Fisiologia Geral
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Pós-Graduação Lato Sensu, Especialização em Fisiologia do Exercício
Fisiologia Geral
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Elaborado por:
Fabio Alexandre Casarin Pastor
Juliana Rodrigues Prada
Charles Chenwei Wang
João Guilherme de Oliveira Silvestre
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Sumário
Apresentação.......................................................................................................................05
Organização do Caderno de Estudos e Pesquisa..............................................................06
Organização da Disciplina..................................................................................................07
Introdução ...........................................................................................................................12
Unidade I – Fisiologia Neuromuscular..............................................................................13
Capítulo 1 - Composição Iônica dos Líquidos Intra e Extra-celulares................................13
Capítulo 2 - Fisiologia da Membrana e Neuromuscular......................................................14
Capítulo 3 - Transmissões Sinápticas..................................................................................18
Capítulo 4 - Sistema Nervoso Autônomo............................................................................20
Capítulo 5 - Córtex Motor....................................................................................................20
Capítulo 6 – Reflexos Osteotendinosos...............................................................................23
Capítulo 7 - Fisiologia do Músculo Esquelético..................................................................31
Unidade II – Fisiologia Cardiorrespiratória....................................................................46
Capítulo 1 - Revisão Anatômica do Coração, Circulação...................................................46
Capítulo 2 - Atividade Elétrica do Coração e Princípios Eletrocardiográficos...................49
Capítulo 3 - O Ciclo Cardíaco..............................................................................................54
Capítulo 4 – Hemodinâmica da Circulação Sanguínea e o Comportamento da Pressão
Arterial no Exercício.............................................................................................................58
Capítulo 5 – Revisão Anatômica Pulmões e Mecânica Respiratória...................................61
Capítulo 6 - Espirometria: Volumes e Fluxos Respiratórios...............................................69
Capítulo 7 - Transporte dos Gases Respiratórios.................................................................71
Capítulo 8 - Equilíbrio Ácido-Base.....................................................................................73
Unidade III – Fisiologia Endócrina e Metabolismo.........................................................76
Capítulo 1 – Introdução ao Sistema Endócrino...................................................................76
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Capítulo 2 – Sistema (Eixo) Hipotálamo-Hipófise-Glândula Alvo.....................................81
Capítulo 3 – Hormônio de Crescimento..............................................................................82
Capítulo 4 – Hormônios Tireoideanos.................................................................................86
Capítulo 5 – Paratormônio, Calcitonina e Vitamina D........................................................90
Capítulo 6 – Hormônios Adrenocorticais............................................................................92
Capítulo 7 – Hormônio Insulínico, Glucagon, Somatostatina e Metabolismo..................101
Capítulo 8 – Hormônios Gonadais e Fisiologia da Reprodução........................................111
Para Não Finalizar............................................................................................................125
Referências.........................................................................................................................126
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Apresentação
Caro aluno,
Bem-vindo à disciplina Fisiologia Geral.
Este é o nosso Caderno de Estudos, material elaborado com o objetivo de contribuir para
a realização e o desenvolvimento de seus estudos, assim como para a ampliação de seus
conhecimentos no tocante ao ensino do curso de pós graduação lato sensu em Fisiologia
do Exercício.
Para que você se informe sobre o conteúdo a ser estudado nas próximas semanas, conheça
os objetivos da disciplina, a organização dos temas e o número de horas de estudo que deve
ser dedicado a cada unidade.
A carga horária da disciplina é de 80 (oitenta) horas, cabendo a você administrar seu
tempo conforme a sua disponibilidade. Mas, lembre-se, há uma data limite para a conclusão
do curso, implicando a apresentação, ao seu tutor, das atividades avaliativas indicadas na
folha anexa, que contém as respectivas pontuações e prazos determinados.
Os conteúdos foram organizados em unidades de estudo, subdivididas em capítulos de
forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com
questões para reflexão, que farão parte das atividades avaliativas do curso; serão indicadas
também fontes de consulta para aprofundar os estudos com leituras e pesquisas
complementares.
Desejamos a você um trabalho proveitoso sobre os temas abordados nesta disciplina!
Lembre-se de que, apesar de distantes, podemos estar muito próximos.
A Coordenação
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Organização da Disciplina
Ementa
Fisiologia Neuromuscular: Processos de regulação nervosa. Papel e funcionamento dos
neurônios e dos diferentes níveis do sistema nervoso na modulação das respostas motoras.
Fisiologia do músculo esquelético: contração, transmissão neurmomuscular e acoplamento
excitação-contração.
Fisiologia Cardiorespiratória: Função cardiovascular e respiratória na manutenção da
homeostasia celular e os processos de ajustes cardiorrespiratórios frente a diferentes
condições orgânicas. Noções sobre eletrocardiografia. Ajustes da pressão arterial no
exercício. Regulação da ventilação e seu papel nos ajustes do pH durante o exercício físico.
Mecânica respiratória e a espirometria.
Fisiologia Endócrina e Metabolismo: Relações endócrinas-metabólicas e os mecanismos
de ação dos hormônios para a manutenção da homeostasia celular. Principais hormônios e
seus efeitos fisiológicos frente diferentes condições orgânicas. Anatomia e fisiologia do
eixo hipotálamo-hipófise-glândula alvo. Núcleos hipotalâmicos no controle hipofisário.
Adeno e neuro-hipófise e seus hormônios. Controle da função hipofisária e mecanismos de
retro-alimentação
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Objetivos
Fisiologia Neuromuscular:
Estudar e compreender:
- a composição iônica dos líquidos intra e extra-celulares (LIC e LEC).
- a fisiologia da membrana e nervos, o potencial de repouso de uma célula; excitabilidade
neural e os processos de despolarização e repolarização celular; potencial de ação e
propagação nervosa.
- as transmissões sinápticas. Principais mediadores químicos na sinapse.
- o sistema nervoso autônomo (neurovegetativo). Revisão anatomo-funcional e fisiologia da
ativação simpática e parassimpática.
- o córtex motor e sua organização. O papel de diferentes áreas corticais, dos Gânglios da
Base e do Cerebelo no controle motor. Vias eferentes: piramidal e extra-piramidal.
- os principais reflexos osteotendinosos. Funções somato-sensoriais. Conceito de Arco
Reflexos e seus elementos. Funções motoras. Os reflexos medulares.
- a fisiologia completa do músculo esquelético: contração, transmissão neurmomuscular e
acoplamento excitação-contração.
Fisiologia Cardiorrespiratória:
Estudar e compreender:
- a revisão anatômica do coração, da circulação e dos pulmões.
- a atividade elétrica do coração: fases da despolarização e repolarização. Princípios de
eletrocardiografia: o eletrocardiograma clássico e suas derivações no repouso e exercício.
- o ciclo cardíaco: diástole e sístole atrial e ventricular. Volume de ejeção e débito cardíaco
no repouso e exercício. Mecanismo de Frank-Starling. Ajustes da freqüência cardíaca.
- a hemodinâmica da circulação sanguínea: as leis de fluxo na circulação. Circulação
arterial, capilar, venosa e linfática e suas propriedades. Comportamento da pressão arterial
no exercício.
- a mecânica respiratória: músculos inspiratórios e expiratórios, pressão intra-pleural e
intra-alveolar no ciclo respiratório. Conceito de ventilação, histerese e zonas de West.
- a espirometria: metodologia e valores de normalidade; volumes e fluxos respiratórios.
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- o transporte dos gases respiratórios (oxi-hemoglobina).
- o equilíbrio ácido-base: conceito de pH (ações dos tampões e do sistema respiratório).
Conceito de acidose e alcalose. Ajustes do pH no exercício.
- a regulação da função cardiovascular e respiratória no repouso e no exercício.
Fisiologia Endócrina e Metabolismo:
Estudar e compreender:
- o sistema endócrino. Principais glândulas do organismo. Mecanismos de ação e secreção
hormonal. Tipos de hormônios.
- o hormônio de crescimento e seus principais efeitos fisiológicos.
- a anatomia e fisiologia do eixo hipotálamo-hipófise-glândula alvo. Núcleos hipotalâmicos
no controle hipofisário. Adeno e neuro-hipófise e seus hormônios. Controle da função
hipofisária e mecanismos de retro-alimentação.
- o paratormônio, calcitonina e a vitamina D e seus principais efeitos fisiológicos (relação
com o metabolismo ósseo).
- a anatomia e fisiologia da tireóide. Biossíntese dos hormônios tireoideanos (T3 e T4) e
seus efeitos fisiológicos.
- a anatomia e fisiologia adrenal. Biossíntese dos hormônios adrenocorticais e seus efeitos
fisiológicos.
- a anatomia e fisiologia do pâncreas. Hormônio insulínico, glucagon, somatostatina, seus
efeitos fisiológicos e associações com o metabolismo.
- os hormônios gonadais, seus efeitos fisiológicos e a função reprodutora em função das
variações hormonais.
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Unidade I – Fisiologia Neuromuscular
Carga Horária: 25 horas
Conteúdo
Capítulo
Composição Iônica dos Líquidos Intra e Extra-celulares
1
Fisiologia da Membrana e Neuromuscular
2
Transmissões Sinápticas
3
Sistema Nervoso Autônomo
4
Córtex Motor
5
Reflexos Osteotendinosos
6
Fisiologia do Músculo Esquelético
7
Unidade II – Fisiologia Cardiorrespiratória
Carga Horária: 25 horas
Conteúdo
Capítulo
Revisão Anatômica do Coração, Circulação
1
Atividade Elétrica do Coração e Princípios Eletrocardiográficos
2
O Ciclo Cardíaco
3
Hemodinâmica da Circulação Sanguínea e o Comportamento da
Pressão Arterial no Exercício
4
Revisão Anatômica Pulmões e Mecânica Respiratória
5
Espirometria: Volumes e Fluxos Respiratórios
6
Transporte dos Gases Respiratórios
7
Equilíbrio Ácido-Base
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Unidade III – Fisiologia Endócrina e Metabolismo
Carga Horária: 30 horas
Conteúdo
Capítulo
Introdução ao Sistema Endócrino
1
Sistema (Eixo) Hipotálamo-Hipófise-Glândula Alvo
2
Hormônio de Crescimento
3
Hormônios Tireoideanos
4
Paratormônio, Calcitonina e Vitamina D
5
Hormônios Adrenocorticais
6
Hormônio Insulínico, Glucagon, Somatostatina e Metabolismo
7
Hormônios Gonadais e Fisiologia da Reprodução
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Introdução
O presente Caderno de Estudos e Pesquisa foi elaborado com o objetivo de propiciar
conhecimentos acerca do contexto educacional com foco na Fisiologia Geral. A cada
capítulo pensamos nas horas que você dedica ao trabalho destinado às atividades educativas
bem como às práticas desenvolvidas no cotidiano de um ambiente universitário. Lembrando
sempre de que você é protagonista da história que estamos construindo a partir de agora.
Para nos conceituarmos, os estudantes de fisiologia de hoje, serão a próxima
geração de pesquisadores e profissionais altamente capacitados a exercer profissões
diversas (área biológica e saúde). Ainda estamos longe de entender completamente a
fisiologia do corpo humano. Faz parte da fisiologia, voltar-se ao organismo como um todo
para entender e integrar as funções corporais. Buscar as características e os mecanismos
que tornam o corpo humano um ser vivo é a principal vertente da fisiologia humana. Neste
contexto, para promover qualquer intervenção competente é necessário entender o corpo
humano em seu estado saudável. O termo fisiologia (do grego “physiología”) siginifica
“conhecimento da natureza”, e por definição é o estudo das funções do organismo vivo e de
suas partes componentes, incluindo todos os processos físicos e químicos.
Esta apostila lhes fornecerá uma visão integrada da fisiologia para o inicio de uma
carreira profissional respeitada e o real entendimento da complexidade do corpo humano e
a importância fundamental da fisiologia no âmbito profissional.
Bons estudos!
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Unidade I - Fisiologia Neuromuscular
Capítulo 1 - Composição iônica dos líquidos intra e extra-celulares (LIC e LEC)
Provocação: O corpo humano é líquido? Em percentual, 60% do corpo humano é
composto por líquidos. Deste percentual, um terço está externamente à célula (líquido
extracelular - LEC) e o restante no interior da célula (líquido intracelular - LIC). Vamos
observar em detalhes a importância dessa distribuição.
As principais diferenças entre LEC e LIC são:
- LEC: grande quantidade de íons sódio, cloreto e bicarbonato; neste estão presentes os
nutrientes para manutenção da vida celular: oxigênio, glicose, ácidos graxos, aminoácidos e
os principais metabólicos excretados pelas células (como o dióxido de carbono). Aqui é
importante ressaltar que o LEC se mistura ao sangue e os outros líquidos corporais por
difusão.
- LIC: predominância de íons potássio, magnésio e fosfato, essenciais para o funcionamento
da célula. No LIC ressalta-se a importância de mecanismos de transporte (verificados
adiante) para manutenção das concentrações iônicas.
Textos para leitura complementar: Conceito de difusão do dicionário Aurélio: “Ato ou
efeito de difundir. Estado ou condição do que se difundiu ou foi difundido. Processo
espontâneo de transporte de massa num sistema físico-químico, por efeito de gradientes de
concentração.”
Tanto o LEC quanto o LIC fundamentalmente participam do controle da
homeostasia do organismo, que pode ser definida como a tendência à estabilidade do meio
interno do organismo.
O LEC é transportado por todo o corpo via sistema circulatório, sendo por meio dos
vasos sanguíneos (circulação geral) e pelo movimento de líquido entre os capilares
sanguíneos e as células via difusão que é causada pelo movimento cinético das moléculas
no plasma e no líquido intersticial (espaço entre os tecidos). A origem dos nutrientes do
LEC basicamente é via sistema respiratório (sangue – pulmão – alvéolo - oxigenação),
sistema gastrointestinal (origem externa, proveniente dos alimentos – carboidratos,
aminoácidos e ácidos graxos) e do fígado e outros órgãos permanentemente com funções
metabólicas (onde há modificação química de alguns nutrientes absorvidos via sistema
gastrointestinal para posterior uso). A remoção das escórias metabólicas dar-se-ão
principalmente via sistema respiratório (dióxido de carbono) e renal (uréia).
Além deste mecanismo descrito, para a regulação das funções corporais faz parte
fundamental o sistema nervoso e o endócrino (estudados com mais detalhes
posteriormente).
Basicamente o sistema nervoso é integrado por três partes principais: sensorial
(entrada de sinais), o sistema nervoso central e a parte motora (saída de sinais). Assim,
nossos receptores sensoriais detectam o estado do nosso organismo e/ou do ambiente
externo. O processamento desta recepção de sinais sensoriais é realizado por nosso sistema
nervoso central (encéfalo e medula espinhal) e transmitido posteriormente a função motora
do mesmo para realização das ações desejadas após os processamentos adequados das
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informações. Ademais, auxiliando todo este sistema intricado, há outra parte do sistema
nervoso conhecido como autonômico. Esta parte do nosso sistema nervoso atua no nível
subconsciente, controlando funções de órgãos internos (como batimentos cardíacos,
secreções glandulares e outros).
Complementando a ação do sistema nervoso, há os sistemas hormonais de
regulação, onde aproximadamente oito glândulas principais, secretam substâncias químicas
(os hormônios) para complementação da regulação do funcionamento do organismo.
Para refletir: Lembrem-se: sistema nervoso regula principalmente as atividades
musculares e secretórias do organismo, enquanto o sistema endócrino (hormonal) regula
principalmente as funções metabólicas.
Desta forma, vamos observar em detalhes como este controle do meio interno, como
o controle hidroeletrolítico (ou seja, de líquidos e dos íons contidos nestes líquidos) e a
regulação principalmente nervosa, contribui para a geração de potenciais de membrana e
ação celular, gerando a contração do músculo esquelético e a geração do movimento
mecânico.
Para não finalizar: Procurem revisar o conceito de célula, sua estrutura física, suas
estruturas membranosas, o citoplasma celular e as principais funções de suas organelas.
Aprofunde-se em sistemas funcionais celulares: difusão, transporte ativo e endocitose
(pinocitose e fagocitose). Estudem o controle genético da síntese protéica e os mecanismos
de reprodução celular.
Capítulo 2 – Fisiologia da Membrana e Neuromuscular
Potencias de Ação e Membrana Celular
Os potenciais elétricos existem em todas as membranas celulares. Por sua vez, as
células do nosso organismo são capazes de gerar impulsos eletroquímicos que os passa as
suas membranas com a finalidade de transmitir sinais e/ou ativar diversas funções celulares.
Isso acontece, por exemplo, em células nervosas e musculares.
Para refletir: Qual a causa da existência da diferença de potencial elétrico através da
membrana celular? A resposta resume-se a diferença de concentração de íons através da
membrana e diferença de permeabilidade da membrana aos diversos íons.
O potencial elétrico que é gerado pela migração do íon através de canais iônicos da
membrana é denominado potencial de difusão do íon. O valor de potencial que equilibra
exatamente a tendência de difusão do íon a favor de seu potencial químico (movimento
devido à diferença de concentração) é o potencial de equilíbrio do íon ou potencial de
Nernst para aquele íon (pode ser, por exemplo, sódio, potássio, cloreto e outros). Ele pode
ser obtido pela equação de Nernst – equação obtida quando o gradiente de potencial
eletroquímico para o íon é zero; situação em que o íon está em equilíbrio através da
membrana.
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Para não finalizar: Verificar a equação
http://pt.wikipedia.org/wiki/Equação_de_Nernst
completa
de
Nernst
em:
Potenciais das Membranas de Nervos
Imaginem a situação em que as concentrações de sódio e potássio (Na+ e K+)
estivessem distribuídas nos meios intra e extracelular sendo que a concentração de K+
fosse alto dentro da célula e a concentração de Na+ alto fora da célula. Se a membrana é
muito mais permeável a K+ que a Na+, K+ sai da célula mais prontamente que o Na+ entra.
A célula fica negativa. Quanto mais negativa fica a célula, mais este potencial negativo
freia a saída de K+. Ao mesmo tempo, embora a célula seja pouco permeável a Na+, o fluxo
de Na+ também vai se modificando, pois a negatividade intracelular atrai o Na+, e seu fluxo
aumenta. Haverá um momento em que o fluxo de K+ reduzido e de Na+ acelerado terão
fluxos iguais, e não haverá mais fluxo resultante de carga através da membrana. Assim o
potencial da membrana estará negativo, mas não estará variando mais no tempo (a
estabilidade ocorre em microssegundos).
O potencial de membrana é dominado pela saída do K+, porque ele é o íon mais
permeável e há uma diferença de concentração de K+ significativa entre o intra e o
extracelular. No entanto, os fluxos dos demais íons, como do Na+, interferem também no
potencial da membrana em repouso, por isso ele não é o potencial de equilíbrio (Nernst) do
K+. Como a membrana em repouso é bem mais permeável a K+, mas é permeável também a
outros íons, o potencial das células nervosas e musculares está próximo de -85 milivolts
(mV), em repouso.
Durante o potencial de ação, transientemente, a membrana torna-se bem mais
permeável a Na+, e o potencial de membrana se aproxima do potencial de equilíbrio do Na+
(+61 mV). Como não é permeável apenas a Na+ neste momento, mas também a K+, o
potencial não chega a +61 mV, chegando próximo a +55 mV. Logo em seguida, os canais
para Na+ se inativam, e a membrana volta a ser muito mais permeável a K+, e o potencial de
membrana volta a ser negativo, pela saída maior de K+ em comparação à entrada de Na+.
Lembre-se, é necessário um fluxo muito pequeno de íons para promover estas
mudanças bruscas no potencial de membrana, portanto as concentrações intra e
extracelulares de Na+ e K+ praticamente não variam, apesar do fluxo de K+ para fora e Na+
para dentro. Além disso, a bomba de Na+ e K+ está trabalhando continuamente no sentido
de manter as diferenças de concentração destes íons.
A bomba também contribui um pouquinho para o potencial de membrana, pois ela
bombeia três Na+ para fora e dois K+ para dentro, a cada ciclo; sendo, portanto,
eletrogênica. Assim, o potencial de membrana em repouso, em células nervosas e
musculares é de aproximadamente –90 mV.
Potencial de ação
Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação, que são variações
rápidas no potencial de membrana que se propagam ao longo das fibras nervosas.
No estado de repouso das membranas das fibras nervosas, a membrana está
“polarizada”, ou seja, com um potencial de repouso de -90 milivolts (mV) (Figura 1). Isto
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significa que o potencial dentro da fibra é mais negativo do que o potencial no líquido
extracelular (fora da célula).
Figura 1: Potencial de Membrana. Fonte: http://www.uff.br/fisiovet/Conteudos/sistema_nervoso.htm,
retirado em13/12/2010.
Para determinar este potencial de repouso da membrana de da fibra nervosa,
revisaremos as propriedades de transporte da membrana nervosa em repouso para o sódio
(Na+) e o potássio (K+).
Para refletir: Bomba de Na+/K+ (Na+/K+- ATPase): este transportador transporta Na+ para
fora e K+ para dentro da célula, contra seus gradientes de potencial eletroquímico, com
gasto de ATP. Esta bomba é responsável pela diferença de concentração destes íons entre o
intra e o extracelular (aprox.: [Na+]e = 142 mM (ou 142 mEq/L); [Na+]i = 14 mM; [K+]e = 4
mM; [K+]i = 140 mM.
Se a membrana fosse permeável apenas a K+, o potencial elétrico que se
estabeleceria através da mesma seria de - 94 mV (potencial que equilibra a diferença de
concentração de K+). Por sua vez, se a membrana fosse permeável apenas a Na+, o
potencial elétrico que se estabeleceria seria de +61 mV (lembre-se, sempre o interior em
relação ao exterior; o potencial extracelular é tomado como referência – igual a zero).
Subeqüente ao repouso temos o estágio de despolarização onde a membrana se
torna subitamente mais permeável a Na+, por abertura de canais para Na+ sensíveis a
voltagem (quando a membrana começa a se despolarizar, eles se abrem) - o potencial de
membrana supera o valor zero, tornando-se positivo. Ademais, no estágio de repolarização,
dentro de milisegundos os canais para Na+ se fecham (se inativam) e a membrana volta a
ser mais permeável a K+, não só pela existência dos canais para K+ que estavam abertos em
repouso, mas pela abertura de canais para K+ sensíveis a voltagem que também se abrem na
fase se despolarização.
Provocação: Em algumas células, como músculos lisos e músculo cardíaco (por exemplo),
canais para cálcio (Ca2+) contribuem majoritariamente para a fase de despolarização do
potencial de ação.
O início do potencial de ação ocorre com um estímulo provocando alteração do
potencial de membrana (torna-se menos negativo), ou seja, o potencial gerador. A alteração
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do potencial de membrana leva a aumento da probabilidade de abertura de canais para Na+.
A entrada de Na+ despolariza mais a membrana, promovendo mais abertura de canais para
Na+, num mecanismo de feedback positivo. Para tal há um limiar de ativação onde após um
determinado nível de despolarização, mesmo com o evento inicial que provocou mudança
do potencial de membrana pode ser retirado, e o potencial de ação ocorrerá de qualquer
forma. Este potencial é o potencial no qual já existem canais para Na+ abertos em tal
quantidade que permite um influxo de Na+ maior que o efluxo de K+, ou seja, fluxo
resultante de cargas positivas para dentro. Quanto maior o número de canais para Na+
presente na membrana, menor será o valor do limiar. Pois uma pequena alteração de
potencial já abre um número de canais para Na+ que permite um influxo de Na+ maior que o
efluxo de K+. É a partir deste momento que se inicia o ciclo de feedback positivo descrito
acima.
Além disso temos o período refratário onde os canais para Na+ estão inativados, não
responsivos à despolarização do potencial de membrana. Os canais para Na+ se abrem
durante um potencial de ação e se inativam espontaneamente, e só voltam a serem
responsivos à despolarização se a membrana volta ao potencial negativo que caracteriza a
membrana polarizada. Enquanto os canais para Na+ não voltarem ao estado responsivo
(fechado, porém responsivo), não será possível disparar um novo potencial de ação naquele
local da membrana.
Propagação do potencial de ação
O fluxo local de corrente, entre a parte despolarizada da membrana e a parte
adjacente ainda polarizada, leva a despolarização desta última e abertura de canais para Na+
na região adjacente, com geração do potencial de ação, ponto a ponto. Esta transmissão do
processo de despolarização é denominada impulso nervoso. Uma vez que o potencial de
ação tenha ocorrido em um ponto ele se propaga por toda a membrana da fibra nervosa ou
muscular, de uma forma denominada tudo ou nada.
A ocorrência de um único potencial de ação não muda as concentrações
intracelulares de Na+ e K+. Como já ressaltamos previamente, são necessários poucos íons
para alterar o potencial de membrana. Apenas após uma sucessão de potenciais de ação
(vários potenciais de ação em seguida) é que a concentração intracelular de Na+ começa a
se elevar, e a concentração de K+ a cair. A atividade contínua da bomba de Na+/K+, com
gasto de ATP, garante que as diferenças de concentração destes íons sejam preservadas.
Nas células em que a despolarização é decorrente do influxo de cálcio (Ca2+), o Ca2+
é retirado da célula pela bomba de Ca2+ (Ca2+-ATPase) e pelo permutador Na+/Ca2+, o que
garante que as diferenças de concentração sejam mantidas.
A transmissão de sinais em troncos nervosos dar-se-ão em fibras mielinizadas e não
mielinizadas. A bainha de mielina é formada por células de Schwann e cobrem o axônio
numa extensão de 2 a 3 mm. Existe um espaço de 2 a 3 micrômetros entre uma região
mielinizada e outra, conhecidos como nós de Ranvier. A mielina torna a membrana celular
muito pouco permeável a íons, de modo que íons não passam através da membrana, mas
fluem apenas no citoplasma. Há fluxo significativo de íons através da membrana apenas
nos nós de Ranvier, onde será regenerado o potencial de ação. Assim nas fibras mielínicas
a condução se realiza de forma saltatória do potencial de ação, de um nó de Ranvier a
outro, sendo que a velocidade de propagação chega a 100 metros/s. Já nas fibras
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amielínicas, o potencial de ação é gerado ponto a ponto. Nas fibras muito finas, a
velocidade de propagação pode ser 0,25 m/s.
O resumo dos estágios do potencial de ação nervoso estão na tabela 1 descrita
abaixo.
Tabela1: Estágios do potencial de ação nervoso.
Repouso
Despolarização
É o potencial da membrana
antes do início do potencial
de ação ser propagado (-90
mV)
A membrana se torna
permeável aos íons Na+
(difundidos no interior do
axônio). O influxo de Na+
torna o potencial positivo
(+35 mV)
Repolarização
Após milésimos de
segundos, acaba a
permeabilidade da
membrana aos íons sódio
(com fechamento de canais
para Na+) e abrem-se os
canais para K+. Ocorre
efluxo de K+ (para fora da
célula) e há o
restabelecimento do
potencial de repouso
negativo da membrana.
Ainda, é importante ressaltar que os canais de sódio e potássio são regulados pela
voltagem geradas nas membranas celulares. Lembramos que para diversos tipos celulares,
haverá outros tipos de íons que devem ser considerados na geração do potencial de ação
(por exemplo, o íon cálcio).
Para não finalizar: Revisem todos os tipos de transporte de substâncias através da
membrana celular.
Capítulo 3 - Transmissões Sinápticas
A transmissão do impulso nervoso entre dois neurônios ou entre um neurônio, por
exemplo, e o músculo, é feito por meio de sinapses. A sinapse por meio de estímulo elétrico
ou químico permite que o sistema nervoso processe informações, ou seja, é o ponto de
confluência entre um neurônio e outro, permitindo que a informação propague-se ao longo
do sistema nervoso. Estes sinais podem ser facilitatórios e inibitórios. Ademais, a
propagação do sinal sináptico segue a direção anterógrada (do axônio de um neurônio
precedente para o dendrito do neurônio subseqüente). Existem vários tipos de sinapses. Em
toda sinapse há uma junção da parte terminal de um axônio de uma célula pré-sináptica,
com os dendritos de uma célula pós-sináptica. A transmissão da informação na fibra pré
para a pós-sináptica é feita por meio de um mediador químico (na grande maioria das
sinapses), ou por meio de contato elétrico. Existem ainda sinapses mistas, onde há
condução química e elétrica.
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Sinapse elétrica
Na sinapse elétrica, o impulso que chega é rapidamente transmitido a fibra póssináptica, com um mínimo período de latência.
Sinapse química
Nas sinapses onde a mediação do impulso é por meio da liberação de uma
substância química, há sempre uma latência maior para o aparecimento do pulso póssináptico. Essa latência pode chegar a 1,5 metros por segundo, tendo um tempo mínimo de
0,5 metro por segundo para saltar da fibra pré para a fibra pós-sináptica.
A substância liberada pela vesícula, o mediador químico, que é capaz de transmitir o
impulso, chama-se geralmente de neurotransmissor. A natureza do neurotransmissor
determina se o impulso que chega à fibra pré-sináptica vai passar (sinapse excitatória), ou
vai ser bloqueado (sinapse inibitória). Na sinapse excitatória, o potencial de ação chega a
extremidade pré-sináptica, e libera o neurotransmiossor das vesículas. Esse mediador
liberado atravessa a fenda sináptica e se localiza em receptores específicos, resultando em
aumento da permeabilidade da membrana a íons sódio, especialmente. A penetração dos
íons Na+ despolariza a membrana pós-sináptica que, quando suficientemente intensa, inicia
um potencial de ação que continua no mesmo sentido do anterior.
Na sinapse inibitória o processo é semelhante, mas o neurotransmissor liberado
aumenta a permeabilidade aos íons K+, especialmente ao íon cloro (Cl-), que penetra na
membrana pós-sináptica, provocando uma hiperpolarização.
Abaixo na tabela 2, verificam-se as principais diferenças entre a sinapse química e
elétrica.
Tabela 2: Diferenças entre sinapse química e sinapse elétrica
Sinapse Química
Sinapse Elétrica
- quase todas as sinapses para transmissão
- caracterizadas por canais que conduzem
de sinal no sistema nervoso central (SNC)
eletricidade de uma célula para a próxima;
são químicas;
- maior parte consiste em pequenas
- O neurônio precedente secreta em seu
estruturas tubulares protéicas denominadas
terminal uma substância química
junções comunicantes (GAP) que permitem
(neurotransmissor) que atua em proteínas
o movimento de íons do interior de uma
receptoras presentes na membrana do
célula para outra.
neurônio subseqüente;
- transmissão do sinal pode ocorrer em
- Promovem: excitação, inibição ou
ambas as direções.
modificam de outra maneira a sensibilidade
da célula,
- transmissão do sinal é unidirecional.
Para não finalizar: Estudem e aprofundem-se nos principais mediadores químicos e
neurotransmissores presentes no sistema nervoso central (envolvido nas sinapses).
19
Capítulo 4 - Sistema Nervoso Autônomo
O Sistema Nervoso Autônomo é a porção do sistema nervoso central que controla a
maior parte das funções viscerais do organismo (exemplificando, a motilidade
gastrointestinal). Ademais os sinais autônomos eferentes são transmitidos aos diferentes
órgãos por meio de duas subdivisões: sistema nervoso simpático (relacionado basicamente
a situações de estresse corpóreo, preparação para luta e fuga) e sistema nervoso
parassimpático (relacionado basicamente à situações de relaxamento e armazenamento
corpóreo). Estes sistemas são ativados principalmente por centros localizados na medula
espinhal, tronco cerebral, hipotálamo e reflexos viscerais.
As fibras nervosas simpáticas e parassimpáticas secretam principalmente duas
substâncias transmissoras sinápticas: acetilcolina (fibras colinérgicas) e norepinefrina
(fibras adrenérgicas). Essas substâncias químicas são as responsáveis pelos efeitos
parassimpáticos (acetilcolina) e simpáticos (norepinefrina). Ademais, observamos que a
acetilcolina ativa principalmente dois tipos de receptores, os muscarínicos e os nicotínicos,
enquanto que a norepinefrina atua principalmente em receptores α e β.
Salientamos que a estimulação simpática causa efeitos excitatórios em alguns
órgãos, mas efeitos inibitórios em outros. Da mesma forma, a estimulação parassimpática
causa excitação em alguns, mas inibição em outros. Algumas vezes, quando a estimulação
simpática excita um órgão, a estimulação parassimpática o inibe, demonstrando o
antagonismo dos sistemas em alguns casos. Entretanto, considera-se que a maioria dos
órgãos é controlada dominantemente por um ou outro dos dois sistemas.
Portanto, não há generalização que explique se a estimulação simpática e
parassimpática causa excitação ou inibição em determinado órgão. Assim, para
entendermos a função simpática e/ou parassimpática, devemos aprender as funções
separadamente destes sistemas em cada órgão.
Para refletir: Lembramos que por meio dos mecanismos intrínsecos e interligados do
nosso organismo, a estimulação das medulas adrenais causa a liberação dos hormônios
epinefrina e norepinefrina, os quais, juntos, apresentam o mesmo efeito que a estimulação
simpática direta tem sobre o organismo (exceto pelo fato que estes efeitos são mais
prolongados).
