatogênese (produção de espermatozoides), que ocorre nos túbulos seminíferos altamente espiralados dos testículos. As células de Leydig, nos
espaços intersticiais entre esses túbulos, secretam o hormônio sexual
masculino testosterona no sangue (reveja as Figuras 20-7 e 20-8).
■■
A testosterona é secretada antes do nascimento para masculinizar
o sistema reprodutivo em desenvolvimento. Depois, sua secreção cessa
até a puberdade, quando recomeça e continua por toda a vida. A testosterona é responsável pelo amadurecimento e pela manutenção de todo
o trato reprodutivo masculino, pelo desenvolvimento de características
sexuais secundárias e pelo estímulo da libido (reveja a Tabela 20-1).
■■
Os testículos são regulados pelos hormônios gonadotróficos da
hipófise anterior, o hormônio luteinizante (LH) e o hormônio folículo-estimulante (FSH), que estão sob controle do hormônio liberador de
gonadotrofina do hipotálamo (GnRH) (reveja a Figura 20-10).
40
Fisiologia humana
■■
A secreção de testosterona é regulada pela estimulação do LH das
células de Leydig e, em retroalimentação negativa, a testosterona inibe
a secreção de LH (reveja a Figura 20-10).
■■
A espermatogênese exige testosterona e FSH. A testosterona estimula as divisões mitóticas e meióticas necessárias para transformar
as células germinativas diploides, as espermatogônias, em espermátides haploides não diferenciadas. O FSH estimula a remodelação das
espermátides em espermatozoides altamente especializados e móveis
(reveja as Figuras 20-7, 20-8 e 20-10).
■■
Um espermatozoide é composto apenas de uma cabeça repleta de
DNA, dotada de um acrossomo cheio de enzima na ponta para penetrar
o óvulo, de uma parte intermediária, contendo mitocôndrias para a
produção de energia, e de uma cauda móvel semelhante a um chicote
(reveja a Figura 20-9).
■■
Também presentes nos túbulos seminíferos estão as células de
Sertoli, que protegem, nutrem e aumentam as células germinativas
durante o desenvolvimento. As células de Sertoli também secretam inibina, um hormônio que inibe a secreção de FSH, completando o circuito
de retroalimentação negativa (reveja as Figuras 20-7b e d e 20-10).
■■
Os espermatozoides ainda imaturos são eliminados dos túbulos
seminíferos para o epidídimo pelo fluido secretado pelas células de
Sertoli. O epidídimo e o duto deferente armazenam e concentram os
espermatozoides e aumentam sua motilidade e fertilidade antes da
ejaculação. Durante a ejaculação, os espermatozoides são misturados
a secreções liberadas pelas glândulas acessórias (reveja a Tabela 20-2
e a Figura 20-7).
■■
As vesículas seminais fornecem frutose, com fins energéticos, e
prostaglandinas, que promovem a mobilidade do músculo liso nos
tratos reprodutivos masculino e feminino para aumentar o transporte
de espermatozoides. As vesículas seminais também contribuem para o
volume do sêmen. A próstata contribui com um fluido alcalino para
neutralizar as secreções vaginais ácidas. As glândulas bulbouretrais
liberam um muco lubrificante.
Relação sexual entre homens e mulheres
■■
O ato sexual masculino consiste na ereção e na ejaculação, que fazem parte de um ciclo de reações sexuais sistêmicas muito mais amplo
(reveja a Tabela 20-4).
■■
A ereção é o endurecimento do normalmente flácido pênis, a fim
de se possibilitar a penetração na vagina feminina. A ereção se dá pela
notável vasocongestão do pênis, causada pela vasodilatação reflexamente induzida das arteríolas que alimentam o tecido peniano erétil
(reveja as Figuras 20-12 e 20-13).
■■
Quando a excitação sexual atinge um pico crítico, ocorre a ejaculação. Ela consiste em dois estágios: (1) emissão, ou esvaziamento, do
sêmen (espermatozoides e secreções das glândulas sexuais acessórias)
na uretra, e (2) ejeção do sêmen pelo pênis. Este último é acompanhado
de uma característica série de reações sistêmicas e de intenso prazer,
denominada orgasmo (reveja a Tabela 20-4).
■■
As mulheres têm um ciclo de reações sexuais semelhante ao dos
homens, também com fases de excitação, estabilidade, orgasmo e
resolução. Como o pênis, o clitóris altamente vascularizado sofre ereção
(mas não ejaculação) (reveja a Figura 20-12). Durante a relação sexual,
a parte externa da vagina se contrai para agarrar o pênis e a parte interna se expande para criar espaço para a deposição de esperma.
Fisiologia reprodutiva feminina
■■
No estado não gestante, a função reprodutiva feminina é controlada por um sistema de controle complexo e cíclico de retroalimentação
negativa entre o hipotálamo (GnRH), a hipófise anterior (FSH e LH) e
os ovários (estrogênio, progesterona e inibina). Durante a gravidez, os
hormônios da placenta se tornam os principais fatores controladores.
■■
Os ovários executam as funções duplas e inter-relacionadas de
ovogênese (produzindo óvulos) e secreção de estrogênio e progesterona (reveja a Tabela 20-6). Duas unidades endócrinas ovarianas realizam
essas funções sequencialmente: o folículo e o corpo lúteo.
