Fisiologia e Biofísica - Em Português

VIII Curso de Inverno

Fisiologia: do cotidiano ao extremo

16 a 20 de Julho de 2012

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DADOS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP) Departamento de Fisiologia e Biofísica

Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo

Universidade de São Paulo - Instituto de Ciências Biomédicas – Departamento de Fisiologia e Biofísica. Fisiologia: do cotiano ao extremo VIII Curso de Inverno do Departamento de Fisiologia e Biofísica, São Paulo, 2012 / coordenação do Prof. Fernando Rodrigues de Moraes Abdulkader; organização de Cecília Cerqueira Café Mendes, Leandro Bueno Lima. - São Paulo: ICB/BMB, 2012. – 139 f. : il.

Apostila do VIII Curso de Inverno

Descritores: 1. Fisiologia 2. Fisiologia – Congressos, conferências etc III. Título.

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Coordenação Docente: Prof. Dr. Fernando Rodrigues de Moraes Abdulkader Comissão Organizadora – Pós-graduandos Cecilia Cerqueira Café Mendes

Leandro Bueno Lima Documentação Científica: Leila Affini Pós-graduandos participantes: Aline Coelho Macedo - Ângelo Bernak de Oliveira Ariane de Oliveira Turati - Bárbara Falquetto Barna Caio Jordão Teixeira - Carla Rocha dos Santos Caroline Cristiano Real - Gabriela Pena Chaves Gabriela Virginia Moreira - Hadassa Batinga da Silva Izabela Martina Ramos Ribeiro - Jáfia Lacerda Alves Leandro Bueno Lima - Lucila Emiko Tsugiyama Martina Navarro - Natalia Ribeiro

Alunos de iniciação científica: André de Almeida da Mota - Danilo Araújo Amaral Santos Lais Cardinali - Vanessa Sayuri

Site: Itamar Klemps Filho

Designer Gráfico Paulo Mansur

Personagens – Fisiolino e Extremoso

Victor Daibert São Paulo – Jul/2012

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Índice Apresentação .......................................................................................................................... 7

Conhecendo o ICB .................................................................................................................. 8

A Universidade perante a educação e a formação continuada dos professores ..................................................................................................................................................... 9

Cronograma .......................................................................................................................... 11

Capítulo 1 -‐ Equilíbrio energético ................................................................................. 13 1. Introdução .................................................................................................................................. 13 2. O que é Metabolismo? ............................................................................................................. 13 3. Referências Bibliográficas .................................................................................................... 32

Capítulo 2 -‐ Controle Alimentar ..................................................................................... 33 1. Fome X Apetite X Saciedade ................................................................................................. 33 2. Regulação central da ingestão alimentar ........................................................................ 35 3. Mecanismos de regulação da ingestão alimentar ......................................................... 36 4. O alimento no controle alimentar ...................................................................................... 41 5. Alimentação e recompensa ................................................................................................... 42 6. Obesidade ................................................................................................................................... 42 7. Referências bibliográficas .................................................................................................... 44

Capítulo 3 – Equilíbrio Hidroeletrolítico .................................................................... 45 1. Fisiologia Intestinal ................................................................................................................. 45 2. Fisiologia Renal ........................................................................................................................ 50 3. Referências bibliográficas .................................................................................................... 56

Capítulo 4 – Exercício Físico ........................................................................................... 57 1. Sistema Muscular Esquelético ............................................................................................. 57 2. Sistema Respiratório .............................................................................................................. 62 3. Sistema Cardiovascular .......................................................................................................... 65 4. Sistema Endócrino ................................................................................................................... 68 5. Referências bibliográficas .................................................................................................... 76

Capítulo 5 -‐ Estresse: fatores desencadeantes, respostas fisiológicas e suas consequências. .................................................................................................................... 77

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1. Histórico e desenvolvimento do conceito de estresse ................................................ 77 2. Natureza multifatorial do estresse .................................................................................... 78 3. Sistema nervoso autônomo .................................................................................................. 79 4. Endorfinas, Peptídeos cerebrais e outros hormônios ................................................. 84 5. Resposta cardiovascular ao estresse ................................................................................ 86 6. Estresse e envelhecimento ................................................................................................... 87 7. Estresse e sistema imune ...................................................................................................... 88 8. Estresse para o sucesso .......................................................................................................... 89 9. Referências Bibliográficas .................................................................................................... 91

Capítulo 6 -‐ Sono ................................................................................................................. 92 1. Breve histórico .......................................................................................................................... 93 2. O Ritmo Circadiano do ciclo Vigília/Sono ........................................................................ 93 3. O que acontece enquanto dormimos: sono de ondas lentas e seus estágios ....... 96 4. O sono Paradoxal ou REM ..................................................................................................... 98 5. Neuroanatomia do sono ......................................................................................................... 99 6. Ontogenia do sono ................................................................................................................ 102 7. Substâncias de abuso e Sono ............................................................................................. 105 8. Distúrbios do sono ................................................................................................................ 106 9. Privação de sono ................................................................................................................... 110 10. Considerações finais .......................................................................................................... 111 11. Referências Bibliográficas ............................................................................................... 111

Capítulo 7 – Quente e frio .............................................................................................. 113 1. Introdução ............................................................................................................................... 113 2. Regulação Hipotalâmica da Temperatura .................................................................... 114 3. Transferência do Calor Corporal ..................................................................................... 115 4. Influência da Umidade do Ar nos Processos de Troca de Calor ............................ 117 5. Conservação e Produção de Calor ................................................................................... 118 6. Condições Especiais na Termorregulação .................................................................... 120 7. Fatores que modificam a tolerância ao calor e ao frio ............................................. 122 8. Complicações do estresse térmico excessivo .............................................................. 123 9. Referências bibliográficas ................................................................................................. 125

Capítulo 8 – Altos e Baixos ............................................................................................. 126 1. Respostas Fisiológicas a Altitude ..................................................................................... 126 2. Respostas Fisiológicas ao Mergulho .............................................................................. 132 3. Referências Bibliográficas ............................................................................................. 132

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Suplemento ......................................................................................................................... 133

Quando a fisiologia falha: Ciclo percepção-‐ação .................................................... 133 1. Introdução ............................................................................................................................... 134 2. Conclusão ................................................................................................................................. 137 3. Referências .............................................................................................................................. 138

Anexo………………………………………………………………………………………………………………………………..139

VIII Curso de Inverno ICB-USP

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Apresentação

Parabéns! Se vocês estão lendo este texto, significa que vocês foram selecionados para participar da sétima edição do Curso de Inverno do Departamento de Fisiologia e Biofísica do ICB-USP.

Esse Curso já tem história, e é uma iniciativa dos alunos de pós-graduação do departamento que conta também com o auxílio de estagiários de iniciação científica, sendo voltado para professores do ensino médio e fundamental. Foi inspirado por propostas semelhantes desenvolvidas no Departamento de Bioquímica do IQ-USP pelo prof. Bayardo Baptista Torres desde 2002.

A cada três anos, a temática do Curso de Inverno vem sendo renovada. Em anos anteriores, os temas "Alimentação: do hábito à célula" e "Fisiologia da reprodução humana: do comportamento ao desenvolvimento" foram abordados. Para 2011, os pós-graduandos e alunos de iniciação científica encararam o desafio de desenvolver um novo tema: "Fisiologia: do cotidiano ao extremo". E por que esse tema? Se entendemos a Fisiologia como o estudo do funcionamento do organismo saudável, os princípios fisiológicos estão por trás de todas adaptações do nosso organismo no nosso dia-a-dia, e também quando o colocamos à prova. Em outras palavras, a Fisiologia é algo que "acontece" com a gente, e não só nos livros didáticos. No entanto, a forma em que essa disciplina é ministrada, separando-a nos diferentes sistemas orgânicos, muitas vezes faz com que os alunos a enxerguem como algo estanque e distante da realidade. Isso não é verdade, pois é o funcionamento em concerto de todos esses sistemas que nos possibilitam realizar as tarefas mais triviais de um dia qualquer, como acordar, ir ao banheiro, comer, nos exercitar, enfrentar os estresses do trabalho e dormir. Mesmo quando desafiamos o nosso organismo, em grandes altitudes ou no mergulho, em ambientes quentes ou frios, os princípios fisiológicos e a conversa entre os diferentes órgãos continuam presentes. É essa visão integrada da Fisiologia que os pós-graduandos e alunos de iniciação científica do Departamento de Fisiologia e Biofísica querem oferecer para vocês. Ao longo do primeiro semestre de 2012, eles trabalharam arduamente na concepção do Curso. Acreditamos que muitas das questões que serão discutidas vocês também as encontrem nas suas salas de aula. Se assim for, esperamos que tenhamos com o Curso de Inverno os ajudado a respondê-las. Mas se não for esse o caso, por favor nos ajudem a melhorá-lo para as próximas edições. Pois é justamente a participação e a contribuição de vocês, professores, que têm sido a motriz e o incentivo para que esse Curso continue sendo oferecido. Sejam bem-vindos!!! Fernando Rodrigues de Moraes Abdulkader

Professor do Departamento de Fisiologia e Biofísica ICB-USP Coordenador do VII Curso de Inverno


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Conhecendo o ICB

O Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) tem um total de 183 laboratórios onde atuam 145 docentes-pesquisadores, oriundos das mais diferentes áreas de formação, sendo 93,7% em regime de dedicação exclusiva ao ensino e à pesquisa, e todos com titulação igual ou superior a Doutor. Mantém um quadro de 295 funcionários, composto por 21% de servidores de nível superior, 42% de técnicos e 37% de servidores de nível básico. O ICB é constituido por uma Administração Central e por 7 Departamentos (Anatomia, Biologia Celular, Fisiologia e Biofísica, Farmacologia, Imunologia, Microbiologia e Parasitologia), além de sediar o Centro de Pesquisa em Biotecnologia da USP e de dispor de um Centro Avançado para estudo de moléstias tropicais na região Amazônica. A infraestrutura para ensino e pesquisa destes Departamentos ocupam hoje 4 diferentes prédios.

O ICB é uma unidade que oferece disciplinas básicas e aplicadas de graduação, para alunos de 16 cursos de graduação da USP. São oferecidas anualmente 108 disciplinas aos 10.400 alunos de graduação matriculados anualmente nos sete Departamentos (6 delas, para alunos do período noturno). É responsável pelo oferecimento de um curso de Graduação, o Bacharelado em Ciências Fundamentais para a Saúde (CFS), que tem como alvo alunos regulares da USP que apresentam inclinação para a pesquisa e ensino e que não conseguiram desenvolver essas habilidades no curso de origem.

Foi recentemente criado o curso de Biomedicina oferecido pelo ICB. Com início em 2012, o referido curso, com duração de oito semestres e 40 alunos anualmente, será ministrado em tempo integral e contempla um currículo de atividades destinada a promover uma sólida base teórica e prática nas diversas disciplina da área biomédica.

O ICB oferece Programas de Pós-Graduação nas áreas de Biologia Celular e Tecidual, Biologia da Relação Patógeno-Hospedeiro, Ciências Morfofuncionais, Farmacologia, Fisiologia Humana, Imunologia e Microbiologia, nos quais se encontram matriculados, atualmente, um total de 609 alunos entre Mestrado e Doutorado, com bolsas obtidas da FAPESP, CAPES ou CNPq. É responsável pela gestão acadêmica, administrativa e financeira do Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia (interunidades), que interage com o Instituto de Biociências, Escola Politécnica, Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia e com o Instituto Butantã.

Benedito Corrêa

Professor Titular do Departamento de Microbiologia ICB-USP Vice-Diretor do ICB


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A Universidade perante a educação e a formação continuada dos professores

A importância da educação pode, e deve, ser considerada em dois níveis diferentes. No plano individual, é a garantia da inserção social conveniente e da inclusão e manutenção no mundo do trabalho. É a instrumentação necessária para melhor entender o mundo, apreciá-lo e participar da vida comunitária. Ou seja, é a forma de exercer e ter reconhecida a cidadania. No plano coletivo, é o recurso mais consistentemente reconhecido como capaz de promover o desenvolvimento do país, com a consequente melhoria das condições de vida de seus cidadãos. A história recente registra os êxitos marcantes de programas de médio e longo prazo adotados em países que souberam reconhecer a necessidade da adoção de políticas públicas educacionais para superar a estagnação do desenvolvimento.

Qualquer que seja o projeto educacional a ser adotado, seu sucesso estará subordinado ao desempenho dos professores. São eles os agentes diretos e multiplicadores da ação educativa. Nas condições das nossas escolas públicas, em que um professor de ensino médio tem a seu cargo em torno de 300 alunos/ano (uma estimativa conservadora), o potencial amplificador justifica os investimentos na formação desses docentes.

Até há algumas décadas, a boa formação do profissional estava associada à quantidade de conhecimento acumulada no curso de graduação (informação) e no exercício da profissão (experiência prática). Na maioria dos casos, o conteúdo coberto no curso de graduação, complementado com eventuais atualizações, era suficiente para um longo tempo de exercício da profissão. Este modelo, frequentemente denominado conteudista, perdurou enquanto foi possível os currículos assimilarem o aumento exponencial de conhecimento. Atentos à necessidade de alterar o modelo educacional, organismos nacionais e internacionais têm lançado diretrizes sugerindo que os projetos pedagógicos contemplem, além dos conteúdos, o desenvolvimento da capacidade de incorporar e articular conhecimentos novos. Estas recomendações baseiam-se na premissa de que a habilidade fundamental atualmente exigida dos egressos dos cursos superiores é a capacidade de transformar informações em conhecimento na ausência de um tutor. Em outras palavras, preconiza-se a formação continuada para todas as categorias profissionais; os professores não são exceção.

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A universidade tem contribuído com a formação continuada de professores, embora não de maneira articulada e centralizada. As numerosas oportunidades que oferece são, em geral, provenientes de iniciativas pontuais, sem um programa institucional amplo e contínuo. Esse cenário felizmente está mudando e, cada vez mais, acumulam-se indicadores da tomada de consciência de que esta é também uma responsabilidade da Universidade. Este reconhecimento atinge também as agências de fomento. São paradigmáticas destas mudanças as diretrizes estabelecidas pela FAPESP para os projetos de criação de Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão, em edital atual. Além do desenvolvimento de pesquisas inovadoras, os projetos devem contemplar ações específicas voltadas à educação:

Além de se integrar nos programas usuais de iniciação científica e de pós-graduação, cumpre também aos Centros realizar atividades de extensão na área de educação básica, tais como atividades para alunos e professores de segundo grau, treinamento de professores, cursos de difusão científica e programas de educação continuada. (FAPESP - Edital Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPID – 2011).

Com a reunião de esforços dos diferentes segmentos empenhados na melhoria da educação brasileira, certamente poderemos oferecer aos professores o apoio que desejam e merecem.

Bayardo Baptista Torres

Professor Titular do Departamento de Bioquímica IQ-USP

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Cronograma

Segunda-feira (16/07)

8:30 – 10:15h Abertura: Prof. Dr. Ângelo Rafael Carpinelli – Vice-Chefe do Departamento

Apresentação do Cronograma

Entrega de referências para as discussões em grupo

10:15 – 10:30h Intervalo

10:30 – 12:30h Aula teórica: Introdução à Fisiologia

12:30 – 14:00h Almoço

14:00 – 15:45h Aula teórico-prática: Equilíbrio energético, parte 1


16:00 – 18:00h Aula teórico-prática: Equilíbrio energético, parte 2

Terça-feira (17/07)

8:30 – 10:15h Aula teórica: Controle Alimentar


10:30 – 12:30h Discussão em grupo : Quando a Fisiologia Falha, parte 1

12:30 – 14:00h Almoço

14:00 – 15:45h Aula teórica: Equilíbrio hidroeletrolítico


16:00 – 18:00h Aula teórico-prática: Exercício Físico, parte 1

Quarta-feira (18/07)

8:30 – 10:15h Aula teórico-prática: Exercício Físico, parte 2


10:30 – 12:30h Trabalho em grupo: Metodologia de Ensino, parte 1

12:30 – 14:00h Almoço

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14:00 – 15:45h Aula teórica: Estresse


16:00 – 18:00h Visita aos laboratórios do Departamento de Fisiologia e Biofísica

Quinta-feira (19/07)

8:30 – 10:15h Aula teórica: Sono


10:30 – 12:30h Visita aos laboratórios do Departamento de Fisiologia e Biofísica

12:30 – 14:00h Almoço

14:00 – 15:45h Aula teórica: Quente e Frio


16:00 – 18:00h Discussão em grupo: Quando a Fisiologia Falha, parte 2

Sexta-feira (20/07)

8:30 – 10:15h Aula teórica: Altos e Baixos


10:30 – 12:30h Aula teórica: Fisiologia dos Extremos - Microgravidade

12:30 – 14:00h Almoço

14:00 – 14:30h Convidado: Prof. Dr. Luiz Menna Barreto (EACH/USP) – O tempo e a vida

14:30 – 15:45h Trabalho em grupo: Metodologia de ensino, parte 2


16:00 – 18:00h Avaliação do Curso/Fórum


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Capítulo 1 - Equilíbrio energético

Autores: Caroline Cristiano Real, Gabriela Pena Chaves-Kirsten, Paula Bargi

de Souza

Revisão: Prof. Dr. Ubiratan Fabres Machado

1. Introdução Um dos principais fatores limitantes da vida dos seres vivos é a obtenção de

energia para que o organismo desempenhe suas atividades. Essas atividades

englobam desde os processos vitais para a sobrevivência até a prática de exercício

físico intenso, por exemplo. Assim, é através da alimentação que obtemos os

nutrientes necessários (carboidratos, proteínas e lipídios), que quando oxidados,

levam à produção de CO2, H2O e energia.

O que acontece com o nosso organismo quando nos alimentamos? Quais os

principais hormônios envolvidos com o metabolismo energético e como eles atuam

regulando a disponibilidade de energia para as diversas atividades desenvolvidas no

cotidiano?

Estas questões serão abordadas neste capítulo sobre equilíbrio energético,

suas vias e o destino dos nutrientes ingeridos após a refeição e a importância da

regulação hormonal nos estados de jejum e absortivo.

2. O que é Metabolismo? O metabolismo é definido como a transformação química de qualquer

molécula, que ocorre em células ou organismos. Algumas dessas reações químicas

envolvem a liberação ou armazenamento de energia, o que chamamos de

metabolismo energético. Essas reações químicas corporais irão determinar o que

acontece com os nutrientes absorvidos a partir dos alimentos ingeridos. Assim o

metabolismo energético envolve a utilização de substratos energéticos (a partir de

fontes endógenas ou exógenas), síntese (anabolismo – requer gasto energético para

que ocorra) e degradação (catabolismo – envolve quebra de moléculas grandes e

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mais complexas em moléculas menores e mais simples e resultam usualmente em

liberação de energia) de componentes estruturais e funcionais e também a eliminação

de resíduos gerados a partir destas reações.

Todos esses processos são regulados pelo Sistema Endócrino em termos de

velocidade ou direção das reações de acordo com a necessidade do organismo

naquele determinado instante.

2.1. Energia

Aquisição vs Consumo e Taxa Metabólica Basal

A disponibilidade de energia para os humanos consiste na energia química

contida nas ligações químicas que estão presentes nos alimentos que ingerimos. A

regulação da quantidade de alimentos ingeridos depende de mecanismos

comportamentais como a fome e a saciedade para nos avisar o quanto e quando

comer. Assim, é através da alimentação que realizamos a aquisição energética.

Nos alimentos encontramos três categorias de nutrientes que podem vir a gerar

energia: carboidratos, lípides e proteínas, dos quais, alguns metabólitos podem ser

oxidados gerando energia, ou então armazenados para futura utilização. A quantidade

de energia obtida pela oxidação varia com a categoria do substrato e é expressa em

termos de Calorias/grama ou Kcal/grama. Assim a quantidade de Kcal produzida por

cada 1 grama do nutriente é de 4,2 para os carboidratos, 4,3 para as proteínas e 9,4

para as gorduras. Cerca de metade da energia liberada nas reações químicas é

perdida na forma de calor.

Já com relação ao consumo de energia, 60-70% da energia ingerida é utilizada

para manter as condições mínimas de existência, caracterizando a Taxa Metabólica

Basal (TMB). Além da TMB, a energia é necessária para realizar o processamento dos

alimentos (5-15%), ou seja, é necessário um gasto energético para que as reações

químicas que envolvem a digestão, absorção e armazenamento dos alimentos

ocorram. Também utilizamos energia para manter a temperatura corporal constante

através da Termogênese.

Outra forma de consumo energético envolve o exercício físico que pode ser

classificado em espontâneo ou ocupacional (postura corporal, manutenção do tônus

muscular, preocupação – consumo de 20-30%) ou proposital (exercício físico). O

consumo total de energia tem uma grande variabilidade de pessoa para pessoa, de dia

para dia, tipo e duração dos exercícios realizados. Por exemplo, o gasto calórico de

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um indivíduo adulto em repouso é de 1440 cal por dia, entretanto durante atividades

domésticas este valor pode aumentar de 2 a 5 vezes, e durante exercício físico. Até 10

vezes. Por isso, existem diferenças na quantidade de energia adquirida pela ingestão

alimentar necessária para manter a TMB.

Com relação à TMB, o gasto energético é necessário para manter as

condições mínimas de existência, e os processos envolvidos incluem: reações

químicas de síntese e degradação, geração de gradientes iônicos que, por sua vez,

são de fundamental importância para a gênese e condução de sinais nervosos (estes

são responsáveis por cerca de 40% do consumo energético da TMB), além disso, há

gasto energético para a realização de trabalho mecânico como respiração e circulação

sanguínea.

Vários fatores afetam a TMB em humanos, como a idade (declina com a

idade), sexo, quantidade de massa muscular, dieta (uma vez que depois de cada

refeição há um gasto energético), hormônios e mesmo fatores genéticos.

Homens têm uma TMB média de 1,0 kcal/h/kg e para as mulheres é 0,9

kcal/h/g. A diferença surge principalmente porque as mulheres possuem uma

porcentagem de tecido adiposo mais elevada e uma menor massa muscular magra.

Os músculos têm uma taxa de consumo de oxigênio (que representa o gasto

energético) em repouso mais elevada do que a gordura, porque adicionalmente ao

gasto energético básico para a manutenção da homeostase celular o músculo gasta

energia para manter o seu tônus contrátil.

Alguns hormônios também influenciam a TMB. Os hormônios tireoidianos, T3 e

T4, aumentam o metabolismo por aumentar a taxa de reações químicas, a

testosterona inibe ações catabólicas no músculo esquelético, induzindo maior massa

muscular, o hormônio do crescimento (GH) estimula muitas reações celulares que

gastam energia.

O estado febril também aumenta a TMB basal, uma vez que para ocorrer o

aumento da temperatura corpórea é necessário aumento na atividade de reações que

consomem energia.

Os fatores que reduzem a TMB incluem o sono, o jejum e a desnutrição, o que

serve para poupar a energia adquirida.

Disponibilização de Energia Os carboidratos, proteínas e lipídios absorvidos após a refeição são

metabolizados sofrendo modificações por diversas reações enzimáticas encadeadas,

chamadas de “vias metabólicas”. Carboidratos, proteínas e lípides podem gerar

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substratos que são passíveis de serem oxidados. A oxidação é um fenômeno final de

algumas vias metabólicas, que culmina com geração de energia.

Em outras palavras, a partir da oxidação dos alimentos são geradas moléculas

de adenosina trifosfato, ATP, que fazem um elo entre as funções que utilizam e as que

mobilizam energia. Por esta razão, a ATP é conhecida como a moeda energética

presente em todas as células e é necessária para as diferentes funções das células. A

molécula de ATP possui duas ligações de alta energia entre os seus fosfatos. Esta

energia corresponde a 12 kcal por ligação de fosfato, totalizando 24 kcal por molécula

de ATP convertida a ADP e em seguida a AMP. Para ter-se uma idéia, cerca de 2300

kcal são geradas ou consumidas por dia, o que equivale a 63 kg de ATP.

Deste modo, a molécula de ATP participa de diversas funções que necessitam

energia como trabalho mecânico, reações sintéticas, transporte pelas membranas,

geração e condução de sinal seja ele de natureza química, mecânica ou elétrica.

Participa também da produção de calor que atua na regulação da temperatura corporal

e desintoxicação do organismo por degradação de produtos tóxicos, como a amônia

que é convertida em uréia com consumo energético. Portanto, pouquíssimo ATP é

estocado no organismo.

Além do ATP, a molécula de fosfocreatina também é capaz de “armazenar”

energia através de uma ligação fosfato presente em sua molécula. Essa ligação, em

condições fisiológicas, corresponde a 13 kcal. A fosfocreatina é de 3-8 vezes mais

abundante que o ATP no músculo, mas não serve como elo direto entre a energia

obtida dos alimentos e o consumo mediado pelas funções celulares.

A geração desta molécula ocorre quando o grupo fosfato do ATP é transferido

para a creatina, tendo como produtos o ADP e fosfocreatina. Assim, essa molécula

serve como um sistema tampão de ATP. Quando há grandes quantidades de ATP

formado, a reação é deslocada para a síntese de fosfocreatina, cuja principal reserva

ocorre nos músculos, de 70 a 80 nmol (o que sustenta apenas 20s de exercício

intenso) e quando o consumo de ATP é maior que a síntese, há uma redução na

quantidade de ATP, e com isso a reação é deslocada garantindo as necessidades de

ATP livre para o consumo, e consequentemente creatina livre também.

De modo geral, os substratos que chegam à circulação, provenientes das

biomoléculas ingeridas, digeridas e então absorvidas podem seguir vários caminhos:

metabolizadas imediatamente gerando ATP ou fosfocreatina, que podem ser

imediatamente utilizadas em compostos com capacidade de estocar grande

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quantidade de energia, ou ainda metabolizadas gerando compostos utilizados para a

síntese de componentes básicos necessários para o crescimento e manutenção

celular e tecidual. Particularmente importante é o fato de que substratos ricos em

energia como a glicose e os ácidos graxos, após cada refeição, são estocados como

glicogênio e gordura respectivamente, ficando disponíveis para serem utilizados como

fonte de energia nos períodos de jejum.

2.2. Estado Absortivo vs Estado pós-absortivo

Em humanos, os estados metabólicos são 2: o estado absortivo (ou

alimentado) e o estado pós-absortivo (ou jejum).

O estado absortivo é o período que se segue após uma refeição quando os

produtos digeridos estão sendo absorvidos, metabolizados e utilizados ou

armazenados. É um estado preponderantemente anabólico, no qual substratos

básicos (glicose, ácidos graxos e aminoácidos) estão sendo utilizados na síntese de

compostos complexos, e a energia das moléculas esta sendo transferida para

moléculas altamente energéticas ou armazenadas em ligações químicas de outras

moléculas.

Após algum tempo, cessa a absorção dos alimentos, o organismo entra no

estado pós-absortivo ou de jejum, e passa a explorar as reservas energéticas que

estão armazenadas. Trata-se de um estado catabólico, em que as células degradam

macromoléculas que contenham substratos capazes de serem oxidados liberando

energia.

2.2.1. Estado Absortivo

Metabolismo dos Carboidratos Os carboidratos são absorvidos principalmente como glicose, sendo que a sua

concentração sanguínea (glicemia) é a mais regulada dos três nutrientes (incluindo

proteínas e gorduras), pois a glicose é o único substrato que o cérebro pode

metabolizar, exceto em períodos de inanição, assim como é preferido pela retina e

epitélio germinativo das gônadas. As hemácias são células que também dependem

exclusivamente da glicose como substrato energético. Logo, faz-se necessário um

maior controle metabólico deste substrato.

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Os valores glicêmicos variam de 60 a 110 mg/dL, conforme o estado

alimentar, e se a glicemia cair abaixo de certo nível as funções cerebrais, por exemplo,

são imediatamente afetadas apresentando desde irritação, sonolência até perda de

consciência. Além de garantir um suprimento adequado para o SNC, a regulação da

glicemia é importante no controle do volume urinário (excreção excessiva deste

substrato na urina, que ocorre quando há um aumento exacerbado da glicemia)

provoca aumento da excreção de líquidos pela chamada de diurese osmótica.

A glicose entra nas células através do mecanismo de difusão facilitada por

meio de proteínas transportadoras de glicose que estão presentes na membrana

plasmática das células. Nas células, a glicose é convertida rapidamente em glicose-6-

P (impedindo sua saída para o meio extracelular) e pode ser oxidada por meio da

glicólise, seguida pelo ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa, ou ainda, pode ser

acumulada sob a forma de polímeros de glicogênio através da glicogenoênese. Este

armazenamento de glicogênio pode ocorrer em todas as células, mas ocorre em

grandes quantidades no fígado e músculos.

Um dos produtos da glicólise é o piruvato, que na presença de O2 segue a via

de oxidação através do ciclo de Krebs, na mitocôndria, para a cadeia de transporte de

elétrons e para a fosforilação oxidativa gerando ATP (Figura 1). Mas em condições

anaeróbias, há uma interrupção da fosforilação oxidativa e consequentemente há um

acúmulo de piruvato, que bloquearia a glicólise. Entretanto, ocorre a conversão para

lactato que, por sua vez, se difunde para o meio extracelular, permitindo assim que na

ausência de O2 ainda haja obtenção de energia pela glicólise. Além da glicólise, 30%

da glicose é consumida pela via das Pentoses-Fosfato no fígado e adipócitos gerando

CO2 e hidrogênio utilizados na fosforilação oxidativa.

Se a quantidade de glicose aumenta muito, o excesso de glicose absorvido e

não utilizado naquele determinado momento é armazenado sob a forma de glicogênio

nos músculos e fígado (glicogênese). Todavia, como os estoques de glicogênio são

limitados, o excesso de glicose é convertido no fígado e no tecido adiposo em gordura

(lipogênese), sob a forma de triglicerídeos, e armazenado no tecido adiposo.

Metabolismo dos Lipídios

Os constituintes das gorduras são os triglicerídios, também chamados de

triacilgliceróis, os fosfolipídios e o colesterol. Os lipídios contem ácidos graxos que,

assim como a glicose, servem de fonte energética para diversos processos

metabólicos.

19

Os ácidos graxos de cadeia curta (até 4 átomos de carbono – obtidos pela

fermentação de carboidratos e proteínas da dieta, tais como leite, fibras) e de cadeia

média (6 a 14 átomos de carbono – óleo de côco) são transferidos do intestino para a

corrente sanguínea e oxidados pelo fígado.

Já os ácidos graxos de cadeias longas de carbonos (ômega 3, ômega 6), são

os constituintes dos triglicerídios. A absorção ocorre sob a forma de ácidos graxos e

monoacilglicerol. As células absortivas do intestino, então, ressintetizam em seu

citoplasma os triglicerídios, empacotando-os em partículas contendo muitas dessas

moléculas, chamadas de quilomícrons (lipoproteínas - 90% de lipídios associados a

apolipoproteínas). Os quilomícrons são então liberados para o meio extracelular e

entram no sistema linfático e em seguida para a circulação sanguínea.