Capítulo 5 - Córtex Motor
Provocação: O córtex motor é uma área anterior ao sulco central do encéfalo, ocupando o
terço anterior dos lobos frontais, está o córtex motor. Localizado posteriormente ao sulco
central se encontra o córtex somatossensorial, que envia sinais ao córtex motor para que o
controle das atividades motoras possa ser exercido. O córtex motor se subdivide em três
áreas, cada uma tendo sua representação de grupos musculares e funções motoras
específicas do corpo: córtex motor primário, área pré-motora e a área motora suplementar.
20
Córtex Motor Primário
Localizado na primeira convolução dos lobos frontais, anterior ao sulco central.
Inicia-se na fissura silviana e se espalha superiormente para a região encefálica, onde se
dobra para dentro da fissura longitudinal. As áreas correspondentes:
- face e boca: perto da fissura silviana;
- braços e mãos: porções médias do córtex motor primário;
- tronco: perto do ápice cerebral;
- pernas e pés: parte do córtex motor que se dobra para dentro da fissura longitudinal.
Mais da metade do córtex motor primário está relacionado com o controle das mãos
e músculos da fala, com uma representação mais específica para esses músculos. A
estimulação de um só neurônio do córtex motor faz contrair um grupo de músculos, isto é,
um movimento específico que excita um padrão de muitos músculos distintos.
Área Pré-Motora
Situa-se anterior ao córtex motor primário, projetando-se dois centímetros em
direção anterior. Estende-se inferiormente para o interior da fissura silviana e
superiormente para o interior da fissura longitudinal, onde faz limite com a área motora
suplementar. A organização topográfica é grosseiramente igual ao córtex motor primário.
Os sinais nervosos gerados na área pré-motora causam padrões de movimento envolvendo
grupos musculares que executam funções específicas (posicionar ombros e braços), sendo
os sinais enviados para o córtex motor primário para excitar grupos musculares múltiplos
ou para os núcleos da base, de onde via tálamo são enviados de volta ao córtex cerebral
primário. Um exemplo é posicionar os ombros e os braços de modo que as mãos orientemse aproximadamente para realizar tarefas específicas.
Para isso, a parte mais anterior da área pré-motora elabora primeiro a imagem
motora do movimento muscular total a ser executado. Em seguida, essa imagem excita cada
padrão sucessivo de atividade muscular da parte posterior da área pré-motora na seguinte
seqüência: gânglios da base, tálamo, córtex motor primário conseqüentemente ativando
múltiplos grupos musculares.
Área Motora Suplementar
Localizada superior à área pré-motora, situando-se sobre o sulco longitudinal,
classificação área 6 de Brodmann. Quando as contrações são obtidas, são freqüentemente
bilaterais, em vez de unilaterais. Esta área funciona em conjunto com a área pré-motora
para provocar movimentos posturais. Exemplo: movimentos bilaterais de preensão das
mãos simultaneamente.
Áreas especializadas do controle motor
- Área de Broca e a Fala;
- Campo dos Movimentos Oculares “voluntários”;
- Área de Rotação da Cabeça;
- Área para as Habilidades Manuais.
Ademais, a transmissão dos sinais do córtex motor para os músculos dar-se-á
conforme o esquema organizado abaixo (Figura 2):
21
Figura 2: Transmissão dos sinais do córtex motor para os músculos.
Trato Corticoespinhal (ou Trato Piramidal)
Constitui-se na mais importante via que leva estímulos do córtex motor. Origina-se
conforme o esquema abaixo (Figura 3):
Figura 3: Via de origem dos estímulos ao córtex motor. Fonte: http://www.heldermauad.com , retirado em
13/12/2010.
Para não finalizar: Aprofundem-se com detalhes no córtex motor e sua organização. O
papel de diferentes áreas corticais, dos gânglios da base e do cerebelo no controle motor e
as vias eferentes piramidal e extra-piramidal.
22
Capítulo 6 - Reflexos Osteotendinosos
Provocação: Muitos dos sistemas de controle homeostático do organismo têm como base
fisiológica uma seqüência de estímulo-resposta, o reflexo. Embora em muitos reflexos o
indivíduo tenha consciência do estímulo e/ou da resposta, em outros, nomeadamente nos
que regulam o meio interno, não existe qualquer consciência por parte do indivíduo. Um
reflexo é uma resposta involuntária, não premeditada, e não aprendida a um determinado
estímulo. Existem também diversas respostas que parecem ser automáticas e estereotipadas,
mas que são de fato o resultado da aprendizagem e da prática.
Constituição de um arco reflexo
A via que medeia um determinado reflexo constitui o seu arco reflexo. O arco
reflexo é constituído por um órgão sensitivo, um neurônio aferente, uma ou mais sinapses
numa estação de integração, um neurônio eferente e um efetor. Nos mamíferos, a conexão
entre os neurônios aferentes e eferentes somáticos ocorre geralmente no sistema nervoso
central (SNC). Os neurônios aferentes atingem o SNC através das raízes dorsais ou dos
nervos cranianos e têm os seus corpos celulares nos gânglios das raízes dorsais ou nos
gânglios dos nervos cranianos. Os neurônios eferentes saem do SNC através das raízes
ventrais ou dos nervos cranianos motores correspondentes. A atividade no arco reflexo tem
início num receptor sensitivo com um potencial receptor, cuja amplitude é proporcional à
intensidade do estímulo. Se o estímulo for suficientemente intenso, gera-se em seguida um
potencial de ação no nervo aferente. Os potenciais de ação dos nervos aferentes originam,
no SNC, potenciais sinápticos inibitórios ou excitatórios (IPSP e EPSP, respectivamente).
No nervo eferente, por sua vez, são gerados novamente potenciais de ação. Quando
estes atingem o efetor, originam uma resposta (por exemplo, contração muscular; secreção
glandular). A atividade do reflexo pode também ser modificada através de múltiplas
aferências que convergem nos neurônios eferentes (Figura 4).
Figura 4: Arco Reflexo: Órgão Sensitivo, Neurónio Aferente, Estação de Integração, Neurônio Eferente e
Efector; EPSPs - Potenciais Sinápticos Excitatórios; IPSPs - Potenciais Sinápticos Inibitórios. Fonte:
23
http://www.unirio.br/farmacologia/aulas fisiologia/sistema nervoso/Reflexos osteotendinosos UNIV DO
PORTO.pdf, retirado em 13/12/2010.
O arco reflexo mais simples é constituído por uma única sinapse entre um neurônio
aferente e um eferente. Estes arcos são monossinápticos (reflexo miotático e reflexo de
estiramento). Os arcos reflexos com um ou mais interneurônios intercalados entre os
neurônios aferente e eferente são polissinápticos. Como exemplos de reflexos
polissinápticos podem-se referir os reflexos de proteção (reflexo de defesa, reflexo da
tosse), os reflexos nutricionais (reflexo da deglutição), os reflexos locomotores e inúmeros
reflexos vegetativos (na circulação, respiração, estômago e intestino, função sexual e
bexiga).
Órgãos receptores responsáveis pelos reflexos espinhais
Um dos modelos que melhor exemplifica os mecanismos envolvidos nos reflexos é
o estudo do controle da função muscular pela medula espinhal. A medula espinhal ocupa o
nível mais inferior na hierarquia do sistema motor, sendo responsável pela gênese de
movimentos reflexos e rítmicos, os quais estão sob o controle dos feixes descendentes do
córtex e do tronco cerebral. Inúmeras atividades subconscientes dependem de reflexos
simples desencadeados pela ativação de receptores sensitivos. As vias descendentes podem,
por sua vez, produzir movimentos por meio da modificação da atividade destes circuitos.
Os reflexos espinhais são valiosos no diagnóstico clínico, pois permitem avaliar a
integridade das vias aferentes e eferentes, bem como a excitabilidade geral da medula
espinhal. Os músculos esqueléticos possuem uma grande variedade de receptores. Dois
deles são particularmente importantes para o controlo motor: os fusos neuromusculares e os
órgãos tendinosos de golgi. Os fusos musculares são inervados por fibras aferentes do
grupo I (fibras mielinizadas de grande diâmetro) e do grupo II (fibras mielinizadas
pequenas). Os órgãos tendinosos de golgi são inervados apenas por fibras aferentes do
grupo I. As fibras do grupo I que inervam os fusos musculares são do tipo Ia, enquanto as
que inervam os órgãos tendinosos de golgi têm um diâmetro ligeiramente inferior e são do
tipo Ib.
Fuso neuromuscular
A densidade de fusos neurousculares é proporcional à complexidade de movimentos
executados pelo músculo.
Para refletir: São estruturas encapsuladas e contêm três componentes principais: um grupo
de fibras musculares intrafusais especializadas; axônios sensitivos que terminam nas fibras
musculares e axônios motores que regulam a sensibilidade do fuso.
O centro do fuso está envolvido por uma cápsula de tecido conjuntivo e contém um
fluido gelatinoso que facilita o deslizamento das fibras musculares entre si. As fibras
musculares especializadas do fuso são as fibras intrafusais (dois tipos, fibras de cadeia
nuclear e de saco nuclear), por oposição às fibras musculares normais extrafusais.
Um fuso neuromuscular típico contém duas fibras de saco nuclear e um número
variável de fibras de cadeia nuclear (normalmente cinco). Os axônios mielinizados que
24
atravessam a cápsula terminam na região central das fibras intrafusais. A maioria das
terminações aferentes enrola-se à volta destas fibras. Quando as fibras intrafusais são
estiradas, as terminações nervosas aumentam a freqüência de despolarização. Isto acontece
porque o estiramento do fuso também estira a parte central das fibras intrafusais, à volta das
quais estão enroladas as terminações aferentes. O conseqüente estiramento das terminações
aferentes, ativa canais sensíveis ao estiramento que despolarizam a membrana e dão origem
a potenciais de ação. Quando termina o estiramento, as fibras intrafusais relaxam e a
freqüência de despolarização diminui. Existem dois tipos de fibras aferentes nos fusos
musculares: as primárias e as secundárias. Normalmente, existe apenas uma terminação
primária em cada fuso, constituída por todas as ramificações de um neurônio aferente do
grupo Ia. Os aferentes do grupo Ia têm, por sua vez, origem nos dois tipos de fibras
intrafusais. As terminações secundárias são formadas por fibras do grupo II que têm
origem, sobretudo nas fibras de cadeia nuclear. As terminações primárias e secundárias têm
diferentes padrões de atividade.
Os neurônios motores da medula espinhal podem ser divididos em dois tipos: alfa
(α) e gama (γ). Os motoneurônios γ são menores que os α, inervam os fusos
neuromusculares terminando nas regiões polares das fibras intrafusais. Os motoneurônios γ
modulam a freqüência de despolarização das fibras aferentes dos fusos. Enquanto que os
aferentes sensitivos terminam na parte central das fibras intrafusais, as fibras γ inervam as
regiões polares, onde estão localizados os elementos contráteis. A ativação dos eferentes γ
provoca a contração e encurtamento das regiões polares, o que estira a porção não contrátil
central, conduzindo a um aumento da freqüência de despolarização das terminações
sensitivas. A contração das fibras intrafusais altera, desta forma, a sensibilidade das
terminações aferentes ao estiramento (Figura 5).
Figura 5 - Fuso neuromuscular: os motoneurônios γ inervam as fibras intrafusais de saco nuclear e de cadeia
nuclear; as aferências incluem terminações primárias e secundárias.
25
Fonte: http://www.unirio.br/farmacologia/aulas fisiologia/sistema nervoso/Reflexos osteotendinosos UNIV
DO PORTO.pdf, retirado em 13/12/2010.
Funcionamento dos fusos neuromusculares
Provocação: Quando um músculo é estirado ou se contrai, o movimento compreende duas
fases: uma fase dinâmica e uma fase estática.
Quando o segmento central das fibras intrafusais é estirado lentamente, os impulsos
são transmitidos a partir das fibras de cadeia nuclear num grau proporcional ao estiramento,
mantendo-se enquanto o estiramento permanecer (resposta estática). Se o comprimento das
fibras intrafusais de saco nuclear aumentar subitamente são transmitidos impulsos aferentes
em grande número (resposta dinâmica). Apenas dura enquanto o comprimento muscular
varia. O número de impulsos transmitidos regressa depois praticamente ao nível basal. As
terminações primárias e secundárias dos fusos neuromusculares respondem de forma
diversa durante a fase dinâmica (Figura 6).
Figura 6 - Fase Dinâmica: resposta das terminações primárias e secundárias a diferentes tipos de variação do
comprimento muscular. Fonte: http://www.unirio.br/farmacologia/aulas fisiologia/sistema nervoso/Reflexos
osteotendinosos UNIV DO PORTO.pdf, retirado em 13/12/2010.
Quando o músculo é estirado, ambas as terminações aumentam a sua freqüência de
despolarização. Quando o músculo relaxa, ambas as terminações diminuem a freqüência de
despolarização. Contudo, durante esta fase dinâmica, as terminações primárias têm uma
freqüência de despolarização muito superior à da fase estática. A freqüência de
despolarização das terminações secundárias aumenta apenas gradualmente durante a fase
dinâmica. As terminações primárias são muito sensíveis à velocidade de alteração do
comprimento muscular. Este fenômeno é observado quando existe estiramento do músculo,
com aumento da freqüência de despolarização e com o relaxamento muscular, quando
26
acaba a despolarização. Estas terminações são muito sensíveis a pequenas alterações do
comprimento muscular. São capazes de detectar pequenas alterações independentemente do
comprimento muscular.
As diferentes propriedades dos neurônios estáticos e dinâmicos, aferentes ou
eferentes, resultam do fato destes neurônios inervarem diferentes tipos de fibras intrafusais.
Os terminais aferentes primários terminam em todos os tipos de fibras intrafusais: saco
nuclear e cadeia nuclear. Assim, o padrão de atividade dos terminais primários resulta das
propriedades combinadas dos dois tipos de fibras intrafusais. O alto grau de sensibilidade
dinâmica dos aferentes primários resulta do comportamento das fibras de saco nuclear
dinâmicas. Estas fibras intrafusais têm características não uniformes. A região central atua
como uma espécie de mola, enquanto as regiões polares têm uma maior resistência ao
estiramento. Quando as fibras de saco nuclear dinâmicas são rapidamente estiradas, a
região central alonga-se imediatamente, enquanto as regiões polares alongam mais
lentamente. Contudo, imediatamente após o seu estiramento, a região central tende a voltar
ao seu comprimento inicial, enquanto as regiões polares continuam a alongar. Este
fenômeno deve-se às características viscoelásticas das fibras intrafusais.
O resultado desta propriedade é um aumento da atividade das terminações primárias
seguido de uma diminuição para um novo nível. As fibras de cadeia nuclear têm
características físicas mais uniformes e, por isso, as regiões centrais não têm a propriedade
de provocar grandes estiramentos. Por isso, as terminações secundárias apenas têm uma
resposta estática.
Controle da sensibilidade dos fusos neuromusculares pelos motoneurônios γ
A inervação eferente dos fusos neuromusculares, através dos motoneurônios γ,
determina a sua sensibilidade ao estiramento. Quando as fibras musculares extrafusais
contraem, as fibras aferentes do fuso muscular diminuem ou param a freqüência de
despolarização. Isso faz com que o SNC deixe de receber informação sobre o comprimento
muscular. Este efeito pode ser revertido por meio da ativação dos motoneurônios γ pelo
SNC. A estimulação elétrica do córtex motor conduz a ativação simultânea dos
motoneurônios α e γ (coactivação alfa-gama) (Figura 7).
27
Figura 7 - Coativação alfa-gama. Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/corpo-humano-sistemanervoso/sistema-nervoso-central.php, retirado em 13/12/2010.
A ativação dos motoneurônios γ provoca a contração das regiões polares das fibras
intrafusais, uma vez que a região central tem poucas proteínas contráteis. Assim, a
coativação alfa-gama permite que os fusos neuromusculares acompanhem o encurtamento
das fibras extrafusais, o que facilita os reflexos miotáticos.
O sistema eferente γ é ativado primariamente por sinais provenientes da região
facilitadora bulboreticular do tronco encefálico e, secundariamente, por impulsos
transmitidos para esta região a partir do cerebelo, gânglios da base e córtex encefálico.
Os motoneurônios γ podem ser classificados em motoneurônios γ estáticos e
dinâmicos. Os motoneurônios γ estáticos inervam as fibras de cadeia nuclear, enquanto os
dinâmicos inervam as fibras de saco nuclear. Quando um motoneurônio γ dinâmico é
ativado, a resposta dinâmica da fibra aferente Ia é melhorada. Quando um motoneurônio γ
estático é ativado, aumenta a resposta estática das fibras aferentes Ia e II.
Órgão tendinoso de golgi
Provocação: O Órgão tendinoso de golgi é uma estrutura encapsulada localizada na junção
músculo-tendínea, onde as fibras de colágeno do tendão estão unidas às extremidades das
fibras musculares extrafusais.
Os feixes de colágeno na cápsula do órgão tendinoso dividem-se em finos
fascículos. Cada Órgão tendinoso é inervado por um axônio do grupo Ib, que perde a sua
bainha de mielina após atravessar a cápsula e se ramifica em numerosas terminações, as
quais se entrelaçam à volta dos fascículos de colágeno. O estiramento das fibras de
colágeno também estira o órgão tendinoso. Isto comprime e alonga as terminações
nervosas, provocando a sua despolarização. Os órgãos tendinosos são muito sensíveis a
alterações na tensão do músculo, ao contrário dos fusos neuromusculares que são mais
sensíveis a alterações do comprimento muscular.
Diferenças funcionais entre os fusos neuromusculares e os órgãos tendinosos de golgi
Os fusos neuromusculares e os órgãos tendinosos de golgi transmitem tipos
diferentes de informação. Quando um músculo é estirado, os aferentes dos fusos
neurousculares aumentam significativamente a sua freqüência de despolarização, enquanto
os órgãos tendinosos apresentam um aumento pequeno e inconsistente. Por outro lado,
quando o músculo contrai (como resultado da estimulação do motoneurónio α), a
freqüência de despolarização dos órgãos tendinosos aumenta de forma marcada, enquanto a
dos fusos neuromusculares diminui ou mesmo desaparece. Esta diferença de resposta
resulta das diferentes relações anatômicas dos dois tipos de receptores.
Os fusos neuromusculares estão dispostos em paralelo com as fibras extrafusais,
enquanto os órgãos tendinosos de golgi estão em série. O estiramento do músculo alonga as
fibras intrafusais, estirando a terminações nervosas do fuso, o que conduz ao aumento da
freqüência de despolarização. Nos órgãos tendinosos, as fibras de colágeno dos tendões são
mais rígidas que as fibras musculares. Assim, a maior parte do estiramento deve-se às fibras
musculares e, como os órgãos tendinosos estão em série com as fibras musculares, sofrem
28
pouca deformação. Contudo, quando o músculo contrai, as fibras musculares exercem
tensão diretamente sobre as fibras de colágeno e transmitem o estiramento das fibras de
colágeno aos órgãos tendinosos de forma mais eficaz. Desta forma, os órgãos tendinosos de
golgi respondem melhor à contração do que ao estiramento muscular.
Os fusos neuromusculares, pelo contrário, diminuem a sua freqüência de
despolarização quando o músculo contrai porque, à medida que as fibras extrafusais
encurtam, as intrafusais, em paralelo, também encurtam.
Reflexos espinhais
Reflexo miotático ou de estiramento
Provocação: Os Reflexos miotáticos são contrações musculares que ocorrem quando o
músculo é estirado.
O receptor responsável por este reflexo é o fuso neurouscular. O arco reflexo é
composto por uma fibra aferente Ia proveniente de um fuso neuromuscular. Na medula
espinhal, a fibra ramifica-se e atinge a substância cinzenta medular. Algumas ramificações
estabelecem sinapse diretamente com os motoneurônios α que inervam o músculo e os seus
sinergistas. Este reflexo é, portanto, monossináptico. Se o estímulo for suficientemente
potente, tem origem no motoneurônio α um potencial de ação que conduz a contração
muscular. Outras ramificações da fibra Ia estabelecem sinapses com interneurônios
inibitórios que, por sua vez, terminam em motoneurônios α dos músculos antagonistas,
provocando a sua inibição. Desta forma, o estiramento muscular dá origem a um reflexo
que consiste na contração dos músculos agonistas e no relaxamento dos músculos
antagonistas. Este tipo de organização em que há ativação de um conjunto de neurônios e
inibição dos neurônios antagonistas é designado por inervação recíproca.
O reflexo miotático pode ser dividido num componente dinâmico e num
componente tônico. O reflexo miotático dinâmico é provocado por um estiramento rápido
do músculo. Este estiramento origina um sinal potente transmitido pelas terminações
aferentes primárias os quais, por sua vez, causam uma contração reflexa do mesmo
músculo de origem do sinal. O reflexo opõe-se, portanto, a alterações súbitas do
comprimento muscular.
O Reflexo miotático tônico caracteriza-se por uma contração tônica mais fraca e de
maior duração, desencadeada por um estiramento passivo do músculo. O arco reflexo é
semelhante ao que foi descrito para o dinâmico. No entanto, as fibras aferentes são do tipo
Ia e II. O componente tônico contribui para o tônus muscular. Quando um indivíduo está de
pé, as articulações do membro inferior mantêm uma determinada posição para impedir a
queda. Uma rápida extensão ou flexão dão origem a um reflexo miotático tônico que ativa
os músculos necessários para se oporem ao movimento, permitindo a manutenção da
postura. Os motoneurônios γ não têm uma participação direta no reflexo miotático mas,
como já foi discutido, mantêm os fusos neuromusculares capazes de responder
independentemente do comprimento muscular. Têm, por isso, um papel importante na
manutenção do tônus muscular. A perda de influência dos motoneurônios γ sobre os fusos
neuromusculares diminui a freqüência de despolarização contínua dos fusos (o que diminui
o tônus muscular) e as despolarizações dinâmicas em resposta ao estiramento.
29
Reflexo miotático inverso
Os receptores do reflexo miotático inverso são os órgãos tendinosos de golgi. As
fibras aferentes Ib ramificam-se quando entram na medula espinal e terminam em
interneuônios. É, portanto, um reflexo polissináptico. Os interneurônios podem ser
inibitórios, inibindo os motoneurônios α dos músculos agonistas, ou excitatórios, ativando
os motoneurônios α dos músculos antagonistas. Assim, a organização deste reflexo é
inversa à do reflexo miotático.
O reflexo miotático inverso completa o reflexo miotático. O órgão tendinoso de
golgi é sensível à força que o músculo desenvolve. Exemplificando, se durante a posição
supina, o músculo reto femoral diminuir a força desenvolvida (por fadiga), a força exercida
sobre o tendão patelar também diminui. Isto diminui a atividade dos órgãos tendinosos de
golgi. Como estes receptores normalmente inibem os motoneurônios α que inervam o
músculo reto femoral, esta redução da atividade dos receptores conduz a um aumento da
excitabilidade desses motoneurônios α e a um aumento da força. Existe, portanto uma
coordenação entre a atividade dos fusos neurousculares e dos órgãos tendinosos de golgi,
com uma maior contração do músculo reto femoral e que contribui para a manutenção da
postura. A natureza inibitória do reflexo miotático inverso é também um mecanismo de
feedback negativo que impede o desenvolvimento de demasiada tensão pelo músculo.
Outra função importante deste reflexo é equalizar a força desenvolvida pelas
diversas fibras musculares. Aquelas fibras que desenvolvem demasiada tensão são inibidas
pelo reflexo, enquanto as que desenvolvem menos força são mais ativadas pela ausência da
inibição reflexa. Além da função dos fusos neuromusculares e dos órgãos tendinosos de
golgi no controle motor pela medula espinhal, estes órgãos receptores apresentam ligações
com centros motores superiores, como o cerebelo e substância reticulada do tronco
cerebral, entre outros. A informação proveniente destes receptores é fundamental para o
funcionamento destes centros.
Reflexos flexores
No animal descerebrado, qualquer tipo de estimulação cutânea num membro
provoca uma contração dos músculos flexores, afastando o membro do estímulo. Esta é à
base do reflexo flexor. Na sua forma clássica, o reflexo flexor é provocado por um estímulo
doloroso (reflexo nociceptivo) que conduz à contração muscular coordenada em várias
articulações, por meio das vias reflexas polissinápticas. A resposta desencadeada tem como
objetivo final afastar o membro do estímulo.
O ramo aferente dos reflexos flexores é formado por axônios provenientes de vários
tipos de receptores. As fibras aferentes provocam a ativação de: interneurônios excitatórios
que, por sua vez, ativam motoneurônios α que inervam os músculos flexores do membro
ipsilateral; interneurônios inibitórios que inibem a ativação dos motoneurônios que inervam
os músculos extensores (antagonistas) dessa articulação; interneurônios que provocam um
padrão de contração oposto no membro contralateral (contração dos músculos extensores e
relaxamento dos músculos flexores) - reflexo de extensão cruzado; circuitos neuronais que
permitem a manutenção da contração muscular mesmo depois do estímulo terminar
(fenômeno de afterdischarge).
30
Os interneurônios destas vias recebem aferências de diversos tipos de fibras
aferentes, não apenas nociceptivas, e de via descendentes. Os aferentes do reflexo flexor
incluem fibras do tipo II e III, provenientes da pele, articulações e músculos, e do tipo II,
provenientes das terminações secundárias dos fusos neuromusculares. Este reflexo medeia
essencialmente fuga a um estímulo, providenciando, ao mesmo tempo, meios de
manutenção da postura e do equilíbrio durante essa fuga. Esta é a função do reflexo de
extensão cruzado.
Para não finalizar: Revisem todas as funções e vias somato-sensoriais, o conceito de arco
reflexos, os receptores sensoriais, o córtex somatosensorial e a formação dos homúnculos.
As funções motoras e os reflexos medulares: miotático, tendíneo, flexor e extensor. Os
reflexos sub-corticais: músculos anti-gravitacionais, equilíbrio e postura e refinamento
motor.
Capítulo 7 - Músculo Esquelético
Provocação: O músculo esquelético constitui, aproximadamente, 45% do peso corporal e é
o maior sistema orgânico do ser humano, sendo um importante tecido na homeostasia
bioenergética, tanto em repouso como em exercício. Representa o principal local de
transformação e de armazenamento de energia, sendo o destino final dos sistemas de
suporte primários envolvidos no exercício, como o cardiovascular e o pulmonar. O estudo
da fisiologia muscular está estruturado em três partes.
Uma primeira, onde são dadas as noções histológicas fundamentais da fibra
esquelética e onde é mencionada a organização hierárquica da fibra em termos estruturais.
Uma segunda, envolvendo o mecanismo molecular da contração muscular (diferentes
características dos miofilamentos e descrito o processo de interação entre a actina e
miosina), com destaque para o mecanismo de deslize dos miofilamentos e o papel
desempenhado pelo cálcio durante a contração e o relaxamento. A terceira parte estuda a
mecânica da contração muscular, onde são explicados, o significado de unidade motora, a
forma como são recrutadas e o efeito somatório de contrações musculares consecutivas.
Neste capítulo são ainda referidos, embora de forma sucinta, os principais tipos de
contração muscular, bem como as idéias chave em torno dos conceitos de hipertrofia e
hiperplasia. Nunca será demais salientar que o estudo da fisiologia do músculo esquelético
é de uma importância fulcral para os profissionais de desporto, dado que a principal função
do músculo é a de desenvolver tensão e executar trabalho mecânico, ou seja, promover o
movimento.
Noções histológicas fundamentais
A unidade de organização histológica do músculo esquelético é a fibra muscular,
uma célula larga e cilíndrica, multinucleada. Grupos de fibras musculares agrupam-se
formando fascículos que, finalmente, se associam para formar os diferentes tipos de
músculos (Figura 8). Cada fibra muscular isolada, cada fascículo e cada músculo no seu
conjunto, estão revestidos por tecido conjuntivo. O próprio músculo inteiro está envolvido
por uma capa de tecido conjuntivo - o epimísio. Alguns tabiques de colágeno penetram
31
desde o epimísio até ao interior do músculo, formando bainhas que rodeiam todos e cada
um dos fascículos - o perimísio. Por sua vez, existe um retículo extremamente delicado que
reveste cada fibra muscular - o endomísio. O tecido conjuntivo serve para reunir as
unidades contráteis, os grupos de unidades, para integrar a sua ação e permitir, ainda, um
certo grau de liberdade de movimentos entre elas. Deste modo, ainda que as fibras se
encontrem extremamente compactadas, cada uma é relativamente independente das
restantes e cada fascículo pode movimentar-se independentemente dos vizinhos. Os vasos
sanguíneos que irrigam o músculo esquelético correm pelos tabiques de tecido conjuntivo e
ramificam-se para formar uma abundante rede capilar em torno de cada uma das fibras
musculares. O aumento das fibras musculares ocorre normalmente durante o
desenvolvimento do organismo e quando estimulado por solicitação muscular intensa
(hipertrofia de uso). De modo inverso, as fibras podem adelgaçar-se em músculos
imobilizados (atrofia por desuso).
Figura 8 – Organização estrutural o músculo esquelético.
Fonte: http://bioquimicaexercicio.blogspot.com/2010/12/contracao-muscular.html, retirado em 13/12/2010.
A maior parte do interior da fibra muscular está ocupada por miofibrilas de 1 a 2 µm
de diâmetro. Cada fibra pode conter, desde várias centenas, até muitos milhares de
miofibrilas. Por sua vez, cada miofibrila apresenta cerca de 1500 filamentos de miosina e
3000 de actina, dispostos lado a lado. Em cortes longitudinais pode ser observada a
estriação transversal tão característica das miofibrilas. Esta estriação é devida à presença de
actina e miosina, as duas principais proteínas contráteis do músculo. Estas formam a
unidade estrutural do músculo denominado sarcômero. O sarcômero por sua vez, é dividido
didaticamente em bandas. A banda (ou faixa) I (isotrópica) apresenta-se mais clara porque a
luz polarizada atravessa facilmente os finos filamentos de actina que a constituem. A banda
A (anisotrópica), apresenta-se mais escura por ser composta por actina e espessos
filamentos de miosina, o que dificulta a passagem da luz. O comprimento relativo das
bandas varia consoante o músculo examinado se encontre em posição de repouso,
contração, ou estiramento passivo. O comprimento da banda A permanece constante em
todas as fases de contração, mas a banda I é maior no músculo estirado, menor na posição
de repouso e extremamente curta no músculo contraído. Tanto em preparações coradas
32
como no músculo vivo observado em contraste de fase, é observável uma linha transversal
escura - a linha Z - que divide a meio cada banda I. Os filamentos de actina estão ligados a
esta linha, estendendo-se para cada lado dessa membrana para se interdigitarem com os
filamentos de miosina. A membrana, ou linha Z, também passa de miofibrila a miofibrila,
ligando-as entre si através de toda a fibra muscular. A unidade estrutural a que se referem
todos os fenômenos morfológicos do ciclo contrátil é o sarcômero, que se define como
sendo o segmento compreendido entre duas linhas Z consecutivas, incluindo uma banda A
e a metade de duas bandas I contíguas. Ocupando a região central da banda A, pode ainda
observar-se uma zona mais clara, denominada banda H. Esta banda apresenta-se
exclusivamente constituída por filamentos de miosina. Localizada no meio da banda A,
pode ser ainda observada uma linha escura delgada, a linha M. No músculo dos mamíferos,
o comprimento ótimo do sarcômero, em termos de capacidade para gerar força, situa-se
entre 2.4 e 2.5µm (Figura 9).
Figura 9 – Unidade estrutural muscular, o sarcômero com sua divisão didática em linhas e zonas e seu
comprimento em repouso (4 µm) e contraído (2,7 µm). µm = micrômetros. Fonte:
http://www.leoallevato.com.br/fitness_clipping/abr_2006/titina.php, retirado em 13/12/2010.
Cada fibra muscular está revestida por uma membrana designada por sarcolema (é a
membrana celular da fibra muscular). Os núcleos da célula muscular estriada são
numerosos e o seu número depende do comprimento da fibra. Outros núcleos existem e
pertencem às células satélites que podem ser encontradas achatadas contra a fibra, ou
33
ocupando depressões pouco profundas na sua superfície. Estas células localizam-se entre o
sarcolema e a lâmina basal da fibra muscular e desempenham um papel importante na
regeneração e no crescimento muscular.
Para refletir: O sarcoplasma de uma fibra muscular corresponde ao citoplasma dos outros
tipos de células e pode definir-se como o conteúdo do sarcolema quando se excluem os
núcleos. É, portanto, constituída por uma matriz citoplasmática típica, as organelas e
também pelas miofibrilas tão peculiares do músculo.
Destas organelas ressaltam-se as mitocôndrias que apresentam muitas cristas e a sua
íntima associação com os elementos contráteis permite a sua rápida utilização como fonte
geradora de energia química (ATP). O retículo sarcoplasmático (RS) é um sistema contínuo
de sarcotúbulos limitados por membranas, que se estende por todo o sarcoplasma formando
uma rede canalicular de malha fina em volta de cada miofibrila. Os túbulos longitudinais
distribuem-se a intervalos regulares ao longo das miofibrilas, confluindo em canais
orientados transversalmente e de calibre maior, chamados cisternas terminais. Pares
paralelos de cisternas terminais correm transversalmente por entre as miofibrilas em relação
íntima com um elemento intermédio de menor diâmetro - o túbulo T. Estas três estruturas
transversais associadas constituem as chamadas tríades do músculo esquelético (um túbulo
T mais duas cisternas). Denominam-se coletivamente por sistema T da fibra muscular. Os
túbulos longitudinais e as cisternas terminais do retículo sarcoplasmático estão intimamente
relacionados com a liberação dos íons cálcio.