■■
Os mesmos passos na replicação e divisão de cromossomos ocorrem na ovogênese e na espermatogênese, mas a duração e o resultado
final são notavelmente diferentes. A espermatogênese é realizada em
até dois meses, mas os passos semelhantes na ovogênese levam de 12
a 50 anos para serem concluídos ciclicamente do início da puberdade
até a menopausa. Uma mulher nasce com um suprimento limitado e
não renovável de células germinativas, enquanto os homens, após a
puberdade, podem produzir centenas de milhões de espermatozoides
todos os dias. Cada ovócito primário produz um único óvulo rico em
citoplasma, em conjunto com três corpos polares pobres em citoplasma e condenados a se desintegrar, ao passo que cada espermatócito
primário produz quatro espermatozoides igualmente viáveis (reveja as
Figuras 20-8, 20-14 e 20-15).
■■
A ovogênese e a secreção de estrogênio ocorrem dentro de um
folículo ovariano durante a primeira metade de cada ciclo reprodutivo
(a fase folicular), sob a influência do FSH, do LH e do estrogênio (reveja
as Figuras 20-16 a 20-20).
■■
Aproximadamente na metade do ciclo, o folículo em amadurecimento libera um único óvulo (ovulação). A ovulação é ativada por
um surto de LH causado pelo alto nível de estrogênio produzido pelo
folículo maduro (reveja as Figuras 20-16, 20-18 e 20-21).
■■
O LH converte o folículo vazio em um corpo lúteo (CL), que produz
progesterona e estrogênio durante a última metade do ciclo (fase
lútea). Esta unidade endócrina prepara o útero para a implantação se o
óvulo liberado for fertilizado (reveja as Figuras 20-16, 20-18 e 20-22).
■■
Se a fertilização e a implantação não ocorrerem, o CL se degenerará, retirando a sustentação hormonal para o revestimento uterino
altamente desenvolvido e fazendo com que ele se desintegre e seja
eliminado, produzindo o fluxo menstrual. Simultaneamente, uma nova
fase folicular se inicia (reveja as Figuras 20-16 e 20-18).
■■
A menstruação cessa e o revestimento uterino (endométrio) se
repara sob a influência dos níveis de estrogênio em ascensão a partir
do folículo recém-amadurecido (reveja a Figura 20-18).
■■
Se a fertilização ocorrer, ela acontece na tuba uterina, enquanto
o óvulo liberado e o esperma depositado na vagina são transportados
para este local (reveja as Figuras 20-23 a 20-25).
■■
O óvulo fertilizado começa a se dividir mitoticamente. Em uma
semana, ele cresce e se diferencia em um blastócito apto à implantação
(reveja a Figura 20-26).
■■
Enquanto isso, o endométrio ficou ricamente vascularizado e
repleto de glicogênio, pela influência da progesterona na fase lútea
(reveja a Figura 20-18). Dentro desse revestimento especialmente
preparado, o blastócito se implanta por meio de enzimas liberadas
pelos trofoblastos, que formam a camada externa do blastócito. Tais
enzimas digerem o tecido endometrial rico em nutrientes, realizando
a dupla função de escavar um buraco no endométrio para a implantação do blastócito enquanto simultaneamente liberam nutrientes
das células endometriais para uso do embrião em desenvolvimento
(reveja a Figura 20-27).
■■
Depois da implantação, uma combinação entrelaçada de tecidos
materno e fetal, a placenta, desenvolve-se. A placenta é o órgão de
troca entre o sangue materno e o fetal e também atua como órgão
endócrino complexo e temporário que secreta diversos hormônios
essenciais à gravidez. A gonadotrofina coriônica humana (hCG), o estrogênio e a progesterona são os mais importantes desses hormônios. A
hCG mantém o CL da gestação, secretando estrogênio e progesterona
durante o primeiro trimestre da gravidez até que a placenta assuma
esta função nos últimos dois trimestres. Altos níveis de estrogênio e
progesterona são essenciais para manutenção de uma gravidez normal
(reveja as Figuras 20-28, 20-30 e 20-31 e a Tabela 20-5).
■■
No parto, contrações rítmicas e de força, duração e frequência
crescentes realizam os três estágios do trabalho de parto: dilatação do
colo do útero, nascimento do bebê e eliminação da placenta (após o
nascimento) (reveja a Figura 20-33).
■■
O parto é iniciado por uma complexa inter-relação de diversos
fatores maternos e fetais. Quando as contrações são iniciadas no
começo do trabalho de parto, um ciclo de retroalimentação positiva
é estabelecido, aumentando progressivamente sua força. À medida
que as contrações empurram o feto contra o colo do útero, a secreção
de ocitocina, um poderoso estimulante do músculo uterino, aumenta
de forma reflexa. A ocitocina adicional causa contrações mais fortes,
originando a liberação de ainda mais ocitocina, e assim por diante.
Este ciclo de retroalimentação positiva se intensifica cada vez mais
até que a dilatação do colo do útero e o parto estejam completos
(reveja a Figura 20-32).
■■
Durante a gestação, os seios são especialmente preparados para a
lactação. Os níveis elevados de estrogênio e progesterona, na placenta
promovem, respectivamente, o desenvolvimento de dutos e alvéolos
nas glândulas mamárias (reveja a Figura 20-34).
■■
A prolactina estimula a síntese de enzimas essenciais à produção
de leite pelas células epiteliais alveolares. Entretanto, o alto nível gestacional de estrogênio e progesterona evita que a prolactina promova
a produção de leite. A retirada dos esteroides da placenta no parto
inicia a lactação.
■■
A lactação é sustentada pela sucção, que ativa a liberação de
ocitocina e prolactina. A ocitocina causa a ejeção (descida) do leite ao
estimular as células mioepiteliais que cercam os alvéolos para ejetar
o leite secretado através dos dutos. A prolactina estimula a secreção
de mais leite para repor o leite sugado pelo bebê (reveja as Figuras
20-34 e 20-35).
Ficha de estudo – Capítulo 20
41