O triglicerídio presente no sangue pode ser metabolizado por uma enzima

associada ao endotélio vascular, chamada de lípase lipoproteica, em ácido graxo e

glicerol. Estes se difundem pela membrana plasmática e, no meio intracelular, ou se

combinam novamente em triglicerídio podendo, ser armazenado, ou ainda, a molécula

de ácido graxo pode sofrer beta-oxidação e seguir para o ciclo de Krebs e fosforilação

oxidativa enquanto a molécula de glicerol pode receber um grupamento fosfato,

formando o alfa-glicerofosfato e ser oxidado pela via glicolítica. Para ter-se uma ideia,

uma molécula de ácido esteárico, um ácido graxo saturado com 18 carbonos, gera 146

moléculas de ATP.

O armazenamento de lipídios é feito sob a forma de gotículas de triglicerídio

no tecido adiposo, cuja principal função é a de reserva energética. Tanto a glicose,

quanto as proteínas, via formação de acetil-CoA, podem dar origem a triglicerídios e

estes também serem armazenados.

Os quilomícrons que perdem apenas parte de seus triacilgliceróis formam os

quilomícrons remanescentes. Estes dão origem a novas lipoproteínas, podendo ser

elas: as de densidade muito baixa (VLDL - very low density lipoproteins); de

densidade baixa (LDL – low density lipoproteins); e as de densidade alta (HDL – high

density lipoproteins). Quanto mais lipídios ligados à proteína menor a densidade da

lipoproteína, sendo assim, a HDL é a que mais possui relativamente mais proteínas

ligadas a lipídios, porém é das mais volumosas. A LDL e a HDL apresentam maior

dificuldade de dissociação dos triacilgliceróis, permanecendo por mais tempo na

corrente sanguínea. A LDL é rica em colesterol, é capaz de transportar o colesterol do

fígado a outros tecidos. O colesterol é necessário para o funcionamento normal da

membrana plasmática de células de mamíferos, sendo sintetizado no retículo

endoplasmático das células ou derivado da dieta, sendo que na segunda fonte é

transportado pela via sanguínea pelas lipoproteínas de baixa densidade e é

20

incorporado pelas células através de endocitose mediada por receptores associados à

clatrina na membrana plasmática, e então hidrolizados em lisossomas. Porém, em

indivíduos não saudáveis o metabolismo do colesterol se torna deficitário e o LDL

passa a uma concentração sanguínea anormal, e induzindo danos em algumas

estruturas celulares (daí ser chamado de “colesterol ruim”). Com o aumento desta

fração no sangue ocorre a formação de placas de ateromas devido a deposição destas

moléculas na parede dos vasos podendo obstruí-los completamente ou parcialmente.

A formação destas placas pode causar um infarto do miocárdio se a obstrução for em

vasos do coração ou, um acidente vascular encefálico se for em vasos do encéfalo.

Logo, o menor risco de doenças vasculares correlaciona-se com o aumento da relação

HDL/LDL. A prática regular de exercício é capaz de aumentar esta relação. O mesmo

parece ocorrer com a ingestão diária de uma taça de vinho tinto, porém, o excesso de

bebida alcoólica causa aumento na produção de triacilgliceróis no fígado, causando

aumento do colesterol.

Metabolismo das Proteínas

As proteínas constituem ¾ dos sólidos corporais sob a forma de proteínas

estruturais, enzimas, proteínas de contração muscular, proteínas transportadoras, etc.

As proteínas são totalmente degradadas no trato gastrointestinal, e seus aminoácidos

é que são passíveis de serem absorvidos. Há 20 diferentes aminoácidos (aa) que

compõem as proteínas, sendo que 10 deles são essenciais, ou seja, precisam ser

obtidos a partir da dieta e os outros 10 podem ser gerados endogenamente. A

concentração plasmática de aa varia entre 35 e 65 mg/dL na média e sua entrada na

célula se dá por meio de difusão facilitada ou transporte dependente de sódio.

Os aa obtidos das proteínas dos alimentos são utilizados primeiramente para

a síntese proteica nos ribossomas, onde as ligações peptídicas vão ligando os aa de

acordo com a tradução do mRNA. Poder-se-ia pensar, portanto, que as proteínas

constituem uma forma de estoque de aa. Entretanto, diferentemente do glicogênio e

dos triglicerídios, que são somente macromoléculas com função de armazenamento

energético, as proteínas tem funções muito variadas, e sua degradação, portanto,

acarretaria comprometimento de inúmeras funções vitais para o organismo. Ainda

assim, em casos de baixa ingestão de glicose, ou períodos de jejum, a degradação de

proteínas sobrepuja a síntese (principalmente no músculo esquelético que é onde se

encontra a maior quantidade de proteínas do organismo), e os aa assim liberados

21

podem ser convertidos em glicose pela gliconeogênese, assim como o glicerol dos

triglicerídios.

A Figura 1 ilustra de forma resumida os caminhos de metabolização seguidos

pela glicose, aminoácidos e ácidos graxos.

Figura 1. Via comum de metabolização de glicose, aminoácidos e ácidos graxos. (Curi, R.; Procopio, J., 2009).

Balanço do Período Absortivo Uma importante conquista evolutiva dos mamíferos é a capacidade de estocar

os nutrientes provenientes de uma refeição para posteriormente, na ausência de

refeição, mobilizar esses estoques proporcionando substratos energéticos necessários

para garantir a vida celular e do organismo.

Assim, 75% da energia proveniente de uma refeição é armazenada sob a

forma de triglicerídios no tecido adiposo, correspondendo a cerca de 10-30% do peso

corpóreo, mas em obesos pode chegar a atingir 80%. Os triglicerídios geram 9,4 kcal/g

e podem suprir o organismo por até 2 meses sem que haja ingestão alimentar.

Os 25% restantes da energia obtida é armazenada sob a forma de proteínas

cuja oxidação libera 4,3 kcal/g oxidada, mas trata-se de uma fonte de energia

22

deletéria, uma vez que, como discutimos acima, as proteínas exercem diversas

funções no organismo sejam elas estruturais e de transporte entre outras. Menos de

1% da energia obtida com a ingestão alimentar é estocada sob a forma de glicogênio

no fígado e no músculo.

Como podemos notar, a maior parte do estoque energético é feito sob a forma

de gordura. Esta estratégia do organismo é uma forma bastante eficiente de acumular

energia sem ocupar muito volume, pois como a gordura não é solúvel em água ela

ocupa um volume pequeno, quando comparado ao glicogênio que para ser

armazenado deve estar solubilizado em água. Por exemplo, 131.600 Kcal de energia

de gordura representam 14 kg, enquanto o mesmo armazenamento de energia na

forma de glicogênio representaria 31,33 kg, assim, teríamos o dobro do nosso peso

corporal.

2.2.2. Estado Pós-Absortivo

Uma vez que todos os nutrientes de uma refeição foram digeridos, absorvidos

e distribuídos (estoque ou consumo) para as várias células, a concentração de glicose

extracelular começa a cair, pois o consumo celular é constante. Assim, a queda de

glicose é um dos sinais de que o organismo passará para o estado pós-absortivo, que

também pode ser chamado de estado de jejum.

No estado de jejum o indivíduo depende de substratos endógenos para manter

a concentração plasmática de glicose em uma faixa suficiente para garantir o aporte

de substrato energético para todo o organismo, principalmente para os tecidos que

dependem exclusivamente deste metabólito como, por exemplo, o sistema nervoso e o

rim.

Metabolismo dos Carboidratos O fígado é a primeira fonte de glicose durante o jejum. Através da

glicogenólise, o glicogênio pode satisfazer as demandas energéticas do organismo por

4 a 5 horas. O fígado também pode produzir glicose a partir de aa ou de outros

substratos (como o glicerol e o lactato) numa sequência de reações chamada de

gliconeogênese.

Os estoques de glicogênio muscular não podem ser convertidos à glicose livre

uma vez que os músculos não possuem a enzima glicose-6-fosfatase que desfosforila

a glicose-6-fosfato gerando glicose. Assim, nas células musculares, o glicogênio gera

23

a glicose-6-fosfato que será utilizada localmente. A glicose-6-fosfato, por sua vez,

pode gerar piruvato ou lactato, dependendo da disponibilidade de O2, estes por sua

vez, são transportados para o fígado que os utiliza na via da gliconeogênese para

produzir glicose. Todas as vias descritas acima são reguladas pela insulina, um

hormônio que será discutido adiante, para que ocorram de forma adequada. Assim, no

jejum, quando a insulina diminui ocorre diminuição drástica da captação de glicose

pelos tecidos muscular e adiposo, e aumenta a atividade de vias que “geram” glicose,

sustentando a concentração de glicose no sangue. Porém, se a falta de insulina for

intensa, como no diabetes, os níveis de glicose atingem valores superiores à

180mg/dL, a glicose não é mais totalmente reabsorvida pelos túbulos renais

provocando perda de glicose na urina (glicosúria) e diurese osmótica. Este quadro leva

à poliúria (aumento do volume de água eliminado). A perda excessiva de água

provoca desidratação e estimulação do centro de sede, com consequente aumento da

ingestão de líquidos (polidipsia). Sendo estas algumas das características do diabetes.

Metabolismo dos Lipídios

No estado de jejum, o tecido adiposo hidrolisa seus estoques de triglicerídios

em ácido graxo e glicerol. O glicerol, no fígado pode ser convertido em glicose. Os

ácidos graxos, liberados no sangue, podem ser utilizados como fonte de energia por

muitos tecidos.

As longas cadeias de carbono dos ácidos graxos são quebradas em duas

unidades de carbono através do processo de beta oxidação. Se existir excessiva

oxidação de ácido graxo, o acetil-CoA acumulado é direcionado para a formação de

corpos cetônicos que são transportados na circulação. Algumas células são capazes

de captarem e converterem os corpos cetônicos em acetil-CoA. O acetil-CoA volta

para o ciclo de Krebs.

Durante um período de jejum prolongado, aumenta de forma considerável a

quantidade de ácidos graxos disponíveis. Assim a quantidade de acetil-CoA formada

ultrapassa a capacidade de oxidação da mesma pelo ciclo de Krebs, levando assim a

um acúmulo desse metabólito. Como consequência deste acúmulo, haverá uma

pequena geração de corpos cetônicos. É importante ressaltar que a insulina é grande

inibidora desta via, e, portanto, a geração de corpos cetônicos é mínima enquanto

houver concentrações basais de insulina, como no jejum. Entretanto, no diabetes, se a

falta de insulina for grave, a geração de corpos cetônicos pode ser intensa.

Além da glicose, os corpos cetônicos podem, em um mecanismo de ajuste que

envolve alguns dias, ser utilizados pelo cérebro como fonte de energia. A capacidade

24

de oxidação de corpos cetônicos pelos neurônios é altamente desenvolvida no período

neonatal, e vai desaparecendo durante o primeiro ano de vida, para, nos adultos,

somente ser recuperada depois de alguns dias de deficiência de energia (tempo

necessário para a expressão de enzimas importantes para a oxidação).

Os corpos cetônicos, ácido acetoacético e beta-hidroxibutírico são ácidos

fortes. Assim, uma produção excessiva de cetona, devido a déficit de insulina, leva a

um estado de acidose metabólica, conhecido como cetoacidose. Pessoas em

cetoacidose têm um odor de fruta em seu hálito devido à acetona (volátil) que é um

produto de degradação espontânea dos corpos cetônicos. A cetoacidose diabética

reduz o pH sanguíneo provocando graves alterações sistêmicas no organismo. Esta

acidose pode culminar na depressão do sistema nervoso (coma diabético) e até

mesmo na morte.

Metabolismo das Proteínas A glicose ou o ATP podem ser produzidos a partir de aa oriundos

principalmente das proteínas musculares. A utilização deste metabólito como fonte de

energia só é possível após a sua desaminação. A desaminação dos aa promove a

remoção dos grupos amino, que são convertidos em uréia no fígado e então

excretados. Os aa desaminados, por sua vez, podem tornar-se intermediários do ciclo

de Krebs gerando ATP, poupando glicose para ser usada pelo cérebro. Outros

aminoácidos podem ser processados a piruvato, e no fígado se converterem a glicose

pela gliconeogênese.

Novamente, se houver a diminuição de insulina circulante no sangue, o metabolismo

das proteínas também é afetado. Ocorre diminuição no transporte de aminoácidos e

da síntese protéica, e aumento na proteólise, aumentando o pool de aa na circulação.

Alguns aa circulantes podem ser convertidos pelo fígado em glicose, ajudando a

elevar a glicemia.

Com déficit de insulina, ocorre aumento excessivo da proteólise muscular, e

mesmo que o indivíduo mantenha a ingestão alimentar, haverá perda de massa

muscular, que junto com a degradação da gordura levará ao emagrecimento do

indivíduo. Dessa forma, o diabetes por falta de insulina caracteriza-se por

emagrecimento e polidipsia associada à poliúria.

25

2.3. Controle Homeostático do Metabolismo – Regulação hormonal

O sistema endócrino tem uma responsabilidade primária na regulação do

metabolismo energético. De acordo com as necessidades do organismo, diferentes

hormônios são liberados e agem através de alterações na atividade enzimática das

vias metabólicas, regulando o fluxo dos nutrientes. Uma característica significativa é a

utilização de diferentes enzimas para catalisar reações diretas e inversas.

Vários hormônios estão envolvidos na regulação do fluxo de nutrientes através

das vias metabólicas, alterando as atividades enzimáticas. Agora veremos um pouco

sobre quais os principais hormônios e como eles atuam para regular o fluxo de

substratos de acordo com a demanda energética.

Como já foi descrito, a glicose é o principal substrato energético para o

organismo, especialmente para o SNC. Manter a glicemia dentro de uma faixa ideal

(60-110 mg/dL) é a principal função do hormônio insulina, que é auxiliado por outros

chamados contra-reguladores.

Assim, no período absortivo, quando ocorre um aumento da glicemia, há em

resposta um aumento na secreção de insulina, que ao induzir um aumento

generalizado do consumo de glicose, promove uma redução da glicemia. Porém,

quando há uma redução mais acentuada dos níveis glicêmicos, nos períodos de jejum,

a insulinemia cai ao mínimo basal, e, ainda, há estímulo na secreção de glucagon e

outros contra-reguladores da ação da insulina como o cortisol, o hormônio do

crescimento (GH), e as catecolaminas, adrenalina e noradrenalina, cujas ações levam

ao aumento da glicemia.

2.3.1. Hormônios Pancreáticos

O pâncreas é uma glândula mista. A maior parte do tecido pancreático está

envolvida com a produção e secreção de enzimas digestivas e bicarbonato. Apenas

2% da massa do órgão são grupamentos de células endócrinas, conhecidos como

ilhotas de Langerhans, dispersas no tecido exócrino do pâncreas. Existem cerca de 1

milhão de ilhotas.

As ilhotas contêm quatro tipos de células distintas, cada uma associada a um

hormônio peptídico diferente. Três quartos da ilhota correspondem às células B (no

passado chamadas de células beta) que produzem insulina e se localizam na porção

central da ilhota, 20% correspondem às células A (no passado chamadas de células

alfa), localizadas perifericamente e que secretam o glucagon. A insulina juntamente

com o glucagon coordenam o fluxo e o destino metabólico da glicose endógena dos

26

ácidos graxos livres, dos aa e de outros substratos energéticos, e também coordenam

a distribuição eficiente dos nutrientes provenientes das refeições, principalmente nos

músculos, tecido adiposo e fígado.

A insulina e o glucagon, na maioria dos processos, atuam de maneira

antagônica para manter a concentração de glicose dentro da concentração ideal.

Ambos estão presentes no sangue a maior parte do tempo, e é a proporção entre suas

concentrações que determina qual via metabólica estará preferencialmente agindo.

Nestas regulações, a ação da insulina é geralmente dominante sobre a do glucagon,

uma vez que a concentração de glucagon na periferia, sobre tudo no músculo, é muito

baixa, às vezes insuficiente para ações metabólicas efetivas.

Deste modo, no estado alimentado, quando está ocorrendo absorção dos

nutrientes, há um predomínio da insulina, de modo que a glicose é utilizada para a

produção de energia através da sua oxidação e o excesso é armazenado como

glicogênio no fígado; triglicerídio e ácidos graxos no tecido adiposo, sob a forma de

gordura, e os aa seguem para a síntese de proteínas. Já no estado de jejum, em

concentração mínima de insulina e com ajuda do glucagon que aumenta, tudo se

inverte, contribuindo para impedir que ocorra uma redução excessiva da glicemia: há

um estímulo para que o fígado libere glicose a partir do glicogênio armazenado e

sintetize glicose a partir de outros substratos através da gliconeogênese, e há

degradação de triglicerídio e ácidos graxos no tecido adiposo, e de proteínas no

músculo provendo precursores gliconeogênicos para o fígado. Além disso, os ácidos

graxos oriundos da lipólise podem ser fonte alternativa de energia.

Em uma pessoa saudável, a glicose é mantida dentro da faixa de 60 a 99

mg/dL no plasma de um indivíduo em jejum. Podendo aumentar transitoriamente até

cerca de 120 mg/dL após uma refeição. A glicemia pós-refeição estimula a liberação

de insulina (até 75 µU/mL) e inibe a de glucagon (60 pg/mL), o que por sua vez

promove a utilização (consumo ou estoque) de glicose. Durante o jejum noturno há

redução na glicemia (até 60 mg/dL) e também na insulinemia (10 µU/mL) com

aumento na concentração de glucagon (75 pg/mL), o que estimula as vias metabólicas

que promovem produção endógena de glicose, e fortalecem a idéia de que a direção

do metabolismo energético é determinada pela proporção insulina-glucagon.

27

Insulina

A insulina é um hormônio peptídico constituído por duas cadeias, A e B,

unidas por pontes dissulfeto, e provenientes de uma única mólecula chamada pró-

insulina, codificada por um gene específico. O principal estímulo para a secreção de

insulina é um aumento na glicemia acima de valores de 100mg/dL. A glicose chega à

célula B, e é transportada para dentro da célula através do transportador de glicose

GLUT2. Sua entrada desencadeia uma série de eventos que culminam com a entrada

de cálcio na célula e a exocitose dos grânulos contendo insulina. Além da glicose, que

é o principal estimulador da secreção de insulina, os aa (principalmente a lisina,

arginina, alanina e leucina), os ácidos graxos livres e cetoácidos também estimulam a

secreção de insulina, mas em menor escala. Os neurônios parassimpáticos estimulam

a secreção de insulina assim como outros hormônios, como o glucagon, peptídio

semelhante ao glucagon, o polipeptídio inibidor gástrico, a secretina e a colecistocinina

que estão aumentados no período de absorção dos alimentos.

A redução da glicemia observada no jejum e nos exercícios promove uma

redução na secreção de insulina, assim como a atividade simpática e outros

reguladores, como a somatostatina, a leptina, a interleucina-1 e a prostaglandina E2.

De modo que nessas situações onde há pouca glicose disponível, há uma inibição na

secreção de insulina reduzindo seu efeito de estocar substratos no músculo e no

tecido adiposo, e favorecer a distribuição de glicose para os tecidos que consome

exclusivamente este substrato energético como o SNC.

Os alvos primários da insulina no metabolismo intermediário (período entre a

aquisição e o gasto de energia, ou seja, período em que os metabolitos são estocados

ou não) são o fígado, o tecido adiposo e os músculos esqueléticos. No geral a insulina

provoca um aumento no metabolismo da glicose, mas alguns tecidos como cérebro e

epitélios renal e intestinal não exigem insulina para utilizar a glicose em seu

metabolismo.

Como a insulina diminui a concentração de glicose no plasma?

1) Aumentando a captação e o estoque de glicose: A insulina aumenta a captação de glicose no tecido adiposo e nos músculos

esqueléticos por promover uma translocação do transportador de glicose sensível à

insulina, o GLUT4, para a membrana plasmática. No estado basal, parte do GLUT4

28

está localizada em vesículas no citoplasma, e com a estimulação da insulina, uma

série de eventos culmina com a translocação dessas vesículas e inserção das

proteínas na membrana plasmática aumentando a difusão facilitada da glicose.

Nos hepatócitos, o aumento do transporte de glicose é realizado

indiretamente por ação da insulina. A insulina ativa a enzima glicocinase que fosforila

a glicose em glicose-6-fosfato e com isso mantêm a concentração de glicose

intracelular baixa, mantendo um alto gradiente (diferença) de concentração, e assim

permitindo que a glicose continue a se difundir para o hepatócito pelo GLUT2.

Observação: Os GLUTs são capazes de realizar fluxo bi-direcional de glicose,

de acordo com o gradiente de concentração. Assim, no jejum, com uma baixa ação da

insulina, a concentração extra-celular de glicose é baixa, enquanto a intracelular é

muito maior, em consequência da formação de glicose a partir da gliconeogênese e da

glicogenólise, e então ocorre efluxo (saída) de glicose do hepatócito para o sangue.

2) Acentuando a captação e a utilização de glicose: Na maioria dos tecidos, incluindo os já citados territórios de estoque, a insulina

estimula a via glicolítica pela enzima glicocinase, reduzindo a concentração de glicose

livre, e assim aumento o gradiente para influxo da glicose para ser estocada.

Por exemplo, nos músculos, cerca de 20-50% da glicose captada sofre

oxidação, o restante é armazenado como glicogênio (varia de acordo com o tipo de

fibra muscular). A insulina também estimula a captação de aa e síntese protéica –

anabolismo – e inibe a proteólise, diminuindo a saída de aa e, por conseguinte,

reduzindo ainda esse produto necessário para a gliconeogênese.

Deficiência de insulina A deficiência de insulina leva a um quadro muito bem conhecido pela

sociedade, o diabetes mellitus ou apenas diabetes. O diabetes é uma doença

epidêmica na atualidade que acomete cerca de 200 milhões de pessoas no mundo.

Isto porque esta disfunção está associada a fatores ambientais tais como hábitos

alimentares e padrão de atividade física. A incidência do diabetes está associada

diretamente à obesidade, que vem crescendo assustadoramente. Esta doença pode

ser classificada em dois tipos: diabetes tipo 1 (a causa primária é deficiência na

produção de insulina) e diabetes tipo 2 (a causa primária é deficiência na ação

biológica da insulina). No primeiro caso há uma destruição, em geral auto-imune das

29

células B pancreáticas, assim não há produção de insulina, e o paciente torna-

se dependente de insulina exógena. Já no segundo caso, ocorre uma deficiência na

capacidade dos tecidos responderem a insulina, e com isto captarem glicose, o que

leva a um acúmulo do substrato na circulação. Haverá então, inicialmente, uma

hipersecreção de insulina (compensatória), que segue-se de falência progressiva das

células B, comprometendo ao longo do tempo a secreção de insulina. Neste tipo de

diabetes (tipo 2), o uso de medicamentos que aumentem a eficiência de ação do

hormônio ou estimulem sua secreção (deve-se tomar cuidado com o estímulo da

secreção pois pode acelerar a falência das células B) é indicado para o controle da

doença. É muito importante destacar que é o diabetes tipo 2 que se relaciona com

obesidade, e que tem sua incidência crescente, determinando prevalências

epidêmicas no mundo atual.

O diabetes causa importantes alterações metabólicas na maioria das células, o

que ao longo prazo leva a alterações morfo-estruturais em vários tecidos como vasos

sanguíneos (macroangiopatia que leva ao infarto do miocárdio e ao acidente vascular

cerebral), rim (nefropatia, que leva à insuficiência renal), neurônios (neuropatia, que

leva à perda de sensibilidade, ou defeitos motores), retina (retinopatia que leva à

cegueira).

Hiperinsulinemia O excesso de insulina no sangue promove aumento do transporte/utilização de

glicose pelos tecidos, levando a um quadro de hipoglicemia (diminuição de glicose

circulante no sangue), causando alterações neurológicas que podem ser graves,

incluindo o coma insulínico. Hiperinsulinemia endógena é rara, e pode ocorrer em

pacientes portadores de insulinoma (tumor das células B secretor de insulina), ou, que

tenham defeitos genéticos que induzem hipersecreção de insulina. Porém, pode

ocorrer com mais frequência em pacientes tratados com insulina exógena, cuja busca

de glicemias baixas induz a hiperinsulinemia. Este quadro pode ocorrer no início da

diabetes do tipo 2, pois o organismo hipersecreta insulina para tentar controlar os

níveis de glicemia, porém, com o tempo as células entram em exaustão e falência,

assim este paciente também passa a depender de insulina exógena, porém, em doses

menores do que o paciente com diabetes do tipo 1.

30

Glucagon O glucagon é um peptídeo de cadeia única, com 29 aa, secretado pelas

células A pancreáticas, e suas ações sobre o metabolismo energético são antagônicas

às ações da insulina. O principal estímulo para a secreção de glucagon é a redução da

glicemia para valores inferiores a 70 mg/dL, e decorre principalmente da queda da

insulina, que tem efeito parácrino inibidor da secreção de glucagon.

Outros fatores estimulam a secreção de glucagon em menor escala, os aa

alanina, serina, glicina, cisteína, e treonina, a atividade simpática, alguns hormônios

gastrointestinais, tais como gastrina e colecistocinina, e situações como jejum (onde

há redução da glicemia), exercício físico e estresse (situações que necessitam de um

aporte energético para os músculos envolvidos com o exercício ou com a possível

reação de fuga).

Os aa estimulam tanto a secreção de insulina quanto a de glucagon, a

secreção deste último previne uma hipoglicemia decorrente de uma refeição contendo

apenas proteína e não carboidratos.

Em praticamente todos os aspectos, as ações do glucagon são exatamente

opostas àquelas da insulina, promovendo a mobilização de combustíveis em especial

a glicose. O principal alvo é o fígado, onde estimula a produção de glicose, por

estimular as enzimas que fazem parte das vias da glicogenólise (glicogênio fosforilase)

e da gliconeogênese (PEPCK e G6-Pase) e inibe as enzimas da glicólise (glicocinase)

e da síntese de glicogênio (glicogênio sintase).. Assim o glucagon contribui, junto à

redução da insulina, para aumentar a concentração plasmática de glicose.

A insulina e o glucagon são responsáveis pelo controle minuto-a-minuto da

glicemia. No caso do jejum se prolongar por mais de alguns dias, ocorrem outras

alterações além da queda da relação insulina-glucagon.

O organismo pode sobreviver por 2 a 3 meses sem alimentação graças a

regulação precisa e coordenada do metabolismo energético por parte dos hormônios,

metabólitos e sistema nervoso.

2.3.2. Hormônios contra-reguladores da insulina

Outros hormônios atuam no período de jejum para manutenção da glicemia,

regulando o fluxo dos diferentes substratos energético. Como estes atuam no sentido

de aumentar a glicemia, eles são chamados, juntamente com o glucagon, de

hormônios contra-reguladores da ação da insulina.

31

Entre eles estão as catecolaminas, adrenalina e noradrenalina (ADR e NOR)

produzidas na medula da glândula adrenal ou liberadas de terminações simpáticas, o

cortisol, um glicocorticoide produzido na zona fasciculada do córtex adrenal, e o

hormônio do crescimento (GH), produzido na hipófise anterior.

As catecolaminas, principalmente a ADR que é produzida em maior quantidade

pela medula adrenal, atuam no fígado estimulando a gliconeogênese e a glicogenólise,

aumentando a saída de glicose para o sangue. Também promove a ativação da

enzima lipase hormônio sensível, promovendo a lipólise dos triglicerídios do tecido

adiposo e aumentando a concentração de ácidos graxos livres e glicerol plasmáticos.

Nos músculos, as catecolaminas reduzem a proteólise, auxiliando na

manutenção da massa muscular, um efeito muito importante para balancear os efeitos

do cortisol sobre a massa protéica.

Com relação ao cortisol, suas ações sobre o metabolismo dos carboidratos

incluem o estímulo da gliconeogênese e a redução na utilização de glicose. Sobre o

metabolismo de proteínas, o cortisol reduz a síntese e aumenta o catabolismo, reduz a

captação de aa por tecidos extra-hepáticos e aumenta a captação hepática para

fornecer substratos a gliconeogênese.

Sobre os lipídios, o cortisol possui efeito dual, podendo ser lipolítico ou

lipogênico, de acordo com o território adiposo. Enquanto reduz massa adiposa

periférica, ele estimula o acúmulo de gordura centrípeta.

O GH possui uma ação anabólica sobre a síntese protéica, seja no fígado

como nos músculos, aumentando a captação de aa, inibindo uma proteólise

acentuada causada pelo aumento do cortisol. O GH também aumenta a

gliconeogênese, a síntese de proteínas envolvidas neste processo e a lipólise, esta

última através da ativação da lípase hormônio sensível. Além disso, o GH diminui a

captação de glicose, favorecendo a utilização de ácidos graxos livres como fonte

energética.

As ações desses hormônios contra-reguladores são muito parecidas e juntas

garantem que haja um direcionamento do consumo de glicose preferencialmente para

o cérebro e hemácias e um consumo de ácidos graxos livres pelos demais tecidos

para poupar a glicose.

Estas ações também ocorrem no exercício físico. Diferentemente do jejum,

que é caracterizado por um período sem ingestão alimentar, no exercício físico a

demanda por energia aumenta, necessitando da ação destes contra-reguladores para

que haja alterações nos fluxos metabólicos e consequentemente manutenção da

glicemia dentro de níveis aceitáveis.

32

Estes hormônios, por serem contra-reguladores da insulina, são considerados

diabetogênicos, e quando em excesso (como em algumas doenças) podem induzir o

que se chama de diabetes secundário.

2.4. Jejum prolongado

Caso o jejum se prolongue, ocorrem adaptações no SNC (expressão de

enzimas oxidativas), o que permite usar os corpos cetônicos como fonte de energia.

Nestas situações, a gliconeogênese renal é intensa, e contribui com a hepática. Há

uma redução da atividade tireoidiana, reduzindo assim a taxa metabólica basal, o que

permite maior poupança das reservas energéticas.

O tempo de sobrevivência sem ingestão alimentar se dependesse das reservas

energéticas do tecido adiposo seria muito longo. Entretanto ocorre importante

desequilíbrio hidroeletrolítico, junto a intensa proteólise, o que leva à morte do

indivíduo. Não fosse por isto, poderíamos manter um indivíduo sedado, até extinguir

seus excessos de massa adiposa, como forma de emagrecimento.

3. Referências Bibliográficas

GANONG WF. Fisiologia Médica. 22ª edição. Porto Alegre: AMGH, 2010.

CURI R; PROCOPIO, J. Fisiologia Basica. 1ª edição. Rio de Janeiro: Guanabara

Koogan, 2009.

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BERNE R.M.; LEVY M.N.; KOEPPEN BM; STANTON BA. Fisiologia. 5a edição.

Elsiever, 2004.

SILVERTHORN, D.U. Fisiologia Humana: Uma abordagem integrada. 2ª edição.

Manole, 2003.


33

Capítulo 2 - Controle Alimentar

Autoras: Lais Cardinali, Vanessa Sayuri Nagaishi

Revisão: Prof. Dr. José Donato Júnior

Pela manhã, após um longo período de sono, Fisiolino e Extremoso estão

“morrendo” de fome: o estômago começa a roncar, e só de pensar no café da manhã

já começam a salivar. Cada um dos irmãos toma café da manhã à sua maneira:

Fisiolino com uma dieta mais equilibrada e Extremoso, não muito preocupado com

isso, é adepto de refeições rápidas e não muito elaboradas.