O sarcoplasma do músculo vivo contém ainda, além destas inclusões, uma proteína
fixadora de oxigênio conhecida como mioglobina. No músculo em repouso mantém-se,
provavelmente, ligada ao oxigênio, mas quando a necessidade aumenta, dissocia-se e fica
disponível para as oxidações.
Mecanismo molecular da contração muscular
Características moleculares dos filamentos contráteis
Provocação: Os componentes contráteis básicos da fibra muscular são quatro proteínas
agregadas em dois componentes multimoleculares, o já mencionado filamento grosso de
miosina e os finos filamentos de actina. A tropomiosina e a troponina são as outras duas
proteínas.
Filamento de miosina
O filamento de miosina é composto por cerca de 300 moléculas de miosina. A
molécula individual de é constituída por seis cadeias polipeptídicas, com duas cadeias
pesadas e quatro cadeias leves. As duas cadeias pesadas formam uma dupla hélice, em que
cada cadeia se apresenta com uma das extremidades enrolada, formando conjuntamente
duas massas de proteína globular - as cabeças da miosina. Deste modo, existem duas
cabeças livres, lado a lado, numa das extremidades da dupla hélice da molécula de miosina.
As cabeças da molécula de miosina são ainda constituídas pelas quatro cadeias leves (duas
por cabeça), que ajudam a controlar a função das cabeças durante o processo de contração
34
muscular. As cabeças são o local responsável pela atividade enzimática da molécula de
miosina e pela afinidade com a actina.
Os locais com afinidade pelas outras moléculas adjacentes de miosina encontram-se
na sua cauda. A cauda é composta pela restante porção em dupla hélice das duas cadeias
pesadas de miosina. Assim, as caudas das moléculas de miosina agrupam-se formando o
corpo do filamento de miosina, enquanto as cabeças se projetam exteriormente. No entanto,
salienta-se que uma parte da porção em dupla hélice de cada molécula de miosina se afasta
igualmente do corpo do filamento acompanhando a cabeça e providenciando assim um
braço que permite o afastamento para o exterior da(s) cabeça(s). O braço e a(s) cabeça(s) da
miosina denominam-se conjuntamente por ponte transversa (PT).
A PT é assim composta por duas partes: por um braço em forma de dupla hélice e
por uma cabeça(s) ligada à extremidade da dupla hélice. Várias centenas destas moléculas
encontram-se agrupadas em feixes, com as cabeças viradas numa direção ao longo de
metade do filamento, e na direção oposta na outra metade. Assim, as cabeças de miosina
projetam-se para fora na direção dos filamentos de actina e são os únicos elos, estruturais e
mecânicos, entre os filamentos grossos e finos.
Pensa-se que a molécula de miosina seja especialmente flexível em dois locais,
denominados dobradiças: no ponto em que o braço se afasta do corpo do filamento de
miosina e entre o braço e a(s) cabeça(s) da ponte transversa. De certo modo, a cabeça
funciona como uma mão que pode agarrar e deslocar o filamento de actina.
Filamento de actina
As outras três proteínas envolvidas na contração muscular encontram-se todas
incorporadas no filamento fino. Assim, o filamento de actina é também um filamento
complexo, composto por três partes distintas: actina, tropomiosina e troponina. A troponina
e a tropomiosina são conhecidas como proteínas reguladoras.
Actina
A actina constitui 20 a 25% da proteína miofibrilar e é o principal componente do
filamento fino. O arcabouço do filamento de actina é uma molécula protéica constituída por
uma dupla fita de actina F enrolada em hélice. Cada fita da dupla hélice de actina F é
composta de moléculas polimerizadas de actina G (monômeros). A cada uma das moléculas
de actina G encontra-se fixa uma molécula de ADP. Pensa-se que essas moléculas de ADP
sejam os locais ativos dos filamentos de actina, com os quais interagem as PT dos
filamentos de miosina para causarem a contração muscular. O arranjo estrutural das
moléculas de actina e de miosina nas duas metades da banda A, explica como os filamentos
de actina em cada lado do sarcômero se movem em direções opostas.
Tropomiosina
O filamento de actina contém também duas fitas adicionais de proteína que são
polímeros de moléculas de tropomiosina. Pensa-se que cada fita de tropomiosina está
fracamente ligada a uma de actina F. Estas moléculas correm ao longo dos dois sulcos da
dupla hélice de actina, de tal forma que cada molécula de tropomiosina está em contato
35
direto com sete monômeros de actina. Assim, no estado de repouso, encobre os locais
activos da actina de modo a que não ocorra a interação actomiosínica e conseqüentemente a
contração muscular.
Troponina
Fixado aproximadamente a dois terços de distância ao longo de cada molécula de
tropomiosina, existe um complexo de três moléculas proteicas globulares, denominado
troponina. Uma dessas proteínas globulares tem grande afinidade pela actina (troponina I),
outra pela tropomiosina (troponina T) e a terceira pelos íons cálcio (troponina C). Pensa-se
que este complexo fixa a tropomiosina à actina, no entanto, a sua exata orientação
relativamente ao filamento fino ainda não foi esclarecida. Sabe-se, contudo, que na
presença de uma molécula de tropomiosina a troponina pode regular a atividade de cerca de
sete monômeros de actina. Assim, a troponina funciona como um interruptor, "ligando" ou
"desligando" o filamento de actina. A grande afinidade da troponina pelos íons cálcio
parece iniciar o processo de contração.
Interação da actina e miosina
Para refletir: O mecanismo com que estímulos nervosos desencadeiam o movimento
muscular é denominado processo de excitação-contração. Este processo pressupõe toda
uma série de acontecimentos cujo potencial de ação dos motoneurônios desencadeiam a
interação entre a actina e a miosina.
Mecanismo de deslizamento dos miofilamentos
Provocação: Existe um consenso generalizado quanto à hipótese das alterações de
comprimento do músculo estriado relacionar-se aos movimentos de deslizamento entre os
filamentos de actina e miosina.
Durante esse deslizamento, as filas dos filamentos finos deslocar-se-iam para o
interior dos filamentos grossos. Assim, quando o músculo encurta, o comprimento dos
filamentos permaneceria constante. Portanto, é evidente que o comprimento da banda A
também permaneceria inalterável, mas a banda I encurtaria, podendo mesmo,
eventualmente, desaparecer. Como os filamentos de actina estão ligados às linhas Z, o
sarcômero diminuiria de comprimento. Durante uma contração isométrica (que não provoca
alterações no comprimento), o comprimento das bandas A e I permaneceriam constantes,
no entanto, o estiramento muscular aumentaria a banda I. A teoria dos miofilamentos
deslizantes foi largamente desenvolvida por Huxley, que considera que as cabeças das PT
dos filamentos de miosina interagem com os filamentos de actina para provocar
encurtamento muscular. Segundo este autor o movimento ocorre devido a uma interação
em forma de remada, entre as duas proteínas contráteis. Assim, em qualquer momento,
cerca de metade das PT estarão sempre ligadas à actina (locais ativos) a produzir força,
embora essa porcentagem varie em função das necessidades funcionais.
36
Em repouso
Pensa-se que, em repouso, as hastes de tropomiosina se localizam junto ao bordo do
sulco do filamento fino de actina (Figura 10). Nesta posição poderão bloquear, direta ou
indiretamente, os locais activos da actina que de outro modo reagiriam com as ponte
cruzadas.
Figura 10- Quando a fibra se encontra em repouso (potencial de membrana), as hastes de tropomiosina
encontram-se em posição de bloqueio, encobrindo os locais ativos da actina, impedindo assim a interação
acto-miosínica. Fonte: Ganong 1999.
Com esta organização das proteínas contráteis em filamentos separados de actina e
miosina, a resistência à extensibilidade passiva é muito modesta. Convém referir que, neste
estado de repouso, a miosina encontra-se ativada à custa da energia proveniente da hidrólise
prévia do ATP. Deste modo, será precisamente essa energia acumulada nas cabeças de
miosina que, posteriormente, promoverá o movimento de deslizamento dos miofilamentos,
com o cálcio sendo liberado do retículo sarcoplasmático e desencadeando a contração.
Excitação
Quando o impulso nervoso que percorre o motoneurônio atinge a junção
neuromuscular, ocorre a libertação de cerca de 300 vesículas de acetilcolina (ACH) para a
fenda sináptica. O período de tempo em que a ACH permanece em contato com a
membrana da fibra muscular, é suficiente para excitá-la. Isto ocorre por aumento da
permeabilidade de canais iônicos da membrana muscular aos íons positivos existentes na
fenda sináptica. Desta forma, a ACH liga-se a locais específicos (receptores nicotínicos) na
membrana da célula muscular, induzindo uma alteração conformacional na superfície
destes canais, o que resulta na abertura dos canais iônicos. No entanto, embora os canais
iônicos possuam um diâmetro suficientemente largo para permitir o movimento de todos os
íons positivos importantes (sódio, potássio e cálcio), apenas os íons sódio fluem e
37
despolarizam a membrana da célula muscular. Paralelamente, ocorre uma propagação para
o interior da célula desse potencial de ação através do sistema T.
Para refletir: É precisamente a secreção de acetilcolina na placa motora, o estímulo que
vai desencadear a despolarização da fibra esquelética. A fibra deixa assim de estar em
potencial de membrana (potencial de repouso) e vê a sua polaridade invertida pela rápida
entrada dos íons sódio, passando de eletronegativa a eletropositiva.
Este acontecimento provocará uma libertação de íons cálcio pelas cisternas
terminais do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma que banha as miofibrilas (em
repouso o sarcoplasma apresenta-se praticamente livre de íons cálcio). Estes íons ligam-se à
troponina no filamento de actina (dois íons cálcio).
Contração
Esta ligação do cálcio à troponina provoca uma alteração conformacional no
complexo troponina-tropomiosina-actina, removendo a inibição mecânica que impedia a
interação entre a actina e a cabeça da miosina (Figura 11). Com a ligação do cálcio à
troponina, os filamentos de tropomiosina são deslocados desde a periferia até ao centro do
sulco dos filamentos de actina, permitindo a interação entre a actina e a miosina e os
monômeros de actina são libertados da influência inibidora inicial do complexo troponinatropomiosina.
Figura 11 - A ligação do cálcio à troponina C desloca as hastes de tropomiosina da sua posição de bloqueio,
permitindo a interação entre a actina e a miosina. Fonte: Ganong 1999.
As cabeças ativadas das PT das moléculas de miosina movem-se
perpendicularmente para fora, desde o eixo do filamento grosso até ao filamento de actina,
ligando-se aos locais ativos das moléculas de actina ao seu alcance, num ângulo de 90°.
Conseqüentemente, as cabeças sofrem uma alteração conformacional, de tal maneira que as
PT modificam o seu ângulo em relação ao eixo do filamento grosso, de 90º para 45º. Esta
inclinação súbita das cabeças de miosina, resultante de alterações do seu estado
conformacional, é designada por força de deslocamento e só é possível graças à liberação
38
da energia previamente armazenada na miosina. Só durante este movimento das PT é que o
ADP e o fosfato são finalmente libertados da miosina. Assim, em suma, o deslizamento dos
miofilamentos é uma consequência do ciclo contínuo da interação e posterior quebra das
ligações actomiosínicas.
Durante o movimento das PT a miosina está fortemente ligada à actina. Esta forte
ligação tem de ser quebrada de forma a permitir que a PT se possa voltar a ligar a um novo
monômero de actina de forma a reiniciar o ciclo. Essa ligação entre a actina e a miosina é
quebrada quando o ATP se liga de novo à miosina. Após essa separação, o ATP que se
ligou à miosina é hidrolisado e a energia livre resultante dessa hidrólise é transferida para a
miosina, voltando assim a ativar a miosina, passo fundamental para que se reinicie o ciclo
das PT.
Relaxamento
O ciclo das PT continuará a processar-se enquanto o cálcio se mantiver ligado à
troponina C, desta forma mantendo expostos os locais ativos da actina e permitindo a
interação actomiosínica. O relaxamento da fibra só ocorrerá quando cessarem os impulsos
do motoneurônio e, conseqüentemente, a liberação de acetilcolina na placa motora. Então o
íon cálcio libertar-se-á da troponina e será transportado ativamente através da membrana de
volta às cisternas do retículo sarcoplasmático (consumo de 1 ATP por cada 2 íons cálcio
transportados). A tropomiosina modificará de novo a sua posição relativamente às
subunidades de actina, inibindo a interação entre a actina e as PT. Por sua vez, as PT
retornarão à sua conformação original. Após a liberação de ACH pelo axônio terminal,
grande parte já se difundiu para fora da fenda sináptica, não atuando na membrana da fibra
muscular, enquanto toda a restante é virtualmente destruída pela enzima acetilcolinesterase.
(impedindo a re-excitação da fibra).
O sistema "Túbulos T (Túbulos Transversos) – Retículo Sarcoplasmático" na
liberação dos íons cálcio
A fibra muscular esquelética apresenta um diâmetro grande, sendo que dificilmente
os potenciais de ação que se espalham ao longo da sua superfície seriam propagados para o
seu interior. Entretanto, para que a contração ocorra, essas correntes elétricas devem atingir
as cisternas das miofibrilas mais profundas.
Provocação: Esse efeito é obtido por meio da transmissão dos potenciais de ação ao longo
dos túbulos T, que penetram até ao interior da fibra, provocando a liberação de íons cálcio
pelo retículo sarcoplasmático e desencadeando assim a contração muscular.
Os túbulos T são invaginações da membrana celular. O Retículo sarcoplasmático
armazena íons cálcio em concentrações muito elevadas. No entanto, quando um potencial
de ação percorre os túbulos T, ocorre uma passagem do fluxo de corrente através das
cisternas do retículo sarcoplasmático. Este estímulo desencadeia uma rápida libertação de
íons pelas cisternas, presumivelmente pela abertura de canais de cálcio, muito embora o
verdadeiro mecanismo seja ainda desconhecido.
39
Os íons cálcio liberados pelas cisternas do retículo sarcoplasmático, aumentam a sua
concentração no sarcoplasma e desencadeiam a contração muscular. Lembramos que existe
um bombeamento ativo contínuo de cálcio pelas paredes do retículo sarcoplasmático
(transportando ativamente o cálcio de volta às cisternas terminais). Ademais, existi no
retículo sarcoplasmático uma proteína que pode ligar-se ao cálcio, permitindo um aumento
da magnitude aproximada de 40 vezes nas concentrações deste íon. Assim, é possível uma
transferência massiva de cálcio para o retículo sarcoplasmático, provocando a sua total
depleção no sarcoplasma miofibrilar. Deste modo, exceto imediatamente após um potencial
de ação, são mantidas em níveis extremamente baixos as concentrações sarcoplasmáticas de
cálcio. Portanto, no estado de relaxamento muscular, as baixas concentrações miofibrilares
de cálcio permitem que se mantenha a inibição exercida pelo complexo troponinatropomiosina sobre os filamentos de actina.
Mecanismo de transporte do cálcio
Para refletir: A forma como a despolarização dos túbulos T provoca a liberação de cálcio
pelo retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma miofibrilar, não está completamente
descrita.
Salientamos que o sistema T está separado da membrana do retículo
sarcoplasmático. Deste modo, a tríade é caracterizada pela contigüidade (adjacência) e não
pela continuidade. A natureza da comunicação entre o túbulo T, o retículo sarcoplasmático,
e o próprio processo de liberação de cálcio, é ainda desconhecido. Esta é a parte menos
compreendida em toda a série de fenômenos desencadeados pela propagação do potencial
de ação e subseqüente contração final. No músculo em repouso, a maioria do cálcio está
provavelmente armazenado numa proteína de grande capacidade, mas com baixa afinidade
para a ligação ao cálcio, talvez localizada nas cisternas terminais do retículo
sarcoplasmático.
Aparentemente, a tríade é o local onde ocorre o processo de excitação-contração.
Uma das hipóteses pode ser a transferência elétrica entre os dois compartimentos. Outra
hipótese considera que o sistema T pode estar eletricamente separado do retículo
sarcoplasmático, mas funcionar como uma ponte química ou como um movimento em
carga dependente da voltagem. De qualquer modo, a estimulação deve incluir a quebra de
uma barreira de difusão, talvez pela abertura de canais de cálcio, e, ou pela ativação de um
mecanismo de transporte para a translocação do cálcio para o espaço miofibrilar. Discute-se
o papel do próprio cálcio no processo de transmissão através do sistema T, porque a
membrana do retículo sarcoplasmático contém claramente receptores de cálcio capazes de
iniciarem ou regularem a sua libertação pelas cisternas, pelo menos no músculo cardíaco.
Mecânica da contração muscular
A unidade motora
À medida que o axônio do motoneurônio se aproxima da fibra muscular, perde a
bainha de mielina. Os ramos terminais do axônio estabelecem um contato íntimo com o
sarcolema da fibra muscular, sensivelmente na sua porção central, formando as placas
40
motoras. A placa motora contém numerosas microvesículas de ACH que são os veículos
utilizados por este transmissor neuromuscular. Assim, quando um impulso nervoso atinge a
placa motora, a ACH é liberada e o sarcolema despolarizado. As características do
potencial de ação muscular são muito semelhantes as do neurônio. É desencadeado e
propaga-se basicamente pelos mesmos mecanismos. Um impulso único do motoneurônio
desencadeia uma contração nas fibras musculares que inerva. O único modo de promover o
relaxamento das fibras é parar a descarga dos respectivos motoneurônios. Uma unidade
motora (UM) é constituída por um motoneurônio alfa (α) e as fibras musculares por ele
inervadas.
A UM é a unidade funcional do controlo nervoso da atividade muscular. Cada fibra
muscular individual raramente apresenta uma inervação polineuronal, sendo normalmente
inervada por um único motoneurônio (uma placa motora). Um potencial de ação no
neurônio desencadeará igualmente um potencial de ação em todas as fibras por ele
inervadas, ativando-as quase simultaneamente. Deste modo, a UM também obedece à lei do
tudo ou nada. No entanto, o aumento da tensão muscular que ocorre com a ativação de uma
UM depende do número de fibras musculares que constitui essa UM, do comprimento
dessas fibras, da temperatura, do suprimento de oxigênio e da freqüência de estimulação.
O número de fibras de uma unidade motora pode variar consideravelmente. Em
geral, os pequenos músculos que reagem rapidamente e com exatidão, apresentam poucas
fibras musculares em cada UM, possuindo um grande número de fibras nervosas que se
dirigem a cada músculo. Por outro lado, os grandes músculos, que não necessitam de um
grau de controlo muito fino, podem apresentar muitas fibras por UM. Um valor médio para
os músculos do corpo pode ser de aproximadamente 150 fibras por UM.
Diferentes tipos de fibras
Por meio das técnicas de biópsia muscular foi possível compreender que o músculo
esquelético é um agregado de fibras, que podem ser controladas individual e coletivamente.
A multiplicidade de padrões de movimentos realizados pelo ser humano no dia a dia
demonstra o complexo controle que o sistema nervoso exerce sobre os músculos, e indica
as diversas características das fibras musculares. Um mesmo músculo, ou grupo muscular,
pode responder e adaptar-se a um movimento de elevada coordenação, a um esforço curto e
intenso, ou ainda a uma atividade prolongada, o que revela a natureza plástica deste tecido.
As UM individuais que se unem para formar um músculo inteiro apresentam
características diferentes. As respostas adaptativas observadas no músculo dependem,
portanto, da combinação dos vários tipos de UM existentes no músculo e do padrão, ou
padrões, de atividade que elas podem desempenhar. As fibras esqueléticas da maioria dos
músculos posturais contraem e relaxam-se lentamente (fibras tônicas), sendo habitualmente
designadas por fibras de contração lenta ou, mais freqüentemente, por tipo I (TABELA). Já
as fibras constituintes dos músculos fásicos contraem e relaxam-se rapidamente, sendo
designadas fibras de contração rápida ou mais freqüentemente, por tipo II. Deste modo, em
termos muito gerais, podemos dizer que as UM tipo I, de contração lenta, com um limiar de
excitabilidade mais baixo e uma menor velocidade de condução nervosa, são normalmente
recrutadas nos movimentos habituais do dia a dia e nos esforços de baixa intensidade. Já as
UM tipo II, de contração rápida, com um limiar de excitabilidade mais alto e uma maior
velocidade de condução nervosa, são mobilizadas essencialmente nos movimentos rápidos
41
durante os esforços de alta intensidade. As principais designações, bem como as principais
diferenças morfológicas, bioquímicas e contráteis entre os vários tipos de fibras podem ser
observadas na Tabela 3.
Tabela 3: Designações e características dos diferentes tipos de fibras musculares
esqueléticas.
Tipo de Fibra
I
II a
II b
- Fibra de contração
- Fibra de contração - Fibra de contração
lenta
rápida
rápida
- Fibra lenta
- Fibra rápida
- Fibra rápida
Outras Designações
oxidativa
oxidativa glicolítica
glicolítica
- Fibra vermelha
- Fibra intermediária - Fibra branca fásica
tônica
Diâmetro fibra
- (menor quantidade)
± (quantidade média)
+ (maior quantidade)
Diâmetro
+
+
motoneurónio
Capilarização
+
±
Tortuosidade
+
±
capilar
Diâmetro capilar
+
±
Força de contração
±
+
nº
10-180
300-800
300-800
fibras/motoneurônio
Força unidade
Baixa
Alta
Alta
motora
Tipo de ATPase
Lenta
Rápida
Rápida
miosina
Velocidade
110
50
50
contração
(m/s)
Resistência à fadiga
+
±
Enzimas oxidativas
+
±
Enzimas glicolíticas
+
+
Creatina Quinase
±
+
(CK)
Glicogênio
±
+
ATP- fosfocreatina
=
=
=
(CP)
Triglicerídeos
+
±
Espessura da linha
+
±
Z
Espessura da linha
+
±
M
ATPase miofibrilar
+
+
Velocidade
+
+
condução
42
nervosa
Impulsos
motoneurônio
Células satélites
Mitocôndrias
Retículo
sarcoplasmático
Túbulos T
-
±
+
+
+
±
±
-
-
+
+
-
±
+
Tipos de contração muscular
O termo contração refere-se à ativação da capacidade de gerar força pelo complexo
actina-miosina das fibras esqueléticas e à concomitante iniciação do ciclo de movimentos
das pontes cruzadas. Contração não implica, necessariamente, encurtamento muscular. O
comprimento do músculo pode diminuir permanecer inalterável, ou mesmo aumentar
durante um determinado tipo de contração, dependendo isso da relação que se vai
estabelecer entre a grandeza da carga externa a ultrapassar e a quantidade de força que o(s)
músculo(s) recrutado(s) consegue(m) gerar. Assim, quando o músculo desenvolve força, se
a carga externa aplicada ao músculo é idêntica à quantidade de força que este desenvolve,
então não ocorrerá alteração do comprimento muscular (não há aproximação entre as
inserções musculares). Este tipo de contração é denominada isométrica ou estática.
Entretanto, se a força externa é inferior à força produzida pelo músculo, então se observa
uma contração de encurtamento designada por concêntrica ou miométrica. Finalmente, se a
força externa for superior à força desenvolvida pelo músculo, então ocorrerá uma contração
de alongamento designada como excêntrica ou pliométrica.
Durante a atividade física a maioria dos músculos dos membros superiores e
inferiores estão envolvidos em quantidades equivalentes de contrações concêntricas e
excêntricas. A quantidade de força desenvolvida in vivo pode ser controlada
intrinsecamente pelo sistema nervoso de duas formas diferentes. Uma delas é recrutando
um número variável de fibras musculares que estão funcionalmente organizadas em
unidades motoras. Deste modo, um dos mecanismos que determina a quantidade de força
produzida no músculo é o número de unidades motoras recrutadas num dado momento, ou
seja, o conjunto de miofibrilas que são ativadas simultaneamente. Outro mecanismo
fisiológico de controle da força muscular é a regulação da freqüência de estimulação das
unidades motoras. De fato, dentro de determinados limites, o aumento da estimulação de
determinada unidade motora faz com que esta desenvolva mais tensão, uma vez que as
fibras inervadas são estimuladas cada vez mais precocemente e respondem com
encurtamentos cada vez maiores.
A quantidade de força ou tensão que pode ser desenvolvida por uma fibra
esquelética está dependente do quociente entre o comprimento da fibra relativamente ao seu
comprimento ótimo (L/Lo). Considera-se como comprimento ótimo (Lo) o comprimento do
sarcômero que possibilita a ótima sobreposição entre os filamentos grosso e fino, ou seja,
quando se verifica um grau ótimo de interdigitação actomiosínica, o que acontece quando
existe um número máximo de pontes cruzadas ligadas aos locais ativos da actina. Portanto,
quando o sarcômero atinge o seu Lo, esse é precisamente o momento em que a fibra
43
apresenta o maior potencial para a produção de força. Deste modo, quando um músculo
está abaixo do seu Lo observa-se uma diminuição na força máxima que consegue
desenvolver. Por outro lado, quando o músculo se encontra alongado para além do Lo, a
tensão desenvolvida não diminui de forma sensível até que o comprimento seja aumentado
em 10-15%.
Hipertrofia e hiperplasia muscular
A principal adaptação que ocorre em resposta a um programa de treino de
resistência de força, regular e progressivo, é o aumento da área de secção transversal do
músculo esquelético, efeito que é designado por hipertrofia. A hipertrofia muscular conduz
ao aumento da capacidade máxima para gerar força e, em torno desta questão, vários
investigadores têm procurado determinar ao longo dos anos se a hipertrofia muscular
induzida pelo treino é proveniente da hipertrofia das células existentes; do aumento do
número de células num determinado músculo (efeito designado por hiperplasia) ou uma
combinação destes dois efeitos – hipertrofia e hiperplasia.
A análise dos dados das várias investigações mostra claramente que a hipertrofia
muscular está, essencialmente relacionada, ao aumento da área de secção transversal da
fibra esquelética e não à hiperplasia. Com efeito, o número de fibras dentro de um músculo
parece ser minimamente afetado pelo treino de força, pelo menos com base nos estudos em
que foram utilizados mamíferos. A hipertrofia da célula parece, assim, ser responsável por
95-100% da hipertrofia do músculo. Ademais, vários estudos realizados em atletas com
músculos bem desenvolvidos, tais como fisiculturistas e remadores, concluíram que estes
sujeitos apresentavam um maior número de fibras comparativamente a indivíduos não
treinados, o que, segundo os autores, poderia ser explicado por hiperplasia. No entanto,
estas observações não foram confirmadas por outros investigadores, que consideraram que
o fato desses atletas terem mais fibras poderia ser eventualmente, atribuído à seleção
genética, tendo mesmo admitido a hipótese de que a verificar-se o fenômeno de hiperplasia,
ele poderia levar muitos anos a ocorrer.
O significado funcional das alterações morfológicas ocorridas num músculo que
sofreu hipertrofia traduz-se, essencialmente, por uma maior capacidade para gerar força e
potência. Os dados de várias investigações permitiram comprovar que um músculo
hipertrofiado em resposta ao treino é capaz de movimentar uma carga sub-máxima a uma
velocidade de encurtamento muito mais elevada, evidenciando assim um aumento na
potência muscular.
No entanto, convém salientar que em estudos realizados com seres humanos é
freqüente encontrar aumentos de força de 30-40%, que não podem ser apenas explicados
pela quantidade de hipertrofia muscular observada. Adicionalmente, é comum encontrar
rápidos ganhos de força no início de um programa de treino, particularmente em indivíduos
não treinados e inexperientes, aumentos esses atribuídos a otimização dos padrões de
recrutamento muscular, o chamado treino neurológico. De um ponto de vista prático, nas
fases iniciais de um programa de treino as melhorias funcionais excedem o previsto com
base nas alterações estruturais observadas. No entanto, com a continuação do treino as
melhorias funcionais ficam para trás relativamente às estruturais.
Neste processo, a intensidade das cargas utilizadas no treino constitui um fator
chave para determinar o grau de hipertrofia celular. Para reforçar esta idéia, gostaríamos de
44
referir que, em termos comparativos, a área das fibras tipo II é 20% maior nos
halterofilistas comparados aos fisiculturistas. Com efeito, os halterofilistas utilizam nos
seus treinos habituais, altas intensidades e um baixo número de repetições (menos que seis
repetições por série), enquanto os fisiculturistas utilizam menores intensidades e um maior
número de repetições (mais que oito repetições por série) e de séries por unidade de treino.
Em halterofilistas de alta competição as fibras IIb apresentam, praticamente, o dobro do
diâmetro relativamente às fibras tipo I do mesmo músculo.
Para não finalizar: Estudar e aprofundar-se no processo de contração e excitação de todos
os tipos de músculo (principalmente o músculo liso).
45
Unidade II - Fisiologia Cardiorrespiratória
Capítulo 1 - Revisão Anatômica do Coração, Circulação
Sistema Cardiovascular
Provocação: O Sistema Cardiovascular tem como função básica distribuir nutrientes e
gases respiratórios absorvidos para as células. A distribuição é realizada pelo sangue
através de células sanguíneas ou na forma livre. Além de distribuir, o sangue também
transporta os produtos residuais do metabolismo celular para os órgãos responsáveis pela
sua eliminação.
Antes de estudarmos a fisiologia do sistema cardiovascular, vamos relembrar da
histologia e anatomia deste sistema. Ele é um sistema fechado, ou seja, não há comunicação
com o meio externo. Histologicamente o sistema circulatório é revestido internamente por
um epitélio simples pavimentoso que tem como origem o mesênquima, este epitélio é
denominado de endotélio (Figura 12).
B
Figura 12 - A – Desenho esquemático de epitélio simples pavimentoso. B – Secção de uma veia. As setas
indicam o revestimento do vaso por um epitélio simples pavimentoso (Junqueira e Carneiro, 2004).
O sistema cardiovascular é constituído por vasos (artérias, veias e capilares) e o
coração. O coração é o órgão responsável pela propulsão do sangue. As artérias são vasos
eferentes que se ramificam ao longo de todo o leito arterial transportando nutrientes e
oxigênio para os tecidos do corpo. As veias são vasos originados da fusão de capilares e
outras veias, o calibre aumenta na medida em que se aproxima do coração. Os capilares são
vasos delgados em forma de rede por onde ocorrem as trocas de metabólicos entre o sangue
e os tecidos.
Coração
O coração é um órgão muscular e oco que funciona como uma bomba contrátilpropulsora. Ela é constituída por três camadas: endocárdio (interna), miocárdio
(intermediária) e epicárdio (externa). O tecido do coração é o tecido muscular estriado
46
cardíaco, que apresentam estrias e são formadas por células alongadas e ramificadas, e são
unidas por discos intercalares.
Como nós sabemos, o coração é dividido em quatro câmaras (dois átrios e dois
ventrículos) por septos: septo atrioventricular, que divide o coração em porção superior e
inferior; o septo interatrial, divide em átrio direito e esquerdo; e o septo interventricular,
divide em ventrículo direito e esquerdo. O septo átrioventricular é dividido em direito e
esquerdo, cada qual dividindo o átrio e o ventrículo respectivo. Estes septos
atrioventriculares são compostos por mecanismos que permitem que o fluxo do sangue seja
unidirecional (do átrio para o ventrículo) denominados de valvas atrioventriculares (Figura
13).
Estas valvas são formadas por lâminas de tecido conjuntivo denso recoberto pelo
endocárdio. Estas lâminas são descontínuas, ou seja, possuem subdivisões incompletas que
são chamadas de válvulas ou cúspides. No lado direito do coração, podemos encontrar três
válvulas que são conhecidas como valva tricúspide, e no lado esquerdo encontramos apenas
duas válvulas, também conhecidas como valva mitral ou bicúspide.
Quando ocorre a sístole ventricular, ou contração ventricular, a pressão no
ventrículo aumenta, podendo ocorrer um refluxo de sangue para o átrio. Isto não ocorre por
causa das cordas tendíneas, pois elas prendem a valva aos músculos papilares que são
projeções do miocárdio nas paredes internas do ventrículo (Figura 13).
Anatomicamente o coração possui um ápice, uma base e três faces: a esternocostal,
diafragmática e pulmonar. Na base é por onde saem os vasos que levam e trazem o sangue
para o coração. O ventrículo esquerdo, por ser responsável pela ejeção do sangue para a
circulação sistêmica, possui a parede mais espessa em relação ao ventrículo direito,
responsável pela circulação pulmonar.
Figura 13 - Corte do coração mostrando as cavidades atrial direito, ventricular direito e esquerdo, músculos
papilares, cordas tendíneas, válvulas bicúspides e tricúspides e as válvulas semilunares. (Modificado de
Silverthorn, 2004).
No átrio direito desembocam a veia cava superior e inferior e do ventrículo direito
sai o tronco pulmonar que posteriormente se bifurca em artérias pulmonar direita e
47
esquerda. Já no lado esquerdo, o átrio recebe as veias pulmonares e do ventrículo sai à
artéria aórtica. A artéria aorta faz uma curva para a esquerda e para trás formando o arco
aórtico (Figura 14)
.
