Escassez de recursos no
ambiente e efeitos sobre o
metabolismo celular
Início da privação
Nível
normal
O2
Calor
Água
Nutrientes
Nível
letal
0,01
0,1
1,0
10
100
36 s
1000
~42 d
Tempo (h) até atingir o limite letal
O2
Metabolismo
Basal
Mitocondrial
90%
ATP
80%
Oxidases
10%
‘Leak’
20%
Uréia
ActMio
Ca2+ ATPase Gliconeo3%
Na+K+ ATPase 2-8%
7-10%
Síntese ATPase 4-8%
protéica 19-28%
25-30%
mRNA
etc
The Sequence of Events Leading to Anoxic Cell Death
ATP turnover
Pasteur effect
sustains ATP
demand
Exhaustion of
fermentable
substrate
ATP & pHi fall
Chronic membrane
damage & leakage
aerobe
Net Na+ influx & K+ efflux
Mito, ER & plasma
membrane depolarize
Massive Ca2+ entry into cytosol
from organelles & cell exterior
facultative anaerobe
Activation of phospholipases
and Ca2+-dependent proteases
Membrane rupture
Cell Death
time in anoxia
SISTEMA REGULADOR
detector
sensorial
neurônios
marca-passo
atividade espontânea,
produz o ciclo
respiratório básico
demanda metabólica
efetuador
motor
ventilação
Ventilação: Trabalho Muscular
Controle Neural Complexo
• grupo de neurônios no cordão nervoso ventral do verme Arenicola
formam o “marca-passo” respiratório
• gânglio sub-esofágico de crustáceos decápodes
• gânglios do cordão nervoso ventral de insetos
• vertebrados em geral: “marca-passo” na região medular + gânglios
extra-medulares (modulação)
Estímulos ?
PO2 , PCO2 (arterial e no ambiente), estiramento da cavidade
branquial, estresse osmótico, estresse mecânico, etc...
Receptores ??
Natureza e localização pouco conhecidas em muitos animais
Animais aquáticos
• Ventilação tem alto custo metabólico
(5-10% da taxa metabólica de repouso)
H2O: 1 L (1Kg) = 1 mLO2
Ar: 25 mL (25 mg) = 1 mLO2
• Baixo coeficiente de difusão e
conteúdo de O2, alta taxa de fluxo,
razão V/Q ótima em torno de 10-20
Baixo VO2 máximo e de repouso
Animais terrestres
Estímulo primário: PCO2 – Por que?
• Coeficiente de solubilidade do O2 e
CO2 no ar é similar; metabolismo causa
uma mudança equivalente na pressão
parcial de O2 e CO2 no sangue
• Distúrbio do equilíbrio ácido-básico
• PO2 pode não ser um indicador
acurado do conteúdo arterial de O2
VO2 máximo e de repouso maiores
(maior disponibilidade de O2 em meio
aéreo)
O PAPEL DO O2 E DO CO2 NO CONTROLE DA VENTILAÇÃO
respiração aquática
respiração aérea
1000
800
galinha peixe
pulmonado
caranguejo
800
600
rato
homem
400
1000
peixe
pulmonado
600
galinha
400
peixe
pulmonado
lagarto
100
cobra
15
10
% O2
andorinha
jaboti
200
20
homem
jaboti
5
rato
cobra
peixe
pulmonado
caranguejo
200
100
5
10
% CO2
15
demanda metabólica
ventilação
• ventilação no repouso é cerca de 5 - 7 L/min,
extração de O2 cerca de 200 - 300 mL/min
• No exercício extenuante, a ventilação pode
aumentar até 100 - 150 L/min e a extração de
O2 até 3 – 7 L/min. Sem o ajuste, as reservas
de O2 do sangue seriam esgotadas em cerca
de 15 segundos.
• Causas primárias do aumento da
ventilação no exercício:
- falta de O2 ?
- acúmulo de CO2 ?
- controle cortical ?
Controle Neural da Ventilação
A respiração é diferente de quaisquer outras atividades involuntárias e automáticas pois
também está sob nosso controle volitivo. O sistema de controle automático mais primitivo
está situado no tronco cerebral, o de controle voluntário situa-se no córtex motor
somático e nas estruturas límbicas do telencéfalo.
Voluntário e outros
estímulos de centros
superiores
Centro pneumotáxico
(PONTE)
Centro apnêustico
Conexões do sistema
ativador reticular
Via aferente do
reflexo
irritante (tosse)
Via aferente do
reflexo de
estiramento
Hering-Breuer
(no homem,
apenas na
insuflação
máxima)
Centro respiratório
inspiratório e expiratório
(BULBO - medula)
Nervo Vago
Vias descendentes na
medula espinhal
Nervo Frênico
Medula cervical
Via aferente
receptor
justacapilar
alveolar
Medula lombar
Nervo
Intercostal
Vias ascendentes
Controle Químico da Ventilação
Os quimiorreceptores carotídeos e aórticos são terminações
nervosas que respondem a variações na PO2, PCO2, ou no [H+]
do sangue arterial por meio de respostas reflexas medulares
que promovem o aumento da ventilação
CONTROLE QUÍMICO DA VENTILAÇÃO
1. Quimiorreceptores Periféricos
• estimulados por pH, PO2, PCO2
• desencadeiam ajustes no sistema cardiovascular,
favorecendo o fluxo sanguíneo para os tecidos vitais
• resposta rápida graduada
2. Quimiorreceptores Centrais
• provêem a maior parte da estimulação respiratória
• resposta às mudanças na PCO2, apenas
• ajuste lento, cerca de 60 segundos – Por que ?
Componentes da Via de Sinalização do O2
EFEITOS AGUDOS
canais iônicos
HIPÓXIA
SENSORES DE O2
EFETUADORES
fatores de transcrição
EFEITOS
CRÔNICOS
HIPÓXIA
Respostas Agudas X Respostas Crônicas
segundos a minutos
.....
horas a dias
hiperventilação
ativação do metabolismo
e do transporte de glicose
aumento do débito cardíaco
eritropoiese
vasodilatação arterial sistêmica
angiogênese e neovascularização
vasoconstricção pulmonar
hipertrofia e remodelagem de tecidos
ativação da tomada de glicose
produção de vasodilatadores