Todos conhecemos a sensação de fome, mas o que será que acontece em

nosso corpo que induz essa sensação e nos impele a buscar alimento? Será que a

composição nutricional da refeição influi no controle alimentar? E quando começamos

a comer uma refeição, o que nos faz parar?

Neste capítulo, abordaremos como a fisiologia se encarrega de regular a

ingestão de alimentos, bem como o que “falha” nesses mecanismos que acaba por

levar à obesidade.

1. Fome X Apetite X Saciedade

Comemos quando estamos com fome e paramos de comer porque estamos

saciados. Isso parece óbvio. Mas o que será que ocorre em nosso corpo que resulta

na sensação de fome e saciedade?

O sistema digestório não é capaz de regular por si só a ingestão de energia.

Uma vez que engolimos um alimento, este será digerido e seus nutrientes serão

absorvidos. Dessa forma, o ato de comer é o meio pelo qual o corpo exerce controle

da entrada de energia e dependemos de mecanismos comportamentais, como a fome

e a saciedade, para nos dizer quando e quanto comer. Fome, apetite, saciedade.

Cada uma dessas sensações sofre controle fisiológico, bem como influência de fatores

ambientais e culturais.

A fome pode ser caracterizada como uma grande vontade de comer. Uma

característica peculiar da fome é a sensação de aperto no estômago, acompanhada

de contrações involuntárias rítmicas e inquietude, que fazem com que o indivíduo

34

procure por adequado suprimento alimentar. Estudos recentes mostraram que a fome,

além da supressão da intensidade dos sinais de saciedade, os quais serão

apresentados posteriormente, é resultado da liberação de um hormônio, a grelina.

Esse hormônio, produzido principalmente pelo estômago, é liberado para a corrente

sanguínea quando o estômago está vazio e em estados de hipoglicemia (condição em

que os níveis de glicose no sangue estão abaixo do normal). A grelina age nos

mesmos neurônios que a leptina, hormônio que será abordado posteriormente, mas

realizando ações contrárias, ou seja, induzindo sensação de fome. Sua concentração

aumenta no jejum, tem um pico antes das refeições e reduz logo após a ingestão de

alimentos (Figura 1).

Figura 1 - Distribuição de concentrações plasmáticas de grelina durante 24h e associação com consumo de café-da-manhã (C), almoço (A) e jantar (J). Fonte: Adaptado de Cummings et al, 2001.

A queda da concentração de glicose no sangue é, portanto, um fator que

estimula a ingestão alimentar. Esse controle alimentar baseado nos níveis de glicemia

ficou conhecido como teoria glicostática.

A vontade que sentimos de comer chocolate, não é fome, é apetite. O apetite é

um refinamento do processo de fome, sendo o desejo por um alimento de tipo

particular e, por tanto, útil em ajudar a escolher a qualidade/composição do alimento a

ser ingerido.

O termo saciedade é usado para descrever a sensação que é oposta à fome.

Significa uma sensação de plenitude em relação à necessidade de alimentos. Em

geral, a saciedade surge após uma refeição completa, onde diferentes sinais advindos

de diversas áreas do organismo são processados no sistema nervoso central,

sinalizando a inibição da fome.

35

2. Regulação central da ingestão alimentar

A regulação dos comportamentos motivados, como a fome, sede e

comportamentos sexuais, é realizada na porção do cérebro denominada hipotálamo

(Figura 2a).

Figura 2 – Regulação central do controle do comportamento alimentar. (a) Visão sagital do encéfalo humano, mostrando a localização do hipotálamo. (b) Secção coronal no plano indicado na parte a, mostrando a localização de três importantes núcleos para o controle do comportamento alimentar: o n. arqueado, o n. paraventricular e a área hipotalâmica lateral. Fonte: adaptado de Bear, 2008.

Estudos em ratos mostraram que uma lesão bilateral (destruição de neurônios)

de uma porção do hipotálamo, denominado hipotálamo ventromedial, faz com que o

animal aumente a ingestão de alimentos, tornando-se obeso; e quando a lesão

acomete o hipotálamo lateral, o animal não come e acaba por desenvolver anorexia.

Esses achados difundiram a ideia de que o hipotálamo ventromedial seria o “centro da

saciedade”, enquanto o hipotálamo lateral seria o “centro da fome”. Hoje é conhecido

que o controle alimentar não se resume a esse “centro dual”, havendo outros

importantes centros hipotalâmicos envolvidos, como os núcleos arqueado e

paraventricular (Figura 2b), bem como mecanismos periféricos (fora do sistema

nervoso central). O núcleo arqueado compreende dois grupos de neurônios

importantes para o controle alimentar, os neurônios anorexígenos, os quais liberam

neurotransmissores (α-MSH e CART) que inibem a ingestão alimentar, e os neurônios

orexígenos (liberam NPY e AgRP), que estimulam essa ingestão.

Esses centros hipotalâmicos são influenciados por diversos sinais, incluindo

alguns hormônios (grelina, leptina, colecistoquinina e insulina) e sinais neurais

provenientes do trato gastrointestinal, que abordaremos posteriormente.

36

3. Mecanismos de regulação da ingestão alimentar

A natureza nos dotou de mecanismos sofisticados de controle alimentar, alguns

atuando durante um longo período, determinando a manutenção das reservas de

gordura corporal, e outros durante um curto período, regulando o tamanho e a

frequência de cada refeição.

3.1. Leptina: regulação a longo prazo

A energia é essencial para o funcionamento do corpo. Dessa forma, nosso

organismo é dotado de complexos mecanismos que regulam a ingestão alimentar

conforme a necessidade, impelindo o indivíduo a buscar alimento ou suprimindo sua

fome; e o excesso de energia ingerido é armazenado, em sua maior parte, como

gordura, podendo ser acionado quando necessário. Os mecanismos de longo prazo do

controle alimentar são os responsáveis pela manutenção da estabilidade relativa

dessas reservas energéticas (gordura) ao longo do tempo.

O organismo tende a manter as reservas energéticas corporais relativamente

constantes. Se você já tentou emagrecer, sabe como o corpo se empenha em frustrar

essa tentativa. Isso também pode ser observado em modelos animais. Ratos

induzidos a perder peso por redução da ingestão calórica, quando têm acesso livre ao

alimento passam a comer uma quantidade maior até retornarem ao nível normal de

gordura corporal. Por outro lado, quando os animais são submetidos à alimentação

forçada para ganhar peso, passam a comer pouco até que os níveis de gordura

corporal retornem ao normal, quando têm oportunidade de regular sua própria dieta.

Dessa forma, observa-se a existência de mecanismos responsáveis por manter o

equilíbrio das reservas energéticas do organismo, o que poderia explicar a grande

dificuldade em manter o emagrecimento resultante de um regime restritivo.

Essa situação de homeostase energética baseada nas reservas de gordura

corporal, que ficou conhecida como hipótese lipostática, para funcionar de forma

eficiente é necessário que haja uma comunicação entre tecido adiposo, onde é

armazenada a gordura, e o encéfalo, responsável pelas sensações de fome e

saciedade.

A resposta para essa lacuna da comunicação tecido adiposo – encéfalo foi

encontrada com a descoberta da leptina (em grego leptos significa magro), um

37

hormônio produzido pelas células armazenadoras de gordura (adipócitos). A

concentração de leptina no sangue reflete a quantidade de gordura armazenada;

dessa forma, quanto maior o depósito de gordura corporal, maior será a concentração

sérica desse hormônio. A leptina, então, irá interagir com neurônios do hipotálamo,

causando redução da ingestão alimentar e aumento do gasto energético.

A ação da leptina é considerada de longo prazo, uma vez que é produzida de

acordo com os estoques de gordura corporal, e alterações nos níveis sanguíneos de

leptina só ocorrerão após um tempo relativamente longo de manutenção de uma dieta

hiper ou hipocalórica, suficiente para que haja alterações na quantidade de gordura

corporal.

A leptina é sintetizada nos adipócitos sob controle do gene da obesidade (ob).

Camundongos cujo DNA não apresenta esse gene, chamados camundongos ob/ob

(Figura 3), são obesos e a administração de leptina nesses animais reverte a

obesidade e o distúrbio alimentar. Por esse motivo, a descoberta da leptina gerou

grandes especulações e expectativas sobre o possível tratamento da obesidade.

Assim, teoricamente, a suplementação desse hormônio em obesos permitiria que o

encéfalo recebesse a informação para reduzir a ingestão de alimentos e acelerar o

gasto de energia, levando ao emagrecimento. Entretanto, na prática, com exceção dos

raros indivíduos com deficiência congênita do hormônio leptina (situação semelhante

aos camundongos ob/ob) ou do seu receptor, a maioria dos pacientes obesos não

respondeu à terapia com leptina. Descobriu-se que esses indivíduos não eram obesos

devido à falta do hormônio, pelo contrário, apresentavam níveis altos de leptina no

sangue, proporcional à elevada adiposidade. Dessa forma, a obesidade não era

resultado de uma deficiência na produção de leptina, mas de uma resistência, ou seja,

redução da responsividade, dos neurônios hipotalâmicos ao hormônio, de forma

similar a que ocorre com a resistência à insulina observada no diabetes mellitus tipo 2,

quando as células não respondem à insulina.

Figura 3 – Camundongo ob/ob (esquerda) ao lado de camundongo normal (direita).

38

3.2. Regulação a curto prazo da ingestão alimentar

Voltando à história dos irmãos, Fisiolino e Extremoso iniciam o desjejum

vorazmente. Após um tempo se alimentando, a ânsia por comida diminui e advém uma

sensação de saciedade, que os faz parar de comer.

Aliado ao controle alimentar determinado pela ação da leptina, cujos níveis

variam lentamente com as alterações dos depósitos de gordura armazenados no

corpo, é necessário que outros mecanismos regulem o comportamento alimentar de

forma mais rápida, como durante uma refeição, determinando seu início e término, ou

entre refeições. Essa regulação é feita por meio dos sinais de saciedade, os quais se

iniciam quando comemos e vão perdendo intensidade à medida que o alimento é

digerido e seus componentes absorvidos ao longo do trato gastrointestinal.

O estímulo para comer, ou fome, inicia-se com a liberação de grelina, cujo

estímulo é o esvaziamento do estômago e a queda da glicemia, e termina pela ação

coordenada de diversos sinais de saciedade, como distensão gástrica e liberação de

colecistocinina e insulina. Alguns estímulos sensoriais também podem interferir na

ingestão alimentar. O simples ato de mastigar e deglutir o alimento ajuda a criar uma

sensação de saciedade; a visão, o cheiro e o gosto da comida podem estimular ou

suprimir o apetite.

Distensão gástrica

Todos sabemos o que é sentir-se “cheio” após uma lauta refeição. O

estiramento das paredes do estômago é um poderoso sinal de saciedade. Esse

estiramento, percebido por receptores, chega até o encéfalo por meio do nervo vago e

inibe a fome. Mas como não voltamos a comer logo que o estômago se esvazia, é de

supor que outros sinais mais duradouros mantenham sob bloqueio os comportamentos

de ingestão alimentar.

Hormônios

Aliado à distensão gástrica, a chegada de alimento ao estômago e intestino

provoca a secreção de hormônios, como a colecistocinina e insulina.

A colecistocinina (conhecida pela abreviatura do inglês CCK) é liberada em

resposta à estimulação da porção inicial do intestino (duodeno) por certos tipos de

alimento, especialmente lipídeos e proteínas. A CCK atua no encéfalo, induzindo

saciedade e atua retardando o esvaziamento gástrico (passagem do alimento do

estômago para o intestino delgado), mantendo o efeito da distensão gástrica por mais

39

tempo. Além disso, estimula a contração da vesícula biliar e a liberação da bile que,

aliado ao retardo do esvaziamento gástrico, permite uma digestão lenta e uma

absorção completa das gorduras.

A insulina é um hormônio liberado na corrente sanguínea pelas células β do

pâncreas quando os níveis plasmáticos de glicose estão elevados. Esse hormônio é

essencial para o transporte de glicose para diversas células do organismo. A liberação

de insulina é controlada de diversas maneiras (Figura 4). Antes mesmo da ingestão do

alimento, durante a chamada fase cefálica, simplesmente a visão e o aroma do

alimento já estimulam a liberação de insulina. Em resposta, os níveis de glicose

sanguínea caem ligeiramente, e essa mudança, detectada por neurônios no encéfalo,

aumenta o estímulo para comer. Durante a fase gástrica, quando o alimento chega ao

estômago, a secreção de insulina é também estimulada por hormônios

gastrointestinais, como a CCK.

A liberação da insulina é máxima quando os componentes do alimento são

absorvidos no intestino, e os níveis de glicose no sangue aumentam, durante a

chamada fase de substrato. Esse aumento na insulina, juntamente com o aumento na

glicemia, é um sinal de saciedade. Em contraste com os outros sinais de saciedade

que discutimos, os quais se comunicam com o encéfalo principalmente via nervo vago,

a insulina inibe o comportamento alimentar atuando diretamente em núcleos

hipotalâmicos.

Os carboidratos apresentam diferentes Índices Glicêmicos, ou seja, quando

absorvidos causam alteração nos níveis sanguíneos de glicose de diferentes

intensidades, dependendo, entre outros fatores, da velocidade de absorção e do tipo

Figura 4 – Variações nos níveis de insulina no sangue antes, durante e após uma refeição. Detalhes no texto. Fonte: Bear, 2008.

40

de carboidrato presente no alimento ingerido. Os carboidratos de absorção lenta

ocasionarão aumentos brandos e por maior tempo na glicemia e, consequentemente,

da insulina, proporcionando maior tempo de saciedade. Em contrapartida, os

carboidratos de absorção rápida, como a glicose e a sacarose (açúcar de cozinha

utilizado no cotidiano), provocam um aumento brusco nas concentrações sanguíneas

de glicose e, consequentemente, de insulina, que provocará normalização da glicemia

mais rapidamente, diminuindo a saciedade (Figura 5).

Receptores orais

Postula-se que vários “fatores orais” relacionados com a alimentação, como a

mastigação, a salivação, a deglutição e o paladar “avaliam” o alimento na medida em

que ele passa pela boca. Depois da passagem de certa quantidade de alimento pela

boca, tais fatores sinalizam no hipotálamo a inibição do consumo alimentar. Todavia, a

inibição ocasionada por este mecanismo é menos intensa e duradoura (20 a 40

minutos) do que a ocasionada pelo enchimento gastrointestinal.

A saciedade provocada pelos mecanismos apresentados nesta seção pode

sofrer atraso, daí a importância de se realizar as refeições sem pressa, comendo

devagar e mastigando bem os alimentos, para que haja tempo dos sinais de

saciedade serem processados antes que tenha ocorrido a superalimentação. Além

disso, especialistas recomendam não ficar muito tempo sem comer, sendo o ideal

alimentar-se a cada três horas, devendo-se ingerir alimentos de baixa caloria entre as

refeições principais. Com essas medidas, evita-se a fome exacerbada, que levaria o

indivíduo a comer mais que o necessário e engordar.

Figura 5 – Distribuição dos níveis plasmáticos de glicose, ao longo do tempo, de alimentos com índices glicêmicos alto (high GI) e baixo (low GI).

41

4. O alimento no controle alimentar

Como vimos, os mecanismos fisiológicos relacionados com o controle alimentar

dependem da qualidade do alimento ingerido, ou seja, de sua composição em

carboidratos, proteínas e lipídeos, que determinarão a secreção de hormônios

gastrointestinais. Dessa forma, nada mais justo que voltarmos nosso olhar para o

alimento a fim de estudar os mecanismos fisiológicos que vão levar à fome e à

saciedade. Trataremos nesta seção de um componente dos alimentos bastante

importante no processo de controle alimentar: as fibras alimentares.

As fibras são compostos presentes no alimento que não podem ser digeridos

pelas enzimas digestivas humanas durante a passagem pelo trato gastrointestinal, não

sendo absorvidos, chegando às porções finais do intestino grosso e sendo eliminados

pelas fezes. São, em sua maioria, componentes não digeríveis do alimento vegetal.

Mas por que ingerir fibras se não somos capazes de aproveitar seus nutrientes?

As fibras alimentares podem ser divididas em dois grupos: as solúveis em água

e as insolúveis. As fibras solúveis têm grande capacidade de captar água e formar gel

e isso ocorre no estômago quando ingerimos esse tipo de fibras. O aumento de

volume da fibra pode chegar a até sete vezes! Assim, as fibras contribuem para a

sensação de saciedade, por aumentar o volume do alimento ingerido, ocasionando

maior distensão gástrica, e por retardar o esvaziamento gástrico. Além de favorecer a

saciedade, o consumo de fibras solúveis auxilia no controle do colesterol, evita

constipação intestinal e aumenta a lubrificação das fezes, o que facilita a evacuação.

As fibras solúveis ainda retardam a absorção dos carboidratos, levando a uma

resposta glicêmica baixa.

Já as fibras insolúveis exigem maior mastigação, facilitando o ataque das

enzimas digestivas ao alimento e dando tempo de os sinais de saciedade começarem

a fazer efeito. Além disso, esse tipo de fibra alimentar causa aumento do volume das

fezes e acelera o trânsito intestinal. As fibras, seja solúvel ou insolúvel, por não serem

digeridas ao longo do trato digestório, são fermentadas pelas bactérias que residem no

intestino grosso, podendo causar efeitos secundários desagradáveis, como flatulência

e distensão abdominal.

As fibras alimentares regularizam o funcionamento intestinal, o que as tornam

relevantes para o bem-estar das pessoas saudáveis e para o tratamento dietético de

várias patologias. Importante salientar que os efeitos benéficos do consumo de fibras

só ocorrerão se houver consumo adequado de água.

Dentre as fontes de fibras solúveis destaca-se a aveia, frutas e vegetais. As

leguminosas (feijões, lentilha, ervilhas) e cereais são fontes de ambos os tipos de

42

fibras, sendo que os cereais integrais têm na sua composição um maior teor de fibras

insolúveis.

Conhecer os efeitos da composição dos alimentos sobre os mecanismos de

controle alimentar é importante para auxiliar na escolha de uma alimentação mais

saudável.

5. Alimentação e recompensa

Comemos porque estamos com fome, mas também porque gostamos de

comida e de comer. Extraímos prazer do sabor, do aroma, da visão e da textura do

alimento, assim como do próprio ato de comer. Aliado aos sinais fisiológicos que

motivam o comportamento alimentar, há o aspecto hedônico da alimentação: é

gostoso, portanto, fazemos. Pesquisas em animais e seres humanos sugerem,

entretanto, que o gostar e o querer são mediados por diferentes circuitos no encéfalo.

A alimentação, como qualquer outra função envolvida na sobrevivência,

promove respostas de recompensa, que reforçam o comportamento que a ocasionou.

Fisiologicamente, essa recompensa é resultado da liberação do neurotransmissor

dopamina em certas regiões do encéfalo. Dietas altamente palatáveis estão

intimamente relacionadas com o aspecto do prazer e até do vício, a exemplo dos

chocólatras. Mecanismo semelhante à da recompensa pela alimentação é responsável

pela dependência de drogas de abuso.

6. Obesidade A obesidade está tomando proporções alarmantes, sendo considerada uma

epidemia global. Segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), no

mundo, estima-se que existam 300 milhões de obesos e 1 bilhão de pessoas com

sobrepeso. No Brasil, os números também são preocupantes. Conforme dados da

Pesquisa de Orçamentos Familiares (POF) 2008-2009, realizada pelo IBGE em

parceria com o Ministério da Saúde, cerca de metade (50,1% para homens e 48%

para mulheres) da população adulta brasileira está com excesso de peso (Figura 6).

Longe de ser uma questão simplesmente estética, é importante ter em mente que a

obesidade é uma doença. O sobrepeso e a obesidade predispõem o indivíduo a

diversas outras doenças, como diabetes mellitus tipo 2, hipertensão arterial,

dislipidemia, doenças coronarianas, acidente vascular cerebral e algumas formas de

câncer.

43

Quando a ingestão calórica excede o gasto energético, ocorre aumento de

peso, uma vez que esse excesso de energia é armazenado principalmente na forma

de gordura, como já sabemos. Ou seja, quando comemos muitos alimentos calóricos e

não há um gasto energético suficiente (uma pessoa sedentária, por exemplo)

acabamos engordando. Esse dado provavelmente não é novidade para você. Mas se

é tão simples evitar a obesidade, já que basta não comer grandes quantidades de

alimento, principalmente os altamente calóricos, por que ainda são observados índices

tão alarmantes de excesso de peso e obesidade como os mostrados no início desta

seção?

O corpo humano foi programado, ao longo da evolução, para armazenar

energia em períodos de abundância alimentar, para ser capaz de resistir a períodos de

escassez. A ação da leptina, por exemplo, estudiosos acreditam ser mais importante

para evitar subnutrição do que obesidade, uma vez que os efeitos biológicos

provocados pela baixa concentração de leptina, ou seja, aumento da ingestão

alimentar e diminuição do gasto energético, são muito mais intensos do que quando o

hormônio se encontra em concentrações elevadas. Logo, os indivíduos são

naturalmente muito mais propensos a ganhar peso do que perder.

Nas condições atuais, em que há fácil acesso aos alimentos, e baixa

necessidade de atividade física, essa característica que herdamos acaba não sendo

mais vantajosa, mas prejudicial, predispondo-nos ao ganho de peso excessivo e à

obesidade. Aliado a isso, os obesos apresentam um estado de resistência à leptina,

como já discutimos. Dessa forma, apesar dos elevados níveis do hormônio no sangue,

a informação acerca da dimensão das reservas energéticas não chega ao hipotálamo,

e a ingestão alimentar não é suprimida.

Dessa forma, a obesidade não deve ser encarada como resultado da pouca

força de vontade, caráter e determinação do sujeito obeso, mas como uma doença

Figura 6 - Evolução de indicadores na população de 20+ anos de idade, por sexo – Brasil – períodos 1974-75, 1989, 2002-2003 e 2008-2009. Fonte: Baseado em dados do IBGE.

44

crônica grave, de caráter multifatorial, cujas bases fisiológicas ainda estão sendo

esclarecidas.

Nosso organismo é dotado de variados e eficientes mecanismos de controle da

ingestão alimentar, que visam regular a entrada de energia e nutrientes no organismo.

Estudar esses mecanismos é importante para conhecer o que acontece em nosso

corpo que permite controlar um processo tão natural para nós, como a alimentação,

além de fornecer subsídios para a escolha de alimentos e hábitos de vida saudáveis.

7. Referências bibliográficas

BEAR, M.F.; CONNORS, B. W.; PARADISO, M. A. Neurociências: desvendando o sistema nervoso. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2008. BRASILEIRO FILHO, G. Bogliolo Patologia geral. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. CUMMINGS, D. E. et al. A Preprandial Rise in Plasma Ghrelin Levels Suggests a Role in Meal Initiation in Humans. Diabetes. v. 50, p. 1714-1719, jun. 2001. Disponível em: <http://diabetes.diabetesjournals.org/content/50/8/1714.long>. Acessado em: 24 maio 2012. DE MELLO, V. D.; LAAKSONEN, D. E. Fibras na dieta: tendências atuais e benefícios à saúde na síndrome metabólica e no diabetes melito tipo 2. Arq. Bras. Endocrinol. Metab., São Paulo, v.53, n.5, jul. 2009. GUYTON, A.C. Fisiologia Humana. 5 edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. HALL, J. E. Tratado de fisiologia médica. 12. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. IBGE. POF 2008-2009: desnutrição cai e peso das crianças brasileiras ultrapassa padrão internacional. 2010. Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_visualiza.php?id_noticia=1699&id_pagina=1>. Acesso em:10 maio 2012. LENT, R. Cem bilhões de neurônios?: Conceitos fundamentais de neurociência. 2. ed. São Paulo: Atheneu, 2010. MACHADO ROMERO, C. E.; Zanesco, A.O papel dos hormônios leptina e grelina na gênese da obesidade. Rev. Nutr., Campinas, v.19, n.1, jan./fev. 2006. MATTOS, L. L.; Martins I. S. Consumo de fibras alimentares em população adulta. Rev. Saúde Pública, São Paulo, v. 34, n. 1, fev. 2000. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/rsp/v34n1/1381.pdf. Acessado em:25 maio 2012. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010.


45

Capítulo 3 – Equilíbrio Hidroeletrolítico

Autores: André de Almeida da Mota e Danilo Araújo Amaral Santos

Revisão: Prof. Dr. Fernando R.M. Abdulkader e Profa. Dra. Maria Oliveira de Souza

1. Fisiologia Intestinal

O epitélio de revestimento interno do trato gastrointestinal (TGI) separa o

meio interno do meio externo e, é contínuo por todo o TGI. O transporte de

substâncias da luz do TGI para a circulação ocorre através do epitélio e do

endotélio dos capilares sanguíneos e linfáticos abaixo do epitélio. Muitas

destas substâncias passam pelo fígado sendo metabolizadas ou armazenadas,

antes mesmo de chegar à circulação sistêmica, e outras substâncias vão

diretamente para a circulação sistêmica. O intestino tem papel importante na

manutenção da homeostase energética e do equilíbrio hidroeletrolítico já que

substratos absorvidos pelo intestino estão envolvidos em diversos eventos

bioquímicos necessários para as funções fisiológicas.

Macroscopicamente o intestino é classificado em delgado e grosso, onde

o delgado é dividido em três segmentos diferenciados: duodeno, jejuno e íleo.

O duodeno é o principal segmento do delgado envolvido em processos

absortivos. O intestino delgado tem capacidade de absorção maior que o

intestino grosso, absorvendo diariamente em média de 8 a 9 litros de água, o

que corresponde a 80% da água que o atinge, além da capacidade de absorver

também 90% de NaCl que o atinge. A Figura 1 explica a superfície absortiva do

intestino delgado. O intestino grosso é dividido em ceco, colón, reto. O colón é

dividido em quatro segmentos: cólon ascendente, cólon transverso, cólon

descendente e cólon sigmóide. O cólon é o mais importante segmento do

intestino grosso, pois está envolvido na absorção de água e eletrólitos,

absorvendo 80% da água e 90% do NaCl que o atinge. Além da participação

46

na regulação do balanço hidroeletrolítico, o intestino grosso tem como principal

função, a regulação do volume e composição das fezes, e é capaz de produzir

muco para sua lubrificação.

Figura 1. Representação da superfície absortiva do intestino delgado. A. Corte longitudinal do intestino mostrando as dobras da mucosa e submucosa, visíveis a olho nu. B. Vilosidades. C. Continuidade do epitélio de revestimentos das vilosidades. D. Borda-em-escova da membrana luminal. 1. Compartimento luminal; 2. intracelular; 3. interstício; 4. compartimento vascular. As dobras circulares aumentam em 3x a área absortiva do delgado. As vilosidades intestinais elevam em 10x a área absortiva do delgado. E as microvilosidades (borda-em-escova) aumentam em 20x a área absortiva do delgado (modificado de Aires, M.M., 2ed., 2008).

A absorção que é o transporte de substâncias da luz intestinal para o

interstício, ocorre através do epitélio intestinal por diversos mecanismos:

difusão facilitada, osmose, transporte ativo primário e secundário.

- Difusão facilitada: passagem de um soluto do meio externo para o meio

interno, através de uma proteína carreadora, sem gasto de energia.

47

- Osmose: Movimento da água entre meios com concentrações diferentes de

solutos, separados por uma membrana permeável a água.

- Transporte ativo primário: Consiste no movimento de substâncias contra o

gradiente de concentração, usando energia resultante da hidrólise de uma

molécula de ATP por proteínas de transporte que são genericamente

conhecidas por bombas, mas, mais corretamente, são ATPases.

- Transporte ativo secundário: É o transporte de uma substância contra seu

próprio gradiente de concentração, acoplado ao transporte de uma outra

substância que se move a favor de seu gradiente eletroquímico.

Figura 2. Mecanismos de absorção de sódio em enterócito. Na borda em escova há os transportes passivos e acoplados NaCL, sódio-glicose, sódio-galactose, sódio-aminoácidos. Na membrana basolateral, a saída do sódio da célula se dá principalmente por transporte ativo via sódio potássio ATPase (modificado de Curi, R., 2009).

Para entendermos o transporte de substâncias através do epitélio,

temos antes que entender quais são as barreiras que as substâncias tem de

atravessar. O epitélio intestinal apresenta monocamadas formadas por células

assimétricas, que são mantidas coesas, sendo representado por um sistema de

duas membranas celulares que delimitam três compartimentos distintos:

membrana luminal (ML), que delimita a luz intestinal do compartimento

M. basolateral

48

intracelular das células epiteliais, e a membrana basolateral (MBL), que

delimita o compartimento intracelular das células epiteliais do meio intersticial.

A permeabilidade transepitelial pode ocorrer por duas vias: a via transcelular

(através das duas membranas das células epiteliais) e a via inter-ou paracelular

( através da tight-junctions e dos espaços intercelulares laterais). As tight-

junctions possuem graus diferentes de permeabilidade iônica nos diferentes

epitélios, e com base nestas diferenças temos dois tipos principais de epitélios:

tight e leaky. O epitélio leaky tem maior condutividade iônica e maior

permeabilidade à água do que o epitélio tight, com isso o epitélio leaky tem

maior importância nos fluxos de água e íons, ao contrário do epitélio tight. Uma

característica comum a todos os epitélios transportadores é a localização da

bomba eletrogênica ou reogênica, (a sódio e potássio ATPase) na MBL, sendo

esta a responsável pela passagem ativa do íon sódio pela via transepitelial, e

pela manutenção do gradiente de potencial eletroquímico entre as células e o

meio extracelular ( lúmem e interstício).

Os epitélios transportadores também têm uma diferença de potencial

elétrico transepitelial (DP-trans) entre os dois ambientes separados pelo

epitélio: o fluido luminal e o meio intersticial, onde o meio intersticial é positiva

em relação ao fluido luminal. Esta diferença de magnitude de potencial é

devida aos distintos processos de transporte existentes nas duas membranas

(luminal e baso-lateral), ou seja, ao transporte transepitelial, mas também

depende da condutância iônica das tight–junctions que são as regiões de

aderência entre as células epiteliais. A manutenção e gênese da DP- trans,

deve-se à contribuição da sódio e potássio ATPase da MBL e à presença de

diferentes transportadores na membrana luminal.

Se a condutância das tight-junctions é alta, também denominadas vias de shunt, elas curto-circuitam a DP-trans resultante do transporte de íons

transcelular. Ou seja, a DP-trans é baixa. Sendo assim a condutância iônica da

via de shunt é o que determina a resistência elétrica do epitélio, estabelecendo

se o epitélio é do tipo “tight” (resistência e DP-trans relativamente alta) ou

“leaky” (resistência e DP-trans relativamente baixa).