Figura 14 - Anatomia externa do coração. A artéria aorta faz uma curva para esquerda e para a região
posterior formando o arco aórtico. (Modificado de Silverthorn, 2004).
A circulação pode ser dividida em duas correntes, as quais partem do coração ao
mesmo tempo. A primeira sai do ventrículo direito para os pulmões através do tronco
pulmonar, bifurcando em artéria pulmonar direita e esquerda, subdividindo em artérias de
menor calibre até os capilares, por onde ocorrem as trocas gasosas (CO2 por O2). O sangue
oxigenado se dirige para as veias pulmonares até o átrio esquerdo, que passará para o
ventrículo esquerdo onde será ejetado para a circulação sistêmica pela artéria aorta. Esta
por sua vez se dividirá em diversas ramificações de menor calibre até os tecidos do
organismo, onde podemos encontrar os vasos capilares, responsáveis pelas trocas entre o
sangue e os tecidos. Após as trocas, o sangue rico em CO2 e resíduos retornam ao coração
pelas veias que se unificarão formando as veia cava inferior (corpo) e veia cava superior
(região do pescoço e cabeça), que desembocarão no átrio direito, iniciando, assim um novo
circuito.
A sístole ventricular é a contração do ventrículo que ejeta o sangue do coração, e a
diástole ventricular é o momento em que a musculatura do ventrículo relaxa e a cavidade
ventricular é preenchida por sangue que será ejetado na próxima sístole.
Para refletir: E como é feito este controle da atividade cardíaca? O controle da atividade é
realizado por dois nervos, vago (inibitório) e simpático (estimulatório). Estes nervos atuam
sobre o nodo sinoatrial (SA), localizado na parede do átrio direito, que funciona como um
marcapasso. Estímulos elétricos são emitidos por este nodo contraindo o miocárdio,
resultando na contração. Este estímulo chega ao nodo atrioventricular (AV), localizado na
porção inferior do septo interatrial, e se propaga para os ventrículos pelo feixe
atrioventricular que se ramificam em ramo direito e esquerdo (Fibras de Purkinje).
48
Vasos Sanguíneos
Provocação: As artérias são vasos que saem do coração, seja para o pulmão ou para as
outras partes do organismo. Dependendo do calibre destes vasos, elas podem ser
classificadas como artérias de grande, médio e pequeno calibre ou arteríolas. São nas
arteríolas que oferecem maior resistência ao fluxo sanguíneo, para que a pressão do sangue
vindo das artérias não seja elevada durante a sua passagem pelos capilares.
Ao contrário das artérias, as veias são vasos que chegam até o coração trazendo
sangue que já sofreu trocas com os tecidos. Elas também podem ser classificadas como
grande, médio e pequeno calibre e as vênulas que são ligadas aos capilares. A pressão nas
veias são menores que nas artérias, por isso as paredes das veias são mais delgadas,
podendo colabarem temporariamente ou aumentarem de diâmetro dependendo da demanda.
Na circulação, as grandes artérias oferecem baixa resistência por atrito, sendo que a
pressão é um pouco menor que a pressão encontrada na artéria aorta. A resistência aumenta
conforme o calibre das artérias diminuem, em pequenas artérias a resistência é moderada. A
resistência máxima é encontrada nas arteríolas, pois a pressão sanguínea não pode ser
elevada nos capilares. Além da diminuição da pressão nas arteríolas, o fluxo sanguíneo
passa de pulsátil para contínuo. A pressão continua a diminuindo durante a passagem do
sangue pelos capilares.
Para refletir: É nos capilares que ocorrem as trocas de gases e substâncias entre o sangue o
os tecidos.
O retorno do sangue para o coração ocorre pelas vênulas e posteriormente passa para as
veias de pequeno, médio e grande calibre até o átrio. A quantidade de veias diminuem
quando se aproximam do coração, além disso a espessura e a composição das paredes
alteram, aumenta a velocidade do fluxo. Vale lembrar que as veias, além de levar o sangue
para o coração, também pode reter uma grande parte do sangue circulante. Este sangue
retido pode retornar a circulação dependendo da demanda exigida pelo organismo.
Capítulo 2 - Atividade Elétrica do Coração e Princípios Eletrocardiográficos
Atividade Elétrica do Coração
Provocação: Agora que relembramos a anatomia funcional básica do sistema
cardiovascular, iremos estudar a atividade elétrica do coração, ou seja, o comportamento
elétrico das células musculares cardíacas responsáveis pela manutenção do funcionamento
do coração. Estes eventos elétricos ocorrem normalmente, uma anormalidade desta
atividade por levar a morte do organismo. Por isto a compreensão deste mecanismo, mais
conhecido como potencial de ação cardíaco é de extrema importância.
Podemos encontrar dois potenciais de ação cardíaco, a de resposta rápida e a de
resposta lenta (Figura 15). O potencial de ação de resposta rápida é encontrado nas fibras
do miocárdio, átrios, ventrículos e nas fibras especializadas de condução como as fibras de
49
Purkinje. No caso do potencial de ação de resposta lenta é encontrada no nodo sinoatrial e
no nodo atrioventricular. Em casos específicos como redução intensa do suprimento
sanguíneo, o potencial de ação de resposta rápida pode ser convertida em resposta lenta.
Figura 15 - Variações do potencial de membrana de fibras cardíacas de resposta rápida e resposta lenta. A –
a) microeletrólito colocado na solução; b) microeletrólito implantado na fibra cardíaca; c) início do potencial
de ação na fibra cardíaca de resposta rápida; intervalo entre c e d representa o período refratário efetivo
(PRE); intervalo entre d e e representa o período refratário relativo (PRR). B – potencial de ação na fibra
cardíaca de resposta lenta (Modificado de Berne et al, 2007).
Para refletir: E como ocorre o potencial de ação? Este mecanismo ocorre da seguinte
forma (Figuta 16): um potencial de ação é propagado para a célula (c), ocorre uma
despolarização da membrana celular dando início a uma rápida deflexão do potencial de
ação (Fase 0). Imediatamente após a deflexão, ocorre uma rápida repolarização (Fase 1)
seguido de um platô (Fase 2) e posteriormente uma repolarização (Fase 3) até que seja
atingido o nível de repouso para iniciar novamente outro potencial de ação (Fase 4).
As fases do potencial de ação cardíaco estão relacionadas à permeabilidade da
membrana celular, especialmente para os íons sódio (Na+), potássio (K+) e cálcio (Ca++). As
concentrações dos K+ no interior das células musculares cardíacas são maiores que as
concentrações externas (Tabela 4). A membrana celular em repouso é relativamente
permeável ao K+, porém muito menos para o Na+ e o Ca++. O fluxo de K+ durante a fase 4
só ocorre por meio dos canais de K+ presente na membrana das células cardíacas. Estes
canais podem ser abertos ou fechados pelo potencial transmembrana ou sinais químicos
como alteração na concentração intracelular de Ca++.
Tabela 4: Concentrações iônicas e potenciais de equilíbrio nas células musculares
cardíacas.
ÍONS Concentrações
Concentrações
Potencial de equilíbrio
extracelulares (mM)
intracelulares (mM)
(mV)
Na+
145
10
70
+
K
4
135
-94
+
-4
Ca
3
10
132
(Retirado de Berne et al, 2007)
50
Qualquer processo que altere o potencial de membrana em repouso até o limiar pode
produzir um potencial de ação, ou seja, é necessário um estímulo maior que o limar para
que o potencial de ação seja gerado, caso contrário, este estímulo não irá gerar o potencial
de ação.
Quando o limiar é atingido, ocorre a fase 0, também conhecida como fase de
despolarização. Os canais de sódio se abrem criando um influxo Na+ fazendo com que o
meio intracelular fique mais positivo (lembrando que o potencial de equilíbrio do K+ é de 94 mV), isso faz com mais canais de sódio. Este influxo de Na+ eleva o potencial de
membrana para aproximadamente 40 mV, inativando o influxo de Na+.
Após cessar a entrada de Na+, ocorre uma rápida repolarização com as aberturas dos
canais de potássio levando a um efluxo de potássio (Fase 1). Porém esta abertura de canais
de potássio são rapidamente fechadas. Após esse rápido efluxo, inicia-se uma fase de platô
(Fase 2) do potencial de ação, onde canais de cálcio que se abrem e fecham de forma mais
lenta que os canais de sódio permitem a entrada de Ca++ e Na+ nas células. O influxo de
cargas positivas (Ca++ e Na+) é balanceada pelo efluxo igual de cargas (K+).
Ao final da fase 2, o efluxo de K+ excede o influxo de Ca++ e Na+, com isso incia-se
o processo de repolarização final (Fase 3). Esta fase se caracteriza pelo retorno do potencial
de ação ao estado de repouso. Analisando a figura 5, poderemos compreender melhor o que
ocorre com os íons Na+, K+ e Ca++.
Nas fibras cardíacas de resposta lenta, ocorrem apenas as fases 2 e 3. A fase 0 e 1
não existem, pois elas não possuem os canais rápidos de sódio, por isso a fase 0 e 1 não
ocorre. Nos nodos podemos encontrar as fibras de contração lenta, já nos ventrículos
encontramos as fibras de contração rápida. O funcionamento e a propagação dos potenciais
de ação no coração devem estar sincronizados e bem ajustados, caso contrário, este não
sincronia pode levar o organismo à morte.
FIGURA 16 - As principais correntes e canais iônicos geradores do potencial de ação na célula cardíaca.
(Modificado de Berne et al, 2007).
51
Eletrocardiografia
Provocação: O que é o eletrocardiograma? Qual a relação com eletrocardiograma (ECG)
com os potenciais de ação? O ECG é um instrumento que permite ao clínico analisar o
curso do impulso cardíaco registrando as variações do potencial elétrico em pontos
específicos do corpo. Com isso o clínico pode saber a orientação anatômica do coração, as
dimensões relativas de cada câmara cardíaca, se existe algum distúrbio do ritmo, se há
presença de lesões isquêmicas do miocárdio e qual sua extensão e localização, efeitos da
alteração das concentrações eletrolíticas e influência de medicamentos.
No ECG uma onda progressiva de despolarização movendo-se em direção ao
eletrodo pode ser considerada como uma onda de cargas positivas, sendo assim, quando
uma onda positiva de despolarização se move em direção à pele (onde esta o eletrodo), ela
aparece como um registro de deflexão positiva (para cima). Quando a onda de
despolarização se move em direção contrária ao eletrodo o registro no ECG será de uma
deflexão negativa (para baixo). Quando não há atividade elétrica o registro é horizontal.
Um ECG possui um padrão formado pelas ondas P, QRS e T (Figura 17).
Alterações no tempo ou na amplitude dessas ondas podem indicar anormalidade no
coração, porém variações anatômicas do coração, diferenças devido ao sexo, raça e idade
devem ser consideradas.
A onda P é o registro do impulso elétrico originado do nodo sinoatrial para os átrios,
levando à contração atrial. Após a onda de despolarização existe um intervalo representado
por P-R. Este representa o intervalo de tempo para o impulso chegar até o nodo
atrioventricular, permitindo que o sangue entre nos ventrículos.
Quando o impulso atinge o nodo atrioventricular dará o início à despolarização
ventricular, que formará várias ondas conhecidas como “complexo QRS” durante a
contração dos ventrículos. A onda seguinte, onda T, representa a repolarização ventricular,
ou seja, relaxamento dos ventrículos (Figura 17).
Figura 17 - Eletrocardiograma escalar típico mostrando as deflexões e intervalos principais
(Berne et al, 2007).
52
Derivações Eletrocardiográficas
Cada derivação é representada por um eletrodo positivo e um negativo. O objetivo
de das derivações eletrocardiográficas é observar o coração de diferentes angulações. Para
isto, existem duas formas de derivações em dois planos: frontal e horizontal.
Derivação no Plano Frontal
A derivação no plano frontal forma as derivações periféricas que medem a diferença
de potencial entre os membros (bipolares) e entre os membros e o coração (unipolares),
neste caso o coração será sempre o pólo negativo. Para isto, utilizam-se três eletrodos
colocados nos braços e na perna esquerda, formando, assim, um triângulo, também
conhecido como Triângulo de Einthoven. Essa derivação dá origem a 6 derivações, sendo 3
bipolares e 3 unipolares (Tabela 5).
Tabela 5: Derivações periféricas no plano frontal.
BIPOLARES
UNIPOLARES
DI
BD(-) + BE(+)
aVR
BD (+)
DII
BD(-) + PE(+)
aVL
BE (+)
DIII
BE(-) + PE(+)
aVF
PE (+)
BD – Braço Direito, BE – Braço Esquerdo, PE – Perna Esquerda, (-) – Polo negativo, (+) –
Polo positivo
Derivações no Plano Horizontal
As derivações no plano horizontal formam as derivações precordiais. Elas medem a
diferença de potencial entre o tórax e o coração. Para isto, 6 eletrodos são posicionados em
posições específicas, funcionando como pólos positivos e o coração, mais especificamente
o nodo atrioventricular, funcionará como o pólo negativo. Desta forma é possível obter
outras 6 derivações (Tabela 6).
Tabela 6: Derivações precordiais no plano horizontal.
DERIVAÇÃO V1
V2
V3
V4
LOCAL
4º espaço 4º espaço Linha
5 º espaço
intercostal intercostal média
intercostal
Direito do Esquerdo entre
Esquerdo da
esterno
do esterno V1 e
linha
média
V4
clavicular
V5
V6
Linha
Linha
axilar no axilar no
nível de nível de
V4
V4
Estudando as 12 derivações é possível estudar o coração. Cada derivação
corresponde à uma região do coração. Por isso o estudo do ECG é de grande importância
clínica. Porém, não entraremos em detalhes nesta parte da fisiologia cardíaca.
53
Capítulo 3 - Ciclo Cardíaco
Provocação: O ciclo cardíaco é um conjunto de eventos que se repetem a cada batimento
cardíaco. E como funciona cada ciclo? Podemos dividir basicamente o ciclo cardíaco em
quatro fases. 1) Diástole átrio-ventricular; 2) Sístole atrial; 3) Sístole ventricular, que pode
ser subdividida em 2 sub-fases: 3.1) Fase isovolumétrica e 3.2) Fase de ejeção; 4) Diástole
ventricular, também pode ser subdividida em duas subfases: 4.1) Fase Isovolumétrica e 4.2)
Fase de enchimento.
Diástole Átrio-Ventricular
Esta fase é também pode ser conhecida como fase de enchimento. Nesta fase os
músculos dos átrios e ventrículos estão relaxados com pressões internas menores que nas
artérias, evitando o refluxo de sangue ejetado no ciclo anterior. As válvulas
atrioventriculares estão abertas, permitindo que o sangue proveniente das veias preencha os
átrios e os ventrículos.
O enchimento dos ventrículos pode ser dividida em fase de enchimento rápido e
fase de enchimento lento (diástase). A fase de enchimento rápido ocorre imediatamente
após a abertura das válvulas atrioventriculares durante o relaxamenteo ventricular. Esta fase
é caracterizado pela redução das pressões atriais e ventriculares e aumento do volume
ventricular.
Após a fase de enchimento rápido ocorre a fase de enchimento lento. Esse
enchimento lento ocorre devido ao aumento gradual da pressão atrial e ventricular, e do
volume ventricular. Em casos de aumento da freqüência cardíaca, como durante a atividade
física, esta fase de preenchimento lento pode ser encurtada ou mesmo anulada.
Sístole Atrial
Após o preenchimento do coração, o nodo sinoatrial é excitado e promove a sístole
atrial, ou contração atrial, promovendo a contração dos átrios, fazendo com que o sangue
contido neles passe para os ventrículos. Isto causa um pequeno aumento na quantidade de
sangue nos ventrículos e aumento da pressão interna nos ventrículos.
Sístole Ventricular (Fase Isovolumétrica e Fase de Ejeção)
Fase Isovolumétrica
Após a excitação do nodo sinoatrial, este envia estímulos para os nodos
atrioventriculares direito e esquerdo. A excitação destes nodos atrioventriculares promove a
contração dos ventrículos. A contração ventricular aumenta a pressão intraventricular
levando ao fechamento das válvulas atrioventriculares.
No início da sístole ventricular a pressão intraventricular é inferior às pressões
arteriais, ou seja, as válvulas arteriais ainda permanecem fechadas. Esta fase onde as
válvulas atrioventriculares e as arteriais permanecem fechadas juntamente com a sístole
ventricular é denominada de contração isovolumétrica.
54
A sístole ventricular isovolumétrica ocorre até o momento em que a pressão
intraventricular atinge a pressão arterial. Isto faz com que as válvulas artérias se abram e a
contração dos ventrículos ejete o sangue para a circulação.
Fase de Ejeção
A fase de ejeção inicia-se quando as válvulas artérias se abrem. Nesta fase as
pressões intraventriculares são um pouco superiores às pressões arteriais, fazendo com que
o sangue seja ejetado à uma velocidade para as artérias aorta e pulmonar. Após os
ventrículos atingirem a máxima contração ocorre o início do relaxamento, isto faz com que
as pressões intraventriculares caiam igualando e posteriormente abaixo das pressões
arteriais, fazendo com que as válvulas artérias se fechem.
Diástole Ventricular (Fase Isovolumétrica e Fase de enchimento)
Fase Isovolumétrica
Esta fase começa com o fim da sístole ventricular após o fechamento das válvulas.
Os músculos ventriculares continuam relaxando para diminuir a pressão intraventricular.
Porém, ainda nesta fase a pressão intraventricular permanece maior que a pressão atrial,
fazendo com que as válvulas atrioventriculares permaneçam fechadas.
Fase de Enchimento
Após um período curto de tempo a pressão intraventricular se torna menores que a
pressão nos átrios, isso faz com que as válvulas atrioventriculares se abram e o sangue
preencha novamente o ventrículo, dando início ao novo ciclo.
Volumes Cardíacos
Em um adulto saudável o volume diastólico final, ou seja, o volume total do sangue
no ventrículo antes da ejeção é de 120 ml de sangue. A sístole ventricular não ejeta todo o
sangue, restando um volume de sangue residual ou final de 50 ml. Sendo assim, o volume
sistólico ou ejetado a cada batimento é de 70 ml. A fração de ejeção é o percentual de
sangue ejetado em cada sístole, essa fração pode variar entre 50 a 60%. Os valores são
aproximados, pois o volume diastólico final pode variar dependendo das condições físicas e
psicológicas da pessoa.
Bulhas Cardíacas
O coração produz normalmente 4 bulhas (sons) em condições normais, porém
apenas duas delas podem ser ouvidas com auxílio de estetoscópio. Em indivíduos normais,
as outras bulhas só podem ser detectadas apenas por equipamentos com amplificação
eletrônica.
55
A primeira bulha ocorre no início da sístole ventricular. A bulha é referente ao
fechamento das valvas atrioventriculares. Este fechamento produz um som mais longo e
grave.
A segunda bulha se refere ao fechamento das válvulas semilunares (entre os
ventrículos e as artérias aórtica e pulmonar). Esta bulha pode ser identificada com um som
mais curto e agudo.
A terceira pode ser ouvida, em alguns casos, em crianças com parede torácica fina
ou pacientes com falência ventricular esquerda. Essa bulha ocorre na fase final da diástole e
se caracteriza por ser de baixa intensidade e freqüência.
A quarta bulha, também conhecido como bulha atrial, é causada pelas oscilações de
sangue devido à contração atrial.
Regulação do Batimento Cardíaco
Débito Cardíaco
O débito cardíaco (DC) é o volume de sangue bombeado pelo coração por minuto.
Este valor esta diretamente relacionado com a freqüência cardíaca (FC ou batimentos por
minuto) e o débito sistólico (DS ou volume ejetado a cada sístole). O DC pode ser
calculado da seguinte forma:
DC = FC x DS
A FC é a quantidade de contrações ventriculares por minuto. Em um adulto
saudável em repouso é de aproximadamente 70 bpm (batimentos por minuto). O DS é o
volume de sangue ejetado a cada sístole ventricular na circulação arterial
(aproximadamente 70 ml).
Para refletir: Assim, o DC aproximado de um adulto é de 5 a 6 litros de sangue por
minuto. Em exercício intenso o coração pode bombear de 20 a 30 litros de sangue por
minuto.
Controle Neural da Freqüência Cardíaca
A freqüência cardíaca média de um adulto em repouso é de aproximadamente 70
bpm, porém este é relativamente maior em crianças. Durante o sono este valor pode
diminuir de 10 a 20 bpm. Em casos de fortes emoções ou atividades físicas a quantidade de
batimentos pode minuto pode exceder a 100 bpm. Em atletas treinados em repouso a FC
pode chegar a 50. Isto mostra que a FC pode variar dependendo da idade, condicionamento
físico, condição emocional, entre outros.
Como vimos anteriormente, o controle da freqüência cardíaca esta intimamente
relacionada ao controle da atividade do nodo sinoatrial. Este por sua vez, na maioria das
circunstâncias, esta sob a influência do sistema nervoso autonômico (SNA).
Resumidamente pode-se dizer que o SNA é dividido em dois sistemas: Sistema nervoso
simpático (aumenta o automatismo) e o Sistema nervoso parassimpático (inibe o
automatismo).
O controle da FC envolve, em grande parte, os dois sistemas (simpático e
parassimpático) de modo recíproco, ou seja, quando a FC esta aumentada há um
56
predomínio da atividade simpática sobre a parassimpática, e quando há diminuição da FC
há o predomínio da atividade parassimpática sobre a simpática.
Controle Parassimpático
O controle parassimpático é realizado através das fibras parassimpáticas cardíacas
com origem no bulbo, mais especificamente no núcleo motor dorsal do vago (núcleo
ambíguo). As fibras vagais percorrem pelo pescoço próximo às artérias carótidas comuns,
passam pelo mediastino até fazerem sinapse com as células pós-ganglionares na superfície
do coração ou nas próprias paredes do coração. A maioria das células ganglionares se
localizam próximo ao no SA ou no tecido de condução AV.
Os nervos vagos direito e esquerdo se distribuem de forma diferente nas estruturas
cardíacas. O nervo vago direito atua principalmente no nodo SA, inibindo a atividade deste
nodo, através da liberação de acetilcolina. O nervo vago esquerdo inibe principalmente o
tecido de condução atrioventricular, também através da acetilcolina. Porém, as fibras vagais
eferentes podem se sobrepor de forma que a estimulação do nervo vago esquerdo inibe o
nodo SA e o direito impede a condução no tecido atrioventricular.
Controle Simpático
As fibras simpáticas tem origem nas colunas intemédio-laterais dos cinco ou seis
segmentos torácicos superiores e de um dos segmentos cervicais inferiores. Essas fibras
emergem da coluna medular e se prolongam até as cadeias ganglionares paravertebrais. As
fibras simpáticas pós-ganglionares se aproximam da base do coração junto com a superfície
dos grandes vasos e, posteriormente, se distribuem para as câmaras do coração.
As fibras simpáticas também se dividem em direita e esquerda, da mesma forma que
os nervos vagais. As fibras do lado direito são responsáveis por aumentar a FC e estimular
o nodo AV através da liberação de norepinefrina. Já as fibras do lado esquerdo são
responsáveis pela contração ventricular.
Mecanismo de Frank-Starling
O mecanismo de Frank-Starling é a capacidade do músculo cardíaco se adaptar às
alterações do volume sanguíneo, ou seja, o aumento na distensão das fibras musculares
cardíacas irá gerar uma força de contração maior suficiente para ejetar o volume de sangue
aumentado.
Quando uma quantidade maior que o normal entra no ventrículo, o músculo do
ventrículo sofre uma distensão para comportar o volume aumentado de sangue. O músculo
cardíaco se contrairá com mais força para ejetar o volume de sangue maior sem que reste
maior volume de sangue residual normal (aproximadamente 50ml), deixando o coração em
condições normais para o próximo ciclo cardíaco.
Resistência Vascular Periférica
Outro fator que influencia diretamente o DC é a resistência vascular periférica
(RVP). O que é a resistência periférica? A RP é a resistência que a rede vascular arterial e
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arteriolar oferece ao fluxo de sangue ejetado do coração. O DC esta diretamente
relacionado com a RVP e a pressão arterial (PA), como mostra a seguinte equação:
DC = PA / RVP
Para refletir: Em casos onde a PA é estável, o aumento da RVP leva á diminuição do DC,
o mesmo vale quando há uma diminuição da RVP, o DC aumenta.
Capítulo 4 – Hemodinâmica da Circulação Sanguínea e o Comportamento da Pressão
Arterial no Exercício
Hemodinâmica sanguínea
A hemodinâmica sanguínea é o estudo do fluxo e da pressão sanguínea. No caso, o
sangue seguirá sempre em uma direção, da região de maior pressão para a região de menor
pressão.
Provocação: Estime dois tipos básicos de fluxo, o contínuo e o turbilhonar. O fluxo
contínuo ocorre quando a velocidade do líquido é constante e podemos observar que os
elementos do sangue se movimentam de forma organizada e laminar. Já no fluxo
turbilhonar é quando os elementos do sangue desenvolvem movimentos irregulares ao fluir
pelo vaso.
No método auscultatório, colocamos o esfigmomanômetro em volta do braço, de
preferência esquerdo, e o estetoscópio sob a região da artéria braquial. Começamos a inflar
o manguito até 180 mmHg para condições de repouso e 200 para exercícios. Após atingir
esta pressão, inicia-se a redução da pressão lentamente. Ao ouvir o primeiro ruído, anota-se
a pressão sistólica. Este ruído ocorre devido a diminuição da pressão que estava impedindo
a circulação sanguínea e o retorno do fluxo. Este retorno ocorre de forma turbilhonar.
Ainda aferindo a pressão, continuamos esvaziando o manguito e auscultando. Após
o último ruído, anota-se a pressão diastólica. A partir deste ponto, pode-se dizer que o fluxo
é laminar nesta região da artéria.
Pressão Arterial
Como vimos anteriormente, outro fator importante relacionado ao débito cardíaco é
a pressão artéria (PA). Existem várias formas de analisarmos a pressão arterial, tais como:
pressão arterial média (PAM), Pressão arterial de pulso (PP), pressão arterial sistólica
(PAS) e a pressão arterial diastólica (PAD).
A PA pode ser influenciada por dois fatores: físicos e fisiológicos. Os fatores físicos
são: volume de sangue e a característica elástica (complacência) dos vasos; e os fatores
fisiológicos são: débito cardíaco e a resistência periférica.
Pressão Arterial Sistólica (PAS)
A pressão arterial sistólica é a pressão máxima atingida no pico da sístole
ventricular. Em homens saudáveis em repouso a PAS é de 120 mmHg. Em atividades
dinâmicas como a corrida, a PAS pode aumentar até valores próximos a 200 mmHg.
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Pressão Arterial Diastólica (PAD)
A pressão arterial diastólica é a pressão mínima nos vasos sanguíneos no final da
diástole. Em homens saudáveis em repouso o valor da PAD é de 80 mmHg. Diferentemente
da PAS, em exercícios dinâmicos, a PAD não se altera.
Pressão Arterial de Pulso (PP)
Esta pressão é calculada subtraindo a PAD da PAS (PAS-PAD / 120 – 80). A PP de
um homem em repouso é de 40 mmHg.
Pressão Arterial Média (PAM)
É a média da pressão durante um batimento cardíaco. Ela pode ser calculada como
sendo a soma da pressão arterial diastólica com um terço da pressão arterial de pulso.
PAM = PAD + 1/3 PP
A PAM em um homem saudável em repouso é de aproximadamente 93 mmHg.
Controle da Pressão Arterial
Provocação: A manutenção da PA é fundamental para o bom funcionamento da circulação.
Para isto, existem mecanismos conhecidos e bem descritos na literatura, mas podemos
separar em dois mecanismos gerais. O mecanismo de ação rápida ou controle rápido da PA,
realizada principalmente pelo sistema nervoso; e o mecanismo de ação lenta ou controle
lento da PA, sendo os hormônios responsáveis por este controle.
Controle Rápido
Como visto anteriormente, o coração é inervado por fibras simpáticas (adrenérgicas)
e parassimpáticas (colinérgicas). Estas fibras não só atuam no coração, mas também nos
vasos, ou seja, eles podem agir diretamente sobre o nodo sinoatrial, alterando a frequência
de despolarização do coração, ou atuando sobre a força de contração ventricular e até
mesmo sobre o tônus da musculatura lisa que reveste os vasos.
Este controle neuronal é importante para correções nas alterações da PA. Isto ocorre
envolvendo alguns tipos de receptores sensoriais capazes de detectar variações na PA. Estes
receptores podem ser do tipo mecanorreceptores, quimiorreceptores, entre outros.
Mecanorreceptores
Existem vários mecanismos mecanorreceptores que atuam no controle da PA,
porém existem dois mecanismos bem conhecidos e descritos na literatura. Ambos são
mecanismos barorreceptores, ou seja, mecanismos que detectam variação na pressão. São
eles: Reflexo barorreceptor e o reflexo de Bainbridge.
O reflexo barorreceptor detecta variações agudas de pressão arterial. Esta detecção
se dá através dos receptores localizados no arco aórtico e nos seios carotídeos. Estes
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receptores atuam em pressões entre 50 e 250 mmHg. Durante o exercício físico, estes
receptores são inibidos centralmente, para que não ocorra a regulação rápida da PA, já que
durante o exercício a demanda de sangue aumenta.
O reflexo de Bainbridge promove taquicardia temporária para reduzir a pressão
venosa central devido ao aumento do volume sanguíneo e aumento de sangue nos átrios. Os
receptores responsáveis por este reflexo estão localizados nas junções venoatriais. A
estimulação destes receptores atriais também produz um aumento no débito urinário.
Um dos principais mecanismos desse aumento urinário é a redução da secreção de
vasopressina (hormônio antidiurético mediado centralmente) pela hipófise posterior. Além
desse hormônio, há a produção do peptídeo atrial natriurético (ANP) pela distensão das
paredes atriais. Este possui efeitos diuréticos e natriuréticos sobre o rim, e efeitos vaso
dilatador, com isso, desempenha um papel importante como regulador de pressão sanguínea
e volume sanguíneo.
Quimiorreceptores
Os quimiorreceptores estão ligados a dois órgãos, o coração e o pulmão, ou seja, a
variação da frequência cardíaca esta relacionada com a ventilação pulmonar. Os principais
quimiorreceptores reguladores da FC estão localizados nos corpos carotídeos. A
hiperventilação ou a hipocapnia deprime a resposta cardíaca, aumentando a FC.
Controle Lento
A regulação lenta da FC é realizada pelos hormônios e íons. Esta regulação pode ser
realizada por alguns íons, mas principalmente pelo Ca++, e por alguns hormônios, como a
epinefrina, norepinefrina, acetilcolina, renina-angiotensina-aldosterona, vasopressina,
esteróides do córtex adrenal, hormônios da tireóide e da hipófise anterior, entre outros.
Como visto anteriormente, o coração possui receptores para diversos hormônios,
sendo assim, o coração pode reagir de várias formas. Além do coração, os músculos que
envolvem os vasos e os vasos propriamente também possuem receptores para diversos
hormônios.
A medula adrenal secreta principalmente a epinefrina, porém, também é capaz de
produzir a norepinefrina. Porém, a maior quantidade de norepinefrina é secretada pelas
terminações nervosas simpáticas do coração. A norepinefrina secretada, principalmente
pelo coração, durante o exercício é responsável pela estimulação do coração e os vasos
sanguíneos.
Os hormônios tireoidianos também podem afetar o sistema cardiovascular, visto
que, baixa frequência e débito cardíaco são sintomas de pessoas com hipertireoidismo, e
pessoas com hipertireoidismo apresentam alta FC e DC. Estudos mostram que hormônios
tireoidianos aumentam a contratilidade do miocárdio, além de afetar indiretamente como o
metabolismo corporal que influencia diretamente sobre o sistema cardiovascular.
Outros hormônios como a angiotensina e a vasopressina podem causar
vasoconstrição, aumentando a PA. Mas também temos os vasodilatadores como a
serotonina, histamina e as prostaglandinas.
Outro sistema muito importante para a regulação lenta da PA é o sistema reninaangiotensina-aldosterona. Este sistema esta ligado à vários sistemas no corpo. Ela ocorre da
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seguinte maneira. Quando a PA diminui bastante, os rins secretam a renina na circulação,
esta atuará sobre o angiotensinogênio presente na circulação, originando a angiotensina I. A
angiotensina I será levada para os pulmões pela circulação onde sofrerá a ação de uma
enzima de conversão presente em alta concentração no pulmão, dando origem à
angiotensina II.
A angiotensina II atuará como vasoconstritor, fazendo com que a PA aumente
retornando aos níveis normais. Além disso, ela atuará no sistema nervoso central
aumentando a secreção do hormônio antidiurético, e na adrenal estimulando a secreção de
aldosterona. Tanto o hormônio antidiurético quanto a aldosterona irão atuar nos rins
diminuindo a eliminação de Na+ e água, fazendo com que aumente a PA.
Regulação da Função Cardiovascular Durante o Exercício
A prática de exercício intenso leva ao aumento do consumo de oxigênio pelas
células musculares, e para que essa demanda seja suprida são necessários alguns ajustes no
fluxo sanguíneo como maior demanda de sangue para a musculatura e aumento do DC,
levando em consideração a intensidade e duração do exercício.
Em estado de repouso, apenas 10 a 20% do DC total é destinado aos músculos
esqueléticos, porém em estado de exercício intenso, este valor poderá aumentar até 80 a
90% do DC total, além disso, há um aumento na demanda de sangue e oxigênio para os
músculos e diminuição da demanda para as regiões hepáticas, renais e gastrointestinais,
porém a demanda para o sistema nervoso central não é alterado.
Como em qualquer situação, o corpo é capaz de se adaptar a diversas condições,
principalmente quando repetidas de forma constante como o exercício. Treinamento
constante pode levar o sistema cardiovascular a se adaptar, como por exemplo: aumento das
dimensões das câmaras cardíacas, hipertrofia do músculo cardíaco, angiogênese (formação
de novos vasos), redução da FC em repouso e exercício, aumento do DC durante o
treinamento e redução da PA durante o treinamento.
PRATICANDO!!!!!
Execute a manobra de valsava (feche a boca e o nariz e prenda a respiração fazendo força)
e observe as alterações no seu corpo. Descreva os mecanismos envolvidos no acontecido.
Capítulo 5 – Revisão Anatômica Pulmões e Mecânica Respiratória
Sistema Respitarório
Provocação: Os animais que utilizam o oxigênio (O2) como fonte de energia necessitam de
um sistema que seja capaz de captar do ar e tratá-lo para que possa ser utilizado pelo corpo.
Animais multicelulares possuem órgãos respiratórios que estão associados ao
sistema circulatório. Esses órgãos possuem diferentes formas, mas sempre com uma grande
área de troca, contida em um pequeno espaço. Além disso, muitos animais se utilizam de
um sistema capaz de umedecer o ar (epitélio respiratório interno) e uma bomba muscular
capaz de criar um gradiente de pressão, permitindo o fluxo de ar.
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Portanto, as principais funções do sistema respiratório são:
A) Levar O2 aos tecidos e eliminar o gás carbônico (CO2), produzido durante o
metabolismo.
B) Regular o pH mantendo ou eliminando o CO2;
C) Proteger o sistema contra substancias inaladas que possam ser prejudiciais à
saúde;
D) Permitir a comunicação através da passagem de ar pelas cordas vocais.
A respiração pode ser dividida respiração interna onde ocorre a produção de energia
sob a forma de ATP (troca gasosa na superfície alveolar) e respiração externa, subdividida
em:
A) Ventilação, que é composta pela inspiração e expiração;
B) Troca de O2 e CO2 entre pulmão e sangue (superfície alveolar);
C) Transporte de O2 e CO2;
Para ocorrer a respiração externa é necessário que o sistema respiratório e o sistema
cardiovascular estejam funcionando coordenadamente (Figura 18).
Figura 18 - Esquema representando a respiração interna (celular) e externa. (Silverthorn, 2004).
Esse sistema necessita das vias respiratórias (boca, cavidade nasal, faringe e laringe)
para ligar o ambiente externo aos pulmões. Além disso, a traqueia, os brônquios e
bronquíolos completam o trato respiratório.
Composição e Leis dos Gases
Provocação: Para entender como respiramos, é importante entender a composição do ar e
como os gases existentes na atmosfera se comportam em diferentes situações. É importante
salientar que os gases, simples ou misturados, movimentam-se de áreas de alta pressão para
áreas de baixa pressão.
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Para refletir: O fluxo de ar no sistema respiratório é muito parecido com o do sistema
cardiovascular.
A pressão arterial (PA) e a pressão atmosférica são lidas em milímetros de mercúrio
(mmHg). Quando existe um impacto constante de moléculas em movimento cinético contra
uma superfície, temos uma pressão. Então, a pressão total de uma mistura de gases é a
soma das pressões individuais dos gases componentes (Lei de Dalton). Isso significa que, a
pressão total é diretamente proporcional à concentração de moléculas gasosas.
Na atmosfera existe uma mistura de gases (oxigênio, nitrogênio e dióxido de
carbono), e a velocidade de difusão de cada um é diretamente proporcional à pressão
causada por ele. A isso damos o nome de pressão parcial do respectivo gás.
Então, no ar seco em uma pressão atmosférica de 760 mmHg (nível do mar), 78%
(cerca de 600 mmHg) da pressão virá das moléculas de nitrogênio, 21% (cerca de 160
mmHg) das de oxigênio e 0,03% das de dióxido de carbono.
As pressões parciais dos gases em uma mistura são designadas pelos símbolos PO2
(pressão parcial de oxigênio), PCO2 (pressão parcial de dióxido de carbono), PN2 (pressão
parcial de nitrogênio) e etc.
Se o volume onde está contido um gás é reduzido pela metade, a pressão desse gás
irá dobrar (lei de Boyle). No sistema respiratório, as mudanças ocorridas no tórax durante a
ventilação provocam os gradientes de pressão, causando o fluxo de ar. Ou seja, quando
inspiramos, a cavidade peitoral aumenta, a pressão alveolar diminui e o ar flui para dentro.
Na expiração, a cavidade diminui, aumentando a pressão mandando o ar para fora.
Além disso, a quantidade de um gás que irá se dissolver em um líquido é
determinada pela pressão parcial desse gás e pela sua solubilidade nesse líquido (lei de
Henry). Ou seja, algumas moléculas como, por exemplo, as de CO2, são atraídas por
moléculas de água, enquanto outras são repelidas. Então, quando as moléculas são atraídas,
maior quantidade delas podem se dissolver. No entanto, quando são repelidas,
desenvolvem-se pressões excessivas para uma quantidade menor de moléculas dissolvidas.
O oxigênio, por exemplo, não é muito solúvel em soluções aquosas, por isso
possuímos moléculas carreadoras de oxigênio (ex: hemoglobina). Como no ar inspirado a
PO2 é maior do que no sangue, ocorre difusão de O2 para o sangue. Já no sangue, como a
PCO2 é maior do que a PCO2 do ar, ocorre difusão de CO2 do sangue para os alvéolos.
Ventilação
Ventilação pode ser entendida como a troca de ar entre o ambiente e os pulmões.
Para refletir: Matematicamente pode ser expressa em: volume de ar mobilizado pelos
pulmões por minuto (l/min), ou seja, VE= VC x FR (VE=Ventilação; VC=Volume
corrente em litros; FR=Frequência respiratória).
Repouso:
Máxima:
VE l/min. = VC x FR
VE l/min. = VC x FR
6 l/min. = 0,5 x 12
150 l/min. = 3,0 x 50
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Anatomia das Vias Respiratórias
Quando o ar penetra nas vias aéreas respiratórias ele é aquecido até 37ºC, evitando o
resfriamento do corpo e, logo após, ocorre adição de vapor d'água até 100% de umidade,
hidratando o epitélio para não ressecá-lo. Isso ocorre nas mucosas da via aérea. Por isso,
respirar pela boca não é tão efetivo para aquecer e hidratar o ar. Além disso, exercícios em
ambiente frio podem levar a uma leve dor no peito, quando a respiração é feita pela boca
(Figura 19).
Figura 19 - Sistema respiratório (Guyton, 2006).
Os materiais estranhos como partículas, bactérias e vírus são filtrados na traquéia e
nos brônquios, evitando que esses cheguem até os alvéolos. Essas regiões são cobertas por
um epitélio ciliado que secreta muco e solução salina diluída.
A camada de muco é movimentada em direção à faringe por meio dos batimentos
ciliares. Então esse muco é engolido, e o estômago, através de seus ácidos e enzimas destrói
os micro-organismos que resistiram às imunoglobulinas existentes no muco (Figura 20).
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Figura 20 - Vias áreas recobertas por cílios e microvilosidades (Silverthorn, 2004).
Como dito anteriormente, a principal função do sistema ventilatório é efetuar a
renovação do ar. Isso ocorre nas áreas de troca gasosa, ou seja, onde o ar está próximo ao
sangue pulmonar. Essas áreas incluem alvéolos, sacos alveolares, dutos alveolares e os
bronquíolos (Figura 21).
Figura 21 - Unidade respiratória (Guyton, 2006).
Durante a ventilação, na região das vias aéreas (de condução) onde não existem
alvéolos, o ar é desperdiçado (cerca de 150 ml, valor que aumenta ligeiramente com a
idade). Essa região recebe o nome de espaço morto anatômico. Conhecendo essa área
podemos calcular a ventilação alveolar (VA) com a seguinte fórmula:
VA = VE (ventilação respiratória) – Vema (espaço morto anatômico).
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Pressões Respiratórias
Os pulmões se assemelham a um balão, que expele todo o seu ar caso não haja uma
força para mantê-lo insuflado. Eles não possuem inserção na caixa torácica, sendo
envolvidos pelo líquido pleural, que lubrifica seus movimentos.
Cada pulmão está envolvido por um saco pleural duplo. As camadas opostas da
membrana pleural são mantidas juntas pelo fluido pleural. Ou seja, é como se o pulmão
fosse um balão de ar rodeado por um balão cheio de água. Esse fluido cria uma umidade,
permitindo o deslizamento entre as membranas opostas.
A respiração utiliza a contração muscular para criar um gradiente de pressão (força
que mantém os pulmões insuflados). A respiração em repouso utiliza principalmente o
diafragma, os músculos intercostais e os escalenos. Em caso de um exercício físico, por
exemplo, temos uma respiração forçada e então, outros músculos do peito e do abdome
podem ser utilizados.
A pressão no sistema respiratório pode ser medida através da pressão alveolar, que é
o espaço do ar nos pulmões, ou através da pressão intrapleural. Na atmosfera a pressão é
relativamente constante, então nos pulmões ela dever ser mais alta ou mais baixa,
permitindo que o ar flua.
Para inspirar, ocorre uma contração do diafragma coordenada por neurônios
motores somáticos (ou seja, não é necessário “pensar” para respirar). Nessa contração, o
diafragma muda de forma e abaixa em direção ao abdome tracionando os pulmões para
baixo. Os músculos intercostais externos e os escalenos, quando contraídos, empurram as
costelas para fora e para cima.
Dessa forma o volume da caixa torácica aumenta, a pressão alveolar diminui (1
mmHg em relação a pressão atmosférica), e o ar flui para dentro. Como o movimento é
mais rápido do que o ar pode fluir, o movimento do ar continua até que a pressão do lado
interno seja igual a do lado externo.
Na expiração, o impulso nervoso vindo dos neurônios motores somáticos cessa e o
diafragma relaxa. Os pulmões, através de sua característica elástica, se retraem. Agora o
volume dos pulmões diminuiu e a pressão do ar aumenta (no máximo 1 mmHg acima da
pressão atmosférica). Então, o ar flui de modo inverso, para fora.
Quando é necessária uma respiração mais intensa, como por exemplo, em exercício,
as forças elásticas não são capazes de causar a expiração necessária, então com a contração
dos músculos abdominais, o conteúdo abdominal é forçado para cima, contra a parede
inferior do diafragma. Por este motivo, durante um exercício de abdominal é importante
soltar o ar quando a cabeça e os ombros são levantados.
A respiração normal de repouso é de 12-20 ciclos por minuto, em adultos. Na
respiração forçada, a ventilação excede 30-40 ciclos por minuto.
Os principais músculos utilizados são (Figura 22):
Respiração em repouso:
- Inspiratórios: Diafragma;
- Expiratórios: relaxamento passivo do diafragma;
Respiração Forçada:
- Inspiratórios: Diafragma, intercostais externos, esternocleidomastoideo, serrátil, eretor da
coluna e escaleno;
- Expiratórios: Intercostais internos e abdominais (Transverso, oblíquos e reto);
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Figura 22 - Músculos respiratórios (Silverthorn, 2004).
Como os pulmões precisam se mover durante a respiração, de acordo com os
movimentos do tórax, existe uma camada fina de líquido entre o pulmão e a pleura. Como o
pulmão tem tendência a se retrair, e isso ocasionaria seu colapso, existe uma força negativa
do lado de fora deles, mantendo-os expandidos. Essa força existe através da pressão
negativa existente no espaço pleural normal. A tendência normal de colapso é de cerca de 4mmHg, então a pressão tem que ser mais negativa, cerca de -7mmHg.
A entrada de ar nessa região (como em uma facada, por exemplo) libera o fluido que
rodeia o pulmão. A parede torácica se expande e o pulmão colapsa.
Para refletir: A pressão nesse fluido varia durante a respiração. No início da inspiração,
essa pressão é de aproximadamente - 3mmHg. No final da respiração a pressão cai para 6mmHg. Em exercício, pode cair até - 8mmHg.
Complacência
A capacidade do pulmão de se distender é conhecida por complacência. Uma baixa
complacência exige mais força muscular para distender os pulmões. Já a elasticidade é
importante para permitir que o pulmão retorne ao volume de repouso normal quando não
houver mais força de distensão.
Problemas podem acontecer na elasticidade em doenças como enfisema pulmonar.
Nesse caso podemos comparar o pulmão a um balão e a um saco plástico. O balão, quando
aberto, lança o ar para fora, pois existe pressão (pulmão normal). No caso do saco plástico,
existe alta complacência e facilidade para enchê-lo, e após aberto, o ar continua dentro, pois
existe uma baixa elasticidade (enfisema pulmonar). Em doenças onde ocorre uma
diminuição da complacência, será necessário mais trabalho para distendê-lo.
Para refletir: O gasto energético necessário para realizar um ciclo respiratório e vencer a
resistência das vias aéreas e propriedades visco-elásticas é chamado de histerese.
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Tensão Superficial
Acreditava-se que o pulmão tinha resistência a distensão devido às suas fibras
elastinas. Mas estudos comprovaram que a tensão superficial era a principal causa dessa
resistência. Existe uma lâmina fina de fluido entre as células alveolares e o ar. Quando
existe uma interface entre o ar e a água, as moléculas de água situadas na superfície tem
uma atração forte umas pelas outras, ou seja, a superfície da água está sempre tentando se
contrair. Nos alvéolos essa água faz com que ele tenda a se colabar enviando o ar para os
brônquios e bronquíolos, mas existe uma substância que evita isso. Ela é chamada de
surfactante pulmonar, que reduz a tensão superficial evitando que o alvéolo colapse.
Bebês prematuros podem não ter quantidades necessárias de surfactante (síndrome
do sofrimento do recém-nascido). Seu pulmão será “duro” (sem complacência), exigindo
muito esforço para se expandir em cada respiração e seus alvéolos colapsam.
Zonas de West
A pressão hidrostática causa diferenças nas pressões arteriais dentro dos pulmões,
quando a pessoa está em pé e deitada. Na porção superior do pulmão as pressões são
menores do que nas porções inferiores. Isso altera o fluxo sanguíneo, ou seja, na parte
superior o fluxo é muito pequeno, enquanto na parte inferior é cerca de cinco vezes maior.
Para explicar isso melhor, o pulmão pode ser dividido em três partes: Zona 1,2 e 3 (Figura
23).
Os capilares nas paredes alveolares ficam distendidos, pois o sangue que passa ali
causa uma pressão. Ao mesmo tempo, esses capilares são comprimidos pela pressão do
alvéolo. Então, quando a pressão alveolar fica maior do que a pressão sanguínea, os
capilares são fechados, não ocorrendo fluxo sanguíneo.
- Zona 1: Na zona 1, não ocorre fluxo em nenhuma direção, pois a pressão dos capilares
nunca é maior que a pressão alveolar. Nessa região, não há hematose, pois os alvéolos não
ventilam (devido à pressão intrapleural muito negativa). No repouso essa área representa
cerca de 25% da área pulmonar. Em exercício intenso, reduz para 5 a 15%.
- Zona 2: O fluxo sanguíneo altera de acordo com a pressão arterial pulmonar, pois a PA
sistólica é maior do que a pressão alveolar, e a diastólica é menor do que a alveolar.
- Zona 3: Aqui o fluxo sanguíneo é contínuo, pois a pressão capilar é sempre maior do que
a pressão alveolar.
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Figura 23 - Mecanismo do fluxo sanguíneo nas três zonas pulmonares. PALV (Pressão do ar alveolar) – Ppc
(Pressão do capilar pulmonar). (Guyton, 2006).
As zonas de West são alteradas quando o indivíduo se deita, diminuindo a área de
troca gasosa.
Para refletir: Durante o exercício o fluxo sanguíneo aumenta em todas as regiões
pulmonares. As zonas 1 e 2 diminuem e conseqüentemente a zona 3 aumenta, pois agora os
músculos respiratórios estão ativos, aumentando a ventilação.
Essas alterações nas zonas de West não são treináveis, ou seja, melhora somente
durante o exercício, retornando ao normal ao término dele. Atletas melhoram sua
ventilação, pois aumentam a força muscular.
Capítulo 6 - Espirometria: Volumes e Fluxos Respiratórios
Espirometria
Espirometria é o método utilizado para estudar a ventilação pulmonar e consiste em
registrar o volume de ar movimentado em cada respiração. O indivíduo utiliza um bocal
que fica ligado a um compartimento cheio de ar ou oxigênio. Assim o indivíduo e o volume
do compartimento formam um circuito fechado. Quando ele inala, o ar é levado para os
pulmões, o volume do compartimento diminui, e o ponteiro do aparelho desloca. Quando
ele exala, o ar é transportado para dentro do compartimento, aumentando o volume, e
novamente há um deslocamento do marcador (Figura 24).
O volume de ar pode ser dividido em quatro:
- Volume corrente: Volume de ar que se move em uma inspiração ou expiração
normal. O volume médio durante a respiração em repouso em um adulto é de 500ml;
- Volume de reserva inspiratório: Volume adicional que pode ser inspirado além
do volume corrente. Em média equivale a cerca de 3000ml;
- Volume de reserva expiratório: Volume adicional que pode ser expirado através
de uma expiração forçada. Equivale, geralmente, a cerca de 1.100ml;
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- Volume residual: Volume que permanece nos pulmões após uma expiração
forçada. Corresponde em média a 1200ml.
Figura 24 - Modelo de espirometria. (Silverthorn, 2004).
VO2 máximo
É o volume máximo de oxigênio, que pode ser aproveitado, consumido pelo corpo
por minuto de exercício. Já o VO2 é o consumo de oxigênio em determinada intensidade de
exercício. Tanto o VO2 máximo quanto o VO2 podem ser expressos em litros por minuto
(L.min-1) ou mililitros por quilo de peso por minuto (ml.kg-1.min-1)
É possível se obter o VO2máx relativo a partir do absoluto convertendo-o para
mililitros e dividindo pelo peso corporal. Ex: homem com 80kg e VO2máx absoluto de VO2
= 3,8 min-1.
3,8 litros = 3800 mililitros
VO2max = 3800ml / 80
VO2max = 47,5 ml.kg-1.min-1
Provocação: O VO2max é considerado um bom índice para classificar o nível de aptidão
cardiorrespiratório, pois para receber esse oxigênio e utilizá-lo, é necessário um bom
funcionamento do sistema cardiovascular e uma boa capacidade muscular para aproveitar
essa demanda, ou seja, uma boa capacidade oxidativa.
Capacidades Pulmonares
As combinações de dois ou mais volumes são chamadas de capacidades pulmonares
(Figura 25). Elas podem ser dividas da seguinte forma:
1. Capacidade inspiratória que equivale ao volume corrente somado ao volume de
reserva inspiratório. Equivale a cerca de 3500ml (2400ml para mulheres) e é considerada a
quantidade de ar que pode ser inspirada distendendo ao máximo os pulmões;
2. Capacidade residual funcional é igual ao volume de reserva expiratório somado
ao volume residual. Ou seja, é a quantidade de ar que permanece nos pulmões no fim de
uma expiração normal. Equivale a cerca de 2300ml (1800ml para mulheres);
70
3. Capacidade vital é o volume de reserva inspiratório adicionado ao volume de
reserva expiratório adicionado ao volume corrente. É a quantidade máxima de ar que pode
ser expelida dos pulmões após enchê-los ao máximo e expirar ao máximo. Equivale a cerca
de 4600ml (3100ml para mulheres);
4. Capacidade pulmonar total é o volume máximo que os pulmões podem se
estender com o maior esforço inspiratório possível. Equivale a cerca de 5800ml (4200ml
para mulheres). É a soma da capacidade vital mais o volume residual.
Figura 25 - Capacidades Pulmonares (Silverthorn, 2004).
Capítulo 7 - Transporte dos Gases Respiratórios
Hematose e Transporte dos Gases
Provocação: Como foi dito anteriormente, os gases podem mover-se de um ponto a outro
através da difusão e o movimento sempre acontece por diferença de pressões entre os dois
pontos.
Portanto, o O2 difunde-se dos alvéolos para o sangue nos capilares pulmonares, pois
a PO2 é maior nos alvéolos do que no sangue do capilar pulmonar. Já nos tecidos, a PO2 é
maior no sangue capilar difundindo o O2 para as células, onde é metabolizado originando o
CO2. Consequentemente, o valor da PCO2 se eleva, e o CO2 é difundido para os capilares
dos tecidos. No pulmão, o CO2 é difundido do sangue para os alvéolos, pois a PCO2 é
maior nos capilares do que nos alvéolos.
Durante o exercício, o corpo necessita de uma quantidade de O2 até vinte vezes
superior à normal. Como ocorre também um aumento no débito cardíaco, o tempo que o
sangue permanece nos capilares diminui, apesar de novos capilares serem abertos. Estas
situações poderiam ser prejudiciais à oxigenação sanguínea, mas o fator de segurança evita
que isso ocorra. Durante o exercício, a capacidade de difusão aumenta quase três vezes,
principalmente devido ao aumento da área dos capilares (distensão do capilar pela maior
quantidade de sangue circulando) e também pela participação das partes superiores dos
71
pulmões (diminuição das zonas 1 e 2, e aumento da zona 3). Além disso, quando o fluxo
sanguíneo é normal, o sangue fica quase totalmente saturado com O2 antes de percorrer
todo o capilar, ou seja, o sangue permanece nos capilares pulmonares por mais tempo que o
necessário. Portanto, mesmo durante o exercício, com uma diminuição no tempo de
exposição, o sangue ainda consegue ser totalmente oxigenado.
Transporte de O2 no Sangue
Em condições normais, a maior parte (97%) do O2 é transportado dos pulmões para
os tecidos ligados a hemoglobina, formando a oxi-hemoglobina. O restante (3%) é
transportado dissolvido na água do plasma. Quando a PO2 é maior, como nos capilares o O2
liga-se a porção heme da hemoglobina. Quando a PO2 é baixa, o O2 é liberado da
hemoglobina.
O sangue contém aproximadamente 15g de hemoglobina para cada 100 ml de
sangue. Cada grama de hemoglobina consegue ligar-se a cerca de 1,34 ml de O2. Então, em
média, 100 ml de sangue pode conter quase 20ml de O2. Em média, a quantidade total de
hemoglobina no sangue arterial é de O2 ligado a hemoglobina é de 19,4 ml por litro de
sangue, onde a saturação é de 97%. Quando passa pelos tecidos, essa quantidade chega a
aproximadamente 14,4 ml. Ou seja, cerca de 5 ml de O2 são transportados até os tecidos por
litro de sangue.
Para refletir: Durante o exercício, o O2 é utilizado rapidamente pelas células musculares.
Então pode ocorrer um aumento de até vinte vezes no transporte de O2 para os tecidos.
Além disso, como mais O2 é transportado pela hemoglobina, a taxa transportada dissolvida
no plasma cai para 1,5%. Por outro lado, casos de envenenamento com O2 ocorrem quando
a PO2 alveolar é muito alta, aumentando muito a quantidade de O2 dissolvida,
disponibilizando muito O2 para os tecidos. Isso pode resultar em convulsões ou até mesmo
morte.
O monóxido de carbono liga-se à hemoglobina no mesmo ponto do O2, deslocandoo da molécula. Além disso, a afinidade do monóxido de carbono é 250 vezes maior que a
do O2.
Transporte do Co2 no Sangue
Provocação: O CO2 tem muito mais facilidade de ser transportado do que o O2.
Uma pequena porção é transportada dissolvida (7%). O CO2 dissolvido no sangue
reage com a água formando ácido carbônico. Essa reação seria muito lenta caso não
existisse uma enzima nos eritrócitos chamada anidrase carbônica. Rapidamente, o ácido
carbônico formado nos eritrócitos dissocia-se em íons hidrogênio (H+) e íons bicarbonato.
Logo após, a maior parte dos íons H+ combinam-se com a hemoglobina nos eritrócitos, pois
ela é um poderoso tampão ácido-básico. Então muitos dos íons bicarbonato difundem-se
para o plasma. Esse é um dos mais importantes meios de transporte, chegando a ser
responsável por 70% do transporte de CO2.
Além de reagir com a água, o CO2 reage diretamente com a hemoglobina, formando
o composto carbaminoemoglobina. Essa ligação é muito fraca, liberando facilmente o CO2
72
para os alvéolos. A quantidade de CO2 transportada dessa forma equivale a
aproximadamente 23% do total.
Regulação da Respiração
O sistema nervoso é quem ajusta a intensidade da ventilação alveolar de acordo com
as necessidades do organismo. Isso é feito no centro respiratório, que corresponde a vários
grupos de neurônios localizados bilateralmente no bulbo. Podemos dividi-los em três
grupos:
- Respiratório dorsal: Localizado na porção dorsal do bulbo, responsável principalmente
pela inspiração;
- Respiratório ventral: Localizado na porção ventrolateral do bulbo é responsável tanto
pela expiração quanto pela inspiração.
- Centro pneumotáxico: Localizado dorsalmente na porção da ponte, ajuda a controlar a
freqüência e o padrão de respiração.
Sinais vindos da periferia também ajudam a controlar a respiração. Nos brônquios e
bronquíolos existem receptores de estiramento, que enviam sinais para o grupo de
neurônios respiratórios.
Para refletir: O excesso de CO2 ou de íons H+ estimula o centro respiratório, levando a um
aumento acentuado nos sinais para os músculos inspiratórios e expiratórios. Já o O2 parece
atuar somente nos quimiorreceptores periféricos, presentes nos corpúsculos carotídeos e
aórticos. Estes transmitem sinais para o centro respiratório.
Capítulo 8 - Equilíbrio Ácido-Base
Provocação: Para manter o funcionamento enzimático adequado, é importantíssimo que a
concentração do íon hidrogênio (H+) nos líquidos corporais, seja mantida constante.
Quando isso não ocorre de maneira aceitável pode levar a morte do indivíduo. Quando uma
pessoa está em acidose, existe a probabilidade de morte em estado de coma. Em alcalose,
pode ocorrer morte por tetania ou convulsões.
Assim, sua regulação compreende mecanismos complexos e coordenados, que são
realizados pelos tampões e pelos sistemas renal e respiratório.
O pH é a medida usada para classificar se uma solução está ácida, neutra ou básica.
Como o pH do sangue arterial é de 7,4, então uma pessoa está em acidose quando o pH for
menor que esse valor. Inversamente, uma pessoa está em alcalose quando o pH for maior
que 7,4.
Ácido pode ser entendido como substancia que em um meio aquoso dissocia-se,
dando origem a íons H+, ou seja, doadora de prótons (H+). Já base dissocia-se formando
íons OH-, ou seja, recebe prótons. Os ácidos e bases podem ainda serem considerados fortes
ou fracos. Um ácido forte possui tendência a dissociar-se em íons (ex: ácido clorídrico). Os
ácidos que liberam íons H+ com menor intensidade são os ácidos fracos (ex: ácido
carbônico).
Uma base forte reage intensamente com íons H+, removendo-os rapidamente (ex:
íon hidroxila). Um exemplo de base fraca é o íon bicarbonato.
73
Tampões
O tampão pode ser considerado como a solução de dois ou mais compostos
químicos que protegem o organismo contra o desenvolvimento de acidose ou alcalose.
O corpo possui três formas para realizar a manutenção do equilíbrio ácido base. O
primeiro são os tampões plasmáticos, que agem em segundos. O mais utilizado é o tampão
bicarbonato, que consiste numa mistura de ácido carbônico com bicarbonato de sódio.
Se a concentração de H+ sofrer uma alteração detectável, o centro respiratório é
estimulado, aumentando a frequência respiratória. O CO2 é formado continuamente no
organismo através do metabolismo intracelular. Com esse aumento, ocorre elevação da
quantidade de CO2 dissolvido no sangue, que por sua vez, aumenta o ácido carbônico e os
íons H+. O CO2, como sabemos, é eliminado através dos pulmões. Esse processo leva um
tempo considerável, de forma que, se a intensidade de formação metabólica do CO2
aumentar, sua concentração no corpo também aumentará.
A redução do pH de 7,4 para 7,0, pode elevar a frequência da ventilação alveolar
por até 4 ou 5 vezes. Já o pH em um valor alcalino pode diminuir a ventilação alveolar.
Esse pode ser considerado um mecanismo de feedback, pois se a concentração de H+
estiver elevada, o sistema respiratório fica mais ativo. Por outro lado, em uma situação de
baixa concentração de íons H+, o centro respiratório fica deprimido, diminuindo a
ventilação alveolar, elevando a concentração de H+ até o normal.
Por último, quando a concentração de H+ é muito grande, afastando-se do normal,
os rins trabalham para excretar urina ácida ou alcalina, corrigindo as concentrações de H+.
Ácidos e Alcalose
Se algum fator alterar a ventilação pulmonar, a concentração de CO2 irá aumentar, e
conseqüentemente o CO2 dissolvido no sangue também. Isso ocasionará um quadro
chamado acidose respiratória. O inverso, ou seja, a ventilação pulmonar excessiva inverte o
processo, causando uma alcalose respiratória.
Para refletir: A acidose tem como efeito principal deprimir o sistema nervoso central,
levando até um estado de coma. Na alcalose o efeito é contrário, ou seja, ocorre
hiperexcitabilidade do sistema nervoso, tanto no central, quanto no periférico. Esse quadro
pode levar a uma tetania, podendo chegar até aos músculos respiratórios.
Lactato
Quando a intensidade de um exercício é alta, o oxigênio disponível não é capaz de
suprir o metabolismo, portanto moléculas de glicose passam a ser mais utilizadas como
fonte de energia. Para a produção de energia através do ATP, a glicose é convertida em
piruvato e então a lactato. Durante um exercício físico, a contração muscular determina
qual a quantidade de ATP necessária para realização do trabalho. Se a demanda de ATP
aumenta, a quantidade de glicose utilizada na via glicolítica também aumenta, elevando a
produção de piruvato.
O lactato produzido no músculo passa então para a corrente sanguínea, podendo
provocar uma acidose lática, pois juntamente com a molécula de lactato existe uma
74
molécula de hidrogênio. Caso essa acidose não seja corrigida ela poderá se tornar um fator
limitante para o exercício.
Então o ácido lático é tamponado na corrente sanguínea pelo bicarbonato de sódio,
formando lactato de sódio e ácido carbônico. O ácido carbônico, através da ação de uma
enzima denominada anidrase carbônica, é dissociado em água e CO2. Assim, a
concentração de CO2 se eleva, estimulando o aumento da ventilação.
Dessa forma o CO2 é eliminado do organismo, trazendo o pH a seus valores
normais. Por esse motivo, exercícios muito intensos causam uma respiração acelerada.
Para refletir: Os seres humanos são capazes de tolerar temporariamente distúrbios no
equilíbrio ácido-básico durante o exercício máximo. Um pH plasmático abaixo de 7,00
provoca uma acidose capaz de causar náuseas, vertigem, desconforto e dores na
musculatura ativa.
PRATICANDO!!!!
Fique em repouso durante 5 minutos, após este período aumente a freqüência respiratória
durante 1 minuto. Descreva as alterações no sistema cardíaco e respiratório. Repouse
durante 30 minutos e faça o mesmo procedimento, porém diminuindo a freqüência
respiratória.
75
Unidade III – Fisiologia Endócrina e Metabolismo
Capítulo 1 – Introdução ao Sistema Endócrino
Provocação: Etimologicamente, “endocrinologia” (“endo” + “crinos” + “logos”) é o estudo
das secreções internas.
Um conceito fundamental da fisiologia é o de homeostase e o sistema endócrino é o
principal implicado na manutenção da constância do meio interno, face às variações e
ameaças ambientais. Caracteriza-se pelo seu dinamismo, precisão e adaptabilidade.
Classicamente, a função endócrina correspondia à ação de substâncias (hormonais)
produzidas por determinada célula que, após a inclusão na circulação sanguínea, exerce
ação reguladora em outras células. Sabe-se, hoje, que sistemas altamente complexos, redes
hormonais, regulam o crescimento, metabolismo corporal, reprodução, comportamento, etc.
O desenvolvimento de métodos de investigação e a expansão de conhecimentos,
expandiram o âmbito da endocrinologia, a ponto de terem tornado muito difícil defini-la
como disciplina e imprecisa a sua separação em relação a outras áreas. A regulação
hormonal da função celular faz apenas parte de um amplo espectro de comunicações
químicas. Os processos celulares e moleculares, associados a toda a fisiologia hormonal,
não são distintos dos processos parácrinos e autócrinos, imunomoduladores,
neurotransmissores, fatores de crescimento, etc. Atualmente é conhecido que o sistema
endócrino interatua com o sistema nervoso, imunológico e outros reguladores funcionais.