49

Normalmente ingerimos 2 L de água diariamente, tanto na forma líquida,

quanto contida em alimentos. No trato gastrintestinal (TGI) são secretados

aproximadamente 7 L de água por dia, líquidos provenientes de saliva (1,5 L),

estômago (2,0 L), pâncreas (1,5 L), bile (0,5 L) e secreções do próprio delgado

(1,5 L). Assim, diariamente passam pelo TGI no total cerca de 9 litros de

fluidos, onde destes cerca de 7,5 L são absorvidos pelo delgado, e cerca de

1,4L pelo cólon, o que significa que apenas 0,1 L de fluido é excretado em

aproximadamente 100 a 150g de fezes por dia. O epitélio duodenal é “leaky”

sendo muito permeável a água, predominando os fluxos secretórios de água no

duodeno. O jejuno absorve água em valores consideráveis, já que ele absorve

produtos da digestão de proteínas, carboidratos em acoplamentos com o íon

sódio, gerando gradientes osmóticos para absorção de água. A absorção de

água é secundária e proporcional à absorção de solutos, ocorrendo entre dois

compartimentos aproximadamente isotônicos, o luminal e o intersticial-

plasmático. A força movente para o fluxo absortivo de água resulta na diferença

de osmolaridade entre o fluido luminal e os meios intra e intercelular.

O sódio é o principal eletrólito do fluido extracelular, sendo absorvido em

todo intestino, diminuindo a absorção no sentido céfalo-caudal, por diminuição

de área absortiva. É altamente responsável pela volemia e está diretamente

envolvido na absorção de vários substratos orgânicos, como glicose, galactose,

e aminoácidos, através de transporte secundário. Por ter conteúdo isotônico, o

intestino delgado só absorve sódio na ausência de gradiente de potencial

eletroquímico significante, entre a luz intestinal e o compartimento intersticial-

vascular. Pouco sódio é excretado por via intestinal, ele é altamente

reaproveitado. O sódio move-se da luz intestinal para o interior das células do

delgado, através da ML, a favor de seu gradiente.

A absorção de cloreto ocorre ao longo do intestino por duas vias, a

paracelular e a transcelular. A transcelular tem duas vias: uma via absorção

depende da entrada de sódio (transporte secundário), e na outra via absorção

depende do contratransporte Cl¯/ HCO¯. A paracelular ocorre a favor do

gradiente de potencial eletroquímico transepitelial, de maneira desacoplada.

50

O transporte de potássio ocorre por difusão passiva através da via inter-

ou paracelular, a favor de seu gradiente de potencial químico transepitelial,

ocorrendo secundariamente à absorção de água. Após absorção de água o

volume do conteúdo intestinal é reduzido, ocorrendo um diferencial de potencial

químico transepitelial para o potássio por aumento da diferença de

concentração entre o lúmen e o interstício, o que é necessário para a absorção

do potássio. Como o potássio necessita da absorção de água para ser

absorvido, se há algum problema em absorver água (por exemplo, na diarréia),

logo não haverá absorção de potássio, ocorrendo hipocalemia com

consequentes distúrbios da contração muscular.

2. Fisiologia Renal

A fisiologia renal do ser humano pode ser compreendida a partir do

conhecimento de seu órgão.

Os rins, órgãos em formato de feijão e localizados na região lombar, são

responsáveis por formar a urina, composto que consiste em água e

substâncias hidrossolúveis, geradas a partir da metabolização celular, como

por exemplo: uréia, ácido úrico, creatinina. A urina também conter eletrólitos,

como: NaCl, íons cálcio, KCl e outros.

Um papel importante proporcionado pelos rins é o balanço de

concentração, de diversos compostos, entre o filtrado e o interstício. Um destes

compostos é o sódio, cuja ingestão diária de um individuo adulto é de cerca de

150 mEq, sendo excretada a mesma quantidade pela urina em condições

normais, considerando que os rins filtram cerca de 24.000 mEq de sódio por

dia, sendo que 99% desta quantidade é reabsorvida ao longo do néfron.

O sangue não passa pelos rins apenas com a função de nutrir as células

renais, mas principalmente com a função ser ali filtrado e depurado, retirando

as substâncias a serem excretadas do sangue e, assim, eliminando-as através

da urina.

No rim nota-se a presença de uma artéria e uma veia renal. A artéria

renal leva o sangue para o rime suas ramificações, passando por todas as

estruturas renais, sendo elas: Córtex Renal, Medula Renal, Pirâmide, Pélvis

51

Renal e Ureter. Os rins recebem 20% do débito cardíaco, que é o volume de

sangue ejetado pelo coração por minuto.

Do ponto de vista macroscópico, uma estrutura que tem extrema

importância no processo de excreção renal e reabsorção de alguns compostos,

se chama néfron. O néfron é a unidade funcional do rim, podendo ser dividido

em: glomérulo, cápsula de Bowman, Túbulo Contorcido Proximal, Alça de

Henle, Túbulo Contorcido Distal, Túbulo Coletor Cortical e Ducto Coletor. Há

aproximadamente um milhão de néfrons em cada rim.

A região onde ocorre o início da filtração e da formação de urina é no

glomérulo. O glomérulo filtra cerca de 20% do plasma que nele chega. O fluido

filtrado pelo glomérulo é considerado um ultrafiltrado do plasma, onde a sua

composição de água e solutos são iguais à do sangue, exceto pela ausência de

proteínas plasmáticas e células sanguíneas. Vale considerar também que

substâncias ligadas as proteínas do plasma não são filtradas, tal como uma

parte do cálcio circulante e alguns fármacos.

Figura 3. Estruturas do néfron (modificado de Curi, R., 2009).

52

Para impedir que proteínas e células atravessem a membrana do capilar

glomerular e alcancem a cápsula de Bowman, os capilares glomerulares

apresentam estruturas anatômicas que garantem uma barreira física,

impedindo a filtração de proteínas e células. Já outro tipo de barreira é a

elétrica, que age impedindo a passagem de substâncias carregadas

negativamente, pois a barreira filtrante tem uma característica eletronegativa.

Isso faz com que ânions pequenos, que por seu tamanho passariam pelos

poros da barreira filtrante, não o façam. Isso é particularmente importante no

caso de proteínas plasmáticas.

Após a cápsula de Bowman é encontrado o Túbulo Contorcido Proximal

(TCP). O TCP pode ser dividido em três unidades: S1, S2 e S3. Ele se

caracteriza por reabsorver grande parte do sódio e do cloreto filtrado por

transporte transepitelial, e pela alta permeabilidade à água, tanto por via

transepitelial como para celular.

A reabsorção do filtrado glomerular pode chegar a 65% do seu volume

no TCP, sabendo que o volume deste filtrado segue em torno de 180 litros por

dia. Este filtrado que vem da cápsula de Bowman é considerado uma solução

complexa, que apresenta solutos inorgânicos, solutos orgânicos de baixo peso

molecular (uréia, glicose, aminoácidos e etc.) e moléculas protéicas que

apresentem baixo peso molecular para as quais as barreiras impostas pelo

glomérulo não são suficientes para impedir a sua passagem. Essa composição

é alterada ao longo do TCP, ocorrem processos que reabsorvem grande parte

dos solutos orgânicos e inorgânicos do filtrado, que ao chegar ao segmento

fino descendente da alça de Henle não contém grande parte destes solutos. A

solução que sai do TCP pode ser considerada isotônica em relação à

concentração de NaCl, essa isotonicidade deve-se a uma diferença de

potencial presente no epitélio do TCP que é de extrema importância para a

reabsorção de cátions. Já no caso do cloreto nota-se um aumento de

concentração ao longo do TCP chegando na ultima porção (S3) com

concentração luminal maior que a concentração plasmática, assim, onde é

reabsorvido, principalmente, por difusão ou arraste com a água. A água é

reabsorvida, principalmente, a partir de um gradiente de pressão osmótica que

tende a diluir substâncias reabsorvidas que, devido a uma propriedade

53

anatômica dos epitélios que compõem o TCP, são altamente permeáveis a

água devido a presença de proteínas de membranas chamadas aquaporinas.

Essa intensa reabsorção de sódio, através de transportes acoplados e

outros meios de reabsorção, e de água geram um gradiente favorável para a

reabsorção passiva de outros compostos inorgânicos, como o cloreto e o

potássio.

A proteína de membrana que pode ser considerada como a de maior

importância é a bomba de Na+- K+ ATPase, que faz uma troca de três íons de

sódio (vindas do MIC) por dois íons de potássio (trazidos do interstício). Esse

transporte ativo só é possível utilizando a energia proveniente da quebra de

ATP, para isso há muitas mitocôndrias nas células do epitélio de transporte.

Este mecanismo de transporte é importante para manter as concentrações

intracelulares de sódio e potássio reguladas, uma vez que o potássio tende a

sair do meio celular para o interstício e o sódio a entrar. Caso ocorra uma

entrada descontrolada de sódio na célula pode ocorrer lise celular já que a

água segue a concentração de sódio, tendendo a diluí-lo, um dos conceitos de

osmose. O potássio tende a sair da célula devido a uma diferença de

concentração. Já o sódio tende a entrar na célula através de vários

mecanismos de transporte, como por exemplo uma troca entre um íon sódio

dele vindo da luz do TCP por um íon de H+ intracelular, ou então ele se acopla

a solutos orgânicos e/ou a solutos inorgânicos sendo absorvido junto destes.

• Exemplos de solutos orgânicos são: glicose, aminoácidos e

ácidos orgânicos.

• Exemplos de solutos inorgânicos: íons ( Cl-, H+, HPO42- e etc.)

Um importante processo que também ocorre no TCP é a reabsorção de

glicose. Essa reabsorção (ocorrida principalmente no primeiro segmento do

túbulo) é um transporte ativo secundário, pois gasta ATP primariamente para

reabsorver através da Na+- K+ ATPase. Usando este gradiente de sódio gerado

pela bomba, há uma proteína de transporte na membrana luminal que acopla o

transporte de Na+, a favor do gradiente, com a glicose, que passa então a ser

transportada contra o seu gradiente de concentração. Nas porções mais iniciais

do túbulo as proteínas de membrana responsáveis por esse transporte o fazem

54

em uma proporção de um Na+ por uma glicose. Já nas porções finais essa

proporção fica em dois Na+ por uma glicose.

Agora para a glicose se mover do meio intracelular para o interstício,

isto se da através de difusão facilitada por um transportador chamado GLUT1

(nas porções finais do túbulo) e GLUT2 (nas porções iniciais do túbulo).

O transporte de cloreto é outro ponto de destaque, visto que tem grande

importância no meio celular, como por exemplo, na manutenção do volume

celular. No TCP o íon cloreto (Cl-) é absorvido por 2 maneiras distintas, sendo

elas: arraste pela água e troca entre íons através das membranas das células

epiteliais.

O arraste pela água é feito na porção mais inicial do TCP, onde uma

voltagem negativa da luz do túbulo gera uma preferência pela reabsorção deste

íon. Já nos segmentos finais do TCP a reabsorção ocorre por uma troca entre o

Cl- com ânions intracelulares, como HCO3, OH-, oxalato e formato.

A Alça de Henle (AH), principalmente o seu ramo ascendente

corresponde a cerca de 25% do filtrado de NaCl e outros eletrólitos (Ca2+ e

Mg2+), não sendo essa a sua única função, também podendo destacar a

gênese de hipertonicidade na medula renal e a reabsorção de água filtrada. Já

as porções descendente e ascendente fina realizam grandes transporte de

água e de eletrólitos, por transportes passivos, a porção descendente por

contar com grande concentração de proteínas de membrana que realizam o

transporte da água (aquaporinas).

O fluido vindo do túbulo proximal é isotônico em relação ao plasma, ou

seja, constitui de mesma concentração total de íons, que vai se modificando na

concentração especifica de cada soluto ao longo do segmento, assim

mantendo um equilíbrio osmótico com o interstício.

Na porção fina descendente ocorre uma perda de água do filtrado

através das aquaporinas, que garantem a reabsorção de água para o

interstício, assim, gerando um equilíbrio osmótico, sendo que neste segmento

do néfron há uma maior concentração destas proteínas de membrana se

comparado ao TCP. Há também a secreção de uréia no fluido luminal por

difusão facilitada pelo transportador de uréia UT2.

55

A porção ascendente fina já pode ser caracterizada como impermeável a

água e permeável a NaCl e uréia, assim como outros íons, sendo que o NaCl é

reabsorvido e a uréia é secretada para a luz.

O ramo espesso ascendente se caracteriza pelo intenso transporte

transepitelial de NaCl e a impermeabilidade a água. A reabsorção de NaCl se

da através da ação do hormônio anti-diurético (ADH) que estimula a sua

reabsorção através da atividade de proteínas que transportam Na+, K+ e 2Cl-

da luz do túbulo para o citoplasma através da membrana luminal. Outros íons

que também são reabsorvidos neste segmento são o potássio e o bicarbonato,

cerca de 10%, o cálcio (25%) e o magnésio (70%).

Nos túbulos contorcidos distais (TCD) destaca-se a reabsorção

transcelular de sódio (aproximadamente 5%), graças ao acoplamento deste ao

cloreto, sendo então reabsorvido de forma passiva, e a impermeabilidade a

água. O sódio é transportados para o interstício através da Na+-K+ ATPase e o

cloreto através de canais. Uma informação relevante é de que neste segmento

a concentração de sódio é de, aproximadamente, 35 mEq ao contrário do

filtrado no TCP que é de cerca de 150 mEq. Ou seja ao longo do ramo

ascendente espesso da alça de Henle há uma diluição do filtrado que se da,

não pela entrada de água, mas sim pela reabsorção de NaCl.

O NaCl ali reabsorvido concentra o fluido que desce pelo ramo

descendente (que como discutimos acima é permeável a íons e água), o que

faz com que na transição entre os ramos descendente e ascendente (na

medula) a osmolaridade seja muito alta.

No ducto coletor também há ação do hormônio aldosterona, que controla

a reabsorção de sódio (podendo ser reabsorvido passivamente) e excreção de

potássio, pois, aumentam a síntese de proteínas de membrana que fazem a

troca entre sódio por potássio (Na+- K+ ATPase na membrana basolateral e

canais para o Na+ e canais para K+ na membrana luminal). A ação da

aldosterona, portante, aumenta ainda mais a reabsorção de NaCl no rim,

acompanhada de água, o que aumenta o volume do meio extracelular.

Alem de participar da regulação do volume extracelular, os rins também

tem um papel na regulação da osmolaridade do fluido extracelular. Isso é dado

56

pela ação do hormônio antidiurético (ADH) sobre células do túbulo proximal e

coletor, que aumenta nessas células a quantidade de aquaporinas na

membrana luminal. Isso promove uma entrada regulada de água do filtrado

para o meio intersticial através do epitélio, movida principalmente pela

hipertonicidade medular gerada pelos sistemas de transporte da alça de Henle.

Mas o que regula os níveis sanguíneos de ADH? Há no hipotálamo estruturas

osmorreceptoras que monitoram a osmolaridade do meio extracelular momento

a momento e, em resposta a esse monitoramento, regulam a liberação de ADH

para o sangue. Os mesmos osmorreceptores participam do mecanismo da

sede, no qual ocorre uma excitação dos osmorreceptores (presente no

hipotálamo), resultante da hiperosmolaridade extracelular, gerando a sensação

de sede à nível do núcleo vasculoso terminal. O causador da

hiperosmolaridade é o excesso de eletrólitos, que com a ingestão de água

(solvente) será diluído. A sensação de sede é muito precisa, sendo requerida

de acordo com a necessidade fisiológica de diminuição da concentração de

eletrólitos.


AIRES, M. M. Fisiologia. 3ª edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

AIRES, M. M. Fisiologia. 2ª edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008.

CURI, R.; PROCOPIO, J. Fisiologia Básica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. DOUGLAS, C. R. Fisiologia aplicada à Nutrição. 2 ª edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.


57

Capítulo 4 – Exercício Físico

Autores: Ariane de Oliveira Turati, Bruno Cezar de Oliveira Alcântara, Carla

Rocha dos Santos, Carolina Catto e Lucila Emiko Tsugiyama.

Revisão: Prof. Dr. Fabio Bessa Lima, Profa. Dra. Lisete Compagno Michelini e

Profa. Dra. Maria Tereza Nunes

1. Sistema Muscular Esquelético Estrutura e composição do músculo esquelético

Parte do movimento humano depende da ação dos músculos esqueléticos, e

esta por sua vez, depende da conversão de energia química contida no ATP em

energia mecânica para a ação motora.

O músculo esquelético (Figura 1) é recoberto externamente por epimísio,

tecido conjuntivo fibroso, seguido de outra camada de tecido conjuntivo, perimísio, o

qual envolve o fascículo, feixe de até 150 fibras musculares. Estas fibras são

envolvidas pelo endomísio, uma fina camada de tecido conjuntivo, que as separa

umas das outras. Logo abaixo do endomísio, circundando o conteúdo celular de cada

fibra muscular existe uma fina membrana elástica, o sarcolema, o qual é constituído

por uma membrana plasmática (plasmalema) e uma membrana basal. Entre essas

duas membranas estão as células satélites, que são mioblastos (células

precursoras de fibras musculares) quiescentes, mas capazes de auxiliar em processos

de regeneração e adaptações ao exercício. Abaixo do sarcolema e entremeando todas

as fibras musculares existe o sarcoplasma, meio aquoso que contém todas as

substâncias necessárias para o funcionamento das células musculares, tais como

enzimas, partículas de gordura, glicogênio e organelas.

Ao redor de cada fibra muscular existe um sistema de túbulos e vesículas

altamente especializado, que garante a rápida chegada da onda de despolarização da

superfície externa da fibra até o seu meio interno, onde é iniciada a contração

muscular. Esse sistema recebe o nome de retículo sarcoplasmático, o qual contém

58

bombas de íons Cálcio (Ca2+) responsáveis pela retirada ativa de Ca2+ do sarcoplasma

após a contração muscular, mantendo a concentração basal deste íon e um ambiente

favorável para a nova entrada de Ca2+ durante a contração muscular subsequente.

O tecido muscular é também composto por água (75%), proteínas (20%), sais,

ATP, lactato, minerais, íons, enzimas e nutrientes, além da mioglobina (proteína

carreadora de oxigênio no músculo). Estão ainda presentes artérias e veias (paralelas

a cada fibra muscular), arteríolas, capilares e vênulas (dentro e ao redor do

endomísio), garantindo assim perfusão adequada, com ótima nutrição, oxigenação e

remoção de metabólitos e de dióxido de carbono.

Figura 1. Estrutura do músculo esquelético (retirado de McArdle, W.D., 5a edição, 2003).

A fibra muscular (Figura 2), unidade padrão do tecido muscular possui vários

constituintes. Entre eles há a miofibrila, que é uma subunidade da fibra muscular,

contendo filamentos ainda mais finos, chamados miofilamentos. Esses miofilamentos

são constituídos basicamente por: proteínas contráteis, a actina (filamento fino) e a

miosina (filamento espesso), por proteínas regulatórias que afetam a interação dos

filamentos proteicos durante a contração (como por exemplo: tropomiosina e

59

troponina) e por proteínas estruturais, responsáveis pela manutenção da estrutura do

sarcômero (titina, α e β-actinina, talina, desmina), entre outras presentes.

Figura 2. Estrutura da fibra muscular (retirado de McArdle, W.D., 5a edição, 2003).

Na miofibrila existe um padrão de estriações, com faixas mais claras e outras

mais escuras: a área mais clara é a faixa I, constituída basicamente por filamentos de

actina, contendo ao centro a linha Z (que, aderida ao sarcolema, proporciona

estabilidade à estrutura), e a área mais escura denominada faixa A, composta por

filamentos de actina e miosina, contendo ao centro a zona H (ausência de filamentos

de actina) e a faixa M, de localização central. A estrutura delimitada por duas linhas Z

constitui o sarcômero, que é de fato a unidade funcional de uma fibra muscular.

Contração muscular

O processo de contração muscular é dependente da disponibilidade de Ca2+

intracelular, pois sua entrada no sarcoplasma desencadeia uma série de alterações

que culminam na interação da actina com a miosina, que são as proteínas contráteis.

(Figura 3).

Esse processo é constituído de várias etapas: com a chegada de um potencial

de ação na membrana muscular, ocorre a despolarização dos túbulos T

(invaginações do sarcolema para o interior da fibra muscular, que aumentam a

superfície celular além de levar a excitação até a intimidade da fibra). Próximos a

estes, encontram-se cisternas e uma extensa rede de dutos intracelulares

60

(constituintes do retículo sarcoplasmático, que armazenam o Ca2+) e cuja estimulação

leva à liberação de Ca2+ do retículo para o sarcoplasma. O Ca2+ liberado liga-se a

troponina (presente no filamento de actina, inibindo sua interação com a miosina) e

favorece a interação da actina. A interação de actina com as pontes cruzadas da

miosina preparam o sarcômero para a contração, enquanto o ATP é hidrolisado,

gerando energia para o deslizamento dos filamentos uns sobre os outros, encurtando

os sarcômeros e promovendo a contração muscular. Esses ciclos se repetem

enquanto houver Ca2+ livre no sarcoplasma e disponibilidade de ATP. O relaxamento

da fibra muscular ocorre com o sequestro do Ca2+ para o retículo sarcoplasmático,

permitindo que a troponina iniba a interação de actina e miosina, bloqueando a

quebra de ATP para o fornecimento de energia.

Figura 3. Contração muscular (modificado de McArdle, W.D., 5a edição, 2003).

Tipos de fibra muscular

São conhecidos dois tipos básicos de fibras musculares, diferenciadas por

aspectos contráteis e metabólicos, chamadas de fibras de contração lenta (tipo I) ou

oxidativas e fibras de contração rápida (tipo II) ou glicolíticas, subdividindo-se em

tipos IIa, IIb (ou IIx) e IIc.

As fibras de contração lenta tem por característica baixa atividade da miosina

ATPase (enzima responsável pela velocidade de contração muscular), velocidade de

contração mais lenta, metabolismo glicolítico menos desenvolvido e mitocôndrias

grandes e numerosas. Portanto, são fibras predominantemente aeróbicas, resistentes

à fadiga e apropriadas para exercícios físicos prolongados como corrida e natação.

Já as fibras de contração rápida são caracterizadas por sua alta capacidade de

transmissão do potencial de ação, alta atividade da miosina ATPase, rápida liberação

e captação de Ca2+ para o retículo e eficiente turnover das pontes cruzadas. Por esse

motivo, são fibras predominantemente anaeróbicas, pouco resistentes à fadiga e

apropriadas para exercícios de velocidade e explosão como ocorre no atletismo

61

(provas de velocidade) e no basquete. As fibras de contração rápida do tipo IIa são

fibras mais intermediárias, apresentando alta velocidade de contração, porém boa

capacidade de utilização de energia tanto de fontes aeróbicas quanto anaeróbicas e

por isso são reconhecidas como fibras rápidas oxidativas glicolíticas. As fibras do tipo

IIb (IIx) são de fato as fibras mais fiéis a sua classificação, reconhecidas como fibra

rápida glicolítica, pois possuem maior potencial anaeróbico e alta velocidade de

contração.

Adaptações ao exercício físico aeróbico

Cada indivíduo tem um tipo de composição muscular, podendo apresentar

mais ou menos fibras oxidativas ou glicolíticas, o que é determinado geneticamente.

As adaptações promovidas pelo exercício físico aeróbico são tanto advindas de

mudanças bioquímicas, quanto de mudanças metabólicas e estruturais dos músculos.

Portanto, o tipo básico de fibras musculares esqueléticas de um indivíduo não se

altera, no entanto, todas as fibras existentes no músculo aprimoram seu potencial

aeróbico. É importante ressaltar que as adaptações na musculatura são dependentes

da especificidade do treinamento, por exemplo, um corredor de longa distância que

objetiva aprimorar seu rendimento e adaptar sua musculatura para suportar percorrer

maiores distâncias, deve treinar corrida e não natação, pois quanto maior for a

utilização do músculo que será requisitado para tal atividade, melhor adaptação lhe

ocorre.

São observadas diversas alterações como aumento no conteúdo de

mioglobina; oxidação mais rápida e eficiente de glicogênio e lipídeos, sendo que o

estoque de lipídeos intramuscular aumenta garantindo preservação de glicogênio

muscular; melhora na capacidade de enzimas oxidativas tais como a citrato sintase

(enzima presente no ciclo do ácido cítrico); aumento no número e tamanho das

mitocôndrias contribuindo para melhor oxidação. Em relação às fibras musculares,

ocorre um aumento no tamanho das fibras de contração lenta em relação às de

contração rápida e também pode haver conversão de fibras do tipo IIb para as do tipo

IIa, auxiliando na oxidação rápida. Além disso, existe um aumento significativo na

capilarização de indivíduos treinados aerobiamente, garantindo assim melhor chegada

de oxigênio e de nutrientes, bem como a remoção de metabólitos e de calor do

músculo em atividade.

62

2. Sistema Respiratório

Estrutura e função

O sistema respiratório tem como principais funções: 1) realizar trocas

gasosas através da ventilação pulmonar, um processo pelo qual o ar ambiente rico

em oxigênio entra nos pulmões permitindo a oxigenação do sangue e a retirada de

dióxido carbônico, e sua volta ao meio ambiente trazendo o excesso de dióxido

carbônico. 2) manter o equilíbrio ácido-base na circulação, funções estas

importantes para a manutenção da homeostase do organismo.

Este sistema (Figura 5) é composto por vias aéreas superiores (cavidades

oral e nasal) onde o ar é umidificado, aquecido e filtrado; zona condutora, (traqueia,

brônquios e bronquíolos) onde o ar é conduzido; e a zona respiratória, composta

pelos alvéolos, onde ocorre a ventilação pulmonar, onde ocorre o processo de trocas

gasosas entre o sangue e o ar ambiente que chega aos alvéolos.

O tecido pulmonar é entre os demais tecidos, o que recebe maior aporte de

sangue em todo organismo, correspondendo ao débito cardíaco. O transporte do

oxigênio que chega aos alvéolos é feito 97% pela hemoglobina (molécula carreadora

de oxigênio) presente nas hemácias e 3% dissolvido no plasma. Já o transporte de

gás carbônico é realizado 5% dissolvido no plasma, 60-80% na forma de bicarbonato

de sódio e 20% como composto carbamínico.

Mecânica da ventilação

A mecânica ventilatória engloba os processos de inspiração e expiração. A

inspiração é um processo ativo, no qual músculo diafragma se contrai e desce,

enquanto os músculos intercostais externos se contraem, tracionando as costelas para

cima e para frente, auxiliando na expansão lateral da caixa torácica. Dessa maneira, a

pressão intrapulmonar diminui, favorecendo o aparecimento de um gradiente de

pressão entre o meio externo e o intrapulmonar, permitindo a entrada de ar nos

pulmões.

63

Figura 4. Estrutura do sistema respiratório (retirado de McArdle, W.D., 5a edição, 2003).

Já a expiração, em situação de repouso, é um processo passivo, pois resulta

da retração natural do tecido pulmonar distendido e o relaxamento dos músculos

inspiratórios. Dessa maneira, há redução do volume da caixa torácica e aumento da

pressão intrapulmonar, gerando novo gradiente de pressão para a saída do ar. No

entanto, em situações de exercício extenuante e hiperventilação, a expiração torna-se

ativa para atender à maior demanda de trocas gasosas, com atuação dos músculos

intercostais internos e abdominais.

Um dos fatores que auxiliam a ventilação é a presença do surfactante

(substância lipoprotéica que reveste os alvéolos), que contribui para a redução da

tensão superficial existente entre o ar que chega aos alvéolos e a camada de líquido

presente neles.

A ventilação é controlada neuralmente, tendo suas áreas de controle situadas

no bulbo e na ponte, que respondem a quimiorreceptores centrais e periféricos,

sensíveis a pressão de oxigênio, pressão de gás carbônico e pH.

Volumes e capacidades pulmonares

Os volumes e capacidades dos pulmões são importantes parâmetros para

diagnósticos de doenças sendo também utilizados para prescrição de treinamento

físico. Alguns desses parâmetros são:

64

Volume corrente (volume de uma inspiração ou de uma expiração durante um ciclo

respiratório);

Volume de reserva inspiratório (volume passível de ser inspirado além do volume

corrente);

Volume de reserva expiratório (volume passível de ser expirado após a expiração

normal);

Volume residual (volume de ar que permanece nos pulmões após a máxima

expiração possível);

Capacidade vital forçada (corresponde ao volume corrente, o volume de reserva

inspiratório e o volume de reserva expiratório),

Capacidade pulmonar total (é o volume residual e a capacidade vital forçada),

Capacidade inspiratória (volume máximo inspirado após uma expiração normal),

Capacidade residual funcional (volume restante nos pulmões após uma expiração

normal).

O consumo máximo de oxigênio (VO2 máximo) é uma medida feita para se

avaliar a capacidade máxima que o organismo tem de captar e utilizar o oxigênio do ar

inspirado. Este parâmetro é bastante utilizado na quantificação e prescrição de

exercícios físicos, uma vez que o aumento na demanda de oxigênio dos músculos em

atividade influencia diretamente na captura e utilização do oxigênio pelo organismo.


Uma das principais adaptações do nosso organismo ao treinamento físico é a

melhora do consumo de oxigênio, como dito anteriormente, ele está diretamente

relacionado à capacidade de utilização do oxigênio e, portanto, está relacionado à

capacidade do organismo de manter o exercício à custa do metabolismo aeróbio.

O consumo máximo de oxigênio é influenciado diretamente: pela modalidade

de exercício (exercícios que utilizam maior massa corporal e tem um componente

dinâmico mais importante apresentam maior consumo), tempo de treinamento, sexo,

composição corporal e idade. Da mesma forma que para o sistema muscular, a

melhora do consumo máximo de oxigênio depende da especificidade do exercício e

dos grupos musculares ativos, justamente porque a utilização do oxigênio é facilitada

na musculatura ativa.

Com o treinamento em exercício submáximo (o exercício realizado em

intensidade moderada), a ventilação aumenta linearmente com a captação de oxigênio

e a produção de dióxido de carbono, principalmente pelo aumento do volume corrente,

sendo que a frequência respiratória tem papel mais importante em intensidades

65

maiores de exercício. Esse ajuste em longo prazo é o que favorece que mais oxigênio

permaneça em contato com a superfície alveolar, melhorando a condição de trocas

gasosas entre alvéolo e capilar. Ou seja, indivíduos treinados precisam ventilar menos

para conseguir um mesmo consumo submáximo de oxigênio quando comparados a

indivíduos destreinados. Além disso, a capacidade aeróbia melhora de 15 a 20% nos

primeiros três meses e 50% nos primeiros dois anos.

Portanto, os ajustes celulares, bioquímicos e estruturais que ocorrem no

sistema respiratório, favorecem ainda mais o desempenho físico de forma a suportar

cada vez mais eficientemente a sobrecarga de trabalho imposta ao organismo com

menor esforço.

3. Sistema Cardiovascular

Estrutura e função: músculo cardíaco e vasos sanguíneos

Todas as células de nosso corpo necessitam de oxigênio e nutrientes

essenciais para viver. O papel do sistema cardiovascular é manter a perfusão tecidual,

garantindo que o sangue arterial rico em oxigênio e nutrientes chegue a todas as

células que compõe o nosso organismo, removendo também da intimidade das células

o gás carbônico e produtos nitrogenados produzidos pelo metabolismo celular. A

pressão necessária para que o sangue circule é gerada pela atividade cardíaca e o

fluxo sanguíneo é conduzido pela aorta, artérias e arteríolas até os capilares, vasos

extremamente finos onde as trocas se realizam. Dos capilares o sangue, com menor

teor de oxigênio e maior teor de gás carbônico após a troca com o líquido intersticial,

retorna ao coração pelas vênulas e veias. Esta é a circulação sistêmica. Do coração o

sangue venoso é direcionado à circulação pulmonar, ou seja, aos pulmões e capilares

pulmonares, onde volta a ser oxigenado e libera o gás carbônico ao ar ambiente. O

sangue arterial retorna ao ventrículo esquerdo, reiniciando o processo. O sangue flui

continuamente pelo sistema circulatório através da atividade conjunta do coração (a

"bomba propulsora" que gera a pressão sanguínea), dos vasos arteriais (que oferecem

resistência à circulação do sangue e proporcionam distribuição adequada do sangue

aos diferentes territórios) e dos vasos venosos (que funcionam como um reservatório

de sangue).

66

Hemodinâmica da circulação

A diferença de pressão entre os diferentes compartimentos do sistema

circulatório mantém o sangue circulando no organismo. A pressão é gerada na raiz da

aorta pela atividade cíclica do coração, que engloba 2 fases: a diástole ou

relaxamento das câmaras cardíacas durante a qual ocorre o enchimento do coração,

e, a sístole ou contração, que se presta ao esvaziamento das câmaras cardíacas.

Portanto, o ventrículo esquerdo ao se contrair ejeta um volume de sangue na aorta. As

paredes da aorta são como bandas elásticas que se esticam durante a ejeção do

sangue (sístole), armazenando parte da energia cinética gerada pelo coração e, ao se

relaxarem durante a diástole, retornam a energia armazenada à circulação, garantindo

um gradiente de pressão durante todo o ciclo cardíaco. Este efeito, associado à

resistência oferecida pelas artérias de menor calibre (arteríolas) que evitam a saída

instantânea do sangue do leito arterial durante a sístole, garantem a perfusão dos

capilares também durante a diástole. Há também ao nível das arteríolas, queda

acentuada dos níveis de pressão arterial, a qual continua caindo de forma mais

gradual durante o trajeto pelos capilares, vênulas e veias.

Os mecanismos de controle da pressão arterial são:

Controle miogênico: Variações compensatórias do calibre dos vasos ocorrem em

resposta a variações instantâneas de fluxo e pressão, deforma a manter constante o

fluxo sanguíneo. Aumento da velocidade de fluxo causa maior atrito entre as camadas

de sangue em movimento e o endotélio vascular, aumentando o estresse (ou tensão)

de cisalhamento, o qual determina a secreção de NO, um importante vasodilatador da

ação local.

Controle neural: é o controle instantâneo da pressão comandado pelos

barorreceptores arteriais (estruturas sensíveis a deformações da parede arterial,

ativadas por variações para mais e para menos dos níveis de pressão) que

desencadeiam mecanismos neurais, os quais determinam respostas reflexas que

trazem de volta a pressão a seu nível controle, mantendo-o dentro de uma estreita

faixa de variação.

Controle renal: é um mecanismo de ação mais em longo prazo que regula o volume

sanguíneo (volemia) por meio de retenção ou eliminação de sais e água através de

mecanismos renais.

Controle hormonal: é um importante coadjuvante do controle da pressão arterial, que

engloba a ação de vários hormônios como a angiotensina II, a aldosterona e a

67

vasopressina. A angiotensina II tem ação vasoconstritora e trófica, aumentando a

resistência oferecida à circulação do sangue e consequentemente a pressão arterial.

Por sua vez a vasopressina age nos dutos coletores renais aumentando a reabsorção

de água, enquanto que a aldosterona age nos túbulos renais aumentando a

reabsorção ativa de sódio (e água passivamente). Estes efeitos contribuem de forma

importante para a manutenção da volemia.


Durante o exercício físico há aumento da perfusão dos tecidos em atividade

desencadeada pela maior necessidade de oxigenação dos músculos devido à sua alta

atividade metabólica. Desta forma ajustes funcionais e anatômicos são necessários para

propiciar condições adequadas para a manutenção do exercício. Entre os ajustes

instantâneos ao exercício, citam-se o aumento da frequência (FC) e volume sistólico de

ejeção (VS, determinado pela maior contratilidade cardíaca) que aumentam o débito

cardíaco (DC = FC x VS), e, a redistribuição do fluxo sanguíneo: há intensa vasodilatação

muscular esquelética aumentando o fluxo sanguíneo para os músculos em atividade,

acompanhada de vasoconstrição nos órgãos menos ativos (rins e trato gastrointestinal), o

que reduz o fluxo local desviando-o para regiões mais ativas, como observado nas figuras 5

a (em repouso) e b (durante o exercício).

Figura 5: Redistribuição do débito cardíaco

(http://www.fisio.icb.usp.br/aulasfisio/cursos/medicina/bmb115_2010/CV10CircCapTrocasLCM.pdf) Entre os efeitos a longo-prazo do exercício repetitivo (treinamento aeróbio),

pode-se dizer que a prática de exercício aeróbio possui efeitos preventivos e

terapêuticos. Preventivo, pois diminui os efeitos que acomete todos durante o

envelhecimento, o EF evita:

68

● a diminuição dos miócitos cardíacos e a resposta contrátil a agentes como

adrenalina e noradrenalina, o que poderia levar a uma diminuição da força de

contração;

● aumento da fibrose intersticial, o que comprometeria o relaxamento;

● o aumento da rigidez arterial, pois com o envelhecimento há aumento de colágeno, o

que levaria a um aumento do pulso de pressão;

● rarefação capilar nos tecidos exercitados;

● a diminuição dos músculos esqueléticos e a disfunção valvular, melhorando o

retorno venoso;

● o aumento do estresse oxidativo, o que levaria a lesão de vasos.

Citam-se também a bradicardia de repouso, a hipertrofia excêntrica do

ventrículo esquerdo, aumentando a capacidade cardíaca e, consequentemente o

volume de ejeção, e a neoformação de vênulas de pequeno calibre, as quais

aumentam a condutância da circulação, facilitando a oxigenação e a remoção de

produtos do metabolismo celular de tecidos ativos. Há também aumento da diferença

arteriovenosa de oxigênio (diminuição do conteúdo de oxigênio venoso), refletindo a

extensão da maior remoção do oxigênio do sangue pelos tecidos em atividade.

Outra vantagem da implementação da prática de exercício ao cotidiano é a sua

eficácia terapêutica, pois se sabe que o EF melhora a qualidade de vida de indivíduos

hipertensos, diabéticos, insuficientes cardíacos, os quais também possuem a atividade

simpática aumentada e parassimpática diminuída, assim o EF é eficaz em melhorar os

pontos já citados, assim como diminui o desequilíbrio neurovegetativo.

Portanto, o exercício é um potente método profilático e terapêutico não

farmacológico, de fácil acesso a toda população o qual melhora a qualidade de vida,

pois em casos dos grupos de risco já citados, há diminuição de danos aos órgãos alvo

(rins, coração, encéfalo, vasos) o que leva uma queda da mortalidade e diminuindo os

custos ao paciente e a instituições de saúde.

4. Sistema Endócrino Aspectos gerais de organização e função

O Sistema Endócrino é responsável pela comunicação entre diferentes células,

integrando e regulando variadas funções orgânicas. Tal comunicação é realizada

através de hormônios, produzidos e secretados pelas diferentes glândulas corporais,

que alcançam praticamente todo o organismo pela corrente sanguínea.

De forma generalizada, sua organização consiste em um órgão efetor, a

glândula propriamente dita, mensageiros produzidos por este órgão e que

69

caracterizam os hormônios que circulam por nosso corpo e ainda o órgão-alvo, que

recebe as informações conduzidas pelos mensageiros, sendo dotados de receptores

específicos para determinados hormônios.

As glândulas podem ser classificadas em endócrinas e exócrinas. As primeiras

são assim denominadas por eliminarem suas secreções diretamente no espaço

extracelular (meio interno), de onde se difundem para a circulação sanguínea e são

transportadas para todo o corpo até atingir seu alvo específico. Já as glândulas

exócrinas possuem ductos que conduzem as substâncias secretadas para um

compartimento definido (meio externo), como é o caso das glândulas do trato

gastrointestinal e as sudoríparas.

Os hormônios são divididos em duas principais categorias: os derivados de

esteroides, que são lipofílicos e, portanto, têm capacidade de atravessar as

membranas das células, atuando em seu núcleo e ainda os proteicos, que necessitam

de receptores logo na membrana plasmática para exercerem suas funções, uma vez

que não conseguem atravessá-la. No entanto, existem outras classes hormonais,

como as prostaglandinas (peptídeos biologicamente ativos presentes nas membranas

plasmáticas de quase todas as células) e a melatonina (hormônio anfifílico, o que

permite sua atuação em todos os compartimentos do organismo), dentre outros.

A atuação dos hormônios é muito ampla, abrangendo aspectos como

modificações de ritmos de síntese proteica, a alteração do transporte através da

membrana celular e de atividades enzimática e secretora, o que se reflete em

fenômenos maiores que incluem a reprodução, o crescimento, o desenvolvimento e a

adaptação a eventos ou circunstâncias às quais o corpo é submetido, levando em

última instância ao controle da homeostase corporal.

A liberação hormonal é essencialmente regulada por três fatores: hormonais,

humorais e neurais. Os fatores hormonais implicam na ação de um hormônio que

estimula ou inibe a secreção de outro, através de alças de retroalimentação positiva

(estímulo favorável à secreção) ou negativa (inibição da secreção). Os segundos

fatores, humorais, constituem nutrientes ou íons presentes no sangue e que por sua

maior ou menor concentração servem de estímulo positivo ou negativo para a

liberação de determinado hormônio, como é o caso da insulina liberada pelas células

β-pancreáticas em resposta ao aumento de glicose plasmática. Por fim, o fator neural

afeta a secreção de hormônios em determinadas condições, como em uma situação

de estresse em que há aumento da atividade do Sistema Nervoso Simpático e

consequentemente estimula a liberação de adrenalina pela medula da glândula

adrenal. Há ainda padrões episódicos, como os que influem na liberação de hormônios

em pulsos que podem apresentar variação diurna, como é o caso da melatonina, ou

70

ainda em concordância com determinada fase do desenvolvimento, como é o caso do

GH durante a puberdade.

Além do controle puramente hormonal, é fundamental destacar que as funções

corporais também são mediadas pela atuação conjunta dos Sistemas Endócrino e

Nervoso. Esse é responsável pela detecção de estímulos provindos tanto do ambiente

externo (percebidos de forma consciente ou não) quanto internos, processando-os e

desencadeando ações de forma independente ou integrada, ao transmitir às glândulas

informações necessárias para efetuar uma resposta neuroendócrina.

A relação entre hipotálamo e hipófise é um exemplo marcante de resposta

neuroendócrina. A produção e liberação de hormônios a partir da porção anterior da

hipófise, também conhecida como adeno-hipófise, está sob jugo de alguns hormônios

liberadores hipotalâmicos. Por outro lado, a porção posterior da hipófise, denominada

neuro-hipófise é responsável apenas por liberar os hormônios produzidos nos

diferentes núcleos hipotalâmicos, como é o caso da ocitocina e da vasopressina ou

hormônio antidiurético (ADH). Já os hormônios adeno-hipofisários são proteicos e

incluem: o hormônio do crescimento (GH), o hormônio luteinizante (LH), a prolactina

(PRL), o hormônio tireo-estimulante (TSH), o hormônio folículo estimulante (FSH) e o

hormônio adrenocorticotrófico (ACTH). Esses são liberados na corrente sanguínea,

promovendo a regulação de outras glândulas espalhadas pelo organismo, as quais

liberaram novos hormônios, os quais efetuam a resposta final.

Adaptações ao Exercício Físico

O exercício físico pode exercer tanto influência estimulatória quanto inibitória

na secreção de certos hormônios. Em cada glândula do organismo, o exercício físico

interfere de forma diferente e a secreção de hormônios específicos por essas também

pode afetar o desempenho durante a prática da atividade física.

A seguir, serão apresentados os hormônios neuro- e adeno-hipofisários, com a

breve descrição de suas funções fundamentais e ainda com as respostas desses

mediante a atividade física. Seguindo a série dos principais hormônios hipofisários,

serão discutidos os hormônios pancreáticos, insulina e glucagon e ainda a melatonina,

produzida pela glândula pineal.

Vasopressina ou Hormônio Antidiurético

A principal função do hormônio antidiurético (ADH) é regular a osmolalidade

dos líquidos corporais e conservar o volume desses. Sua ação ocorre em especial nos

túbulos coletores renais favorecendo a reabsorção de água e evitando a perda desta

71

pela urina ou por outros meios em condições normais. Em casos extremos, esse

hormônio neuro-hipofisário possui potente efeito vasoconstritor, causando o aumento

da pressão arterial em situações que elevam fortemente sua liberação, como em uma

crise hemorrágica.

Durante a prática de exercício ocorre aumento da produção e liberação de

ADH, sinalizada ao hipotálamo por elevação da osmolalidade plasmática. Assim,

objetiva-se a retenção de líquidos, especialmente em dias quentes, para compensar a

perda de água decorrente da elevada sudorese. Esse fato se dá por conta do aumento

da temperatura corporal, que ocorre durante a prática da atividade física em virtude da

maior atividade muscular, e que é compensada pela eliminação de água pelo suor em

uma tentativa de manter a temperatura próxima a valores normais.

Ocitocina

O principal papel da ocitocina é estimular a contração da musculatura lisa

uterina durante o parto, em um processo de retroalimentação positiva, e ainda auxiliar

na descida do leite dos alvéolos para os dutos, permitindo que o bebê se alimente por

sucção. Não existem registros na literatura que apontem para alterações na

concentração desse hormônio durante a prática de atividades físicas.

Hormônio do crescimento

O hormônio do crescimento (GH) tem sua liberação pela adeno-hipófise

condicionada ao estímulo desta pelo hormônio liberador de GH (GHRH) produzido

pelo hipotálamo. De forma generalizada, o GH está associado ao crescimento tecidual

(cartilagens, osso e tecidos moles) em função de aumentar a proliferação celular em

todo o organismo, uma vez que estimula a captação de aminoácidos pelas células,

elevando tanto a transcrição quanto a tradução de proteínas ao mesmo tempo em que

reduz o catabolismo dessas.

Além desse processo, o GH direciona o uso preferencial de substratos lipídicos

para a obtenção de energia em detrimento do uso de açúcares. Outro papel

importante desse hormônio é induzir a liberação hepática de IGFs (do inglês “insulin-

like growth factor” ou fatores de crescimento semelhantes à insulina), que acentuam a

atividade do hormônio do crescimento.

A atividade física induz a liberação de GH, a qual é diretamente proporcional a

intensidade e duração do exercício. Algumas especulações que justificam tal processo

envolvem o favorecimento da inibição da produção de somatostatina, conhecida por

72

reduzir a liberação de GH e ainda por estimular vias colinérgicas associadas à

liberação desse hormônio.

A elevação de GH durante a atividade física é benéfica para o organismo, uma

vez que este, ao mobilizar os estoques do tecido adiposo, preserva o conteúdo

plasmático de glicose, o que favorece a manutenção da atividade dos sistemas

nervoso e muscular durante o exercício prolongado. Aparentemente, sessões de

atividade resistida estão relacionadas ao maior pulso de GH do que atividades

aeróbias, dado que as primeiras demandam maior síntese proteica tecidual do que as

segundas. A liberação hormonal em organismos sedentários e treinados é bastante

semelhante, com variação apenas no surgimento do pico, que ocorre mais cedo em

sedentários, e na presença do GH durante a recuperação, que se estende por maior

tempo em não-treinados, pois estes necessitam de maior quantidade de proteínas

para a prática da atividade.

Hormônios tireoidianos

O hormônio tireo-estimulante ou tireotrofina (TSH) liberado pela hipófise

anterior atua na glândula tireoide estimulando a secreção de tiroxina (T4) e de

triiodotironina (T3) ao regular a absorção de iodo pela glândula e síntese dos

hormônios citados. O TSH é influenciado pelo hormônio liberador de TSH, o TRH

hipotalâmico e também regulado positivamente pela atividade física.

O T3 caracteriza a forma ativa do hormônio tireoidiano, sendo o resultado da

conversão de T4 em células-alvo para esse hormônio. Assim, a triiodotironina é

responsável por elevar a taxa de metabolismo basal do organismo e a temperatura

corpora, estimulando ainda processos neuronais. Além desses aspectos, o hormônio

tireoidiano regula o crescimento e o desenvolvimento dos tecidos e auxilia no processo

de manutenção da pressão arterial.

Durante a prática de atividades físicas, os níveis de T4 plasmáticos elevam-se

em aproximadamente 35%, processo associado ao aumento na temperatura corporal

o que, por sua vez, influencia a atividade de outros hormônios, proteínas e enzimas

que flutuam com o momento de maior atividade do organismo.

Hormônios gonadais

Os hormônios adeno-hipofisários LH (hormônio luteinizante) e FSH (hormônio

folículo-estimulante) são liberados em função do hormônio liberador de gonadotrofinas

(GnRH) do hipotálamo e são responsáveis pela atuação nas gônadas femininas e

73

masculinas, promovendo respostas de diferenciação geral e sexual mediadas pela

atuação de estrógenos, progesterona e do andrógeno testosterona.

Ao analisamos o processo de diferenciação geral citado anteriormente

devemos entender o papel essencialmente anabólico da testosterona, aumento a

massa da musculatura esquelética e consequentemente a força muscular e ainda a

capacidade respiratória.

A secreção de gonadotrofinas é regulada por elementos cíclicos, que variam de

acordo com o estágio da vida e diariamente sendo, portanto, bastante complexa. Tal

processo é mais evidente na mulher, em virtude das oscilações hormonais associadas

ao ciclo menstrual. Por vezes, a ocorrência natural de tais flutuações dificulta a

atribuição de alterações nas taxas desses hormônios à atividade física.

No entanto, alguns registros apontam para o aumento de testosterona,

estrógeno e progesterona em homens e mulheres após o exercício físico tanto aeróbio

quanto anaeróbio, podendo ocorrer uma adaptação desses hormônios com o

treinamento prolongado, o que é bastante claro em atletas. Em mulheres que treinam

profissionalmente pode haver alterações de LH e FSH levando a disfunção menstrual.

Hormônios Adrenais

Para analisar os hormônios da glândula adrenal é necessária uma abordagem

distinta para aqueles produzidos em sua região interna, medular, e em sua região

externa ou córtex. Vale ressaltar previamente que para os diferentes hormônios

produzidos em cada região da glândula observa-se uma tendência generalizada de

que seus níveis se elevem menos em pessoas treinadas do que naqueles sem

treinamento.

● Medula Adrenal: A região interna da glândula adrenal é responsável pela

produção de catecolaminas, que são a adrenalina e noradrenalina, cujo estímulo se dá

pela ativação simpática. A atuação das catecolaminas envolve o aumento da taxa de

metabolismo, o aumento da glicogenólise hepática e muscular, no momento da

atividade física e ainda elevação da força de contração cardíaca, e como

consequência, aumento na pressão arterial. Além disso, ocorre também uma maior

mobilização de substratos energéticos (glicose e ácidos graxos livres) para o plasma e

dilatação dos vasos nos músculos em atividade com concomitante vasoconstrição

visceral e ainda hiperventilação.

Com o treinamento verifica-se o surgimento de bradicardia e de uma elevação

menor na pressão arterial como resultado da adaptação ao exercício físico. Tais

74

aspectos justificam-se pela menor demanda de oxigênio pelo miocárdio em pessoas

treinadas.

● Córtex Adrenal: Os corticóides dividem-se em mineralo e glicocorticóides. O

primeiro grupo envolve a aldosterona, que está associada a manutenção de eletrólitos,

promovendo a retenção de sódio e excreção de potássio renal, com consequente

regulação do volume de líquidos e da pressão arterial. Os níveis desse hormônio se

elevam com a prática de atividade física, com o objetivo de manter o volume e

homeostasia corporal.

Os glicocorticoides tem por principal representante o cortisol que afeta o

metabolismo da glicose, das proteínas e dos ácidos graxos livres. O hormônio

liberador de corticotropina (CRH) estimula a hipófise anterior a sintetizar e liberar o

hormônio adrenocorticotrófico (ACTH) que tem sua liberação aumentada pela prática

do exercício físico e que promove a síntese e liberação do cortisol.

A atuação do cortisol promove o catabolismo proteico, elevando o conteúdo

plasmático de aminoácidos, que são conduzidos até o fígado para serem

transformados em glicose através do processo de gliconeogênese. Sendo um

hormônio facilitador, a ação de hormônios como o glucagon e o GH é favorecida. Por

outro lado, a ação da insulina é antagonizada, havendo menor captação da glicose. No

tecido adiposo, o cortisol promove a hidrólise do triacilglicerol em glicerol e ácidos

graxos. Há ainda supressão do sistema imune e osteólise.

Existe considerável variabilidade na renovação do cortisol com o exercício,

dependendo de intensidade e duração, nível de aptidão, estado nutricional e até

mesmo ritmo circadiano. A maior parte dos estudos indica que a produção de cortisol

aumenta com a intensidade do exercício, acelerando a lipólise e a proteólise. Além

disso, níveis extremamente altos de cortisol ocorrem após um exercício de longa

duração, como uma corrida de maratona ou uma sessão intensa de treinamento de

resistência. Até mesmo durante o exercício mais moderado, a secreção plasmática de

cortisol aumenta com a duração prolongada. Dados indicam que corredores altamente

treinados mantêm um estado de hipercortisolismo que é intensificado antes da

competição ou do treinamento exaustivo. Os níveis de cortisol permanecem elevados

também por até duas horas após o exercício, sugerindo que o cortisol desempenha

algum papel na recuperação e no reparo dos tecidos.

75

Hormônios Pancreáticos

Tais hormônios são produzidos por diferentes grupamentos de células

componentes das ilhotas pancreáticas. A insulina é produzida pelas células β-

pancreáticas, enquanto o glucagon é de produção pelas células α. De maneira geral, a

atividade física aeróbia reduz a resposta ao exercício físico dos dois hormônios. Esses

hormônios apresentam efeitos antagônicos no metabolismo de carboidratos,

principalmente. De tal maneira, concentrações plasmáticas elevadas de insulina são

acompanhadas por concentrações baixas do glucagon.

● Insulina: A principal função deste hormônio é regular o metabolismo da

glicose em todos os tecidos, com exceção do cérebro. Seus efeitos decorrem da maior

captação celular de glicose no tecido adiposo e músculo, principalmente, sendo,

portanto, um hormônio hipoglicemiante Uma vez no interior celular, se a glicose não

for imediatamente utilizada como substrato energético, sua destinação será a

formação de glicogênio nos músculos e triglicerídeos no tecido adiposo.

Sua liberação ocorre em resposta a hiperglicemia percebida pelas células

pancreáticas, como ocorre normalmente após a alimentação e ainda pela maior

concentração de aminoácidos. O efeito hipoglicemiante desencadeado por esse

hormônio ocorre em curto prazo após sua liberação. No entanto, existem outros efeitos

a médio e longo prazo dados pela insulina que envolve o aumento na síntese proteica

e crescimento, uma vez que esse é um hormônio anabólico.

O treinamento físico promove uma menor demanda na liberação de insulina

tanto nas fases de repouso quanto nos momentos de atividade física moderada e

ainda previne a ocorrência de resistência à insulina, característica do diabetes mellitus

tipo II. A menor liberação de insulina aumenta a disponibilidade de glicose,

assegurando a atividade muscular, sendo que tal supressão é tão maior quanto mais

intensa for a atividade física. Há ainda um aumento progressivo na obtenção de

energia a partir da mobilização de triglicerídeos.

● Glucagon: A liberação do glucagon pelas células α decorre da hipoglicemia,

dos baixos níveis de ácidos graxos, da hiperaminoacidemia e em resposta ao estresse

ou exercício físico. Após ser produzido, o glucagon pode ficar estocado em vesículas

secretórias das células α ou ser diretamente liberado. Tal hormônio possui uma

secreção pulsátil pelo controle nervoso no pâncreas.

O glucagon é antagonista da insulina, estimulando o fígado e os músculos a

degradarem realizarem glicogenólise. Então, a glicose liberada vai para a circulação

sanguínea, enquanto a liberada pela quebra de glicogênio muscular é utilizada pelo

próprio tecido. Ainda, o processo de gliconeogênese desempenhado pelo fígado é

76

estimulado pelo glucagon ao elevar a captação de aminoácidos e evitando a

hipoglicemia. É, portanto, um hormônio catabólico.

O principal papel desempenhado pelo glucagon durante a atividade física de

longa duração envolve a manutenção da glicemia.

Hormônio Pineal

● Melatonina: Tal hormônio é produzido pela glândula pineal, localizada na

região diencefálica. De produção exclusivamente noturna, a melatonina é um

importante indicador do ciclo claro-escuro, permitindo que o organismo adapte suas

variadas funções a momentos específicos do dia. O metabolismo de carboidratos é

consideravelmente influenciado pela melatonina, uma vez que esse atua em vias de

outros hormônios, elevando a sensibilidade periférica à insulina, por exemplo. A

suplementação com esse hormônio também auxilia na manutenção de estoques de

glicogênio.

Ainda, o aumento da liberação associado a prática de atividade física tem por

benefício o aumento na defesa antioxidante gerada diretamente por esse hormônio,

reduzindo o estresse oxidativo associado a prática de exercícios de grande

intensidade. Estudos associados esse hormônio e a prática de atividade física são

bastante recentes.

5. Referências bibliográficas CANALI, E.S.; KRUEL, L.F.M. Respostas hormonais ao exercício. Rev. paul. Educ. Fís., São Paulo, 15(2):141-53, jul./dez. 2001.ESCAMES, G.; OZTURK, G.; BAÑO-OTÁLORA, B.; POZO, J.M.; MADRI, J.A.; REITER, R.J.; SERRANO, E.; CONCEPCIÓN, M.; ACUÑA-CASTROVIEJO, D. Exercise and melatonina in humans: reciprocal benefits. J. Pineal. Res., v.52, p.1-11, 2011.Fisiologia. Robert M. Berne… [et al.], tradutores Nephtali Segal Grinbaum… [et al.]. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2004. FOX, Edward L; BOWERS, Richard W; FOSS, Merle L. Bases fisiológicas da educação física e dos desportos. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000. MCARDLE, William D; KATCH, Frank I; KATCH, Victor L. Fisiologia do exercício: energia nutrição e desempenho humano. 5 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. BRUM, P. C.; FORJAZ, C.L.M.; TINUCCI, T.; NEGRÃO, C.E. Adaptações agudas e crônicas do exercício físico no sistema cardiovascular. Rev. paul. Educ. Fís., São Paulo, v.18, p.21-31, ago. 2004. NEGRÃO, C.E.; BARRETO, A.C.P. Cardiologia do exercício – do atleta ao cardiopata. 2 a

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77

Capítulo 5 - Estresse: fatores desencadeantes, respostas fisiológicas e suas consequências.

Autores: Aline Coelho Macedo e Leandro Bueno Lima Revisão: Profa. Dra. Sara Joyce Shammah-Lagnado

1. Histórico e desenvolvimento do conceito de estresse

A palavra “estresse” é comumente utilizada nos últimos anos, mas infelizmente

muitas vezes, pobremente definida. Sua popularidade estende-se muito além do

campo das ciências da saúde. Executivos, legisladores, professores, economistas,

cientistas sociais e outros grupos ocupacionais específicos têm se preocupado cada

vez mais com o potencial papel do estresse em sua produtividade e saúde, uma vez

que o estresse ocupacional tem se tornado fator de patogênese de diversas doenças

cardiovasculares, gástricas, infecciosas, entre outras.

Habitualmente, pensamos no estresse como um evento externo que produz

respostas fisiológicas indesejáveis podendo resultar em diversas patologias.

Atualmente, o conceito de estresse não apresenta uma definição exata por parte dos

cientistas, visto que se trata de uma sensação subjetiva com sintomas variados em

cada indivíduo. Em adição, não deve ser apresentado como um sinônimo de

sofrimento. Algumas situações cotidianas causam medo e ansiedade à algumas

pessoas, para outras, essas mesmas situações são agradáveis e até mesmo

prazerosas.

O termo foi criado há algumas décadas pelo pesquisador canadense Hans

Selye (1946) que considerava que o estresse era um conjunto de

78

manifestações não específicas do organismo a qualquer exigência de

mudança. Seu trabalho mostrava que quando animais de laboratório eram submetidos

a qualquer estímulo desagradável ou a algum desafio, com grande consistência,

respostas estereotipadas foram observadas, enfatizando efeitos deletérios corporais

mediados pela estimulação do eixo pituitário adrenal cortical com consequente

aumento dos níveis hormonais de corticóides acompanhado por mudanças

macroscópicas e patológicas na mucosa gástrica, tecidos linfoides e córtex-adrenal.

Se o agente estressor estiver sob a forma de calor ou frio extremo, ruídos altos,

luzes intensas ou exercício muscular exaustivo, as mesmas alterações agudas são

observadas.

A exposição contínua ao estresse parece acarretar respostas que podem ser

divididas em três fases: A primeira fase foi denominada reação de alarme vista como

um sinal de alerta às defesas do organismo caracterizadas por uma estimulação

acentuada do sistema nervoso simpático e as respostas pituitárias e adrenais. Com a

persistência da tensão, outra fase pode ser identificada chamada fase de resistência

onde as defesas do organismo foram mantidas e levam o organismo a adaptar-se.

Finalmente, o estresse prolongado pode levar a um estágio de exaustão e morte.

Todas as fases envolvidas na resposta ao estresse são acompanhadas de

mudanças patológicas em vários tecidos e órgãos que são muito similares aos

achados morfológicos e microscópicos vistos em distúrbios como hipertensão, doença

cardíaca coronariana, úlcera péptica e artrite reumatoide. O termo “estresse” tem

atraído todos os tipos de interesse saindo dos limites da endocrinologia e da biologia,

sendo estudado por psiquiatras, psicólogos, cientistas comportamentais, sociólogos e

ao público em geral.

2. Natureza multifatorial do estresse

Alguns pesquisadores consideram que o estresse é causado apenas por

estímulos desagradáveis (agentes estressores) ou reações nocivas, todavia,

79

outros incluem estímulos agradáveis e reações emocionais positivas. Em geral são

consideradas três categorias gerais de formas de estresse ou estressores.

- Estresse Fisiológico: Comparado ao exercício muscular acompanhado de

alterações bioquímicas a fim de manter a homeostase.

- Estresse Psicológico: Relacionado à ameaças intelectuais e emocionais, como

frustação e medo ou emoções agradáveis como alegria e exuberância.

- Estresse Social: Está intimamente ligado à segunda categoria, mas lida mais

com o rompimento de unidades sociais.

Frequentemente, há a combinação de duas ou até mesmo as três formas de

estresse.