Não obstante, um conceito mantém-se intocável: o papel do sistema endócrino é
coordenar e integrar a atividade celular no organismo, regulando as funções celulares, e dos
orgãos, à distância. De fato, cada vez mais é realçada a importância e a abrangência deste
sistema em toda a função corporal.
Neste capítulo discutiremos os sistemas hormonais endócrinos e neuroendócrinos,
fundamentais na manutenção da homeostase do organismo, seja em situações fisiológicas
normais, seja nas situações que envolvem a prática da atividade física.
Esta complexa rede de sistemas hormonais regula quase todas as funções do
organismo: crescimento e desenvolvimento, metabolismo, reprodução, regulação do
equilíbrio hidroeletrolítico e outros. Um exemplo seria na ausência de insulina produzida
pelo pâncreas, onde haveria pouca utilização de carboidratos à nível celular para produção
de energia.
No contexto, a figura 26, mostra os locais anatômicos das principais glândulas
endócrinas do organismo humano.
76
Figura 26 - Locais anatômicos das principais glândulas endócrinas do organismo humano. Fonte:
http://mmspf.msdonline.com.br/pacientes/manual_merck/secao_13/cap_143.html, retirado em 13/12/2010.
A Tabela 6 fornece uma descrição dos principais hormônios do organismo, os
órgãos responsáveis por sua produção e as suas respectivas funções.
Tabela 6: Principais hormônios do organismo, órgão que o produz e principal função.
Fonte: http://mmspf.msdonline.com.br/pacientes/manual_merck/secao_13/cap_143.html,
retirado em 13/12/2010.
Hormônio
Onde é Produzido
Função
Ajuda na regulação do
equilíbrio do sal e da água
Aldosterona
Adrenais
através de sua retenção e da
excreção do potássio
Faz com que os rins
Hormônio antidiurético
retenham água e, juntamente
Hipófise
(vasopressina)
com aldosterona, ajuda no
controle da pressão arterial
Produz efeitos disseminados
por todo o organismo; em
especial, tem uma ação
Corticosteróide
Adrenais
antiinflamatória; mantém a
concentração sérica de
açúcar, a pressão arterial e a
77
Corticotropina
Hipófise
Eritropoietina
Rins
Estrogênios
Ovários
Glucagon
Pâncreas
Hormônio do crescimento
Hipófise
Insulina
Pâncreas
Hormônio luteinizante e
hormônio
folículoestimulante
Hipófise
Ocitocina
Hipófise
Paratormônio (hormônio
paratireoídeo)
Paratireóides
Progesterona
Ovários
força muscular; auxilia no
controle do equilíbrio do sal
e da água
Controla a produção e a
secreção de hormônios do
córtex adrenal
Estimula a produção de
eritrócitos
Controla o desenvolvimento
das características sexuais e
do sistema reprodutivo
femininos
Aumenta a concentração
sérica de açúcar
Controla o crescimento e o
desenvolvimento; promove
a produção de proteínas
Reduz a concentração sérica
de açúcar; afeta o
metabolismo da glicose, das
proteínas e das gorduras em
todo corpo
Controlam as funções
reprodutoras, como a
produção de
espermatozóides e de
sêmen, a maturação dos
óvulos e os ciclos
menstruais; controlam as
características sexuais
masculinas e femininas
(p.ex., a distribuição dos
pêlos, a formação dos
músculos, a textura e a
espessura da pele, a voz e,
talvez, os traços da
personalidade)
Produz contração da
musculatura uterina e dos
condutos das glândulas
mamárias
Controla a formação óssea e
a excreção do cálcio e do
fósforo
Prepara o revestimento do
útero para a implantação de
78
Prolactina
Hipófise
Renina e angiotensina
Rins
Hormônio tireoidiano
Tireóide
Hormônio estimulante da
tireóide
Hipófise
um ovo fertilizado e prepara
as glândulas mamárias para
a secreção de leite
Inicia e mantém a produção
de leite das glândulas
mamárias
Controlam a pressão arterial
Regula o crescimento, a
maturação e a velocidade do
metabolismo
Estimula a produção e a
secreção de hormônios pela
tireóide
A classificação hormonal segundo o critério de classificação da síntese de
hormônios dar –se –á da seguinte forma:
1) Protéicos: são derivados de vários aminoácidos. São subdivididos em
complexos (exemplo: hormônio de crescimento, prolactina), intermediários
(insulina, glucagon) e pequenos (hormônio antidiurético, ocitocina).
A ativação de um hormônio protéico dar-se-á respectivamente por uma
cascata de eventos: inicialmente há ativação genômica seguida por uma
transcrição (formação do RNA mensageiro), subseqüente tradução em nível
ribossômico e posterior armazenamento intracelular em vesículas (no complexo
de Golgi).
Há uma particularidade neste tipo hormonal: são hidrossolúveis (ou seja, são
secretados na corrente sanguínea sem precisar de proteína transportadora) e
todos os hormônios protéicos apresentam receptores de membrana.
2) Amínicos: são derivados de um aminoácido (tirosina). Exemplos:
triiodotironina (T3), tiroxina (T4), melatonina, adrenalina e noradrenalina.
A sua formação é dependente de ação enzimática e podem ser tanto
hidrossolúveis como lipossolúveis.
3) Esteróides: são derivados de moléculas de colesterol. Subdividem-se em 5
categorias:
A – Androgênios: dihidrotestosterona, testosterona, desidroepiandrosterona,
androstenediona.
B – Estrogênio: 17 β-estradiol.
C – Progestinas: progesterona.
D – Mineralocorticóides aldosterona.
E – Glicocorticóides: cortisol.
A síntese de hormônios esteróides é restrita à alguns tecidos (gônadas, córtex da supra
renal, tecido adiposo) e não requer ativação genômica. Todos os hormônios esteróides são
lipossolúveis e precisam de proteína transportadora, sendo armazenados no sangue junto as
suas proteínas de transporte.
79
Mecanismos de Ação Hormonal
Receptores Hormonais e sua Ativação
Para um hormônio agir, é necessário inicialmente ligar-se a receptores específicos na
célula-alvo. Estes receptores podem estar localizados tanto na membrana da célula-alvo
e/ou no citoplasma ou no núcleo. Uma vez combinado o receptor e o hormônio, inicia-se
uma cascata de reações celular com intuito de potencializar o efeito de pequenas
concentrações de hormônios. Ademais, estes receptores encontram-se em diferentes locais:
dentro da membrana celular ou em sua superfície, no citoplasma celular e no núcleo da
célula.
Provocação: Lembramos que, em geral, cada receptor é extremamente específico para um
único hormônio, permitindo que o mesmo atue especificamente sobre um tecido alvo que
contenha estes receptores específicos.
Sinalização Intracelular
Para Refletir: Para um hormônio atuar em seu tecido alvo é necessário o quê?
Fundamentalmente, o hormônio forma um complexo hormônio-receptor. E por quê?
Ligando-se ao receptor o hormônio altera a função do mesmo e é este evento que promove
o efeito biológico no tecido alvo.
Existem diferentes tipos de interações, dentre as quais se destacam quatro:
- Receptores ligados a canais iônicos: neste tipo de receptor há uma mudança estrutural no
receptor, o que permite a abertura ou fechamento de canais de íons (exemplo cálcio,
potássio), causando subseqüentemente os efeitos biológicos nas células.
- Receptores hormonais ligados a proteína G: Neste caso os hormônios ativam
receptores que regulam indiretamente a atividade da proteína alvo por acoplamento a
proteínas de membrana chamadas proteínas G (proteínas de ligação a GTP – trifosfato de
guanosina). Algumas partes do receptor localizados no citoplasma estão acoplados a
proteína G que inclui três subunidades α, β e γ. Quando o hormônio se liga ao receptor, há
uma mudança conformacional no receptor, ativando as proteínas G e induz sinais
intracelulares para abertura de canais iônicos ou mudanças na atividade enzimática das
células. Quando ativadas as subunidades da proteína G liga-se ao GDP (difosfato de
guanosina) na subunidade α. Após esta ativação, a proteína G se associa a parte
citoplasmática do receptor e troca GDP por GTP (trifosfato de guanosina). Isto provoca
uma dissociação da subunidade α e a mesma se associa a outras proteínas de sinalização
intracelular para que as mesmas ativem diversas vias intracelulares e alterem a função da
célula. Os hormônios ainda acoplam-se tanto a proteínas G estimulatórias como inibitórias.
Este sistemas de proteínas G fornece várias respostas celulares a diferentes hormônios nos
tecidos-alvo do organismo (Figura 27).
- Receptores hormonais ligados a enzimas: Neste caso os receptores atuam como
enzimas ou associam-se a enzimas para poder provocar o efeito biológico no tecido alvo. O
melhor exemplo deste tipo de controle da função celular é o hormônio que se liga a um
receptor transmembrana específico e torna-se a enzima ativa adenilil ciclase,
80
conseqüentemente catalisando (estimulando) a formação de AMPc (monofosfato cíclico de
adenosina), que por meio de uma cascata sinalizadora, pode mediar diversos efeitos
biológicos em nível celular. Este mecanismo é conhecido como segundo mensageiro, pois o
AMPc medeia às funções hormonais intracelulares e não propriamente o hormônio (Figura
E-2). Além do AMPc, o GMPc (monofosfato cíclico de guanosina), os íons cálcio com a
calmodulina e os produtos da degradação de fosfolipídeos da membrana, também atuam
como segundo mensageiro para alguns tipos hormonais.
- Receptores hormonais intracelulares com subseqüente ativação gênica: tipo usado
pelos hormônios esteróides e os hormônios da tireóide. Estes sendo lipossolúveis
atravessam livremente a membrana plasmática e interagem com os receptores do núcleo
e/ou citoplasma celular. Novamente, há formação de um complexo hormônio-receptor que
se liga a uma seqüência de DNA (ácido desoxirribonucléico) que ativa ou reprime a
transcrição de genes específicos e a formação do RNA (ácido ribonucléico) mensageiro,
assim controlando uma função biológica específica na célula.
Figura 27 - Representação esquemática de um receptor acoplado a proteína G e do monofosfato cíclico de
adenosina (AMPc).
O controle da secreção hormonal dar-se-á por meio de feedback que pode ser
negativo ou positivo. Após um determinado estímulo causar a secreção de um determinado
hormônio, alguns efeitos ou produtos decorrentes da ação hormonal tendem a suprimir a
liberação adicional do hormônio, caracterizando o feedback negativo. Em outros casos, há
o feedback positivo, que caracteriza-se pela ação biológica do hormônio causar secreção
adicional do mesmo.
81
Capítulo 2 - Sistema (Eixo) Hipotalâmico Hipofisário Glândula Alvo
É o sistema (eixo) do organismo que controla a maior parte das ações hormonais,
como a reprodução, o crescimento, metabolismo energéticos, temperatura, produção de
leite, dentre outras funções.
O hipotálamo é uma glândula endócrina que controla toda a hipófise. Esta estrutura
se divide em diversos núcleos, dois deles particularmente importantes, o núcleo
paraventricular e o supra-óptico. O núcleo paraventricular é constituído por neurônios
magnocelulares que controlam a neurohipófise e produzem os hormônios ocitocina e
hormônio antidiurético (vasopressina). O núcleo supra-óptico é constituído por neurônios
parvicelulares que controlam a adenohipófise. A região entre estas duas estruturas é
conhecida com eminência mediana. Nesta região encontra-se o sistema de vasos sanguíneos
porta hipotalâmico hipofisários que transportam os hormônios secretados pelos neurônios
parvicelulares no hipotálamo para a adenohipófise.
A hipófise localiza-se logo abaixo o hipotálamo e é subdividida em adenohipófise
(hipófise anterior) cujas células apresentam padrão secretório e de produção e
neurohipófise (hipófise posterior) cujas células apresentam padrão somente secretório
(função de armazenamento de hormônios produzidos nos neurônios magnocelulares).
A neurohipófise é basicamente composta por células nervosas gliais especializadas
e denominadas pituícitos, que agem como suporte para uma grande quantidade de fibras
nervosas terminais e terminações nervosas dos tratos nervosos que se originam no
hipotálamo (núcleos supro-óptico e paraventricular). Estas estruturas são responsáveis pela
secreção de dois hormônios importantes: o hormônio antidiurético (ADH), sintetizado nos
núcleos supra-ópticos e ocitocina (sintetizado nos núcleos paraventriculares). As funções
fisiológicas destes hormônios são:
- ADH: aumenta a permeabilidade aos ductos e túbulos coletores (sistema renal),
permitindo aumento da reabsorção de água e conseqüentemente, produzindo urina mais
concentrada. Há também, a função vasoconstritora no organismo (em casos de
hipovolemia).
- Ocitocina: na lactação, auxilia na ejeção do leite pelas glândulas mamárias e
estimula a contração da cérvix uterina (no útero gravídico), sobretudo ao final da gestação.
Divididos didaticamente, há cinco eixos hipotalâmico hipofisários que serão
exemplificados pelos esquemas abaixo:
Textos para leitura complementar: Acessem o site http://www.google.com.br e no
campo de pesquisa digitem eixo hipotálamo hipófise. Haverá diversos acessos com
conteúdos didáticos (inclusive fotos anatômicas) para o enriquecimento dos estudos.
Capítulo 3 - Hormônio do Crescimento
Este hormônio exerce efeito diretamente sobre quase todos os tecidos do organismo.
Sua secreção é pulsátil e primordialmente promove aumento do tamanho da célula
(hiperplasia) e do número de mitoses celulares. Seus efeitos metabólicos consistem em:
- aumento da captação de aminoácidos e, portanto, da síntese protéica na maioria
das células do corpo;
82
- mobiliza as reservas de ácidos graxos do tecido adiposo, disponibilizando maiores
quantidades de ácidos graxos livres circulantes para uso como fonte energética;
- reduz a captação de glicose nos tecidos como músculo esquelético e gordura,
aumentando a produção de glicose pelo fígado, estimulando a secreção de insulina.
Para refletir: Estas alterações no metabolismo da glicose se, persistente, promove
resistência insulínica via aumento da concentração de hormônio de crescimento, pois
haverá atenuação das ações insulínicas para estimular a captação e utilização de glicose
pelos músculos esqueléticos e tecido adiposo e, para inibir a gliconeogênese (produção de
glicose pelo fígado), levando a um aumento da concentração de glicose no sangue e um
aumento compensatório da secreção de insulina.
O hormônio de crescimento apresenta efeitos específicos sobre o tecido
cartilaginoso e ósseo:
- aumenta a velocidade de reprodução das células ósseas;
- aumento da deposição de proteínas pelas células osteogênicas e condrocíticas que
promovem o crescimento ósseo;
- efeito específico da conversão de condrócitos em células osteogênicas induzindo a
deposição de nova matriz orgânica óssea.
Outro efeito importante é a indução da produção de somatomedinas (fatores de
crescimento semelhantes à insulina – IGF-1), principalmente pelo fígado, pois o hormônio
de crescimento exerce grande parte de seus efeitos por meio destas somatomedinas. Estas
são pequenas proteínas que aumentam os efeitos do GH, por exemplo, aumentando o
crescimento ósseo. A tabela 7 abaixo mostra os principais fatores estimulatórios e
inibitórios da secreção do hormônio de crescimento.
Tabela 7: Fatores que estimulam ou inibem a secreção do hormônio de crescimento
Estimulam
Inibem
- diminuição de glicose no sangue
- aumento de glicose no sangue
- diminuição de ácidos graxos livres no - aumento de ácidos graxos livres no sangue
sangue
- envelhecimento
- jejum ou inanição
- obesidade
- estresse, excitação, exercício
- hormônio inibidor do hormônio de
- testosterona, estrógeno
crescimento
- sono profundo
- hormônio de crescimento exógeno
- hormônio liberador de hormônio de - fatores de crescimento semelhantes à
crescimento
insulina
Fonte: Guyton, 2006, retirado em 13/12/2010.
A secreção de hormônio do crescimento é controlada em resposta a dois fatores
secretados pelo hipotálamo e, a seguir, transportada para a hipófise anterior pelos vasos
porta hipotalâmicos-hipofisários. Esses dois fatores são o hormônio de liberação do
hormônio do crescimento (GHRH) e o hormônio de inibição do hormônio do crescimento
(GHIH ou somatostatina). O núcleo hipotalâmico que produz a secreção de hormônio de
liberação do hormônio do crescimento é o núcleo ventromedial, isto é, a mesma área do
83
hipotálamo que sabemos ser sensível a hipoglicemia, induzindo a sensação de fome nos
estados hipoglicêmicos. A secreção de somatostatina é controlada por outras áreas vizinhas
do hipotálamo. Por conseguinte, é razoável acreditar que alguns dos mesmos sinais que
modificam os instintos comportamentais de alimentação do indivíduo também possam
alterar a velocidade de secreção de hormônio do crescimento. De forma semelhante, todos
os sinais hipotalâmicos relacionados a emoções, estresse e traumatismo também podem
afetar o controle hipotalâmico da secreção de hormônio do crescimento. De fato,
experiências demonstraram que as catecolaminas, a dopamina e a serotonina, liberadas por
diferentes sistemas neuronais no hipotálamo, aumentam a velocidade de secreção do
hormônio do crescimento.
A maior parte do controle da secreção do hormônio do crescimento é mediada
provavelmente mais pelo hormônio de liberação do hormônio do crescimento do que pelo
hormônio inibidor, somatostatina. O GHRH estimula a secreção do hormônio do
crescimento ao se ligar a receptores de membrana específicos nas superfícies externas das
células na hipófise. Os receptores ativam o sistema da adenil ciclase que aumenta o nível
intracelular de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc). Este mecanismo apresenta efeito
a curto e longo prazo. Em curto prazo há aumento do transporte de do íon cálcio para o
interior celular, que promove aumenta da fusão de vesículas secretoras do hormônio de
crescimento com a membrana celular e à liberação do hormônio para o sangue. Em longo
prazo há aumento da transcrição no núcleo dos genes responsáveis pela estimulação da
síntese protéica. Quando se administra hormônio do crescimento a um animal durante um
período de várias horas, a velocidade de secreção endógena do hormônio começa a
diminuir. Esse aspecto ilustra que a secreção de hormônio do crescimento, como a de
praticamente todos os outros hormônios, está sujeita a um típico controle por feedback
negativo. Devido a seu incontestável efeito prolongado sobre a síntese de proteínas e o
crescimento dos tecidos, fica-se inclinado a propor que o principal fator de controle a longo
prazo da secreção de hormônio do crescimento seja o estado nutricional dos próprios
tecidos, em particular seu nível de nutrição protéica. Isto é, a deficiência nutricional ou a
necessidade excessiva de proteínas celulares pelos tecidos — por exemplo, após um
período de exercício intenso quando o estado nutricional dos músculos fica comprometido
— aumentariam de alguma forma a velocidade de secreção de hormônio do crescimento.
Por sua vez, o hormônio do crescimento promoveria a síntese de novas proteínas,
conservando ao mesmo tempo as proteínas já presentes nas células.
Eixo Hipotálamo Hipófise Hormônio de Crescimento
A secreção de hormônio do crescimento é controlada em resposta a dois fatores
secretados pelo hipotálamo e, a seguir, transportada para a hipófise anterior pelos vasos
porta hipotalâmicos-hipofisários. Esses dois fatores são o hormônio de liberação do
hormônio do crescimento (GHRH) e o hormônio de inibição do hormônio do crescimento
(GHIH ou somatostatina). O núcleo hipotalâmico que produz a secreção de hormônio de
liberação do hormônio do crescimento é o núcleo ventromedial, isto é, a mesma área do
hipotálamo que sabemos ser sensível a hipoglicemia, induzindo a sensação de fome nos
estados hipoglicêmicos. A secreção de somatostatina é controlada por outras áreas vizinhas
do hipotálamo.
84
Por conseguinte, é razoável acreditar que alguns dos mesmos sinais que modificam
os instintos comportamentais de alimentação do indivíduo também possam alterar a
velocidade de secreção de hormônio do crescimento. De forma semelhante, todos os sinais
hipotalâmicos relacionados a emoções, estresse e traumatismo (catecolaminas, dopamina e
serotonina) também podem afetar o controle hipotalâmico da secreção de hormônio do
crescimento.
A maior parte do controle da secreção do hormônio do crescimento é mediada
provavelmente mais pelo hormônio de liberação do hormônio do crescimento do que pelo
hormônio inibidor, somatostatina. O GHRH estimula a secreção do hormônio do
crescimento ao se ligar a receptores de membrana específicos nas superfícies externas das
células na hipófise. Os receptores ativam o sistema da adenil ciclase que aumenta o nível
intracelular de monofosfato de adenosina cíclico (AMPc). Este mecanismo apresenta efeito
a curto e longo prazo. Em curto prazo há aumento do transporte de do íon cálcio para o
interior celular, que promove aumenta da fusão de vesículas secretoras do hormônio de
crescimento com a membrana celular e à liberação do hormônio para o sangue. Em longo
prazo há aumento da transcrição no núcleo dos genes responsáveis pela estimulação da
síntese protéica.
Quando há aumento da concentração de hormônio do crescimento a um organismo,
a velocidade de secreção endógena do hormônio começa a diminuir. Esse aspecto ilustra
que a secreção de hormônio do crescimento está sujeita a um controle por feedback
negativo. Devido a seu incontestável efeito prolongado sobre a síntese de proteínas e o
crescimento dos tecidos, fica-se inclinado a propor que o principal fator de controle a longo
prazo da secreção de hormônio do crescimento seja o estado nutricional dos próprios
tecidos, em particular seu nível de nutrição protéica. Isto é, a deficiência nutricional ou a
necessidade excessiva de proteínas celulares pelos tecidos (por exemplo, após um período
de exercício intenso quando o estado nutricional dos músculos fica comprometido)
aumentariam de alguma forma a velocidade de secreção de hormônio do crescimento
conseqüentemente, promovendo a síntese de novas proteínas, conservando ao mesmo
tempo as proteínas já presentes nas células.
Abaixo na figura 28, observamos uma representação esquemática da atividade do
eixo hipotálamo – hipófise – hormônio de crescimento.
85
Figura 28 – Representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise – hormônio de
crescimento. GH – hormônio de crescimento, (+) estímulo excitatório – feedback positivo (-) estímulo
inibitório – feedback negativo.
Para não finalizar: Anormalidades da secreção do hormônio do crescimento.
Capítulo 4 – Hormônios Tireoideanos
Tireóide
Provocação: A tireóide é uma glândula, com 15-30 g, localizada no pescoço anterior ao
nível das vértebras C5 até T1, em frente à traquéia, e é imediatamente inferior à laringe (e à
proeminência da cartilagem tireóide) (Figura 29). Ela está recoberta por músculos do
pescoço e pelas suas fáscias. Tem forma de H e é constituída por dois lobos unidos por um
istmo. Tem cor escura vermelha. Está envolvida por uma cápsula de tecido conjuntivo. A
tireóide é um órgão muito vascularizado, rica em capilares sanguíneos e linfáticos. O seu
suprimento sanguíneo é das artérias tireóideas superiores (ramos das artérias carótidas
externas) e artérias tireóideias inferiores (ramo das artérias subclávias).
A glândula tireóide é constituída por um grande número de folículos formados por
epitélio simples de células tireóideas foliculares, produtoras de hormônios tireoideanos (T3
e T4). Entre os folículos, no interstício, estão células C (claras) ou parafoliculares,
produtoras de calcitonina. Existe também tecido conjuntivo intersticial que se vai tornando
mais volumoso do interior para a periferia da glândula, até se fundir com a cápsula (Figura
30).
86
Os folículos são delimitados por um epitélio cúbico simples de células foliculares.
Estes secretam no interior do folículo os hormônios e outras substâncias que formam o
colóide gelatinoso que se encontra no seu interior. Este colóide armazena o hormônio
tireoideano.
Figura 29 - Tireóide e sua localização anatômica.
Fonte: http://tudodebominforma.blogspot.com/2010/03/saude-problemas-com-tireoide.html
13/10/2010.
retirado
em
Figura 30 - Corte histológico da tireóide com aumento de 400x. A glândula é formada por dois tipos
celulares: células foliculares (1); produtoras de T4 e T3 compõem folículos que tem em seu interior colóide
(3); células parafoliculares ou tipo C (2), produtoras de calcitonina, que se localizam no espaço interfolicular.
Fonte: http://www.ufrgs.br/propesq/livro2/index_jose.htm retirado em 13/10/2010.
Síntese e Secreção Hormonal
Dois hormônios são produzidos e secretados pela tireóide: triiodotironina (T3,
representando 7% da secreção hormonal total da tireóide) e a tiroxina (T4, representando
93% da secreção hormonal total da tireóide).
87
Para refletir: A função do T3 e T4 é a mesma, a diferença está no fato do T3 ser quatro
vezes mais potente que o T4, mas apresenta-se em menor quantidade plasmática e o tempo
de duração no sangue é menor. Por este fato, praticamente todo o T4 é convertido em T3.
Para a síntese destes dois hormônios tireoideanos é necessário que moléculas de
tirosina reajam com o iodo proveniente da alimentação (captado por bombas de iodeto). As
células da tireóide sintetizam e secretam para o folículo uma glicoproteína denominada
tireoglobulina. Estas proteínas contêm em sua estrutura o aminoácido tirosina, um dos
substratos para formação de T3 e T4. Assim, os hormônios tireoideanos se formam no
interior da tireoglobulina. Ocorre a oxidação do íon iodeto para que o mesmo possa se ligar
a tirosina (reação catalisada pela enzima iodinase), isto pode formar uma monoiodotirosina
e/ou uma diiodotirosina. Por conseguinte, a ligação entre uma monoiodotirosina e uma
diiodotirosina forma um triiodotironina (T3), enquanto que a reação entre duas
diiodotirosinas formam uma tirosina (T4). Lembramos que a tireóide apresenta a capacidade
de armazenar grande quantidade de hormônios.
Dentre as funções fisiológicas dos hormônios tireoideanos, o efeito geral dos
mesmos, consiste em promover a ativação da transcrição de um grande número de genes e
conseqüentemente, promover o aumento da taxa metabólica do organismo por meio do
controle da termogênese facultativa. O aumento da atividade metabólica celular dar-se-á
por meio do aumento do número e da atividade de mitocôndrias e aumento do transporte
ativo de íons através de membranas celulares. Ademais, atuam no estímulo ao crescimento
(nos primeiros anos de vida), estimula o metabolismo dos carboidratos (aumento da
glicólise e glicogenólise), estimula o metabolismo das gorduras (aumento da lípolise),
induz maior ingestão de vitaminas. Em suma, há aumento da taxa metabólica basal.
Sobre o sistema cardiovascular, os hormônios tireoideanos atuam aumentado o
fluxo sanguíneo, débito cardíaco, a freqüência cardíaca e a força cardíaca. Ainda aumenta a
freqüência respiratória, a motilidade gastrointestinal, promove efeito excitatório sobre o
sistema nervoso central e maior vigor da função muscular.
A tireóide também secreta calcitonina, cujo efeito está associado ao metabolismo de
cálcio.
Eixo Hipotálamo Hipófise Tireóide
Os estímulos iniciais para ativação deste eixo são as variações de temperatura
corporal (um exemplo é o frio), que estimulam neurônios específicos no hipotálamo a
produzirem o hormônio liberador de tireotrofina (ou tireotropina ou tireotrófico - TRH). O
TRH por sua vez, estimula um grupo celular específico na hipófise (os tireotrofos) a
produzirem o hormônio estimulador de tireotrofina (ou tireotropina ou estimulante da
tireóide ou tireoestimulante - TSH). O TSH estimula o tecido alvo, ou seja, a tireóide a
produzir as tireotrofinas: triiodotironina (T3) e tiroxina (T4) que promoverão como efeito
biológico o controle da termogênese facultativa. O primeiro evento consiste na ligação do
hormônio tíreo-estimulante a receptores específicos para ele na superfície da membrana
basal da célula. Esse processo ativa, então, a adenilciclase da membrana, que aumenta a
formação de AMPc na célula. Por fim, o AMPc atua como segundo mensageiro, ativando a
proteína quinase que determina a ocorrência de múltiplas fosforilações por toda a célula. O
88
resultado consiste em elevação imediata da secreção dos hormônios tireóideos e
crescimento prolongado do tecido glandular da tireóide.
O mecanismo molecular pelo qual o TRH induz a produção de TSH pelas células
adeno-hipofisárias secretoras de TSH envolve, primeiro, sua ligação e receptores de TRH
na membrana da célula hipofisária. Essa ligação, por sua vez, ativa o sistema de segundo
mensageiro de fosfolipídios, que passa a produzir grandes quantidades de fosfolipídio C,
seguidas pela de muitos outros produtos de segundos mensageiros, incluindo íons cálcio e
diacilglicerol, resultando, eventualmente, na liberação de TSH.
O aumento da concentração de hormônio tireóideo nos líquidos corporais diminui a
secreção de TSH pela adeno-hipófise. Quase todo esse efeito depressor por feedback ocorre
até mesmo quando a adeno-hipófise é totalmente separada do hipotálamo. Todavia, é
provável que o aumento do hormônio tireóideo possa inibir a secreção adeno-hipofisária de
TSH principalmente por meio de efeito direto sobre a própria adeno-hipófise, embora,
talvez secundariamente, por meio de efeitos muito mais fracos que atuam pelo hipotálamo.
Um dos mecanismos sugeridos para o efeito de feedback sobre a adeno-hipófise consiste na
redução, pelo hormônio tireóideo, do número de receptores de TRH nas células que
secretam TSH. Por conseguinte, o efeito estimulante do TRH hipotalâmico sobre essas
células fica muito reduzido. Qualquer que seja o mecanismo de feedback, seu efeito
consiste em manter concentração quase constante de hormônios tireóideos livres nos
líquidos corporais circulantes. Se houver efeito de feedback que atue pelo hipotálamo, além
do feedback direto sobre a própria hipófise, ele provavelmente opera muito lentamente e
poderia resultar, pelo menos em parte, de variações do calor corporal e de seus efeitos sobre
os centros de controle da temperatura corporal do hipotálamo que exercem efeito
significativo sobre o controle do sistema do hormônio tireóideo.
Abaixo, observamos uma representação esquemática da atividade do eixo
hipotálamo – hipófise – tireóide (figura 31).
89
Figura 31 – Representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise – tireóide. T3 e T4 –
triiodotironina e tiroxina, (+) estímulo excitatório – feedback positivo (-) estímulo inibitório – feedback
negativo.
Para não finalizar: Doenças da Tireóide.
Capítulo 5 - Paratormônio, Calcitonina e Vitamina D.
Paratormônio (PTH)
O paratormônio é produzido nas glândulas paratireóides, pelas células principais.
Como efeito este hormônio eleva as concentrações de cálcio (Ca++) plasmático. Também
participa da estimulação da reabsorção óssea. Ademais, apresenta uma ação indireta no
intestino delgado (ativação da Vitamina D, síntese da 1,25-diidroxicolecalciferol), estimula
a enzima α hidroxilase renal, inibe o co-transporte de sódio e fósforo aumentando a
fosfatúria (túbulo contornado proximal), reduz o fosfato sérico (superando as outras ações
hiperfosfatêmicas), acelera a reabsorção de Cálcio pela alça de Henle (segmento ascendente
espesso) e pelo túbulo distal, inibe a reabsorção de sódio e de bicarbonato no túbulo
proximal, inibindo a alcalose metabólica decorrente da liberação de bicarbonato dos cristais
de hidroxiapatita do ossos e stimula a reabsorção de magnésio pelos túbulos renais.
O paratormônio apresenta dois efeitos sobre o osso na indução da absorção de cálcio
e fosfato. Há uma fase rápida com aumento da concentração de paratormônio, resultando
em aumento da concentração de Ca++ no sangue que é resultado da ativação das células
ósseas já existentes (principalmente os osteócitos), promovendo a absorção de cálcio e
fósforo. A segunda fase é lenta (dias ou semanas) e vem da proliferação de osteoclastos,
90
seguida pela reabsorção osteoclástica acentuada do próprio osso, e não meramente da
absorção óssea dos sais de fosfato de cálcio.
Além disso, o paratormônio diminui a excreção de cálcio e aumenta a excreção de
fosfato pelos rins, reduzindo a reabsorção tubular proximal dos íons fosfatos e aumentando
a reabsorção tubular renal de cálcio. Se não fosse o efeito do paratormônio sobre os rins de
conseqüente depleção tanto no líquido extracelular como nos ossos.
Ainda, o paratormônio aumenta a absorção intestinal de cálcio e fósforo. Grande
parte do efeito do paratormônio sobre seus órgãos alvo é mediada pelo mecanismo de
segundo mensageiro do monofosfato cíclico de adenosina (AMPc). Após a secreção de
paratormônio, a concentração do monofosfato cíclico de adenosina (AMPc) aumenta nos
osteócitos, osteoclastos e em outras células alvo. Esse monofosfato cíclico de adenosina
(AMPc), por sua vez, é provavelmente responsável por tais funções, como a secreção
osteoclástica de enzimas e ácidos que causam a reabsorção óssea e a formação do 1,25diidroxicolecalciferol nos rins.