3. Sistema nervoso autônomo O termo sistema nervoso autônomo (SNA) foi criado pelo fisiologista britânico

John Langley (1853-1925), acreditando que os seus componentes funcionariam em

considerável grau de independência do restante do sistema nervoso (SN). O

SNA reúne um conjunto de neurônios situados na medula espinhal e tronco encefálico,

que através de gânglios autonômicos controlam a musculatura lisa dos vasos

sanguíneos, das vísceras digestivas, musculatura estriada do coração e varias

glândulas exócrinas e endócrinas espalhadas pelo corpo.

A organização estrutural do SNA que é composta por uma cadeia de dois

neurônios, que difere do sistema motor somático que inerva diretamente o musculo

estriado (fig. 1a). O SNA classicamente é subdividido em dois grandes sistemas: a

divisão simpática e a parassimpática. Há uma diferença estrutural importante entre as

duas divisões do SNA. O simpático possui axônios pré-ganglionares curtos que

terminam em gânglios próximos a coluna vertebral e axônios pós-ganglionares longos

que se projetam ate o órgão alvo (Fig. 1b). De forma diferente, no parassimpático os

axônios dos neurônios pré-ganglionares são longos e os axônios pós-ganglionares são

curtos (Fig. 1c).

80

Figura 1. Diferença estrutural entre o sistema motor somático, SNA (simpático e parassimpático).

O nível de atividade do SNA é regulado pelas vias aferentes periféricas

viscerais, pelo tronco encefálico, hipotálamo, o sistema límbico e outros centros do

SNC.

O sistema nervoso simpático e parassimpático atuam de forma sincronizada

para manter a homeostase corporal, que é de fundamental importância para a

sobrevivência do organismo.

De um modo didático, o simpático é conhecido por ser recrutado sempre que o

organismo encontra-se numa situação de emergência como lutar-ou-fugir, ou seja,

quando se tem que gastar energia (catabolismo) para obter respostas rápidas (correr

ou lutar). Já atividade parassimpática de um modo geral, causa efeitos antagônicos

sobre um mesmo órgão inervado pelo simpático e está relacionado às funções de

economia e obtenção de energia (anabolismo). De qualquer maneira, um

determinado estado do organismo é uma consequência do balanço entre as atividades

simpáticas e

81

parassimpáticas que se integram e se complementam. Como dito antes neste capítulo,

iremos agora fazer uma comparação entre o simpático e o parassimpático, mostrando

quais órgãos-alvo eles atuam de forma antagonista, sinergista e exclusiva, que será

mostrada na Tabela 1 e Figura 3.

Simpático

O corpo celular dos neurônios pré-ganglionares estão situados na coluna

intermédio-lateral da medula, bilateralmente entre os segmentos T1 e L2. Uma

característica marcante do simpático é que cada fibra pré-ganglionar se ramifica para

inervar cerca de 10 neurônios pós-ganglionares situados no mesmo gânglio ou em

gânglios vizinhos. Alguns axônios pré-ganglionares entram em gânglios paravertebrais

situados em ambos os lados da coluna, dentro dos quais formam sinapses com as

células pós-ganglionares. Outros axônios pré-ganglionares atravessam os gânglios

paravertebrais sem interrupção e irão fazer sinapse com um segundo grupo de

gânglios chamados pré-vertebrais. A medula da glândula adrenal é um caso especial,

ela é um gânglio modificado (Figura 2).

O neurotransmissor liberado pelas células pré-ganglionares é a acetilcolina,

que diferente na junção neuromuscular esta se ligar em receptores muscarínicos (mas

também há receptores nicotínicos nas celulares pós-ganglionares), e o

neurotransmissor liberado pelas células pós-ganglionares é a noradrenalina.

Em cada órgão alvo a divisão simpática poderá atuar de forma sinérgica,

exclusiva ou de forma antagonista, que erroneamente para maioria das pessoas, o

simpático e o parassimpático são estritamente antagonistas. Nesta primeira etapa

iremos descrever de forma singular a atuação do simpático em cada órgão-alvo, e no

fim do capitulo abordaremos de forma a juntar a atuação do simpático e

parassimpático, quer de forma antagonista, sinergista.

82

Figura 2. As fibras pré-ganglionares simpáticas emergem da medula pela raiz ventral, misturadas às fibras motoras somáticas. Logo em seguida deixam os nervos espinhais pelos ramos comunicantes brancos e fazem sinapses com os neurônios pós-ganglionares. Os axônios pós-ganglionares da cadeia paravertebral retornam aos nervos espinhais pelos ramos comunicantes cinzentos, e depois se incorporam aos nervos periféricos, enquanto os dos gânglios pré-vertebral formam nervos periféricos diretamente. Alguns axônios pré-ganglionares inervam diretamente a medula adrenal, que nesse sentido é um “gânglio simpático” modificado (imagem retirada de Lent, R., 1a ed.,2005).

O simpático:

Na musculatura lisa dos olhos – midríase e visão à distância.

Nas glândulas salivares – salivação viscosa.

Nos vasos sanguíneos periféricos – Vasoconstrição periférica.

Nos brônquios – broncodilatação.

No coração – ↑ força de contração e ↑ débito cardíaco.

Nas glândulas sudoríparas – sudorese (*mediador químico pós-

ganglionar é a acetilcolina).

No intestino – inibição do peristaltismo e secreção gástrica, fechamento

dos esfíncter e inibição das secreções digestivas.

No pâncreas – inibição da secreção pancreática.

83

No fígado – produção e liberação de glicose hepática.

Na medula adrenal – secreção de adrenalina.

Na bexiga – relaxamento da parede da bexiga e fechamento dos

esfíncteres.

No órgão sexual – ejaculação.

Parassimpático

Diferentemente do simpático, o corpo celular dos neurônios pré-ganglionares

estão localizados em dois setores separados: um conjunto de núcleos do tronco

encefálico e a coluna intermédio-lateral da medula sacra (segmentos S2 a S4).

De forma semelhante ao simpático, o neurotransmissor liberado pelas células

pré-ganglionares é a acetilcolina (a célula pós-ganglionar, também possui receptores

muscarínicos e nicotínicos). Entretanto as células pós-ganglionares liberam

acetilcolina como neurotransmissor.

Da mesma forma o parassimpático poderá atuar de forma sinérgica, exclusiva

(lacrimação) ou de forma antagonista em cada órgão-alvo.

O parassimpático:

Na íris – miose e acomodação do cristalino (visão de perto)

Nas glândulas salivares – salivação fluida (rica em H2O e eletrólito)

Nos pulmões – broncoconstrição

No coração – bradicardia

No estomago – ↑ peristaltismo, ↑ secreção gástrica e ↓ tônus dos

esfíncteres.

Na bílis – secreção biliar

No intestino – peristaltismo e vasodilatação

Na bexiga – micção

No órgão sexual – ereção

Agora que sabemos a função do simpático e do parassimpático, podemos

compreender porque em uma situação em que corremos perigo (exemplo um cão

84

feroz correndo atrás da gente, em uma rua deserta) o que chamamos de luta-ou-fuga

o simpático é ativado.

4. Endorfinas, Peptídeos cerebrais e outros hormônios Uma nova área de interesse começou a se concentrar nas vias do córtex cerebral

ou vias inferiores que são responsáveis pela estimulação hipotalâmica e pituitária

durante o estresse, e que tem seus efeitos ativos mesmo na ausência de adrenalina.

Assim, muitas pesquisas foram sendo direcionadas para uma elucidação dos sistemas

hormonais.

Consideráveis informações sobre a resposta cerebral ao estresse foram obtidas a

partir de estudos a respeito das endorfinas, encefalinas e peptídeos que têm efeitos

profundos no alívio da dor e alterações do humor, particularmente no caso da beta

endorfina.

Um dos peptídeos cerebrais, mais recentemente descoberto, a dinorfina, tem uma

potência analgésica cerca de 200 vezes maior do que a morfina. A ligação com o

estresse é firmemente estabelecida devido ao fato de tanto beta-endorfina como o

ACTH (hormônio adrenocorticotrópico) são secretados simultaneamente e

proporcionalmente, sob estresse, e também a liberação destes compostos, é regida

por mecanismo de feedback idêntico ao que rege a secreção de ACTH.

Hoje é bem conhecido que alguns dos efeitos benéficos do alívio da dor visto com

acupuntura ou efeito placebo estão relacionados à liberação endógena ou atividade

dessas substâncias.

Além disso, há um crescente interesse no papel da glândula pineal, descrita no

século XVII, pelo filósofo francês René Descartes como a "sede da alma”. Seu

principal hormônio, a melatonina, tem de influências importantes na regulação e

secreção de determinados hormônios hipofisários envolvidos na ovulação e outros

fenômenos ritmicos, como dormir, mudança de fusos horários, bem como uma

variedade de outros ritmos circadianos que controlam a química corporal e a função.

85

Figura 3. Figura esquemática dos alvos do simpático e do parassimpático (modificado de Bear, M. F., Connors, B.W., e Paradiso M.A., 2a.ed., 2002).

Sendo assim, foi surpreendente constatar que a secreção desse hormônio

aumenta durante o estresse, talvez porque fatores emocionais, trabalhando em turnos

diferentes, ou frequentes viagens a longa distância podem afetar os hábitos de sono,

o ciclo menstrual, e causar amenorréia, infertilidade e distúrbios emocionais.

Desde os estudos de Cannon e Selye, tem havido progressos gigantescos nas

investigações da fisiologia e principalmente neuroendocrinologia do estresse. Porém é

86

evidente que estamos apenas começando a desvendar os mecanismos pelos quais os

estados emocionais e o poder da mente são capazes de produzir doenças, assim

como preservar a saúde e o bem estar.

5. Resposta cardiovascular ao estresse Desde o resultado das investigações do importante pesquisador Walter

Cannon (1914) em Harvard no início deste século, os estudos dos mecanismos pelos

quais os estados emocionais podem produzir danos cardiovasculares ou causar morte

súbita receberam grande impulso. Os estudos de Cannon demonstraram que a

resposta ao estresse agudo tendo como causa o medo, levou a um aumento

acentuado na atividade do sistema nervoso simpático e liberação de adrenalina que

preparou os animais ara a reação de “luta ou fuga”. Posteriormente, seus trabalhos

demonstraram a forte correlação da liberação acentuada de adrenalina em nosso

organismo com as arritmias. Após a formulação do conceito de estresse no final de

1940, Selye forneceu informações adicionais sobre o papel dos fatores hipofisários e

da supra-renal na modulação da resposta cardiovascular ao estresse. Suas pesquisas

incluíram a produção experimental da necrose cardíaca metabólica.

Em adição, foi observado que o estresse pode acelerar o processo de

aterosclerose e oclusão coronariana, devido a uma elevação do colesterol,

triglicérides, ácidos graxos, aumento da agregação plaquetária, policitemia,

aceleração da coagulação sanguínea. Estamos também nos tornando

conscientes do importante papel do estresse na indução de vasoespasmo

coronariano na produção de sintomas clínicos e doenças (Gersh et al., 1981).

Ainda mais significativo foi a identificação de infarto do miocárdio, na ausência

de obstrução coronariana, devido à liberação excessiva de norepinefrina nas

terminações nervosas do miocárdio. Tem sido demonstrado que esta liberação produz

um tipo específico de dano no miocárdio que pode ser identificado por microscopia em

animais de laboratório assim como em humanos que tenham tido morte súbita

cardiaca devido a alguma situação estressante (Cebelin et al., 1980).

87

6. Estresse e envelhecimento Frequentemente observamos o envelhecimento acelerado em pessoas que por

alguma eventualidade passaram a ter que enfrentar alguma situação difícil como, por

exemplo, a morte de um filho ou ter que cuidar de um parente hospitalizado. Este fato

tornou-se interesse de diversos grupos de cientistas que sugeriam que o

envelhecimento precoce era em parte causado por estresse, mas não estava

confirmado os processos envolvidos neste mecanismo.

Recentemente uma pesquisa demonstrou claramente que o estresse e a

ansiedade podem adicionar alguns anos ä idade biológica das células de um indivíduo.

O estudo foi realizado a pedido da Proceedings of the National Academy of Science e

coordenado pela psicóloga Elissa Epel envolvendo 58 mães na faixa etária 20 a 50

anos, sendo que 39 das quais seus filhos apresentavam autismo, paralisia cerebral e

outras deficiências e as demais tinham filhos saudáveis.

As mulheres completaram questionários a respeito dos níveis de estresse que

haviam sentido no mês anterior à pesquisa e foram coletadas amostras de sangue

para que os cientistas pudessem analisar o DNA e os telômeros de cada uma delas.

Os telômeros constituem uma espécie de tampa bioquímica que protege a

integridade do material genético, que em divisões sucessivas tende a diminuir e atingir

o nível crítico, chegando a célula ao estágio de envelhecimento.

Os resultados da pesquisa indicaram que o estresse encurta prematuramente

os telômeros. A pesquisa mediu os níveis de telomerase e radicais livres nessas mães

estressadas e os resultados foram níveis baixos de telomerase e níveis altos de

radicais livres, substâncias que danificam os tecidos intensificando o envelhecimento.

Os dados proporcionados por pesquisas relevantes na área de estresse e senescência

podem possibilitar a criação de novos tratamentos para a ansiedade para longevidade

e qualidade de vida dos idosos.

Dentre os novos tratamentos propostos, a telomerase tem um importante

papel, para encontrarmos uma resposta para diminuir a ação do tempo sobre o corpo

humano. Através da telomeroterapia, células da pele dos músculos e dos ossos,

prejudicadas pelo envelhecimento e senescência, poderiam ser revitalizadas. Porém,

este tipo de terapia ainda necessita de muitos estudos, pois a aplicação desta enzima

poderia ocasionar mutações no genoma ocasionando cânceres.

88

7. Estresse e sistema imune

A questão de que a mente pode influenciar o corpo na saúde e na doença é

baseada na antiga noção de origem empírica que causa frequentes debates.

Hoje é bem estabelecido que o sistema nervoso central exerce influência na

regulação da função imune. A evidência experimental que elucida este pressuposto foi

a demonstração feita por Metal’nikov and Chorine em 1926 em que uma resposta

imune pode ser condicionada, neste caso, a administração concomitante de uma

substância imunonológica (estímulo incondicionado) com o estímulo externo

(condicionado). Com a associação suficiente, o estímulo condicionado por si só já era

capaz de causar imunoregulação.

A partir de então, surgiram muitas evidências consistentes sobre os efeitos do

estresse na função imunológica como a descoberta de que a estimulação ou ablação

de várias regiões do cérebro poderia alterar negativamente, bem como positivamente

as respostas imunológicas.

Primeiro, foi estabelecido que as respostas imunes periféricas podem alterar a

taxa de disparo de neurônios no SNC (Besedovsky et al.,1977)Assim, a informação

pode não fluir somente a partir do SNC para o sistema imunológico, mas também no

sentido oposto. A segunda observação de que células do sistema imunológico pode

produzir neuropeptídeos, tais como endorfina e outros neurotransmissores e os

neurônios podem produzir citocinas como IL-1 (Blalock,1989). Em adição, as células

do sistema imunológico e do SNC tem receptores para citocinas, neuropeptídeos e

neurotransmissores. Assim, os dois sistemas podem se comunicar de forma

bidirecional. (Stevens-Felten e Bellinger. 1997).

Tendo em vista esta direta relação entre o SNC e o sitema imune, não é difícil

entender o quanto o estresse fisiológico ou psicológico prolongado pode diminuir a

capacidade imunológica, resultando em aumento do risco de doença O estresse

compromete o sistema imunológico, atuando principalmente em três glândulas:

Hipotálamo, a hipófise, e o par de glândulas supra-renais. Quando o hipotálamo

recebe a informação de perigo ou algum estresse que exija do corpo alerta máximo,

ele libera hormônios que atuam sobre a hipófise, que por sua vez libera hormônios

que agem sobre as glândulas supra-renais. .As supra-renais podem ser ativadas via

hipotálamo através do sistema nervoso simpático ou via hipófise pela liberação de

mensageiros químicos solúveis no sangue. Finalmente, as supra-renais liberam

hormônios de estresse como adrenalina (epinefrina), noradrenalina (norepinefrina) e

89

cortisol (uma forma de cortisona), aumentando a força do batimento cardíaco e dos

músculos para reagir Na tentativa de empreender todos os recursos do organismo

para lidar com uma crise imediata, a adrenalina e os hormônios do estresse tendem a

“abrandar” todas as funções corporais não urgentes, incluindo a resposta imunológica.

A imunidade diminuída é supostamente temporária, até que a crise imediata passe.

Mas os problemas surgem quando o estresse é prolongado. Sob estresse crônico, a

função imunológica pode ser reduzida o suficiente para que o corpo se torne mais

vulnerável que o habitual às infecções bacterianas ou virais.

8. Estresse para o sucesso

Temos uma grande dificuldade em conseguir manter o equilíbrio em nossas

vidas e o resultado é o estresse. Geralmente a principal fonte de estresse está

em nosso trabalho. Quase nove em cada dez adultos apresentam níveis

elevados de estresse pelo menos uma ou duas vezes por semana e há

diversas razões para isto.

O mundo do trabalho e negócios mudou drasticamente no último século, as

melhorias tecnológicas acarretaram uma sobrecarga de informações. A

televisão e a mídia nos mostra instantaneamente informações do mundo

inteiro. O estresse tecnológico também provém da rapidez na aquisição de

dados e comunicação. Computadores, celulares, e-mail tornam a comunicação

fácil e instantânea, com isso, as relações interpessoais estão se desintegrando.

As mulheres, em particular, também sentiram muitas dificuldades em manter o

equilíbrio em suas vidas pois tem que conciliar a carreira com os cuidados da

casa, filhos, etc. A consequência disso, é o aumento nas taxas de ataque

cardíaco, câncer no ovário e mama que muitos pesquisadores acreditam estar

relacionados os estresse.

As respostas fisiológicas ao estresse diferem muito entre as pessoas.

Entretanto, o sentido ou sensação de estar fora de controle é sempre

estressante.

Diversas situações podem ser interpretadas de diversas maneiras. Por

exemplo, há pessoas que adoram a sensação de estarem em uma montanha

russa, outras por sua vez, rezam para colocar os pés em terra firme. A

diferença entre essas pessoas está em como elas percebem o evento. O mais

90

importante aprendizado a respeito do estresse é reconhecer que muitas vezes

não são os eventos externos como a montanha russa ou o trabalho que

causam estresse, mas como reagimos diante destes estímulos, a nossa

percepção. Para algumas fontes de estresse nós não temos influência, outras

podemos tentar fazer algo para minimizar os efeitos deletérios. Aprenda a

identificar as tensões em sua vida sobre as quais você pode ganhar mais

controle usando o seu tempo e talentos de forma mais eficaz. Quanto as

outras, se você não pode evitar, escapar, ou diminuir seu impacto, tente

aprender a aceitá-las. Se você não pode lutar e não pode fugir, tente ser mais

paciente.

O estresse não é necessariamente ruim e algumas tensões são

prazerosas como em um beijo apaixonado. O aumento do estresse também

pode levar a uma melhoria no desempenho e na produtividade. Apenas quando

excede um determinado nível de tensão o estresse pode ser prejudicial. O que

precisamos descobrir é nosso próprio limiar de estresse pessoal ideal.

9. Referências Bibliográficas BESEDOVSKY, H.O., E. SORKIN, D. F, and H. Haas. 1977.Hypothalamic changes during the immune response.Euro. J.Immunol. 7:323–325. BLALOCK, J.E. 1989. A molecular basis for bidirectional communication between the immune and neuroendocrine systems. Physiol. Rev.69:1–32. CANNON WJ: The emergency function of the adrenal medulla in pain and the major emotions. Am.J.Phisiol.33:356-372,1914. CANNON WJ:”Voodoo”death. Am.Anthropol.44:169-181,1942. CEBELIN MS, HIRSH CS: Human stress cardiomyopathy: Myocardial lesions in victims of homicidal assaults wwithout internal injuries. Hum. Pathol.2:123-132,1980. LENT, R. Cem bilhões de neurônios: Conceitos fundamentais de neurociência. São Paulo: Editora Atheneu, 2005.

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92

Capítulo 6 - Sono

Autora: Hadassa Batinga da Silva

Revisão: Prof. Dr. Luiz Roberto Giorgetti de Britto

O sono é um evento fisiológico, cuja importância está fundamentada em fatos

como:

1. Presença em, provavelmente, todos os animais, apesar do aspecto evolutivo

que, ao proporcionar momentos de redução de vigília pode favorecer a ação de

predadores.

2. Sua privação promove efeitos negativos, embora temporários, sobre o

desempenho cognitivo, comportamental, hormonal e no cérebro, tanto em homens

quanto em animais não humanos. Apesar de sermos capazes de adiar o sono, em

algum momento ele nos subjuga.

O sono é vital para todos os animais, incluindo o homem. Sua privação

prolongada pode ser fatal para alguns animais, não no homem. No entanto, ainda não

se entende completamente. Diferente do que se pensava, o sono está longe de ser

uma redução da atividade encefálica. O sono é composto por várias fases e

precisamente controlado, sendo que em algumas delas o encéfalo pode estar tão ativo

como se estivesse em fase de vigília, além de ser um processo ativo que requer a

participação de várias regiões encefálicas; entre elas, umas são responsáveis por

inibir regiões como por exemplo as áreas motoras (para impedir que atuem no sonho),

e outras estão ativas para, por exemplo, promover o despertar ou mesmo a mudança

das fases do sono.

Portanto, o sono pode ser cuidadosamente definido como “um estado

facilmente reversível de reduzida responsividade e interação com o meio ambiente” (o

coma e a anestesia não são facilmente reversíveis e não se caracterizam como sono).

93

1. Breve histórico Antigamente, a explicação aceita para o sono era a de que ele resultava de

uma diminuição da atividade cerebral causada pela fadiga acumulada durante o dia.

Até 1945, os cientistas acreditavam que durante a vigília a estimulação sensorial

mantinha o indivíduo acordado, e que num estado de fadiga, esta estimulação era

diminuída e o indivíduo entrava em sono. Em meados de 1950, este pensamento

mudou com a descoberta de regiões encefálicas que permaneciam muito ativas

durante o sono. Um melhor entendimento do sono foi possível com o uso da

eletroencefalografia, técnica que registra a atividade elétrica cortical representada de

forma gráfica, que tornou possível identificar e diferenciar as fases do sono. Com isso

surgiu a teoria de que o sono não era um fenômeno único, mas que consistia em duas

fases: a fase REM (“rapid eye movements”), assim chamada inicialmente por

apresentar a presença de movimentos rápidos dos olhos, mas atualmente é também

conhecido por sono paradoxal (para evidenciar a contradição entre atividade elétrica

encefálica semelhante à vigília, porém com característica de sono profundo) e a fase

não-REM (NREM) ou sono de ondas lentas. Estas fases se alternam durante todo o

período de sono em forma de ciclo.

Neste capítulo veremos mais detalhadamente essas fases do sono. Da mesma forma

será abordada sua importância, o que ocorre quando há privação de sono e alguns

distúrbios decorrentes de alterações no ciclo vigília/sono.

2. O Ritmo Circadiano do ciclo Vigília/Sono

Você já parou para pensar quem avisa o seu corpo que está na hora de

dormir? E de acordar? Claro que nos dias de trabalho ou estudo, grande parte das

pessoas usa como auxílio o despertador. Mas, imaginem que, quando não se tinha o

despertador será que as pessoas chegavam atrasadas ao trabalho? Ou acordavam

junto com o nascer do sol, e iam dormir quando anoitecia? Isso mesmo! Pode-se

pensar que o ciclo claro/escuro (CE) é responsável por sincronizar vários ritmos

endógenos (ritmos que persistem mesmo sem dicas temporais externas ou

ambientais) que temos. Como por exemplo, a liberação de vários hormônios, o próprio

ciclo vigília/sono, ritmo de atividade e repouso. Quando o indivíduo perde as dicas

temporais como os ritmos sociais, relógio, televisão, ciclo CE, esses ritmos endógenos

permanecem tendo seu próprio ciclo, no entanto, não mais com um período de 24

94

horas, mas um pouco maior que isso, chegando a 26h (Figura 1). Existem seres vivos

que seus ritmos são regidos por ritmos de temperatura ambiental, sazonalidade, ritmo

das marés, da lua. Os seres humanos, por sua vez, tem a maioria dos ritmos

endógenos sincronizados principalmente com o ciclo CE.

Assim, ritmos circadianos (do latim circa - cerca, aproximadamente; diem –

dias) são ciclos que tem duração de 24 horas (±4 horas).

O ciclo vigília/sono, entre muitos outros ritmos, obedece a um ritmo circadiano

(cerca de 24hs). Embora este ritmo seja endógeno, o mesmo pode ser modulado por

fatores externos. A luz do sol, por exemplo, é um fator que está ligado à fase ativa do

ritmo circadiano de animais diurnos, e também, à fase inativa de outros, como animais

de hábitos noturnos.

A informação luminosa que chega através dos olhos para os mamíferos atinge

um par de núcleos na base do hipotálamo chamado de núcleos supraquiasmáticos -

NSQ - (pois se encontram logo acima do quiasma óptico). Cabe salientar que as

células receptoras da informação luminosa estão na retina, não fazem parte do so

sitema formador de imagens; por isso, alguns indivíduos cegos, mesmo não

enxergando, são capazes de sincronizar com o ciclo CE. Esses núcleos são

responsáveis por dar a ritmicidade de diversas variáveis, como o próprio ciclo

vigília/sono, ritmo de atividade e repouso, o ritmo de comer e beber. Uma vez que,

lesado esse núcleo, o animal perde a ritmicidade de vários ciclos, ou seja, perdem o

padrão temporal (Figura 2).

Figura 1: Actograma dos ritmos circadianos de vigília/sono e temperatura do corpo. Nos dois casos, o eixo vertical representa dias consecutivos (ler de cima para baixo). A abscissa representa as horas do dia. A barra horizontal indica o ciclo vigília/sono (vigília = preto, branco = sono), e duas marcas triangulares indicam o ritmo da temperatura corporal (ápice para cima =temperatura máxima; cima para baixo = temperatura mínima). No gráfico os ritmos circadianos de temperatura e o ciclo vigília/sono possuem um período de 25,3 h (Modificado de Weber, 1979).

95

O NSQ mantem uma relação com uma glândula chamada de pineal, enviando-

lhe informações sobre a luminosidade que chegam ao NSQ através do trato retino-

hipotalâmico. Essa glândula é responsável por produzir um hormônio chamado

melatonina, a qual está vinculada à promoção do sono em humanos. Esse hormônio é

produzido quando a informação luminosa diminui, alcançando seu pico máximo entre 2

e 4 horas da manhã. Tende-se generalizar a melatonina com a produção de sono; no

entanto, ela é produzida também à noite em animais com hábitos noturnos, logo o

significado desse hormônio para esses animais não é promoção de sono, mas de

atividade. Então, podemos entender que a melatonina é o hormônio que indica a hora

do dia ao organismo, e dessa forma ele pode se organizar para o sono ou para vigília.

Da mesma forma podemos entender a ritmicidade do NSQ que tem seus neurônios

mais ativos durante o dia e menos ativos durante a noite, tanto em animais diurnos

como noturnos.

Como foi mencionado, o corpo se prepara para o sono ou para a vigília. O que

isso exatamente quer dizer?

Quando a intensidade luminosa diminui, a pineal entra em ação, informando ao

restante do corpo que horas são através da produção de melatonina, e

consequentemente fatores endógenos começam a mudar; por exemplo, a temperatura

central começa a diminuir, enquanto que a temperatura periférica começa a aumentar,

o individuo começa a sentir a pressão do sono aumentar (momento que manter-se

acordado começa a ficar difícil) e a tendência é procurar um lugar seguro e

aconchegante para dormir. Depois de algumas horas de sono - entraremos nos

detalhes dessas horas mais a frente – a melatonina começa a diminuir, a temperatura

central começa aumentar lentamente, o pico do cortisol acontece e a temperatura

periférica diminui, e aí, o indivíduo acorda. Isso acontece metodicamente todos os dias

mais ou menos na mesma hora.

96

3. O que acontece enquanto dormimos: sono de ondas lentas e seus estágios

Nos primeiros momentos em que o corpo se prepara para dormir, a atividade

neuronal, a taxa metabólica e a temperatura encefálica começam a diminuir. A

atividade nervosa simpática também diminui, resultando em ritmo cardíaco e ritmo de

pressão arterial diminuídos. Da mesma forma, a atividade nervosa parassimpática

aumenta, exibindo motilidade gástrica aumentada. Mantêm-se, também, os reflexos e

o tônus muscular para o ajuste postural intermitente.

É sabido que o sono é bifásico e tem duração em torno de 90 a 100 minutos

cada ciclo; esse ciclo ocorre entre 4 a 6 vezes por noite. Suas fases são conhecidas

como sono de ondas lentas, ou NREM – a primeira fase, e sono paradoxal ou sono

REM – a segunda fase.

O sono de ondas lentas se concentra na primeira metade da noite e está

dividido em 4 estágios. O indivíduo passa seguidamente pelos quatro estágios do sono

de ondas lentas, em estágios de 1 a 4 (Figura1). À medida que o indivíduo passa por

estas fases do sono respectivamente, a dificuldade de acordar aumenta

progressivamente. O estágio 1 é a transição do estado de vigília para o

Figura 2. Ritmos circadianos: ciclo vigília/sono, da temperatura central do corpo, dos níveis do hormônio cortisol circulante e da excreção urinária de K+, hormônio do crescimento é liberado, principalmente no sono (Fonte: Lent, R., 2ed., 2010).

97

estabelecimento do sono. No EEG (eletroencefalograma), as ondas exibidas nesta

fase são as do tipo alfa (8 a 13Hz) que corresponde ao estado de vigília relaxada, mas

aos poucos vão sendo substituídas por ondas de baixa voltagem do tipo teta (ondas

de frequência mais baixa, 4 a 8Hz); O traçado da eletromiografia (EMG) apresenta

redução no tônus muscular; nesse estágio é fácil acordar o indivíduo. No estágio 2, o

EEG se mostra ainda mais lento que no estágio 1, mas estas ondas lentas são

interrompidas por fusos de sono - que são descargas periódicas (ondas de 12 a

14HZ) com duração de aproximadamente 1 ou 2 segundos; esses fusos podem ser

resultado de interações entre neurônios talâmicos e corticais, e podem ou não ser

acompanhados por complexos K - conhecidos por serem ondas de alta amplitude,

duração maior que 0,5 segundo com uma fase negativa aguda e uma fase positiva

mais lenta.

O estágio 3 é considerado um sono moderado a profundo, estando

representado no EEG com ondas do tipo delta, que possuem alta amplitude e baixa

frequência (variando de 0,5 a 4HZ), podendo apresentar fusos de sono

esporadicamente; os movimentos oculares são raros e o tônus muscular diminui

progressivamente; já não é mais tão fácil acordar o indivíduo; o estágio 4 é o mais

profundo; o EEG apresenta ondas do tipo delta, que podem dominar 50% ou mais do

traçado do EEG na primeira metade da noite num ritmo crescente (Figura 3). Depois

de algum tempo de sono de ondas lentas, o traçado no EEG muda para o estágio 2

por 10 a 15 minutos e repentinamente entra em sono paradoxal, A sequência de

acontecimento dos estágios do sono segue estágio 1, 2, 3, 4 depois retorna para o 2 e

então entra em sono paradoxal, retornando para o estágio 1, podendo haver vairações

importantes nessa sequência na mesma noite entre indivíduos.

98

Figura 3. O eletroencefalograma (EEG) mostra a atividade neural nos 4 estágios do sono de ondas lentas (não-REM) e no sono paradoxal (sono REM). O eletro-oculograma (EOG) e o eletromiograma (EMG) mostram a atividade dos movimentos oculares e dos músculos corporais, respectivamente (Fonte: Lent, R., 2ed., 2010).

4. O sono Paradoxal ou REM O sono paradoxal ou REM concentra-se no ultimo terço da noite e está

representado no EEG com ondas de baixa amplitude e frequência mista, muito

semelhante às ondas representadas no estágio 1, e são conhecidas como ondas

“dente de serra”, resultante da ativação da formação reticular mesencefálica; no

entanto, há uma dificuldade de despertar o indivíduo nessa fase do sono, o que nos

permite dizer que esse seria o primeiro paradoxo desta fase do sono.

Outra particularidade do sono paradoxal é que, apesar de o individuo

apresentar máxima hipotonia na musculatura esquelética (registrada no

eletromiograma – EMG), são observados movimentos corporais erráticos e fásicos em

99

diversos grupos musculares, principalmente nos músculos da face e dos membros,

além da possível emissão de sons. Outro paradoxo dessa fase do sono, é que apesar

de haver um estado de hipotonia, há liberação de alguns movimentos.

No sono paradoxal, a atividade metabólica em diversas áreas do encéfalo

encontra-se aumentada em comparação com outras fases do sono, assemelhando-se

com a vigília.

No tocante aos movimentos oculares, o sono de ondas lentas apresenta

movimentos oculares lentos, e no sono paradoxal movimentos rápidos.

A respiração nos primeiros estágios do sono (2 ao 4) se mantém regular;

porém, no sono paradoxal, a respiração torna-se irregular com episódios de

diminuição na sua frequência (bradipnéia) alternados com o aumento (taquipnéia),

apresentando pausas centrais com duração menor que 10 segundos; a frequência

cardíaca acompanha as variações da respiração. Também há intumescência peniana

e clitoriana, embora esses dados não sejam frequentemente registrados em

polissonografia de rotina.

De todos os paradoxos supracitados, os sonhos ainda representam o assunto

mais controverso da literatura. Não se sabe ao certo a função dos sonhos. Mas, tem

sido considerado que todo animal que possui sono paradoxal possívelmente sonhe.

Diferente da vigília, o sono paradoxal, é a fase onde mais acontecem os sonhos de

caráter alucinatório, com forte conteúdo emocional, ausência de consciência e

controle. A razão pela qual não vivenciamos e reagimos aos nossos sonhos, como

fazemos em nossa atividade cognitiva durante a vigília, é que no sono paradoxal a

maior parte dos nossos músculos está em hipotonia máxima (chamada por muitos de

“atonia”). O sonambulismo, por sua vez, acontece no sono de ondas lentas e não é

acompanhado ou motivado por sonhos. A razão para se afirmar que os sonhos, em

sua maior parte, ocorrem na fase do sono paradoxal, é que durante uma pesquisa em

que se acordaram os voluntários em ambas as fases, constatou-se que na fase de

sono paradoxal, quando despertos, os voluntários revelaram sonhos elaborados,

vívidos, alucinatórios e emocionais, enquanto os voluntários que foram despertados na

fase de sono de ondas lentas relataram menor quantidade de sonhos, e quando

sonharam, os sonhos eram mais conceituais, menos vívidos e com menor carga de

emoções.

5. Neuroanatomia do sono Quando as regiões encefálicas que promovem o sono REM estão ativas, as

regiões que promovem o sono NREM estão inibidas, e vice-versa, esse mecanismo

100

também é conhecido como “flip-flop switch”. Essa modificação de ligar-desligar sono

REM-NREM é modulada por um grupo de neurônios colinérgicos (que promovem o

sono REM) e neurônios noradrenérgicos e serotoninérgicos (que inibem o sono REM).

Mas, onde ficam esses grupos neuronais?

Eis a resposta: existe um sistema conhecido como SARA (sistema ativador reticular

ascendente) localizado no tronco encefálico, próximo à ponte e ao mesencéfalo, que

são responsáveis por mediar o despertar e a dissincronia cortical da vigilía

(eletricamente falando) via projeções para o tálamo e para o prosencéfalo basal. Esse

sistema é constituído pelo núcleo dorsal da rafe (serotoninérgico), núcleo ceruleo (LC,

noradrenérgico) do tronco cerebral e núcleo tuberomamilar (NTM histaminérgico) do

hipotálamo posterior, que se projetam para o córtex e núcleos reticulares do tálamo

(Figura 4).

Os circuitos tálamo-corticais e projeções aminérgicas-colinérgicas são

responsáveis pela dessincronização do eletroencefalograma na vigília. A atividade

aminérgica elevada durante a vigília ativa os circuitos tálamo-corticais, mas diminui

durante o sono NREM, sendo ausente no sono REM. Os neurônios aminérgicos são

denominados de "wake-on-and-sleep-off". Durante o sono REM o córtex cerebral está

desmodulado pela ausência do tônus aminérgico. Os núcleos colinérgicos pontinos

látero-dorsais, tegmento pedúnculo-pontino e núcleo colinérgico do prosencéfalo basal

excitam os núcleos reticulares talâmicos, projeções tálamo-límbicas (córtex e

amígdala) e projeções corticais diretas e estão sob o controle inibitório do sistema

NDR e LC. Essas projeções colinérgicas tálamo-corticais e tálamo-límbicas são

fundamentais para a dessincronização eletroencefalográfica durante a vigília e para a

dessincronização eletroencefalográfica durante sono REM. De forma contrária com a

atividade aminérgica, que no sono REM se mantém ausente, a atividade colinérgica

dos núcleos pontinos látero-dorsais, tegumento pedúnculo-pontino e do prosencéfalo

basal pode ser encontrada como máxima durante o sono REM e vigília, sendo mínima

Figura 4 - Vias aminérgicas e colinérgicas Projeções ascendentes do tronco encefálico originadas do tálamo, hipotálamo posterior e prosencéfalo basal (PB). Neurônios do núcleo lateral-dorsal (NLD) e núcleo tegumento-pedúnculo-pontino (TPP) enviam fibras colinérgicas para o tálamo e diretamente para o córtex. Núcleos aminérgicos projetam-se difusamente e diretamente para o córtex. Núcleos tuberomamilares (NTM): histamina. Núcleo dorsal da rafe (NDR): serotonina (5-HT). Núcleo ceruleu (LC): noradrenalina (NA).Núcleo pré-óptico ventrolateral (VLPO): GABA e galanina.(Modificada do Aloé et al, 2005)

101

ou ausente durante o sono NREM. Dessa forma, os núcleos colinérgicos ativam-se

durante a vigília e durante o sono REM com dessincronização do EEG. Tendo então

as células colinérgicas recebido a denominação de células "REM-and-wake-on".

Portanto, cabe salientar que existe uma diferença entre a dessincronização do

EEG no REM e na vigília pois, durante o sono REM, os sistemas aminérgicos não

estão ativos e a ativação colinérgica ativa o córtex diretamente. Na vigília, os sistemas

aminérgicos, dopaminérgicos, hipocretinas (hipocretina - produzida no hipotálamo

posterior e importante para a manutenção da vigília) e colinérgicos estão ativos

(modulação aminérgica cortical).

As áreas que “ligam” a fase de sono são encontradas nos neurônios inibitórios

gabaérgicos e galaninérgicos do núcleo pré-óptico ventro-lateral do hipotálamo

anterior (VLPO) que ativam-se exclusivamente durante o sono NREM e REM e são

conhecidas como “sleep on”. A área VLPO está relacionada com o sono de ondas

lentas (SOL) e suas células projetam-se diretamente para os núcleos NTM, NDR, LC,

núcleos colinérgicos pontinos laterodorsais, tegumento pedúnculo-pontino e sistema

de hipocretinas, para produzir uma inibição nestes núcleos excitatórios promotores da

vigília (Figura 5).

A área VLPO mantém ativa com o propósito de inibir os sistemas aminérgico,

colinérgico e hipocretinérgico, para que haja a inibição das células REM off e o então

aparecimento do sono REM. No entanto, esta área também está sujeita a receber

sinapses inibitórias dos NTM, NDR e LC, assim como sinapses de núcleos do sistema

límbico e do núcleo supraquiasmático (NSQ), porém não recebe sinapses inibitórias do

hipotálamo posterior (hipocretinas), constituindo-se outras vias para o controle do ciclo

sono-vigília. A área VLPO e o sistema aminérgico mantém uma relação funcional de

reciprocidade de inibição mútua entre os dois sistemas (Figura 6). Quando a área

Figura 5: Axônios do VLPO (gabaérgicos e galaninérgicos) projetam-se nos neurônios monoaminérgicos e colinérgicos promotores da vigília. (Fonte: Aloé et al, 2005)

102

VLPO está ativa durante o sono, inibe as células do sistema aminérgico-colinérgico.

Semelhantemente, quando os neurônios aminérgicos-colinérgicos estão ativos durante

a vigília, inibem a área VLPO. Esse modelo de reciprocidade pressupõe que sono ou

vigília ficam estáveis enquanto um dos componentes do equilíbrio se mantém

suficientemente ativado. Modelos experimentais de estresse agudo e crônico com

insônia em ratos demonstram que o estresse produz descontinuidade do sono por

meio de conexões anatômicas das amígdalas, inibindo a atividade do VLPO devido ao

aumento de atividade dos núcleos aminérgicos. A inibição gabaérgica sobre o núcleo

dorsal da rafe e núcleo cerúleo seria a etapa sináptica final para a desativação das

células “REM-off”, dando início ao sono REM de acordo com o modelo da interação

recíproca.

6. Ontogenia do sono

Os padrões elétricos do EEG bem como necessidade de dormir, leia-se

duração de sono, variam ao longo da vida (Figura 7).

A neurogênese do NSQ foi detectada em humanos em torno da 18ª semana de

idade gestacional. Por imuno-histoquímica, a maturação dos NSQ mostrou-se

contínua por todo o primeiro ano de vida. Há mudanças nos ritmos circadianos dos

bebês até tarde da fase adulta, mas são menos dramáticas que durante a infância.

Durante o primeiro ano de vida, os bebês gastam a maior parte do tempo dormindo, e

isso se deve ao fato que o sistema nervoso central está ainda completando a sua

maturação, o desenvolvimento em geral, o futuro cognitivo e psicomotor além do

desenvolvimento do próprio temperamento, apesar de que os estudos são

inconclusivos nesse ponto.

Figura 6: Modelo de interação recíproca (Fonte: Aloé et al, 2005)

103

Figura 7: Duração do sono em função da idade (tirado do Purves et al, 2005).

Outro ponto relevante sobre a finalização da maturação do sistema nervoso

central é a sua plasticidade. Quando animais jovens quando privados de sono (REM e

NREM) há uma perda da plasticidade cerebral, e essa perda é caracterizada pelo

tamanho dos encéfalos (menores nesse caso), resultando numa diminuição no

aprendizado e outros efeitos negativos comportamentais no longo prazo. Privação de

sono REM pode levar ao subdesenvolvimento do sistema visual, porque nenhuma

conexão é feita entre as células ganglionares da retina e o núcleo geniculado lateral.

Fusos do sono e complexos K estão relacionados com a maturação normal do

cérebro, e eles devem ter uma função no desenvolvimento do córtex cerebral, bem

como de processos de memória e de aprendizagem. No recém-nascido, a criança

modelo dorme 16-17 horas por dia. Aos 6 meses de idade, o sono, muitas vezes

diminui para 13-14 horas por dia, e o período mais longo do sono é cerca de 6 horas

em média. A partir de 1 ano de idade, o mais longo período de sono aumenta para

cerca de 8-9 horas. Os estágios de sono em bebês pode ser denominado REM /

NREM após 2 meses de idade. Antes desta idade, a terminologia para os estágios do

sono é diferente.

Na adolescência, a quantidade de sono NREM diminui entre os 11 a 17 anos, o

que leva a associar o fato da puberdade. Eles podem dormir a noite inteira e, no

entanto, ainda ficarem sonolentos durante o dia. Estruturalmente, observa-se uma

diminuição para o início do sono REM, e um aumento no percentual total dos estágios

mais superficiais (1 e 2). Um adolescente requer em média 8,5 a 9,25 horas de sono

diário. No entanto, estudos tem demonstrado que a média de sono que os

104

adolescentes tem durante os dias escolares está reduzida para em torno de 7 horas,

devido à tendência dos adolescentes de atrasarem a hora de dormir enquanto mantém

o mesmo horário de acordar para ir à escola. Essa privação de 1 – 2 horas por dia

durante os dias escolares é suficiente para desenvolver sintomas de sonolência,

levando a reduzir o desempenho na escola. E durante os finais de semana a duração

do sono é estendida como resultado de um efeito chamado rebote da privação do

sono, que estão sujeitos durante a semana. Essa irregularidade resultante de uma

privação parcial está também associada com a redução da concentração e variações

de humor. Embora os mecanismos não estejam muito bem estabelecidos, essas

mudanças na fisiologia dos adolescentes disparam o então chamado ‘atraso de fase’:

tendência do corpo de atrasar seus ritmos biológicos, incluindo as horas de sono e

acordar.

Várias fases do sono participam do processo de consolidação da

aprendizagem, e não apenas o sono paradoxal como se costumava acreditar.

A privação de sono altera o funcionamento de várias regiões do cérebro, incluindo o

córtex pré-frontal. Esta região está associada com a memória de trabalho, e com mais

outras funções cognitivas como o julgamento e processo de tomada de decisão.

Portanto, mudanças no ciclo vigília/sono podem prejudicar o aprendizado de

duas formas: redução de concentração e a capacidade de rápido aprendizado;

consequentemente piora a consolidação do que foi aprendido.

Além das mudanças de humor, a privação de sono pode exacerbar sintomas

psiquiátricos como a depressão e causam mudanças metabólicas como aumento do

apetite e ganho de peso.

Na vida adulta (entre 20 e 30 anos), o padrão de sono mostra-se bastante

estável com 25% do tempo nos estágios 3 e 4, com um tempo total de sono médio de

7h30min por noite, e com cerca de 2 horas de REM.

A partir dos 40 anos de idade nos homens e 50 nas mulheres, o padrão de sono

começa a mudar. Com o envelhecimento, o sono NREM tende a diminuir

gradualmente, e acontece uma superficialização do sono, ou seja, facilmente

despertam.

Há diferenças entre o sono do homem e o sono da mulher, devido às

mudanças mais drásticas na vida da mulher (desde o ciclo menstrual até a

menopausa). As mulheres se queixam mais que os homens de problemas relativos ao

sono.

105

7. Substâncias de abuso e Sono

Substâncias de abuso são substâncias psicoativas conhecidas como de uso

não médico e pouco adaptativa, e também podem causar diversos problemas de

saúde tanto físicos como mentais, incluindo distúrbios do sono. Muitas delas tem

efeitos agudos e deletérios com consequência sobre o sono, que podem ser mantidas

ou expandidas se o uso for crônico, e exacerbadas com a retirada. Estudos tem

apontado que tanto o uso de substâncias de abuso podem causar um distúrbio nos

ritmos circadianos (como o ciclo vigília/sono) como distúrbios do sono também podem

levar ao uso de tais substâncias.

Estimulantes como cocaína e anfetamina causam perda de peso, cansaço, insônia e

sono interrompido. Drogas de outras classes como sedativos e calmantes (ex:

benzodiazepínico, álcool), opióides (ex: heroína) inicialmente produzem efeitos que

causam sono, incluindo sonolência diurna e reduz a latência de sono (tempo que leva

para adormecer); no entanto causam interrupções no sono mais tarde da noite devido

ao efeito agudo de retirada – no fim do efeito.

A retirada ou abstinência dessas substâncias tem seu próprio impacto sobre os

parâmetros do sono, que pode ser dependente da duração da abstinência. Os

distúrbios do sono tendem a estar associados com a retirada aguda da droga, como

evidenciada pelo aumento da latência de início de sono, redução do tempo total de

sono; além disso, o sono paradoxal ou REM frequentemente apresenta um efeito

rebote durante a abstinência. Com o período de abstinência se prolongando, os

padrões de sono tendem a voltar ao normal.

O uso de álcool pode atrasar a liberação de melatonina, causando assim um

atraso de fase, além de causar um achatamento na curva do ritmo de temperatura,

elevando a temperatura cedo da manhã e diminuindo no início da tarde, com 43% na

redução da amplitude, em relação ao controle.

Já é conhecido que o consumo de álcool próximo ao horário de se deitar reduz o sono

REM e que a diminuição da presença de dois sonos REM na primeira fase da noite

prejudica o desempenho no desenvolvimento de tarefas lógicas. Foi relatado que a

total privação de sono debilita a memória no desempenho de uma tarefa lógica

aprendida no mesmo dia, e este baixo desempenho pode permanecer de 48 a 72hs

após o aprendizado da tarefa. O consumo de álcool neste período reduz a quantidade

e o tempo do sono REM na primeira metade da noite, e isto pode refletir numa

diminuição de aprendizado em tarefas usadas para análise cognitiva, além de também

106

afetar o estágio 2 do sono não-REM, prejudicando a performance na realização de

tarefas de desempenho motor.

8. Distúrbios do sono Sonilóquio

O sonilóquio é a emissão da fala ou de sons ininteligíveis durante o sono.

Pode ocorrer por despertar parcial tanto durante o sono REM (1/4 dos episódios) como

NREM (3/4). Os episódios são breves, ocorrem com frequência variada a cada noite e

têm curta duração. Em pequeno grau, este distúrbio do sono afeta até 1/4 das

crianças, anualmente, a partir dos 3 anos de idade. São desencadeantes habituais a

sobrecarga física ou psíquica, a febre e os distúrbios afetivos. Não há base orgânica.

O diagnóstico é clínico, não havendo necessidade de exames auxiliares

comprobatórios. Nos casos muito intensos ou persistentes a avaliação psicológica é

recomendável.

Síndrome da Movimentação Periódica dos Membros (PLMS) Também denominada de mioclonias noturnas, é caracterizada por movimentos

repetitivos, estereotipados, principalmente dos membros inferiores, predominando

durante o sono NREM. Cada abalo dura de 0,5 a 5 segundos, repetindo-se a cada 4 a

90 segundos resultando em despertares noturnos. Consequentemente o sono não é

reparador e há sonolência diurna. Em alguns pacientes, há associação de PLMS com

a síndrome das pernas inquietas (durante o sono) e/ou com a síndrome de déficit de

atenção e hiperatividade (em vigília). O diagnóstico definitivo é feito pela

polissonografia, através do registro da atividade do músculo tibial anterior.

Síndrome das Pernas Inquietas (SPI) Distúrbio de sono frequente, em que há aumento da movimentação dos

membros, geralmente os inferiores. Acomete predominantemente crianças em idade

escolar. Muitas vezes o quadro pode apresentar um componente predominante e

intenso de adormecimento ou formigamento (parestesia), com aparecimento de dores

agudas, que originam despertares. Estas dores são referidas nas pernas, entre o

tornozelo e os joelhos. Os episódios podem ser ocasionais ou recorrentes. Na falta de

melhor explicação, este quadro é denominado pelos pediatras como “dores de

107

crescimento”. O diagnóstico é feito pelo histórico do paciente e o tratamento pode ser

acompanhado por massagem local nos quadros leves e moderados.

Insônia

Definida com dificuldade de iniciar o sono (insônia inicial), dificuldade de

manter o sono (insônia intermediária), ou acordar muito cedo (insônia terminal) por

período e profundidade suficientes para recomposição física e psíquica ou, embora

com menor frequência, por uma queixa de sono não restaurador ou de má qualidade.

O sono profundo está reduzido na duração, entrecortado ou não por despertares

frequentes. A caracterização de insônia depende de parâmetro individualizado

segundo a necessidade de sono de cada um, a faixa etária e as atividades diárias. A

insônia é um distúrbio frequente do sono. Foi observado que 9,5 % das crianças entre

1 e 2 anos apresentam insônia com ou sem despertares frequentes. Entre os pré-

escolares a prevalência já é menor - cerca de 3% entre as crianças com idade entre 4

e 5 anos, com progressiva redução do índice até a adolescência, quando torna a

elevar-se na fase adulta, principalmente em mulheres nas primeiras fase da

menopausa. A insônia também está presente em 30 a 50% das pessoas com

distúrbios de humor; doenças médicas (frequentemente com dor) são encontradas em

10% dos pacientes e apenas 10% parecem resultar em distúrbios de sono primários.

As doenças psiquiátricas que mais incluem insônia são a depressão e a ansiedade.

Alterações neurológicas, determinadas pelo uso de substâncias estimulantes como

adrenérgicos, anti-histamínicos, teofilina e cafeína podem originar insônia; assim como

as encefalopatias crônicas de variada natureza e a síndrome do déficit de atenção

com hiperatividade.

Bruxismo O bruxismo é um distúrbio caracterizado pelo ranger ou apertar dos dentes

(como uma mastigação) durante o período de sono. Sua causa ainda não foi definida

completamente, porém, durante o bruxismo, a força realizada sobre a musculatura

mastigatória e os dentes é excessiva, produzindo sintomas musculares e dentais, tais

como dor facial, desconforto muscular (principalmente ao morder), dores de cabeça,

desgaste dos dentes e danos à gengiva. Um sinal típico é o desgaste do esmalte dos

dentes. Ocorre por despertar parcial durante o estágio 2 do sono NREM ou durante o

sono REM. Pode também ocorrer em vigília. De modo geral, o indivíduo apresenta

somente este movimento anômalo, porém, ocasionalmente, pode haver outro distúrbio

do sono associado. Como decorrência do esforço muscular do masseter, pode ocorrer

108

cefaléia, dor facial, desgaste dentário ou da articulação têmporomandibular. A

incidência anual de algum episódio de bruxismo é de 10 a 15%, para a faixa etária de

5 a 20 anos, a mais acometida. Crianças com retardo mental ou paralisia cerebral têm

incidência maior. Os fatores desencadeantes, quando presentes, são agravos físicos e

psíquicos. Há elevada frequência de antecedentes familiares positivos. O diagnóstico

é clínico, geralmente fácil, embora por vezes possa ficar mascarado pela queixa de

cefaléia, alteração dentária ou de outros movimentos corpóreos anômalos

concomitantes. Por esse motivo, o bruxismo geralmente é detectado pelo dentista, e

as próteses dentárias são recomendáveis nos casos mais intensos, assim como a

avaliação psicológica.

Apnéia do sono

A apnéia obstrutiva do sono afeta uma série de eventos neuropsicológicos,

como diminuição da atenção, memória e das funções motoras. Esta patologia é

caracterizada por um período de apnéia mais longo que o normal durante o sono. Em

condições normais esses picos de apnéia durante o sono ocorrem, porém são curtos e

por isso não são capazes de interferir nas pressões de oxigênio e dióxido de carbono

demandadas para os pulmões. Nesta patologia, esses picos são mais longos,

diminuindo a demanda de gases, levando a uma interferência nas pressões

pulmonares. Isto resulta em intervalos de hipóxia durante a noite e na fragmentação

do sono, contribuindo para as deficiências nas funções cognitivas, resultando na

diminuição do desempenho intelectual, muito comum em crianças.

Distúrbio comportamental do sono

Não é sem razão que durante o tempo sono há máxima hipotonia muscular,

principalmente nos grandes grupos musculares. Quando ocorre uma alteração ou

disfunção nas regiões do tronco encefálico (região responsável pela hipotonia), além

de uma associação a uma diminuição da atividade de neurônios serotoninérgicos ou

noradrenérgicos (responsáveis pela inibição fásica do sono REM), o indivíduo tende a

atuar durante o sonho, conhecido como distúrbio comportamental do sono REM que é

caracterizado por um comportamento violento ou desorganizado durante do sono

REM, apresentando perda intermitente da hipotonia no EMG. Isso ocorre mais

comumente na sexta ou sétima década de vida.

109

Pesadelos Definem-se como pesadelos aqueles sonhos cujo conteúdo fortemente

emocional é desagradável. Sua incidência é maior em crianças que em adultos, e

além disso, eles podem acontecer fora do sono REM, ao contrário dos adultos. Em

crianças podem ter qualquer origem, e em adultos esta origem é geralmente

emocional.

Narcolepsia É causada por um déficit do neurotransmissor hipocretina no hipotálamo o

gerando uma sonolência excessiva. Sendo caracterizada por episódios de sono

recorrente e de curta duração; outras características dessa patologia são episódios de

perda do tônus muscular, conhecido com cataplexia, além de paralisia do sono e

alucinações (“crises” de sonhos em plena vigília). O individuo narcoléptico pode perder

a consciência rapidamente durante um acesso de riso ou cócegas.

Paralisia do sono Definida pela sensação de impossibilidade de movimentar o corpo, que

geralmente acontece com algumas pessoas ao levantar. Sua duração é rápida,

apenas alguns minutos, mas traz bastante desconforto. A paralisia do sono é

resultante de um acordar parcial durante o sono REM, ou seja, o indivíduo está em

vigília antes que a atonia muscular ocorrida no sono REM regrida.

Alucinações hipnagógicas Com mecanismo semelhante ao da paralisia do sono, portanto também devido

a um despertar parcial durante o sono REM, ocorre na maioria das vezes ao despertar

ou ao dormir. São alucinações compostas por sons e visões, podendo ser definido

como “sonhando acordado”.

Sonhos épicos São sonhos altamente grandiosos, bem elaborados e exaustivos que não

permitem que o paciente tenha um sono reparador e, consequentemente, tendo um

despertar já cansado. As causas deste distúrbio são desconhecidas até o presente

momento, pois em testes clínicos não se detecta nenhuma alteração neuronal alguma.

110

9. Privação de sono A privação de sono leva a várias alterações fisiológicas, desde alterações

comportamentais, endócrinas e neuroquímicas, além de diminuir a longevidade. Do

ponto de vista neuroendócrino, a privação do sono REM, de alguma forma, ativa o eixo

hipotálamo/hipófise/suprarrenal. Num teste onde os voluntários permaneceram de 24 a

40 horas privados de sono e após este período foram submetidos a testes de atenção,

sua desenvoltura foi incrivelmente prejudicada com atraso no tempo de reação e um

aumento de erros na tarefa. Testes com animais usando a mesma abordagem

mostraram que a atenção visual também foi prejudicada.

Alguns estudos tem demonstrado que não somente a privação contínua de sono, mas

também a redução crônica de sono habitual (diminuição de tempo total – ex: de 7 a 8

horas por dia para cerca de 4 a 6 horas) pode causar um prejuízo cumulativo

perceptível nos teste de vigilância. Nos dias atuais, nós somos estimulados de

diversas maneiras e expostos a grande variedade de estímulos como televisão e

internet, além da própria pressão da sociedade como trabalho, estudo,

aperfeiçoamento que exigem de nós atividades quase em tempo integral; essas

mudanças sociais exigem de nós adaptações em termos de horários, ou seja,

acordamos mais cedo e dormimos mais tarde, consequentemente a nossa carga

horária de sono e descanso diminui. Portanto, a privação voluntária ou involuntária

tornou-se comum ultimamente. As consequências cognitivas podem ser vistas entre

profissionais como médicos, motoristas de ônibus, caminhões, trabalhadores de usina

de energia, plataformas de petróleo ou mesmo trabalhadores em turno, cujos lapsos

de atenção resultam em graves acidentes de trabalho que podem até mesmo custar

vidas.

Trabalho em Turno ou Noturno

O trabalho em turno é caracterizado pela continuidade de produção ou provisão

de serviços, que só é possível com vários times de trabalhadores no mesmo local de

trabalho. Estes times podem ou mudar suas horas de trabalho ou trabalham sob uma

agenda fixa, incluindo turnos noturnos. Ambas as mudanças na agenda e trabalhos

noturnos podem ser fatores para várias doenças, como gastrite, doenças

cardiovasculares e distúrbios do sono. Por exemplo, distúrbios gástricos podem estar

relacionados às mudanças nos hábitos alimentares como consequência do horário de

trabalho. Muitos trabalhadores aumentam o consumo de café, álcool e drogas para

ajudarem a mantê-los acordados.

O sono de trabalhadores em turno e noturnos é mais curto do que o sono dos

trabalhadores diurnos. O sono diurno também tem diferenças estruturais, como a que

111

envolve a duração das fases do sono, que não é a mesma do sono noturno, levando a

uma crônica privação de sono.

O resultado da interrupção da ordem temporal interna é que a ressincronização de

vários ritmos não ocorre na mesma velocidade, apesar das diferenças individuais.

Portanto, matutinos (aqueles que tem preferências por dormir e acordar mais cedo)

ficarem acordados durante o turno da noite é mais difícil do que os vespertinos

(aqueles que tem preferência de dormir e acordar mais tarde).

Portanto, distúrbios nos ritmos circadianos podem geram consequências graves a

saúde do trabalhador. Estudos demonstram que esses trabalhadores em turno ou

noturno tem aumento de peso, dos níveis de colesterol ou mesmo desenvolvem

síndromes metabólicas, além dos riscos de acidentes de trabalho ocasionado pela

privação de sono e suas consequências.

10. Considerações finais

Apesar de todo avanço em mais de 50 anos após sua descoberta, o sono REM

ainda intriga os estudiosos do ciclo sono-vigília. Até agora, todos os estudos indicam

que o sono REM tem fundamental relevância no equilíbrio das funções orgânicas e,

portanto, não deve ser deixado de lado, apesar de seu mecanismo e consolidação

serem ainda desconhecidos. As causas e as tão peculiares modificações que

acontecem nesta fase permanecerão uma grande incógnita até que seus mecanismos

básicos e suas funções sejam completamente elucidados. É importante prosseguir

com estudos envolvendo lesões, estimulação elétrica, administração de fármacos e

até testes onde se realiza a privação do sono para analisar os mecanismos de

geração, ação e as principais funções.

11. Referências Bibliográficas

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113

Capítulo 7 – Quente e frio

Autores: Bárbara Falquetto Barna, Izabela Martina R R de Toledo, Sebastião Donato Silva Junior

Revisão: Profa. Dra. Sara Joyce Shammah Lagnado, Prof. Dr. Luiz Roberto G. de Britto

1. Introdução

A temperatura corporal interna dos seres humanos é mantida quase constante

durante toda a vida, isso o classifica como homeotermos. Embora sua temperatura

varie no dia-a-dia e mesmo de hora em hora, essas flutuações geralmente são

inferiores a 1 oC. A manutenção da temperatura corporal dentro desta estreita faixa de

variação é possibilitada pelo hipotálamo, uma estrutura do sistema nervoso central que

regula, além de outras funções a manutenção da temperatura corporal. Em algumas

situações no entanto, como durante o exercício extenso e prolongado, problemas de

saúde ou condições extremas de calor ou de frio, a temperatura corporal pode sofrer

um desvio fora de sua faixa ideal de variação que é de 36,1 a 37,8 oC .