Calcitonina
As células parafoliculares (células c) localizadas na tireóide são células localizadas
no espaço (líquido) intersticial fora dos folículos tiroideanos, no terço médio do lobo
lateral. Como todas as células endócrinas, estão localizadas próximas aos capilares
sanguíneos, podendo então secretar seus hormônios na corrente sanguínea. O hormônio
produzido é a calcitonina. O principal estímulo para a secreção de calcitonina é a
concentração elevada de cálcio (Ca++), e a sua principal função, está relacionada com a
redução da calcemia (ou seja, redução da concentração plasmática de cálcio). É um
antagonista fisiológico do paratormônio no que concerne a regulação do cálcio (Ca++),
atuando também na redução do nível plasmático de fosfato. No tecido ósseo, inibe a ação
osteoclástica (reabsorção do osso).
Vitamina D
A vitamina D é uma vitamina lipossolúvel que existe em várias formas e apresenta
um potente efeito de aumento da absorção de cálcio. Algumas formas estão inativadas no
corpo, e tem limitada habilidade funcional como uma vitamina. A exposição à luz solar é
uma importante fonte de vitamina D. Os raios ultra-violetas (UV) em contato com a pele
sintetizam vitamina D, assim o fígado e os rins convertem vitamina D para a forma ativada
da vitamina denominada calcitriol (ou colecalciferol ou vitamina D3).
O calcitriol é o composto formado na pele em conseqüência da irradiação do 7desidrocolesterol, uma substância normalmente presente na pele, pelos raios ultra-violetas
provenientes do sol. Portanto a exposição adequada ao sol, evita a deficiência de vitamina
D.
O primeiro passo para a ativação do colecalciferol é a conversão em 25hidroxicolecalciferol no fígado. Há um processo de controle por feedback importante por 2
razões: regula a concentração do 25-hidrocicolecalciferol no plasma e a conversão
controlada de vitamina D3 em 25-hidroxicolecalciferol conserva a vitamina D para
armazenamento no fígado para uso futuro. Por sua vez há conversão em 1,25
diidroxicolecalciferol (forma mais ativa da vitamina D) nos túbulos proximais dos rins.
91
Esta conversão depende quase que exclusivamente, do paratormônio. E ainda há o feedback
negativo no aumento significativo das concentrações de cálcio plasmático, inibindo a
formação do 1,25-hidroxicolecalciferol, respectivamente diminuindo a absorção de cálcio
pelo intestino, osso e túbulos renais, levando a queda da concentração iônica de cálcio,
retorno este aos seus valores basais.
A taxa de absorção de cálcio é diretamente proporcional à quantidade de proteína
ligante. Ainda, a vitamina D pode incluir a formação de uma enzima ATPase estimulada
pelo cálcio na borda em escova das células epiteliais e uma fosfatase alcalina nas células
epiteliais.
A vitamina D em quantidades extremas pode provocar absorção óssea (talvez pela
redução do efeito do paratormônio e a relação da vitamina D em aumentar o transporte de
cálcio através das membranas celulares). Em quantidades menores, aumentando a absorção
de cálcio e fósforo pelos intestinos, e intensificando a mineralização óssea (talvez
deslocando cálcio na direção oposta através das membranas celulares de osteoblastos e
osteócitos).
Capítulo 6 - Hormônios Adrenocorticais
Os hormônios adrenocorticais são secretados por duas glândulas situadas nos pólos
superiores dos rins, conhecidas como adrenais (ou suprarenais – figura 32). São órgãos
endócrinos complexos, multifuncionais e essenciais à vida. Cada glândula é composta de
duas partes distintas (Figura 33):
1. Medula da Adrenal - corresponde de 10 a 20% da glândula. É a zona mais interna
e esta funcionalmente relacionada ao sistema nervoso simpático. Origina-se do ectoderma e
é responsável pela produção de norepinefrina e epinefrina (catecolaminas);
2. Córtex da Adrenal - corresponde de 80 a 90% da glândula. É a zona mais externa
da glândula. Origina-se do mesoderma e é responsável pela secreção dos hormônios
mineralocorticóides (aldosterona), androgênios e corticosteróides (cortisol). O córtex
apresenta três camadas distintas:
A) Camada (celular) mais profunda - Zona Reticular que sintetiza e secreta
principalmente os androgênios adrenais como a desidroepiandrosterona (DHEA) e
androstenediona e em menor quantidade estrogênios e alguns glicocorticóides. O hormônio
adrenocorticotrófico (ACTH) é o principal regulador da secreção dessas células;
B) Camada (celular) média mais espessa - Zona Fasciculada (75% do córtex da
adrenal) que secreta principalmente glicocorticóides como o cortisol (participam do
controle da concentração de glicose sanguínea e apresenta efeitos no metabolismo protéico
e lipídico) e córticosterona, assim como pequena quantidade de androgênios e estrógenos
adrenais;
C) Camada (celular) mais externa - Zona Glomerulosa (15% do córtex da adrenal),
que secreta principalmente os mineralocorticóides (principal é a aldosterona, via enzima
aldosterona sintase, participam do equilíbrio de eletrólitos do organismo).
92
Figura 32 – Representação das glândulas adrenais, situados nos pólos superiores dos rins. Fonte:
http://cerem.med.br/?acao=exibe&id=6 retirado em 13/10/2010.
Figura 33 – representação esqumática de uma glândula adrenal e sua divisão anatômica (córtex e medula).
Principais zonas do córtex e medula e suas principais secreções hormonais Fonte:
http://www.medicinageriatrica.com.br/2007/06/21/glandula-adrenal/ retirado em 13/10/2010.
Química dos Hormônios Adrenocorticais:
Todos os esteróides do córtex adrenal são modificações químicas de um núcleo
esteróide básico (esqueleto de átomos de carbono), que é exemplificado pela estrutura do
93
colesterol. Os glicocorticóides potentes exigem a presença de uma cetona na posição 3 e de
grupos hidroxila (OH-) nas posições 11 e 21. Já os mineralocorticóides potentes exigem
carbono oxigenado na posição 18. Ainda, os androgênios potentes caracterizam-se pela
eliminação da cadeia lateral de carbono 20-21 e pelo carbono oxigenado na posição 17. O
colesterol, a progesterona, os glicocorticóides e os mineralocorticóides são esteróides com
21 Carbonos; os androgênios são esteróides com 19 Carbonos e os estrogênios são
esteróides com 18 carbonos.
Cada camada do córtex supra-renal sintetiza e secreta predominantemente um tipo
de esteróide: mineralocorticóide, glicocorticóide ou androgênio. A base para esta
especialização é a presença ou ausência das enzimas que catalisam as diversas
modificações do núcleo do esteróide. O precursor de todos os esteróides adrenocorticais é o
colesterol, que chega a adrenal pela circulação, e uma parte é sintetizada pelas células
adrenocorticais. O colesterol é captado do plasma (receptores de LDL e HDL), por
endocitose e posteriormente esterificado (vacúolos citoplasmáticos); pequena quantidade é
sintetizada a partir da acetil coenzima A. As enzimas do citocromo P 450 (oxigenases
mistas) catalisam as hidroxilações dos esteróides sendo que estas hemoproteínas
hidrofóbicas estão localizadas nas membranas lipolíticas do retículo endoplasmático e das
cristas mitocondriais.
Os grupos distintos de enzimas P450 envolvidos na esteroidogênese adrenal podem
ser observados na tabela 8 abaixo:
Tabela 8 - Enzimas envolvidas na estereodoigênese.
Fonte: http://www.icegob.com.br/neuza/fisio2/Endocrino/Sintese_Corticost.pdf, retirado em 13/12/2011.
94
A primeira etapa é a conversão do Colesterol em Pregnenolona, catalisada pela
enzima colesterol desmolase, presente em todas as camadas do córtex adrenal. A colesterol
desmolase é a enzima limitadora da via biossintética e é estimulada pelo ACTH (Figura
34).
Figura 34 - Biossíntese dos hormônios adrenocorticais.
Fonte: http://www.icegob.com.br/neuza/fisio2/Endocrino/Sintese_Corticost.pdf retirado em 13/12/2011.
No caso dos glicocorticóides a síntese ocorre na zona fasciculada, com pequena
contribuição das células da zona reticular. Lembrando que o cortisol é o glicocorticóide
dominante na espécie humana. A corticosterona pode prover atividade glicocorticóide se
necessário.
A desidroepiandrosterona (DHEA) e androstenediona são esteróides androgênicos
produzidos na zona reticular. Possuem fraca atividade androgênica, mas nos testículos são
convertidos em testosterona, um androgênio com maior potência. Outro hormônio
esteróide, o estradiol é secretado em pequenas quantidades pela zona reticular. O córtex
adrenal para os homens apresenta pouco significado, contudo nas mulheres o córtex adrenal
é a principal fonte de androgênios (50 a 60%).
95
O principal mineralocorticóide do corpo é a aldosterona, secretada exclusivamente
pela zona glomerulosa. A aldosterona sintase converte a corticosterona em aldosterona. A
zona glomerulosa não tem a enzima 17 α hidroxilase, sendo incapaz de produzir cortisol a
partir da progesterona. Ademais, a aldosterona não é o único esteróide com atividade
mineralocorticóide, a 11-desoxicorticosterona e a corticosterona também apresenta
atividade mineralocorticóide (Figura 35).
CMO = corticosterona-metiloxidase (exclusiva da zona glomerular); *exclusivo da zona
fasciculada.
Figura 35 - Biossíntese dos hormônios adrenocorticais.
Fonte: http://www.icegob.com.br/neuza/fisio2/Endocrino/Sintese_Corticost.pdf, retirado em 13/12/2011.
Os hormônios adrenocorticais, ligam-se a proteínas plasmáticas (globulinas,
principlamente a transcortina no caso do cortisol e em menor quantidade a albumina). Esta
ligação reduz a velocidade de eliminação do cortisol no plasma, pois 90 a 95% do cortisol
se liga a proteínas plasmáticas. Já a aldosterona tem um percentual de 60% de ligação a
proteínas plasmáticas, o que lhe confere uma velocidade de eliminação plasmática mais
curta. Ainda, os hormônios adrenocorticais são metabolizados no fígado e degradados em
ácido glicurônico e sulfatos.
96
Forma de ação do cortisol na célula.
Basicamente, há interação do cortisol com receptores intracelulares nas células alvo.
A natureza lipossolúvel permite que haja difusão direta do hormônio para o interior celular.
No citoplasma, o cortisol se liga a seu receptor e este complexo interage com o ácido
desoxirribonucléico (DNA) celular, induzindo ou reprimindo a transcrição gênica. Isto
altera a síntese de ácido ribonucléico mensageiro (RNAm) que gera as proteínas
responsáveis pelo efeito fisiológico do hormônio.
Regulação da Secreção de Cortisol
A síntese e secreção dos esteróides pelo córtex da supra-renal dependem da
estimulação da enzima colesterol desmolase (etapa inicial) pela corticotofina ou
adrenocoticotrofina (ACTH) liberada pela hipófise anterior por um grupo celular
específico, denominados coritcotrofos. Como característica da regulação da secreção de
cortisol, temos o padrão de secreção pulsátil e o predomínio diurno. As maiores
intensidades secretoras ocorrem às 8h da manhã (que representa metade da secreção diária
total do hormônio).
O hormônio liberador de corticotofina (CRH) é secretado pelo hipotálamo (núcleo
paraventricular) e atua sobre os corticotrofos da hipófise anterior, para produzir ACTH. A
hipófise secreta uma grande molécula precursora a pró-opiomelanocortina. Por meio de
clivagens forma-se ACTH e outros neuropeptídeos.
Os principais mecanismos de controle de CRH e conseqüentemente o ACTH e
cortisol são:
1. secreção episódica e ritmo circadiano;
2. resposta ao estresse (se prolongado inibe a periodicidade circadiana);
3. inibição exercida pelo nível de cortisol.
O ACTH atua sobre as células do córtex supra-renal para estimular a síntese e a
secreção dos hormônios adrenocorticais por meio da seguinte cascata de eventos: há
ativação da enzima adenil ciclase na membrana celular, que induz a formação de
monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) no citoplasma. Isto promove a ativação de uma
série de enzimas que promovem a formação dos hormônios adrenocorticais. Um exemplo é
ativação da enzima proteína quinase A que causa a conversão do colesterol em
pregnenolona.
O cortisol exerce efeitos diretos por feedback negativo tanto para o hipotálamo,
diminuindo a formação de CRH, quanto para a hipófise anterior, diminuindo a síntese de
ACTH. Isto auxilia na regulação da concentração plasmática de cortisol. Isto é, toda vez
que a concentração elevar-se, os mecanismos de feedback reduzem o ACTH até seu nível
normal de controle.
Para refletir: Se secretado em excesso, o ACTH promove hiperplasia e hipertrofia das
células adrenocorticais.
Abaixo, observamos uma representação esquemática da atividade do eixo
hipotálamo – hipófise – adrenal (Figura 36).
97
Figura 36 – Representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise – adrenal. (+) estímulo
excitatório – feedback positivo (-) estímulo inibitório – feedback negativo.
Os níveis plasmáticos de cortisol podem aumentar conforme o estímulo ao
organismo, principalmente pelo estresse proveniente de diversas situações como: cirurgia,
queimaduras, infecção, febre, psicose, ansiedade aguda, exercício prolongado e extenuante
e hipoglicemia.
Os principais glicorticóides são:
- Cortisol (muito potente, 95% da atividade glicocorticóide);
- Corticosterona (4% de atividade glicocorticóide, bem menos potente que o cortisol);
- Cortisona (sintética, tão potente quanto o cortisol);
- Prednisona (sintética, 4 vezes mais potente que o cortisol).
- Dexametasona (sintética, 30 vezes mais potente que o cortisol).
98
Como funções gerais dos glicocorticóides temos:
- Estimulação da gliconeogênese (aumentando as enzimas que convertem
aminoácidos em glicose pelas células hepáticas e a mobilização de aminoácidos extrahepáticos, principalmente do músculo);
- Efeito catabólico e anti-anabólico;
- Efeitos antiinflamatórios;
- Supressão de respostas imunes;
- Manutenção da reatividade vascular às catecolaminas;
- Efeito permissivo: aumenta a estimulação pelo glucagon – glicogenólise, efeito
sinérgico com o glucagon – gliconeogênese;
- Inibição da formação óssea;
-Aumento da filtração glomerular.
Envolvendo o metabolismo, o cortisol apresenta os seguintes efeitos:
- facilita a mobilização dos substratos energéticos;
- acelera a mobilização de proteínas musculares para a gliconeogênese (acelera a
degradação protéica e inibe a síntese de proteínas);
- estimula a transformação de aminoácidos derivados da proteólise (clivagem de
proteínas) em precursores da glicose;
- reduz a utilização periférica de glicose, antagonizando as ações da insulina sobre o
metabolismo da glicose (diminui a captação de glicose por tecidos musculares e tecido
adiposo provocando hiperglicemia);
- aumento da mobilização de ácidos graxos a partir do tecido adiposo.
Especificamente no tecido muscular, o cortisol promove uma ação inotrópica sobre
o músculo esquelético (aumento da síntese de acetilcolina) e aumenta a enzima ATPase
miocárdica e os receptores beta. Além disso, no tecido ósseo e conjuntivo, o cortisol
promove os efeitos de: inibição da síntese de colágeno I (matriz óssea), diminuição da
diferenciação das células osteoprogenitoras em osteoblastos ativos, diminuição da absorção
de Ca++ (cálcio) intestinal (antagoniza ações da Vitamina D e reduz sua síntese), aceleração
da reabsorção óssea e diminuição da síntese de colágeno. Ainda, no sistema vascular, este
hormônio facilita o desempenho miocárdico e participa da responsividade normal da ação
constritiva das catecolaminas e angiotensina II. No tecido renal, promove aumento da
filtração glomerular, diminui a resistência pré-glomerular, aumentando o fluxo plasmático
Glomerular e aumenta a excreção de fosfato. E por fim, no sistema nervoso central modula
a excitabilidade, comportamento e humor.
Androgênios
Os esteróides sulfato de dehidroepiandrosterona (SDHEA), dehidroepiandrosterona
(DHEA) e androstenediona são androgênios relativamente fracos. Sua função fisiológica se
expressa por sua conversão periférica para o androgênio testosterona. Nas mulheres estes
precursores permitem o desenvolvimento dos pêlos pubianos e axilares normais.
Possivelmente, contribuem para a manutenção da produção de hemácias. No caso do
estradiol de origem supra-renal direta, este hormônio constitui uma fonte importante de
atividade estrogênica após a menopausa.
99
Mineralocorticóides
Principais mineracorticóides são:
- Aldosterona (muito potente, 90% da atividade mineralocorticóide normal);
- Desoxicorticosterona (1/15 da potência da aldosterona);
- Corticosterona (pequena atividade mineralocorticóide);
- 9 α Fludrocortisona (sintética, ligeiramente mais potente que a aldosterona).
A principal função da aldosterona, o mineralocorticóide mais importante, consiste
em preservar o volume de líquido extracelular pela conservação do sódio (Na+) e cloreto
corporal. A aldosterona é liberada principalmente quando há uma situação de redução no
volume de líquido extracelular (LEC). Como resultado de sua ação, a aldosterona aumenta
a reabsorção de Na+ e a secreção de potássio (K+), ou seja, promove nas células principais
dos túbulos renais um aumento da reabsorção de Na+ (canais de Na+) e água do lúmen e da
secreção de íons K+. A regulação da secreção de aldosterona é feita diferentemente da
secreção de cortisol e androgênios. O ACTH exerce efeito tônico sobre a secreção de
aldosterona (estimulamdo a enzima colesterol desmolase). Ademais, este hormônio
apresenta o mesmo padrão de secreção diurno do cortisol, contudo a regulação primária é
controlada pelas variações do volume do LEC, do sistema renina - angiotensina II Aldosterona e pelos níveis séricos de potássio.
Medula Supra-renal
É um gânglio especializado do sistema nervoso autonômico (divisão simpática).
Neurônios pré-ganglionares com corpos celulares presentes na medula espinhal
toracolombar, e axônios pré-ganglionares cursam pelo nervo esplâncnico até a medula
adrenal onde especificamente as células cromafins, liberam acetilcolina e estimulam a
secreção de catecolaminas (epinefrina 80% e norepinefrina 20%).
100
Capítulo 7 - Hormônio Insulínico, Glucagon, Somatostatina e Metabolismo
Insulina e Glucagon
O pâncreas é um órgão localizado anatomicamente na região do abdômen superior,
entre a segunda porção do duodeno e o hilo esplênico (referente ao baço), sendo
parciamente retroperitonial (no plano frontal – Figura 37). A divisão anatômica deste órgão
permite dividí-lo em três partes: cabeça, corpo e cauda.
Figura 37 – Localização anatômica
humana/pancreas/, retirado em 13/10/2010.
do
pâncreas.
Fonte:
http://www.infoescola.com/anatomia-
Fisiologicamente, sabemos que o pâncreas apresenta como função exócrina
(referente às glândulas de secreção externa) a liberação de suco pancreático (envolvido nas
funções digestivas do organismo). Ademais, apresenta como função endócrina (referente às
glândulas de secreção interna) a liberação de hormônios: insulina, glucagon e a
somatostatina.
Para refletir: Glândula endócrina: cuja secreção se lança diretamente na circulação
sanguínea. Glândula exócrina: cuja secreção é lançada, através de um conduto, para o
exterior do órgão que a produz.
O pâncreas é formado por dois tipos principais de tecidos: ácinos (ou céluas
acinares) e ilhotas de langerhans, secretando respectivamente suco digestivo no duodeno e
insulina e glucagon no sangue. As ilhotas apresentam três tipos de células principais: alfa
101
(secreta glucagon), beta (secreta insulina) e delta (secreta somatostatina), distinguindo-se
entre si por características morfológicas e de coloração (Figura 38).
Figura 38 - Representação esquemática de uma ilhota pancreática (Ilhota de langerhans) e os tipos celulares
com suas respectivas secreções. Fonte: http://pt-br.paperblog.com/principais-glandulas-exocrinas-37187/,
retirado em 23/10/2010.
Insulina
A insulina e um hormônio secretado pelas células beta das ilhotas pancreáticas. O
mecanismo básico de secreção de insulina pelas células beta pancreáticas dar-se-á em
resposta ao aumento da concentração de glicose sanguínea (pasmática), que é o controlador
primário da secreção de insulina. As células beta apresentam grande quantidade de
transportadores de glicose: GLUT 2, permitindo uma taxa de influxo de glicose
proporcional à concentração sérica na faixa fisiológica. Dentro da célula a glicose é
fosforilada pela glicoquinase em glicose-6-fosfato que é oxidada para formação de ATP.
Esse ATP inibe os canais de potássio sensíveis ao ATP da célula. Há consequente
despolarização celular, abrindo os canais de cálcio dependentes de voltagem. Há influxo de
cálcio que estimula a fusão de vesículas que contém insulina, com a membrana celular e a
excreção de insulina no líquido extracelular por meio de exocitose (Figura 39).
102
Figura 39 - Representação esquemática da secreção de insulina por uma célula beta pancreática.
Para exercer seus efeitos sobre as células alvo, a insulina primariamente se liga a um
receptor protéico de membrana. É o receptor ativado e não a insulina, que causa os efeitos
subseqüentes. O receptor de insulina é uma combinação de quatro subunidades (unidas por
ligações dissulfeto): duas alfas (situada do lado externo da membrana) e duas betas
(penetrada na membrana, projetando-se no citoplasma celular) (figura 40). A insulina
acopla-se a subunidade alfa de seu receptor, o que provoca a autofosforilação da
subunidade beta, que por sua vez, induz a atividade da tirosina quinase. Esta atividade
inicia uma cascata de fosforilação celular que aumenta ou diminui a atividade das enzimas,
incluindo os substratos receptores de insulina que medeiam os efeitos da insulina sobre a
glicose, lipídios e metabolismo protéico (Figura 26). Ex: os transportadores de glicose são
translocados para a membrana celular para facilitar a entrada da glicose na célula.
Lembrando, os transportadores de glicose (GLUTs) são encontrados em grande quantidade
de células do organismo e dividem-se em vários tipos (do 1 ao 11), destacando-se o GLUT
2 presente no fígado e células beta e o GLUT 4 presente no músculo esquelético e tecido
adiposo.
103
Figura
40
Representação
esquemática
do
receptor
de
insulina.
Fonte:
http://www.ir.vhebron.net/easyweb_irvh/Portals/0/Imatges/Obberghem1.jpg, Retirado em 13/10/2010.
Ações da insulina sobre o metabolismo
Metabolismo dos Carboidratos (glicose)
Inicialmente vamos relembrar as vias metabólicas dos carboidratos:
- Glicólise: clivagem da molécula de glicose para utilização energética nos
processos metabólicos;
- Glicogênese: conversão de glicose em glicogênio, principalmente hepático, para
armazenamento de substrato energético;
- Glicogenólise: conversão de glicogênio armazenado em glicose para utilização
como fonte energética;
- Gliconeogênese: quando há redução nos níveis de glicose é possível a partir de
outros substratos (aminoácidos, ácidos graxos, etc.) a formação de novas moléculas de
glicose.
Presente esta breve revisão do metabolismo dos carboidratos, discutiremos os
efeitos da insulina sobre o metabolismo dos carboidratos. A glicose (proveniente do
carboidrato) promove aumento da secreção de insulina (pois a concentração de glicose
sanguínea é o controlador primário da secreção de insulina) conseqüentemente inibindo a
produção de glicose e estimulando a captação, armazenamento e uso da mesma por tecidos
do organismo, principalmente músculos, tecido adiposo e fígado com o objetivo principal
de reduzir a concentração de glicose plasmática (promovendo efeito hipoglicemiante).
104
No tecido muscular a insulina aumenta o transporte de glicose para as células
musculares, sendo que 20-50% desta glicose sofre oxidação e o restante fica armazenada
como glicogênio muscular. No tecido adiposo, por sua vez, a insulina aumenta o transporte
de glicose para os adipócitos armazenando-os como triglicerídeos.
No tecido hepático, a insulina aumenta a glicogênese (ou seja, o armazenamento de
glicose na forma de glicogênio) e a glicólise, reduzindo a glicogenólise e a
gliconeogênsese.
Para refletir: a insulina inativa a fosforilase hepática – principal enzima responsável pela
clivagem do glicogênio em glicose.
Ressalta-se que a células neurais são permeáveis à glicose, podendo utilizá-las sem
a intermediação da insulina e, portanto a glicose no tecido encefálico não é insulino
dependente.
Metabolismo dos Lipídeos
Inicialmente vamos relembrar as vias metabólicas dos lipídeos:
- Lipólise: clivagem de triacilglicerol em ácidos graxos livres para utilização
energética nos processos metabólicos;
- Lipogênese: conversão de glicose em ácidos graxos para utilização como fonte
energética;
- Via do triacilglicerol: degradação de triacilglicerol em corpos cetônicos.
Presente esta breve revisão do metabolismo dos lipídeos, discutiremos os efeitos da
insulina sobre o metabolismo lipídico. Em primeiro lugar a insulina aumenta a utilização de
glicose pela maioria dos tecidos do corpo, o que automaticamente reduz a utilização de
gordura. Alem disso, promove a síntese de ácidos graxos. Portanto, o principal efeito da
insulina é promover a síntese, o armazenamento e bloquear a mobilização e degradação dos
ácidos graxos. A insulina inibe a ação da lipase hormônio sensível, uma enzima que
provoca hidrólise dos triglicerídeos previamente armazenados no tecido adiposo.
Especificamente, no tecido adiposo, a insulina aumenta o armazenamento de
gordura. No tecido muscular há inibição da captação e degradação de ácidos graxos.
Finalmente, no tecido hepático a insulina é lipogênica e anti-cetogênica
Provocação: Por que anti-cetogênica? A utilização excessiva de gordura durante a falta de
insulina causa cetose e acidose (excesso de ácidos graxos formam quantidades excessivas
de acetil CoA (acetil coenzima A), que então é condensada de modo a formar ácido
acetoacético. E ainda parte deste ácido acetoacético é convertido em acetona).
Metabolismo das Proteínas
Inicialmente vamos relembrar as vias metabólicas dos lipídeos:
- Anabolismo: conversão de aminoácidos em proteínas (armazenamento protéico);
- Catabolismo: degradação de proteínas em aminoácidos para utilização como
substrato energético.
105
Presente esta breve revisão do metabolismo das proteínas, discutiremos os efeitos da
insulina sobre o metabolismo protéico. A insulina estimula o transporte dos aminoácidos
através da membrana das células musculares, promovendo a síntese e o armazenamento de
proteínas. Ademais, no tecido muscular estimula o transporte sódio-dependente dos
aminoácidos através da membrana das células musculares, inibindo a proteólise
(degradação de proteínas) e a gliconeogênese.
Provocação: Por que inibe a gliconeogênese? Como os substratos mais utilizados para a
síntese de glicose pela gliconeogênese são os aminoácidos plasmáticos, esta supressão da
gliconeogênese conserva os aminoácidos nas reservas de proteínas do corpo.
Tanto o anabolismo protéico quanto o armazenamento de glicose na forma de
glicogênio exigem captação celular concomitante de potássio, fosfato e magnésio, esta
atividade reduz os níveis séricos de K+, PO4-2 e Mg+2 (potássio, fosfato e magnésio) e
conseqüentemente aumenta a reabsorção renal de K+, PO4-2 e Na+ (potássio, fosfato e
sódio).
Na tabela 9 abaixo, observamos os principais fatores que interferem na secreção de
insulina.
Tabela 9: Fatores que interferem na secreção de insulina.
Aumentam:
Diminuem:
- aumento da glicose sanguínea
- aumento dos aminoácidos circulantes
- aumento dos ácidos graxos livres no
sangue
- cetonas
- acetilcolina
- glucagon
- hormônios gastrointestinais (secretina,
gastrina, colecistocinina, peptídeo inibitório
gástrico)
- aumento da concentração de estrógeno e
progesterona
- diminuição da glicose sanguínea
- epinefrina e noraepinefrina
- somatostatina
- jejum
- leptina
Resumindo, a insulina auxilia o estoque energético (por praticamente todos os
tecidos), sendo mais expressivo o armazenamento de glicose na forma de glicogênio no
fígado, dos ácidos graxos na forma de triglicerídeos no tecido adiposo e de aminoácidos na
forma de proteínas nos músculos (Figura 41).
106
Figura 41 – Resumo das ações da insulina nos diversos tipos de tecido do organismo.
Glucagon
É um hormônio secretado pelas células alfa das ilhotas pancreáticas sendo um
polipeptídeo composto por uma única cadeia linear de 29 aminoácidos. O controlador
primário da secreção de glucagon é a glicose. Em situações de jejum, há redução da
concentração de glicose sanguínea, que por sua vez é o estímulo principal para a secreção
de glucagon.
O mecanismo básico da secreção do glucagon (Figura 42) dar-se-á pela ativação da
adenil ciclase na membrana de célula hepática. Esta ativação leva a formação de
monofosfato cíclico de adenosina, que por sua vez ativa a proteína reguladora da proteína
quinase, que ativa proteína quinase, que ativa a fosforilase quinase b, que converte a
fosforilase b em fosforilase a, que promove a degradação do glicogênio e glicose – 1 –
fosfato, que é então desfosforilada, e a glicose é liberada das células hepáticas. Essa cascata
de eventos demonstra um mecanismo potente de amplificação.
107
Figura 42 – Representação esquemática da secreção do glucagon.
Ações do Glucagon
A função principal do glucagon é aumentar a concentração de glicose sanguínea, ou
seja, promover efeito oposto ao da insulina (principalmente no fígado) sendo, portanto um
sinônimo para hormônio hiperglicemiante.
No tecido hepático este hormônio promove aumento da glicogenólise,
gliconeogênese e cetogênese hepática. Além disso, no tecido adiposo, estimula a enzima
lipase hormônio-sensível (adipócitos), disponibilizando ácidos graxos para a circulação. No
tecido muscular apresenta papel secundário (pouco importante), e aumenta o catabolismo
protéico. Abaixo, na tabela 9, apresenta-se os principais fatores que interferem na secreção
de glucagon.
Tabela 9: Fatores que interferem na secreção de glucagon.
Aumentam:
Diminuem:
- hipoglicemia
- hiperglicemia
- aumento de aminoácidos no sangue - aumento dos ácidos graxos no sangue e
(principalmente alanina e arginina)
cetoácidos
- epinefrina e noradrenalina
- aceticolina
- β-endorfinas
- hormônios gastrointestinais (secretina,
- hormônio de crescimento
gastrina, colecistocinina, peptídeo inibitório
- cortisol
gástrico)
108
- insulina
- somatostatina
Observamos na figura 43 (abaixo), observamos um resumo das ações do glucagon
nos diversos tipos de tecido do organismo.
Figura 43 - Resumo das ações do glucagon nos diversos tipos de tecido do organismo.
Para não finalizar: Discutir a relação insulina/glucagon na homeostase glicêmica.
Somatostatina
É um hormônio sintetizado pelas células delta das ilhotas pancreáticas peptídeo com
14 aminoácidos. O principal papel da somatostatina é prolongar o período de tempo em que
os nutrientes alimentares são assimilados para o sangue, deprimindo a secreção de insulina
e glucagon assim, reduzindo a utilização de nutrientes absorvidos pelos tecidos e
impedindo assim um consumo imediato dos alimentos, o que os torna disponíveis por um
período de tempo mais prolongado.
Ademais, diminui a motilidade do trato
gastrointestinal, as secreções gastrointestinais e a velocidade de absorção de glicose e de
triglicerídeos.
Abaixo, na tabela 10, é possível observar os principais fatores que interferem na
secreção de somatostatina.
109
Tabela 10: Fatores que interferem na secreção de somatostatina.
Aumentam:
Diminuem:
- aumento da concentração de glicose - insulina
sanguínea
- neurotransmissores adrenérgicos α
- aumento dos aminoácidos no sangue
- aumento dos ácidos graxos livres no
sangue
- aumento da concentração de hormônios
gastrointestinais
- glucagon
- neurotransmissores adrenérgicos β e
colinérgicos
Para não finalizar: Estudar e aprofundar-se nos conceitos de diabetes mellitus e síndrome
metabólica.
110
Capítulo 8 – Hormônios Gonadais e Fisiologia da Reprodução
Aparelho Reprodutor Masculino
Diferenciação Sexual
Provocação: A função endócrina das glândulas reprodutoras ou gônadas está relacionada
principalmente com a preservação do bem estar das espécies.
As gônadas governam o desenvolvimento, a maturação e o apoio nutricional das
células germinativas individuais masculinas e femininas e sua união bem sucedida na
reprodução. Ajudam o crescimento inicial e no desenvolvimento da prole, no organismo da
mãe. Existem muitas diferenças óbvias entre o funcionamento dos testículos e dos ovários,
mas há também, importantes semelhanças conceituais básicas e homologias operacionais. O
padrão de diferenciação sexual (desenvolvimento das gônadas, ductos genitais e genitália
externa) produz as diferenças mais fundamentais e óbvias entre os sexos. Nas cinco
primeiras semanas de gestação as gônadas feminina e masculina são indiferenciáveis e seus
tratos genitais ainda não se formaram. Entre o estágio de gônada indiferente e o indivíduo
maduro ocorre a diferenciação sexual.
As células germinativas primordiais as oogônias e as espermatogônias que sofrem
eventual divisão reducional e maturação, transformando-se em grande número de ovócitos
e espermatozóides. Algumas de cada tipo se unirão para reproduzir a espécie, de forma a
garantir variedade quase infinita de características individuais. Uma linhagem celular da
gônada indiferenciada transforma-se nas células da granulosa do folículo ovariano e nas
células de Sertoli dos túbulos seminíferos testiculares (epitélio celômico).
Para refletir: A função dessas células é de sustentar e fomentar as células germinativas,
estimular sua maturação e orientar seu movimento para o interior do sistema de ductos
genitais (nas mulheres fontes dos hormônios estrogênicos).
Outra linhagem celular da gônada indiferenciada as células mesenquimais, dá
origem às células tecais, no ovário e às células de Leydig, no testículo. Função dessas
células é de secretar os hormônios androgênicos. Essenciais para o desenvolvimento das
características sexuais masculinas e a produção de espermatozóides e nas mulheres como
precursores para a síntese de estrogênios.
A masculinidade e feminilidade final dos indivíduos são mais bem caracterizadas
em termos de diferenças: sexo genético (genótipo), sexo gonadal (gônadas), sexo genital
(fenótipo).
Sexo Genético
O complemento cromossômico masculino normal é de 44 autossomos e 2 sexuais, X
e Y. A presença do cromossomo Y é determinante positivo e isoladamente o mais constante
de masculinidade, sem ele é impossível tanto o desenvolvimento dos testículos como o de
um padrão genital masculino. Um gene localizado na parte distal do braço curto do
cromossomo Y codifica o fator determinante do testículo. Apesar de essencial para a
111
masculinização não é suficiente para que se observe a masculinidade completa. A
virilização dos ductos genitais e da genitália externa exige a presença de receptor para os
hormônios androgênicos (codificado por genes no cromossomo X). O complemento
cromossômico feminino normal tem 44 autossomos e 2 sexuais, XX.
Ambos os cromossomos X são ativos nas células germinativas. A gênese do ovário
normal depende da presença de 2 cromossomos X e da ausência do cromossomo Y.
Normalmente o segundo cromossomo X de uma fêmea XX é inativado precocemente em
todos os tecido extragonadais. A diferenciação dos ductos genitais femininos e da genitália
externa requer que apenas o único cromossomo X restante seja ativo no sentido de
orientar a transcrição na célula. Se uma anormalidade da meiose ou da mitose produz
indivíduo com apenas um cromossomo X e sem cromossomo Y (cariótipo XO) o fenótipo
ainda será feminino, apesar das gônadas serem defeituosas.
Sexo Gonadal
Com 22 a 24 dias de gestação, as células germinativas estão presentes no
endoderma do saco vitelino, migram para a crista genital onde se associam com o tecido
mesonéfrico para formar uma gônada indiferenciada (7 a 10 dias). A gônada primitiva
consiste de epitélio celômico precursores das células da granulosa (femininas) e das células
de Sertoli (masculinos) e das células do estroma do mesênquima, precursores da teca
(femininas) e das células de Leydig (masculinos) e das células germinativas.
Em um macho geneticamente normal, com 6 a 7 semanas de gestação, os túbulos
seminíferos começam a se formar quando as células de Sertoli circundam as células
germinativas. As células de Leydig aparecem com 8 a 9 semanas. Inicia-se a secreção de
testosterona, hormônio essencial para o desenvolvimento masculino subseqüente.
Na fêmea geneticamente normal a diferenciação da gônada indiferenciada em ovário
começa somente com 9 semanas de idade, com a ativação de ambos os cromossomos X. As
células germinativas começam a sofrer mitose, dando origem as oogônias que continuam
proliferando. Logo a seguir a meiose tem início em algumas oogônias que são cercadas por
células da granulosa e do estroma. Os oócitos primários permanecem no diplóteno (estágio
tardio da prófase da meiose até a possível ovulação).
Para refletir: A capacidade do ovário primitivo de sintetizar os hormônios estrogênicos
manifesta-se na mesma época que a síntese de testosterona começa no testículo.
Sexo Genital (Fenotípico)
Provocação: A diferenciação dos ductos genitais e da genitália externa depende da
presença de hormônios.
O principio orientador estabelece que as influências hormonais positivas com
origem normalmente na própria gônada, são necessárias para produzir a genitália
masculina. Na ausência de qualquer influxo hormonal gonadal forma-se á a genitália
feminina. Entre a terceira e a sétima semana formam-se 2 ductos genitais em cada lado do
embrião.
No sexo masculino com 9 a 10 semanas os ductos wolffianos ou mesonéfricos
começam a crescer e acabam dando origem ao epidídimo, canal deferente, vesículas
112
seminais e canal ejaculador. A diferenciação dos ductos wolffianos é precedida pelo
aparecimento das células de Leydig, secretoras de testosterona no Testículo. A testosterona
estimula o crescimento e a diferenciação dos ductos wolffianos no macho. A testosterona
atua unilateralmente sobre seu próprio ducto wolffiano (não precisa se transformar em
diidrotestosterona). Nas fêmeas os ductos wolffianos começam a regredir com 10 a 11
semanas, pois os ovários não secretam testosterona.
Os ductos mullerianos surgem paralelamente aos ductos wolffianos de cada lado.
Nos machos estes ductos começam a regredir com 7 a 8 semanas de gestação (mesmo
período que aprecem as células de Sertoli do testículo); estas células produzem o MIF (fator
de inibição mulleriano, ou hormônio antimulleriano, que causa a atrofia dos ductos
mullerianos). MIF participa na organização do testículo em túbulos seminíferos, estimula o
desenvolvimento das células de Leydig e inicia a descida do testículo para a área inguinal.
Nas fêmeas, os ductos mullerianos continuam crescendo e se diferenciam nas
trompas de Falópio (extremidades superiores), útero, colo uterino e terço superior da vagina
(extremidades inferiores). Com 18 a 20 semanas de gestação essa diferenciação é
completada e não requer hormônio ovariano.
A genitália externa de ambos os sexos começa a diferenciar-se com 9 a 10 semanas
de gestação. Seus componentes derivam do mesmo primórdio o tubérculo genital, a
proeminência genital, as pregas uretrais ou genitais e o seio urogenital. Nos machos a
testosterona deve ser secretada e lançada na circulação fetal e a seguir transformada em
diidrotestosterona, dentro das células dos tecidos primordiais, para que a genitália externa
possa se diferenciar normalmente. O tubérculo genital cresce e se transforma na glande
peniana, as proeminências genitais se pregueiam e se fundem formando a bolsa escrotal As
pregas uretrais aumentam e circundam a uretra peniana e os corpos esponjosos. O seio
urogenital dá origem à próstata. Além da atividade dos hormônios androgênicos é
necessária a presença do receptor para androgênios nesses tecidos alvos.
Nas fêmeas normais, ou na ausência de qualquer gônada, os tecidos primordiais se
transformam em clitóris, nos grandes lábios, nos pequenos lábios e na vagina inferior. Os
hormônios não são essenciais para a ocorrência desse desenvolvimento. Caso ocorra
exposição do feto feminino a excesso de testosterona, ou de outros androgênios (adrenal),
poderá ocorrer padrão masculino. Uma vez alcançado padrão feminino de diferenciação a
exposição aos androgênios não consegue transformá-lo em padrão masculino, embora
possa causar aumento (hipertrofia) do clitóris.
Ações das Gonadotropinas nas Gônadas
O hormônio luteinizante estimula a linhagem das células intersticiais das gônadas
masculinas e femininas (células de Leydig e tecais) a secretar principalmente androgênios.
O hormônio luteinizante atua sobre a granulosa.
O hormônio folículo estimulante atua sobre as células da granulosa ovariana e sobre
as células de Sertoli testiculares.
O hormônio liberador de gonadotrofina está presente no hipotálamo e participa da
regulação e secreção de gonadotrofinas no mecanismo conhecido como eixo hipotalâmico,
hipofisário, gonadal.
113
Testículos
O testículo é constituído por elementos funcionais separados, mas que interagem
entre si; as células de Leydig são células puramente secretoras de esteróides. Seu principal
produto a testosterona, exerce efeitos locais importantes, tanto sobre a replicação das
células germinativas como sobre as células alvo distantes.
As células mióides peritubulares secretam produtos reguladores parácrinos e podem
produzir efeitos contráteis sobre os túbulos e árvore vascular. Os túbulos seminíferos são o
local onde ocorre a espermatogênese. São banhados pelos produtos das células de Sertoli e
ficam expostos à testosterona gerada localmente.
Biologia da Espermatogênese
A produção de espermatozóides é um processo contínuo, ao longo da vida
reprodutiva do homem.
Provocação: São produzidos diariamente cerca de 100 a 200 milhões de espermatozóides.
Cada espermatogônia (que se renova por divisão celular) pode dar origem a 64
espermatozóides. Na espécie humana toda a seqüência do desenvolvimento de
espermatogônia a espermatozóide leva de 60 a 70 dias. Após a espermiação, os
espermatozóides alcançam o epidídimo, o qual atravessam por um período de 2 a 4
semanas; durante este período sofrem maturação adicional, obtendo motilidade e perdendo
o citoplasma.
A chegada dos espermatozóides ao trato genital feminino, com finalidades
reprodutivas, ocorre por ejaculação, a partir do canal deferente. A esse ejaculado inicial são
acrescentados líquidos sucessivos por várias estruturas (próstata, vesículas seminais).
Síntese dos Esteróides Gonadais
Ambos os gêneros utilizam a mesma via de biossíntese dos hormônios esteróides no
tecido gonadal. Os androgênios são os precursores obrigatórios dos estrogênios. A etapa
chave na conversão para estrogênio é a aromatização.
Androgênios
A testosterona é o principal hormônio androgênico, sintetizada pelas células de
Leydig, que são reguladas pelo hormônio luteinizante. A testosterona dá origem a outros
dois potentes androgênios: a diidrotestosterona (DHT) e o 5-α-androstenediol. Os dois
estrogênios (estradiol e estrona) são produzidos em quantidades significativas nos homens,
sendo que a maior parte deriva da testosterona e androstenediona circulantes, por
aromatização que ocorre, sobretudo no tecido adiposo e fígado.
Para refletir: Cerca de 1 a 2% da testosterona circulante estão na forma livre; 65% estão
ligadas a uma glicoproteína hepática (globulina fixadora de esteróides sexuais).
114
Eixo Hipotálamo Hipófise Gônadas
Estímulos comportamentais ativam o sistema nervoso central (hipotálamo médio
basal), onde neurônios (principalmente do núcleo arqueado) produzem o hormônio
liberador de gonadotrofina (GnRH) e o secretam via sistema porta hipotalâmico hipofisário
para a adenohipófise na eminência média. A secreção pulsátil do GnRH, estimula um grupo
celular na adenohipófise (os gonadotrofos) a secretarem duas gonadotrofinas: hormônio
folículo estimulante (FSH) e luteinizante (LH). Estas duas gonadotrofinas vão atuar nas
gônadas estimulando a produção de gametas e a síntese e liberação dos esteróides sexuais
masculinos (testosterona) e femininos (estrogênio e progestinas). Estes esteróides gonadais
irão exercer feedback negativo sobre o eixo hipotalâmico hipofisário, sendo que a maior
parte da inibição exercida no eixo pela testosterona se faz no hipotálamo e, inibindo a
liberação de GnRH e em menor grau inibindo a secreção de FSH e LH pela adenohipófise.
No caso do estrogênio há inibição (por feedback negativo) principalmente sobre o
hipotálamo (GnRH) e em menor grau na adenohipófise (FSH e LH). Ademais existe um
terceiro hormônio secretado pelas gônadas, denominado inibina, que age diminuindo a
secreção de FSH pelos gonadotrofos da hipófise anterior.
Abaixo, observamos uma representação esquemática da atividade do eixo
hipotálamo – hipófise – gônadas (Figura 44).
Figura 44 – Representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise – gônadas. (+) estímulo
excitatório – feedback positivo (-) estímulo inibitório – feedback negativo.
115
Aparelho Reprodutor Feminino
Diferenciação Sexual
Nas cinco primeiras semanas de gestação as gônadas feminina e masculina são
indiferenciáveis e seus tratos genitais ainda não se formaram. As células germinativas
primordiais (oogônias) que sofrem eventual divisão reducional e maturação,
transformando-se em grande número de ovócitos.
Uma linhagem celular da gônada indiferenciada transforma-se nas células da
granulosa do folículo ovariano (epitélio celômico). Função dessas células é de sustentar e
fomentar as células germinativas, estimular sua maturação e orientar seu movimento para o
interior do sistema de ductos genitais (fontes dos hormônios estrogênicos).
Outra linhagem celular da gônada indiferenciada, as células mesenquimais, dão
origem às células tecais no ovário. A função dessas células é de secretar os hormônios
androgênicos, precursores para a síntese de estrogênios.
Para refletir: A masculinidade e feminilidade final dos indivíduos são mais bem
caracterizadas em termos de diferenças: sexo genético (genótipo), sexo gonadal (gônadas),
sexo genital (fenótipo).
Sexo Genético
O complemento cromossômico feminino normal tem 44 autossomos e 2 sexuais,
XX. Ambos os cromossomos X são ativos nas células germinativas. A gênese do ovário
normal depende da presença de 2 cromossomos X e da ausência do cromossomo Y.
Normalmente o segundo cromossomo X de uma fêmea XX é inativado precocemente em
todos os tecido extragonadais. A diferenciação dos ductos genitais femininos e da genitália
externa requer que apenas o único cromossomo X restante seja ativo no sentido de orientar
a transcrição na célula. Se uma anormalidade da meiose ou da mitose produz indivíduo com
apenas um cromossomo X e sem cromossomo Y (cariótipo XO) o fenótipo ainda será
feminino, apesar das gônadas serem defeituosas.
Sexo Gonadal
Com 22 a 24 dias de gestação, as células germinativas estão presentes no
endoderma do saco vitelino, migram para a crista genital onde se associam com o tecido
mesonéfrico para formar uma gônada indiferenciada (7 a 10 dias). A gônada primitiva
consiste de epitélio celômico precursores das células da granulosa e das células do estroma
do mesênquima, precursores da teca e das células germinativas. Na fêmea geneticamente
normal a diferenciação da gônada indiferenciada em ovário começa somente com 9
semanas de idade, com a ativação de ambos os cromossomos X. As células germinativas
começam a sofrer mitose, dando origem as oogônias que continuam proliferando.
Logo a seguir a meiose tem início em algumas oogônias que são cercadas por
células da granulosa e do estroma. Os oócitos primários permanecem no diplóteno (estágio
116
tardio da prófase da meiose até a possível ovulação). O córtex predomina e a medula
regride.
Para refletir: A capacidade do ovário primitivo de sintetizar os hormônios estrogênicos
manifesta-se na mesma época que a síntese de testosterona começa no testículo.
Sexo Genital (Fenotípico)
Provocação: A diferenciação dos ductos genitais e da genitália externa depende da
presença de hormônios.
O principio orientador estabelece que as influências hormonais positivas com
origem normalmente na própria gônada, são necessárias para produzir a genitália
masculina. Na ausência de qualquer influxo hormonal gonadal forma-se a genitália
feminina. Na terceira a sétima semana formam-se 2 ductos genitais em cada lado do
embrião. Nas fêmeas os ductos wolffianos começam a regredir com 10 a 11 semanas, pois
os ovários não secretam testosterona.
Os ductos mullerianos continuam crescendo e se diferenciam nas trompas de
Falópio, útero, colo uterino e terço superior da vagina. Com 18 a 20 semanas de gestação
essa diferenciação é completada e não requer hormônio ovariano. A genitália externa de
ambos os sexos começa a diferenciar-se com 9 a 10 semanas de gestação. Seus
componentes derivam do mesmo primórdio o tubérculo genital, a proeminência genital, as
pregas uretrais ou genitais e o seio urogenital.
Nas fêmeas normais, ou na ausência de qualquer gônada, os tecidos primordiais se
transforma em clitóris, nos grandes lábios, nos pequenos lábios e na vagina inferior. Os
hormônios não são essenciais para a ocorrência desse desenvolvimento. Caso ocorra
exposição do feto feminino a um excesso de testosterona, ou de outros androgênios, poderá
ocorrer padrão masculino.
Síntese dos Esteróides Gonadais
Ambos os gêneros utilizam a mesma via de biossíntese dos hormônios esteróides no
tecido gonadal. Os androgênios são os precursores obrigatórios dos estrogênios. A etapa
chave na conversão para estrogênio é a aromatização, todas as etapas da via biossintética
estão presentes no ovário. As células da teca sintetizam e secretam a progesterona e
testosterona. A testosterona se difunde para as células da granulosa (aromatase) e é
convertida em estradiol. O hormônio luteinizante estimula a colesterol desmolase nas
células tecais. O hormônio folículo estimulante estimula a aromatase (células da granulosa).
Ações das Gonadotropinas nas Gônadas
O hormônio luteinizante estimula a linhagem das células intersticiais das gônadas
femininas (células tecais) a secretar principalmente androgênios. Ademais o hormônio
luteinizante atua sobre a granulosa. O hormônio folículo estimulante atua sobre as células
da granulosa ovariana. E o hormônio liberador de gonadotrofina (GhRH) está presente no
117
hipotálamo e participa da regulação e secreção de gonadotrofinas no mecanismo conhecido
como eixo hipotalâmico, hipofisário, gonadal.
Ovários
Provocação: As gônadas femininas são os ovários que conjuntamente com o útero e as
trompas de Falópio, compõem o trato reprodutor feminino.
Os ovários têm duas funções: oogênese e a secreção dos hormônios sexuais
femininos. Cada ovário adulto é fixado ao útero por ligamentos e são divididos em 3 zonas
(córtex, medula e hilo):
1. Córtex: camada mais externa e maior é revestida por epitélio germinativo e contém
todos os oócitos, cada um dos qual incluso em um folículo;
2. Medula: zona média contém mistura de tipos celulares;
3. Hilo: camada mais interna, através da qual passam os vasos sangüíneos e os linfáticos.
Para refletir: Os hormônios esteróides ovarianos têm funções parácrinas (desenvolvimento
dos óvulos) e endócrinas (órgãos alvos: útero, mamas e osso). A unidade funcional dos
ovários é o folículo ovariano individual (célula germinativa cercada por células
endócrinas).
Quando completamente desenvolvido o folículo ovariano desempenha diversos
papéis críticos:
- fornece nutrientes para o oócito,
- libera o oócito no tempo devido (ovulação),
- prepara a vagina e as trompas de Falópio para ajudar na fertilização do óvulo por um
espermatozóide,
- prepara o revestimento interno do útero para a implantação do óvulo fecundado,
- mantém a produção de esteróides para o feto até que a placenta assuma esta função.
Oogênese
As células germinativas produzem as oogônias por divisão mitótica, estas oogônias
entram na prófase da meiose tornando-se oócitos primários. Os oócitos permanecem na
prófase da meiose até a ovulação anos depois.
Para refletir: Ao nascimento só restam 2 milhões de oócitos, na puberdade 400.000, na
menopausa poucos oócitos.
Os anos reprodutivos normais da mulher caracterizam-se por alterações rítmicas
mensais da secreção dos hormônios femininos e por alterações físicas correspondentes nos
ovários e em outros órgãos sexuais.
O ciclo menstrual apresenta duração média de 28 dias Apenas 1 óvulo único é
liberado pelos ovários a cada mês, e o endométrio é preparado para a implantação do
“óvulo fertilizado”. Durante os anos reprodutivos da vida adulta (13 a 46 anos de idade),
400 a 500 folículos primordiais se desenvolvem o suficiente para expelir seus óvulos (1 a
118
cada mês). Os restantes passam por degeneração (tornam-se atrésicos). Entre os 9 e 12 anos
de idade, a hipófise começa a secretar progressivamente mais hormônio folículo
estimulante e hormônio luteinizante (puberdade). Tanto hormônio folículo estimulante
como o hormônio luteinizante estimulam as suas células alvo ovarianas.
Fase Folicular
Primeiros dias do ciclo (15 dias, variação de 9 a 23 dias) e envolve o
desenvolvimento folicular.
Fase Ovulatória
Dura de 1 a 3 dias e culmina com a ovulação.
Fase Lútea
Corpo lúteo se desenvolve e produz progesterona e estradiol. Esta é a duração mais
constante (13 dias) do ciclo e termina com o sangramento menstrual.
Para refletir: Células da granulosa são as únicas células com receptores para hormônio
folículo estimulante.
Efeitos do Estrogênio
- Útero: fase secretora, fase proliferativa, período menstrual.
- Trompas de Falópio: aumenta o número de cílios e sua velocidade de batimento, assim
como o número de células epiteliais que estão secretando ativamente, estimula as secreções
tubárias que proporcionam meio mucóide no qual os espermatozóides podem movimentarse eficientemente corrente acima contra o batimento ciliar, fímbrias tornam-se mais
vascularizadas.
- Vagina: epitélio pavimentoso estratificado da vagina é aumentado e suas células
acumulam glicogênio, aumento das secreções vaginais.
- Mamas: crescimento dos ductos lobulares, aumento da aréola, aumento seletivo do tecido
adiposo da mama.
- Outros tecidos: modificações do fenótipo feminino adulto normal: estímulo de
crescimento dos órgãos reprodutores internos e mamas; crescimento puberal dos grandes e
pequenos lábios, crescimento linear (fechamento precoce dos centros de crescimento
epifisários), aumento dos quadris e cintura pélvica, deposição específica de gordura nas
proximidades dos quadris; a massa adiposa total é duas vezes maior que a dos homens,
enquanto a massa muscular e óssea corresponde a 2/3 da dos homens.
- Esqueleto: inibe a reabsorção óssea (efeitos nos osteoclastos e induz fatores locais de
crescimento).
- Rim: reabsorção de sódio estimulada pelo estradiol, antagonista da aldosterona (junto
com a 17hidroxiprogesterona), induz a natriurese.
- Fígado: aumento da síntese de proteínas hepáticas: globulina fixadora de tiroxina,
globulina fixadora de cortisol, angiotensinogênio, colesteróis (VLDL, HDL e reduz LDL).
119
- Árvore vascular: efeito vasodilatador (induz a liberação local de vasodilatadores como o
óxido nítrico, prostaglandinas) e anti- vasoconstritivo (reduz a produção de endotelina).
Efeitos da Progesterona
- Útero: promove ações secretoras no endométrio uterino, durante a segunda metade do
ciclo menstrual, preparando o útero para a implantação do ovo fertilizado, diminui a
intensidade das contrações uterinas ajudando desta maneira a impedir a expulsão do ovo
implantado.
- Trompas de Falópio: estimula as secreções tubárias que proporcionam meio mucóide no
qual os espermatozóides podem movimentar-se eficientemente corrente acima contra o
batimento ciliar.
- Mamas: promove o desenvolvimento dos lóbulos e dos alvéolos
- Ações sistêmicas: elevação da temperatura corporal (0,5ºC) que ocorre após a ovulação
- SNC: aumento do apetite, sonolência e sensibilidade exagerada do centro respiratório à
estimulação pelo CO2
Menopausa
A capacidade reprodutora das mulheres começa a diminuir na 5º década de vida e as
menstruações terminam por completo na idade média de 50 anos. Com o desaparecimento
de praticamente todos os folículos, a secreção ovariana de estrogênios e de inibinas cessa.
Provocação: A pequena quantidade de estradiol presente na circulação provém dos
precursores androgênicos das supra-renais; o estrogênio dominante é a estrona
Os níveis de LH e FSH aumentam gradualmente nos últimos anos da vida
reprodutiva e após a menopausa, a perda do feedback negativo, faz com que os níveis de
gonadotropinas sejam em média 4 a 10 vezes maiores que os da fase folicular. Os principais
efeitos destas variações hormonais são: adelgaçamento do epitélio vaginal e perda das
secreções, redução da massa mamária, fogacho vascular (pulsos de LH) e labilidade
emocional (mulheres obesas podem ter menos efeitos de privação estrogênica, na conversão
periférica de estrogênios).
Para observar representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise
– gônadas ir para a figura 44.
Fisiologia da Reprodução
Placenta
Provocação: As dimensões da placenta oscilam de 15 a 20 cm, e a espessura, de 1 a 3 cm.
O peso médio de 450 g .
A placenta tem três funções principais:
1) Metabólica;
2) Endócrina;
120
3) De trocas.
No contexo, o enfoque é dado à placenta com órgão endócrino. A gravidez se
acompanha de modificações endócrinas nos compartimentos materno, placentário e fetal
que se relacionam intimamente. A placenta elabora hormônios protéicos e esteróides. É um
órgão incompleto, pois para sintetizá-los necessita de precursores não só maternos, mas
principalmente, fetais.
O vilo corial produz:
- Hormônio Gonadotrófico Coriônico ou Gonadotrofina Coriônica Humana (HCG)
- Somatotrófico coriônico ou somatomamotropina coriônica humana (HCS) ou
Lactogênio Placentário Humano (HPL)
- Hormônio Tireotrófico Coriônico (HCT)
- Hormônio Corticotrófico Coriônico (HCC)
- Hormônios coriônicos similares aos fatores liberadores e inibidores hipotalâmicos:
- Hormônio liberador de gonadotrofina hipofisária (LHRH ou GnRH)
- Hormônio liberador de tireotrofina(TRH)
- Somatostatina (inibidor do Somatotrófico)
- Hormônio liberador de corticotropina (CRH)
Hormônio Gonadotrófico Coriônico ou Gonadotrofina Coriônica Humana (HCG)
- Atua no início da gestação como estímulo para manutenção funcional e morfológica do
corpo lúteo.
- É como LH hipofisário, tem ação luteotrófica.
- Protege o ovo, que se comporta como enxerto, da rejeição imunológica materna.
- Estimula a síntese de esteróides, por meio da ativação do sistema enzimático glicogêniofosforilase e da aromatase, aromatizando os precursores C-19, transformando-os em
estrógenos.
- Tem atividade tireotrófica intrínseca.
- Na diferenciação sexual para o feto do sexo masculino, a HCG estimula as células de
Leydig fetais em torno da nona semana para produzir andrógenos.
- Pode estimular a produção de relaxina, que é produzido primeiramente pelo corpo lúteo e
mais tarde pela placenta. Esta aumenta a flexibilidade da sínfise púbica e dos ligamentos
das articulações sacroilíaca e sacrococcígea, ajudando a dilatar o colo uterino durante o
trabalho de parto.
Lactogênio Placentário Humano (HPL)
Começa a ser secretada pela placenta em torno da 4º semana de gestação.
Aumenta na mesma proporção da massa placentária, alcançando os níveis máximos
após 32 semanas, permanecendo relativamente constante depois disso.
Facilita a preparação das glândulas mamárias para a lactação.
Promove a liberação de ácidos graxos a partir do tecido adiposo, fornecendo fonte
alternativa de glicose para produção de ATP pela mãe.
Induz a diminuição da sensibilidade à insulina e da utilização de glicose na mãe,
determinando maior disponibilidade de glicose para o feto.
121
Hormônio Tireotrófico Coriônico (HCT)
O soro da gestante tem efeito estimulante sobre a tireóide durante toda a gestação.
Alcança maior nível no fim do primeiro trimestre.
Hormônio Liberador de Corticotropina (CRH)
São análogos aos neuro-hormônios sintetizado pelo hipotálamo, e também formado
no citotrofoblasto do vilo corial. É considerado como ”relógio” que estabelece as condições
do nascimento. A secreção começa por volta da 12º semana e aumenta muito até o final da
gravidez. O CRH proveniente da placenta tem um segundo efeito, aumenta a secreção de
cortisol (necessário para o amadurecimento dos pulmões fetais e para a produção de
surfactante).
Progesterona
Durante as 2 primeiras semanas de gestação, ela estimula as glândulas tubárias e
endometriais a secretarem os nutrientes de que depende o zigoto. A placenta começa a
produzir progesterona em torno de 6 semanas e com 12 semanas já produz quantidade
suficiente para substituir a produção feita pelo corpo lúteo. As principais funções são:
- Mantém o revestimento decidual do útero.
- Modula secreção de HCG e do lactogênio placentário humano.
- Inibe as contrações uterinas, em parte por inibir a produção de prostaglandinas e em parte
por reduzir a sensibilidade a ocitocina.
- Impede a expulsão prematura do feto.
- Estimula as bolsas alveolares das glândulas mamarias e aprimorar a capacidade de
secretar leite.
- Estimula o centro respiratório materno a aumentar a ventilação, que ajuda a dissipar maior
quantidade de CO2, produzida pela mulher e por seu feto.
Estrogênio
A produção envolve uma contribuição materna, placentária e fetal. No início da
gestação é produzido pelo corpo lúteo sob estimulação da HCG e depois pela placenta,
porém para completar a síntese depende dos precursores dos hormônios esteróides tanto
materno como fetal. As principais funções são:
- Em associação com a relaxina promove um relaxamento e amolecimento dos ligamentos
pélvicos e da sínfise pubiana para melhor acomodar o útero em expansão.
- Atua no fluxo úteroplacentário aumentando-o.
- Estimula a formação da prolactina hipofisária, bloqueando os receptores prolactínicos
mamários e inibindo a lactogênese na gestação.
- Estimula a hiperplasia e hipertrofia das fibras musculares uterinas e sua atividade contrátil
ao acionar a produção das prostaglandinas.
- Estimula a força contrátil do miocárdio para aumentar o débito cardíaco na gravidez.
122
Lactação
Provocação: Lactação é o processo que envolve a secreção e a ejeção de leite a partir das
glândulas mamárias.
A lactação é dividida em 3 fases:
1) Mamogênese:desenvolvimento da glândula mamária
2) Lactogênese: início da lactação
3) Lactopoese: manutenção da lactação
Mamogênese
A unidade morfofuncional das mamas é o alvéolo mamário. O desenvolvimento da
glândula mamária inicia com a puberdade e termina no climatério ou com a castração. Na
menacme o estrogênio exerce efeito proliferativo nos canais mamários e a progesterona
produz o crescimento e a expansão dos alvéolos. A diferenciação completa do tecido
funcional da mama requer, além dos esteróides sexuais, a participação de diversos outros
hormônios: prolactina (PRL), hormônio do crescimento (GH), cortisol, tiroxina e insulina.
Na gestação acentua-se o crescimento das estruturas glandulares mamárias pela
produção acentuada de estrogênios, progesterona e do lactogênio placentário humano
(HPL), todos segregados pela placenta. Além disso, a gravidez caracteriza-se pelo
acréscimo do cortisol livre no plasma, hiperinsulinemia e hipertireoidismo fisiológicos. A
PRL cresce na gestação durante o 1º trimestre e aumenta progressivamente até o termo.
Para refletir: Após a expulsão ocorre um acréscimo acentuado seguido de redução mais
gradual, condicionada à existência ou não de sucção, por parte do recém-nascido.
Lactogênese
É o início da produção láctea que ocorre no pós-parto devido declínio dos esteróides
ovarianos e desaparecimento do efeito inibidor sobre a prolactina, principal hormônio da
lactogênese. Durante os primeiros dias apenas secreção de colostro, substância com grande
concentração de proteínas, anticorpos e células tímicas que ajudam o infante a imunizar
contra infecções (gastrintestinais).
Lactopoese
A manutenção é pela existência do reflexo neuroendócrino da sucção. A sucção do
mamilo age no eixo hipotalâmico-hipofisário e determina a liberação da PRL e de
ocitocina. O estímulo do mamilo inibe no hipotálamo a liberação do fator inibidor da
prolactina (PIF). Sem esse fator inibidor, ocorre a segregação da PRL. Conseqüentemente a
PRL inibe as gonadotrofinas - FSH e LH. A PRL mantém a secreção láctea e a ocitocina
age nas células mioepiteliais e musculares situadas ao redor dos alvéolos e dos canais
intralobulares determinando contração deles e conseqüentemente a ejeção láctea.
123
Eixo Hipotálamo Hipófise Mamas
O estímulo inicial para ativação e/ou inibição deste eixo é o estresse, que via
aumento ou redução das concentrações de dopamina, respectivamente, estimula neurônios
específicos no hipotálamo a produzirem ou o hormônio estimulador de lactotrofo (PRH) ou
o hormônio inibidor de prolactina (PIH). O PRH por sua vez, estimula um grupo celular
específico na hipófise (os lactotrofos) a produzirem o hormônio prolactina. A prolactina
estimula o tecido alvo, ou seja, as mamas a produzir caseína, uma proteína chave na
formação de leite. O inverso é recíproco, quando o estímulo aumenta a produção do
hormônio inibidor de prolactina, que por sua vez inibe a produção de prolactina (pelos
lactotrofos) e conseqüentemente reduz a quantidade de caseína e a formação de leite.
Abaixo, observamos uma representação esquemática da atividade do eixo
hipotálamo – hipófise – mamas (Figura 45).
Figura 45– Representação esquemática da atividade do eixo hipotálamo – hipófise - mamas. (+) estímulo
excitatório – feedback positivo (-) estímulo inibitório – feedback negativo.
124
Para Não Finalizar
125
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