A temperatura corporal reflete um equilíbrio meticuloso entre a produção e a

perda de calor. Sempre que esse equilíbrio é perturbado, a temperatura corporal

altera-se. Para manter uma temperatura interna constante é necessário portanto, um

equilíbrio entre o ganho de calor dependente do metabolismo e também do meio

ambiente e a perda de calor pelo corpo. Assim, se a produção de calor do corpo for

superior a sua perda, a sua temperatura interna aumentará; o contrário também é

verdadeiro, uma vez que a produção de calor do corpo for inferior a sua perda, a sua

temperatura interna diminuirá.

Como já mencionado anteriormente, o mecanismo regulador da temperatura

corporal localiza-se numa estrutura chamada hipotálamo. No entanto, diferentemente

de um termostato caseiro, o hipotálamo não apenas “liga ou desliga o calor”; mas

modula as respostas destinadas a proteger o acúmulo ou a perda de calor pelo corpo.

Na sequência do capítulo iremos discutir os mecanismos envolvidos na regulação da

temperatura corporal, os estímulos que modulam a atividade do hipotálamo e as

respostas a estes estímulos; fatores que podem influenciar os mecanismos

termorregulatórios; e algumas complicações decorrentes de um estresse térmico

excessivo.

114

2. Regulação Hipotalâmica da Temperatura

São inúmeras as funções do hipotálamo responsáveis pela manutenção da vida.

Essas funções compreendem o controle visceral da sede, da fome, das glândulas

endócrinas, das gônadas e também da temperatura corporal. No hipotálamo, está

localizado um grupo de neurônios responsável pelo mecanismo termorregulador, que

trabalha tanto como um sensor quanto como um controlador da temperatura corporal.

A porção anterior do hipotálamo apresenta um grupo de neurônios que

identificam pequenas variações na temperatura do sangue que irriga essa região,

denominada região termosensitiva do hipotálamo sendo portanto, um meio de

monitoramento da temperatura corporal. A atividade dessas células (no caso de

variações temperatura corporal) estimula outras regiões hipotalâmicas a

desencadearem respostas coordenadas para a conservação do calor (hipotálamo

posterior) ou perda de calor (hipotálamo anterior).

Além de receber informações sobre a temperatura corporal através da região

termosensitiva, o hipotálamo também recebe essas informações, através de

receptores térmicos (termoceptores) periféricos que existem predominantemente sob a

forma de terminações nervosas livres.

Nossa sensibilidade térmica baseia-se na existência de duas classes de

termoceptores. Uma classe engloba os receptores de frio, e a outra, os receptores de

calor. A distinção entre essas duas classes é a faixa de temperatura mais eficiente

para a ativação de cada uma delas. Os receptores de frio, exibem uma atividade

máxima para temperaturas situadas em torno dos 25 oC. Já os receptores de calor

apresentam uma atividade máxima para temperaturas ao redor dos 40 oC. Algumas

terminações nervosas associadas ao frio começam a descarregar novamente quando

a temperatura ultrapassa os 40 oC, aumentando a frequência dessa descarga em

paralelo ao aumento dessa temperatura. Esse fenômeno é denominado resposta

paradoxal e é responsável pela sensação de frio provocada por temperaturas altas e

potencialmente lesivas.

O processo de transdução, mediado pelos termoceptores, é mediado por canais

iônicos presentes nas membranas de terminações nervosas livres. Foi identificada

uma família de proteínas, denominada de “TRP”, que inclui canais iônicos sensíveis à

temperatura (a sigla origina-se do inglês e significa “receptor de potencial transiente”).

A ampla família de proteínas TRP está envolvida, tanto em vertebrados quanto em

115

invertebrados, em uma grande variedade de processos de transdução, além da

termocepção. Enquanto alguns membros da família TRP são ativados por

temperaturas baixas (receptores de frio), outros são ativados por temperaturas mais

altas (receptores de calor). Em torno de 43 oC ocorre a transição de uma sensação

inócua de calor para uma sensação dolorosa de queimação. Essa transição coincide,

aproximadamente, com o comportamento de diferentes subgrupos de proteínas TRP,

que respondem a diferentes faixas de temperatura, acima ou abaixo de 43 Co. Alguns

tipos de proteínas TRP (sensíveis ao calor) são também ativadas por substâncias

vanilóides, tais como a capsaicina e a piperina, presentes em vários tipos de pimentas

(e que também ativam vários tipos de nociceptores). Essa é a razão pela qual uma

sensação de calor é atribuída ao sabor de muitas pimentas, caracterizando pratos

também apresentados como “quentes”. Já outros representantes da família TRP,

ativados por temperaturas mais baixas, em torno de 25 a 28 Co, são também sensíveis

ao mentol e ao eucaliptol, o que explica a sensação de frescor que essas substâncias

podem induzir.

A partir das informações obtidas da região termosensitiva hipotalâmica e dos

termoceptores, o hipotálamo integra a temperatura ambiente com a temperatura

corporal e desencadeia mecanismos de ajustes que aumentam ou diminuem a

geração e a dissipação de calor. As respostas desencadeadas pelo hipotálamo irão

então atuar sobre os processos de transferência e conservação do calor corporal, que

veremos a seguir.

3. Transferência do Calor Corporal

Para que o corpo transfira calor para o meio ambiente, o calor produzido pelo

corpo deve ter acesso ao meio exterior. A transferência do calor do corpo para o meio

externo pode ocorrer pelos seguintes mecanismos: condução, convecção, radiação,

evaporação os quais detalharemos a seguir.

3.1 Condução

A troca de calor por condução envolve a transferência direta do calor de uma

molécula para outra através de um líquido, sólido ou gás. Como exemplo, o calor

gerado profundamente no seu organismo pode ser conduzido através do tecido

adjacente até atingir a superfície corporal. A perda de calor por condução envolve,

portanto, o aquecimento das moléculas de ar e das superfícies mais frias que entram

em contato com a pele. Ao contrário, se um objeto quente for pressionado contra sua

116

pele, o calor do objeto será conduzido para ela, aquecendo-a. O ritmo de perda de calor

por condução depende de dois fatores: o gradiente de temperatura entre a pele e as

superfícies circulantes e suas qualidades térmicas. Por exemplo, a imersão do corpo na água

fria ou até mesmo em temperatura ambiente pode produzir considerável perda de calor. A

colocação de uma mão na água com temperatura ambiente ilustra claramente esse fenômeno.

Por que a mão na água parece mais fria que a mão no ar, apesar de a água e o ar possuírem

temperaturas idênticas? A resposta é simples: a água possui maior condutibilidade absorvendo

vários milhares de vezes mais calor que o ar e o conduz para longe da parte corporal mais

quente. Outro exemplo de perda de calor por condução pode ser observado quando uma

pessoa deita-‐se sobre uma rocha protegida do sol, esse ato irá facilitar a perda de algum calor

corporal por condutância entre a superfície fria da rocha e a superfície mais quente da pessoa.

3.2 Convecção

A convecção envolve a mobilização do calor de um lugar a outro pelo movimento

de um gás ou de um líquido pela superfície aquecida. Embora nem sempre tenhamos

consciência disso, o ar em torno de nós está em movimento constante. Ao circular em

nosso redor passando pela pele, retiram moléculas de ar que foram aquecidas pelo

seu contato com a pele. Quanto maior for o movimento de ar (ou líquido, como a água)

maior é a taxa de remoção de calor por convecção. No entanto, se o movimento do ar

ou a convecção prossegue lentamente, o ar próximo da pele se aquece e age como

uma “zona de isolamento” que minimiza a perda adicional de calor por condução.

Portanto, num ambiente que é mais frio que a temperatura da pele, a condução

proporciona a transferência de calor da pele aos materiais que se encontram em

contato (água, ar) enquanto a convecção envolve a mobilização do material aquecido

para longe da pele. Quando combinada com a condução, a convecção também pode

fazer que o corpo ganhe calor num ambiente mais quente, quando o meio ambiente é

mais quente que a pele.

Embora a condução e a convecção constantemente removam o calor corporal

quando a temperatura ambiente é menor que a temperatura cutânea, sua contribuição

para a perda total de calor do corpo é relativamente pequena (10 a 20%). Entretanto,

se você submergir em água fria, a quantidade de calor dissipado de seu corpo para a

água é aproximadamente 26 vezes maior do que quando você é exposto a uma

temperatura ambiente similar.

117

3.3 Radiação

Os objetos emitem continuamente ondas térmicas eletromagnéticas, o que

possibilita a troca de calor por radiação. Essa forma de transferência de calor não

requer contato molecular entre os objetos. Em repouso, o processo de radiação é o

primeiro método de liberação de calor utilizado pelo nosso corpo. Neste sentido, nossa

pele irradia constantemente calor em todas as direções para os objetos ao seu redor,

assim como para roupas, móveis e paredes, mas também pode receber calor

radioativo de objetos próximos que estejam aquecidos, ou seja, um corpo irá radiar ou

receber calor se a temperatura do meio for menor ou maior que a sua,

respectivamente. Uma pessoa pode permanecer aquecida absorvendo a energia

térmica radiante proveniente da luz solar direta ou por reflexão a partir da neve, da

areia e da água, até mesmo nas temperaturas do ar abaixo do ponto de

congelamento.

3.4 Evaporação

A evaporação proporciona um importante meio de defesa contra o

superaquecimento. A medida que a água vaporiza-se a partir das vias respiratórias

(ventilação) e da superfície cutânea (suor), o calor é continuamente transferido para o

meio ambiente. A superfície do corpo possui cerca de 2 a 4 milhões de glândulas

sudoríparas. Durante o estresse induzido pelo calor essas glândulas (controladas por

fibras nervosas simpáticas colinérgicas) secretam grandes quantidades de solução

salina hipotônica (0,2 a 0,4% de NaCl). A evaporação do suor a partir da pele exerce

assim um efeito de esfriamento. Por sua vez, a pele esfriada resfria o sangue desviado

dos tecidos internos para a superfície. Além da perda de calor pela evaporação do suor,

cerca de 350 ml de transpiração infiltram-se diariamente através da pele e são

evaporados para o meio ambiente. Além disso, cerca de 300 ml de água evaporam

diariamente a partir das membranas mucosas úmidas das vias respiratórias. Isso é

observado como “respiração nevoenta” em um clima frio.

4. Influência da Umidade do Ar nos Processos de Troca de Calor A umidade relativa do ar se refere à relação da água no ar ambiente a uma

determinada temperatura para a quantidade total de umidade que o ar poderia conter,

enunciada como percentual. Por exemplo, 40% de umidade relativa significa que o ar

ambiente contém somente 40% de sua capacidade de carrear umidade na

temperatura específica.

118

A umidade relativa representa o fator mais importante que determina a eficácia

da perda de calor por evaporação. Quando a umidade é elevada, o ar já contém

muitas moléculas de água e isso reduz sua capacidade de aceitar mais água,

limitando assim a capacidade de evaporação do suor e perda de calor pelo corpo. A

baixa umidade, por sua vez, oferece o meio ideal para a evaporação e a perda de

calor. No entanto, é importante ressaltar que uma umidade relativa muito baixa pode

causar problemas, uma vez que se a evaporação da água através da pele ocorrer

mais rapidamente do que a produção de suor, a pele pode tornar-se muito seca.

Nossa percepção da temperatura ambiente também é afetada pela umidade

relativa do ar. Considere duas situações: exposição ao ar seco do deserto numa

temperatura de 32,2 Co com uma umidade relativa de 10% em comparação com a

exposição ao ar na mesma temperatura com umidade relativa de 90%. Você transpira

profusamente no deserto seco, mas a evaporação ocorre tão rapidamente que você

não tem consciência de estar transpirando. Já num ar saturado com 90% de água,

pouco suor pode evaporar, promovendo um banho contínuo de suor que goteja de sua

pele e muito pouco calor será removido, gerando uma sensação de grande

desconforto.

5. Conservação e Produção de Calor

O gradiente normal de transferência de calor flui do corpo para o meio externo e,

em geral, a regulação central da temperatura não envolve qualquer sobrecarga

fisiológica. No entanto, a perda excessiva de calor pode ocorrer no frio extremo. Nesse

caso, a produção de calor pelo corpo aumenta, enquanto a perda de calor torna-se

mais lenta a fim de minimizar qualquer declínio na temperatura central. Com a

finalidade de conservar calor, o hipotálamo desencadeia uma série de reações em

resposta à redução da temperatura ambiente e central.

5.1 Ajustes Vasculares

A estimulação dos receptores cutâneos durante o frio produz constrição dos

vasos sanguíneos periféricos, reduzindo imediatamente o fluxo de sangue quente para

a superfície corporal mais fria e o redireciona para as regiões centrais mais quentes.

Por exemplo, o fluxo sanguíneo cutâneo é de 250 ml/min em um ambiente

termoneutro, porém em um estresse induzido pelo frio intenso, esse fluxo aproxima-se

de zero. Consequentemente a temperatura da pele declina na direção da temperatura

ambiente, maximizando os benefícios isolantes da pele, do músculo e da gordura

119

subcutânea. Uma pessoa com gordura corporal excessiva, exposta ao estresse

induzido pelo frio, pode ser grandemente beneficiada por esse mecanismo

responsável pela conservação do calor. Para uma pessoa vestida com roupa leve e

com conteúdo normal de gordura corporal, a regulação do fluxo sanguíneo cutâneo

proporciona em geral uma termorregulação efetiva em temperaturas ambientais entre

25 e 29 Co.

5.2 Atividade Muscular

Um dos principais mecanismos pelos quais nosso organismo evita o

resfriamento excessivo é através de tremores e calafrios, um ciclo rápido e involuntário

de contração e relaxamento dos músculos esqueléticos, que pode causar um aumento

de 4 a 5 vezes na taxa de produção de calor pelo corpo em repouso. Os calafrios

geram uma quantidade significativa de calor, porém a atividade física possui a maior

contribuição na defesa contra o frio. O metabolismo energético durante o exercício

mantém uma temperatura central constante em um ambiente com até -30 Co, sem

depender de uma vestimenta restritiva e pesada funcionando como barreira. É a

temperatura interna, e não a produção de calor pelo corpo em si, que medeia a

resposta termorreguladora ao frio. Os calafrios ainda ocorrem durante o exercício

rigoroso se a temperatura central for baixa. Como resultado, com frequência o

estresse induzido pelo frio acarreta um consumo de oxigênio mais alto durante o

exercício (em virtude dos calafrios) do que o consumo exigido para realizar o mesmo

exercício em um ambiente mais quente.

Quando o metabolismo do exercício diminui (por ex. por causa da fadiga),

apenas os calafrios não são suficientes para conseguir conservar a temperatura

central. Até certo ponto é provável que a variabilidade entre os indivíduos na resposta

de calafrios determine as consequências diversificadas para aqueles que se expõem

acidentalmente e sem preparo a ambientes úmidos e frios.

5.3 Produção Hormonal

A maior produção de calor durante a exposição ao frio resulta em parte da ação

de dois hormônios “calorinérgicos” da medula supra-renal (adrenalina e

noradrenalina). O estresse induzido pela exposição prolongada ao frio estimula

também a liberação de tiroxina, o hormônio tireoideano, que induz um maior

metabolismo em repouso.

120

6. Condições Especiais na Termorregulação

Pelo exposto até agora, podemos perceber que o organismo humano possui

distintos mecanismos que garantem a manutenção da temperatura corporal em torno

de 36,5 oC com variações diárias inferiores a 1 oC. Algumas situações, no entanto,

impõem um alto estresse térmico ao organismo que podem provocar um aumento ou

redução da temperatura corporal, colocando em risco a homeostase. Neste tópico

discutiremos algumas alterações fisiológicas que ocorrem em resposta ao exercício

quando o corpo é exposto ao estresse pelo calor ou frio, e o impacto desse estresse

térmico sobre o desempenho.

6.1 Respostas fisiológicas ao exercício no calor

O exercício físico é uma situação que promove um grande aumento nas

demandas do sistema cardiovascular. Em uma situação de exercício onde a

temperatura ambiente é elevada, o sistema cardiovascular pode tornar-se

sobrecarregado. Em uma situação como essa, o sistema cardiovascular enfrenta uma

situação de “competição” pelo fluxo sanguíneo. De um lado estão os músculos que

necessitam do fornecimento de sangue arterial (mais oxigenado) para suportar o

metabolismo energético; por outro lado, o sangue arterial deve ser desviado para a

periferia a fim de transportar o calor metabólico para que ocorra o esfriamento na

superfície da pele, o que dificulta que esse sangue forneça oxigênio aos músculos

ativos. Por essa razão, as demandas cardiovasculares do exercício e aquelas da

termorregulação competem pelo limitado suprimento de sangue.

Para manter um fluxo sanguíneo cutâneo e muscular adequado durante o

exercício na vigência de um estresse induzido pelo calor, o suprimento sanguíneo de

alguns tecidos é comprometido temporariamente. Sendo assim, durante o estresse

devido ao calor ambiental, ocorre uma constrição compensatória do leito vascular

esplâncnico e dos tecidos renais, o que neutraliza rapidamente a vasodilatação ativa

dos vasos subcutâneos responsáveis por 80 a 95% do fluxo sanguíneo elevado para a

pele.

Para manter um débito cardíaco constante enquanto o sangue é desviado para a

periferia, ocorrem outros importantes ajustes cardiovasculares. A redistribuição do

sangue reduz o volume sanguíneo que retorna ao coração, reduzindo o volume

diastólico final. Por sua vez, isso reduz o volume de ejeção. O débito cardíaco

permanece razoavelmente constante durante um período de exercício de 30 minutos

121

num ambiente quente (36 Co) ou em um ambiente termoneutro (20 Co), apesar de

ocorrer uma diminuição constante no volume de ejeção. Um aumento na frequência

cardíaca compensa a queda do volume de ejeção durante o exercício.

O equilíbrio hídrico corporal durante o exercício também é fortemente

influenciado pela temperatura ambiente. Em uma situação de alta temperatura, a

evaporação torna-se o meio mais importante para a perda de calor, gerando um

aumento da demanda de transpiração. Ao detectar o aumento da temperatura central,

o hipotálamo transmite impulsos pelas fibras nervosas simpáticas para os milhões de

glândulas sudoríparas de toda a superfície corporal. Essa maior estimulação das

glândulas sudoríparas desencadeia um aumento da sudorese e consequentemente

maior evaporação, garantido assim o resfriamento do sangue da região cutânea, o que

irá contribuir para a redução da temperatura central. A perda de água e minerais

através da transpiração desencadeia a liberação de hormônio antidiurético (ADH ou

vasopressina) responsável pela manutenção do equilíbrio hídrico, e da aldosterona,

que é responsável pela manutenção dos níveis adequados de sódio.

6.2 Respostas fisiológicas ao exercício no frio

A exposição humana ao frio extremo produz desafios fisiológicos e psicológicos

significativos. O frio ocupa uma posição proeminente entre os diferentes estressantes

ambientais terrestres, por suas consequências potencialmente letais. Além dos efeitos

do estresse ambiental induzido pelo frio propriamente dito, a temperatura central fica

ainda mais comprometida durante a fadiga crônica devido ao esforço, a privação de

sono, a nutrição inadequada e a menor produção de calor pelos calafrios.

Uma diminuição da temperatura cutânea ou da temperatura sanguínea fornece

uma retroalimentação ao mecanismo termorregulador hipotalâmico para que ele ative

os mecanismos de conservação de calor corporal e aumento da produção de calor. Os

principais mecanismos pelos quais nosso organismo evita o resfriamento excessivo

são: tremores; termogênese sem tremores (envolve o estímulo do metabolismo pelo

sistema nervoso simpático, o que aumenta a produção interna de calor);

vasoconstrição periférica, já que o sistema nervoso simpático ativado promove

contração dos músculos lisos que envolvem as arteríolas da pele. As diferenças no

conteúdo de gordura corporal entre os indivíduos exercem uma grande influência

sobre a função fisiológica no frio durante o repouso ou exercício. A gordura corporal

adicional faz aumentar o isolamento efetivo, diminuindo a perda de calor. Os

122

nadadores oceânicos bem sucedidos, por exemplo, possuem habitualmente uma

quantidade relativamente grande de gordura subcutânea, em comparação com os

nadadores não oceânicos altamente treinados.

7. Fatores que modificam a tolerância ao calor e ao frio 7.1 Aclimatação

A tolerância ao calor ou ao frio pode ser alterada pelo processo de aclimatação.

A aclimatação compreende uma série de ajustes fisiológicos que aumentam a

tolerância de um individuo durante uma situação de estresse térmico ambiental. O

meio esportivo é um cenário onde o processo de aclimatação é bastante discutido,

sendo assim vamos usar essa particularidade do esporte para discutirmos as questões

relacionadas à aclimatação.

A aclimatação ao calor envolve uma série de modificações fisiológicas

adaptativas que aprimoram a tolerância ao calor. As adaptações fisiológicas ocorrem

em razão de uma exposição repetida aos ambientes quentes (particularmente quando

combinadas ao exercício), com elevações concomitantes nas temperaturas central e

cutânea e sudorese profusa, ampliando assim a capacidade de realizar exercícios com

menos desconforto por ocasião da exposição subsequente ao calor. Grande parte do

processo de aclimatação ocorre já na primeira semana de exposição ao calor e nas

semanas subsequentes o processo torna-se mais lento. O processo exige apenas 2 a

4 horas de exposição diária ao calor. As primeiras sessões realizadas em um clima

quente devem incluir 15 a 20 minutos de atividade física de baixa intensidade. Daí em

diante a atividade deve aumentar de duração e intensidade.

Os principais ajustes fisiológicos durante a aclimatação ao calor envolvem a

melhora do fluxo sanguíneo cutâneo, o que irá promover uma melhora na eficiência no

transporte do calor metabólico dos tecidos profundos para a superfície corporal. O

débito sanguíneo é distribuído de forma mais eficiente, promovendo uma circulação

apropriada para a pele e os músculos, a fim de atender as demandas do metabolismo

e da termorregulação. O limiar para o início da sudorese também é reduzido, o que

favorece um início precoce do esfriamento por evaporação durante o exercício. O suor

apresenta uma menor concentração de sal, preservando assim os eletrólitos no liquido

extracelular. Estes são os principais ajustes fisiológicos em resposta à aclimatação; no

entanto, esses benefícios se dissipam dentro de duas a três semanas após o retorno

para um ambiente mais temperado.

Em relação à aclimatação ao frio as informações são bastantes limitadas. Fato é que

123

os seres humanos possuem uma capacidade muito menor de adaptação a exposição

prolongada ao frio do que a uma exposição prolongada ao calor. Embora alguns

sugiram que a exposição repetida a frio altera o fluxo sanguíneo periférico e a

temperatura cutânea, essas alterações são pequenas e os achados são inconclusivos.

Estudos de campo revelaram que a exposição crônica de algumas áreas da pele,

como as mãos, podem prover uma tolerância ao frio. Por exemplo, os pescadores que

devem trabalhar com suas mãos em água fria durante muitas horas desenvolvem uma

maior vasodilatação e um maior aquecimento da área exposta a água. A taxa e o grau

de ajustes a essas condições não foram ainda totalmente explicadas. Portanto, a

aclimatação ao frio não é tão bem compreendida como a aclimatação ao estresse pelo

calor ambiental.

8. Complicações do estresse térmico excessivo 8.1 Complicações relacionadas ao calor

A exposição à combinação do estresse pelo calor externo e a incapacidade de

dissipação do calor produzido metabolicamente podem levar a três distúrbios

relacionados ao calor: cãibras pelo calor, exaustão pelo calor, intermação. As cãibras

pelo calor, o menos grave dos três distúrbios desencadeados pelo calor, são

caracterizados por cãibras severas dos músculos esqueléticos. Esse distúrbio envolve,

sobretudo, os músculos que são mais intensamente solicitados durante o exercício.

Provavelmente ele é decorrente das perdas minerais e da desidratação que

acompanham as taxas elevadas de transpiração, mas ainda não foi estabelecida uma

relação de causa-efeito. As cãibras pelo calor são tratadas mediante a remoção do

indivíduo acometido para um local mais frio e da administração de líquidos ou de uma

solução salina.

A exaustão pelo calor é tipicamente acompanhada por sintomas como a fadiga

extrema, dificuldade respiratória, tontura, vômitos, desmaio, pele fria e úmida ou

quente e seca, hipotensão arterial e um pulso rápido e fraco. Geralmente se manifesta

em pessoas não aclimatadas, na maioria das vezes durante a primeira onda de calor

do verão ou com a primeira sessão de treinamento árduo em um dia quente. A

exaustão térmica induzida pelo exercício resulta provavelmente de ajustes circulatórios

não efetivos agravados por depleção do liquido extracelular, principalmente do volume

plasmático por transpiração excessiva. Em geral, o sangue fica “estagnado” nos vasos

periféricos dilatados; isso reduz drasticamente o retorno venoso necessário para

manter o débito cardíaco. Uma pessoa vítima da exaustão induzida pelo calor deve

deixar de exercitar-se e transferir-se para um ambiente mais frio.

124

A intermação, a mais séria e complexa das enfermidades devidas ao estresse

induzido pelo calor, requer assistência médica imediata. A intermação reflete a falha

dos mecanismos responsáveis pela regulação térmica em virtude de uma temperatura

central excessivamente alta. A forma clássica de intermação – temperatura central > 40 Co,

estado mental alterado, ausência de sudorese – ocorre habitualmente durante as ondas de

calor. Afeta as pessoas muito jovens, os idosos e aqueles com doenças crônicas. Na intermação

clássica, o calor ambiental sobrecarrega os mecanismos corporais responsáveis pela dissipação

de calor. Quando a termorregulação falha, a sudorese diminui, a pele fica seca e quente e a

temperatura corporal sobe e alcança 41,5 Co ou mais; isso impõe uma sobrecarga desordenada

à função cardiovascular. Os sintomas, que costumam ser sutis, agravam a complexidade da

hipertermia emergencial. Com um exercício intenso, realizado habitualmente por indivíduos

jovens e altamente motivados, a transpiração pode progredir, porém o ganho de calor

corporal supera os mecanismos para a perda de calor. Outros fatores predisponentes para a

intermação do esforço incluem baixa aptidão física, obesidade, aclimatação inadequada,

disfunção das glândulas sudoríparas, desidratação e doença infecciosa. Se não for tratada, a

incapacidade progride rapidamente para a morte, a qual ocorre por colapso circulatório e

dano do sistema nervoso central e de outros sistemas orgânicos. Enquanto a pessoa está

esperando pelo tratamento médico, algumas vezes medidas agressivas devem ser adotadas

para reduzir a temperatura central, pois a mortalidade está relacionada tanto a magnitude

quanto a duração da hipertermia. O tratamento imediato inclui reposição hídrica e

esfriamento corporal através de fricções com álcool, aplicação de compressas geladas e

imersão do corpo inteiro em água fria ou até gelada.

8.2 Complicações relacionadas ao frio

A hipotermia é a mais grave complicação térmica da exposição ao frio e que

pode resultar em morte. Quando a temperatura corporal cai abaixo de 34,5 Co o

hipotálamo começa a perder sua capacidade de regulação da temperatura corporal.

Essa capacidade é totalmente perdida quando a temperatura interna cai para

aproximadamente 29,5 Co. Essa perda de função está associada a uma redução das

reações metabólicas à metade de suas taxas normais a cada redução de 10 Co da

temperatura celular. Como resultado, o resfriamento do corpo pode causar

entorpecimento e mesmo coma. Casos de hipotermia acidental e dados obtidos de

pacientes que são submetidos intencionalmente a hipotermia revelam que o limite

inferior letal usualmente encontra-se entre 23 e 25 Co, embora alguns pacientes

tenham se recuperado após apresentarem temperaturas retais inferiores a 18 Co.

125

Os riscos da exposição excessiva ao frio incluem a possível lesão de tecidos

periféricos e dos sistemas cardiovascular e respiratório. O efeito mais importante da

hipotermia ocorre sobre o coração. A morte por hipotermia decorre da parada cardíaca

enquanto a respiração ainda é funcional. O resfriamento influencia sobretudo o nodo

sinoatrial, o marcapasso principal do coração. Já em relação a possíveis lesões das

vias aéreas, o ar ambiente frio em geral não representa um perigo especial. O ar frio

que passa pela boca e pela traquéia é rapidamente aquecido, mesmo quando a

temperatura do ar ambiente é inferior a -25 Co. Mesmo nessa temperatura, quando

uma pessoa se encontra em repouso, e respirando principalmente através do nariz, o

ar é aquecido em aproximadamente 15 Co após percorrer um trajeto de

aproximadamente 5 cm no interior da fossa nasal.

O congelamento é outra condição que pode acometer superfícies corporais

expostas a uma temperatura de apenas alguns graus do ponto de congelamento (0 oC). Devido a influência da circulação e da produção metabólica de calor sobre o

aquecimento, a temperatura do ar do meio ambiente necessária para congelar dedos

expostos, nariz e orelhas é de aproximadamente -29 oC. O processo de congelamento

pode promover uma drástica vasoconstrição da circulação cutânea, atingindo o ponto

em que o tecido morre por falta de oxigênio e nutrientes.

A hipotermia leve pode ser tratada protegendo-se do frio, pelo uso de roupas

secas e ingestão de líquidos quentes. Os casos moderados e severos de hipotermia

exigem a manipulação delicada, para evitar o desencadeamento de arritmias

cardíacas. Isso exige o reaquecimento lento da vitima. Os casos de hipotermia

requerem um ambiente hospitalar e cuidados médicos.


AIRES, MARGARIDA DE MELLO. Fisiologia - 3a edição - Rio de Janeiro: Guanabara

Koogan, 2008.

BERNE, R. M.; LEVY M.N.; KOEPPEN B.M. Fisiologia. 5.ed Rio de Janeiro.

Elsevier.2004.

COSTILL, D.L.; WILMORE J.H. Fisiologia do Esporte e do Exercício. São Paulo:

Manole, 2001.


126

Capítulo 8 – Altos e Baixos

Autores: Ângelo Bernak de Oliveira e Natália Ribeiro

Revisão: Prof. Dr. Thiago S. Moreira

1. Respostas Fisiológicas a Altitude Alterações na pressão atmosférica como por exemplo subir elevadas altitudes

promovem diversas alterações nos sistemas fisiológicos. No entanto, tais alterações

necessitam de um determinado período de tempo para que possam ocorrer, ou seja, é

necessário um tempo de aclimatação à nova condição. A falta deste período, em

ocasiões em que o corpo é exposto a mudanças abruptas de pressão pode trazer

consequencias deletérias para todo o organismo.

Este capítulo tem o objetivo de elucidar alguns dos mecanismos envolvidos nas

alterações fisiológicas observadas quando o organismo é exposto a diferentes níveis

de pressão.

1.1 Respostas respiratórias A mais importante função do sistema respiratório é realizar trocas gasosas

entre o corpo e o meio externo, disponibilizando o O2 necessário às células e retirando

o CO2 produzido por seu metabolismo.

Nos pulmões os gases se difundem de um meio onde exercem maior pressão

para um local onde sua pressão é menor. A pressão exercida por um gás é chamada

de pressão parcial (P) e é determinada pela sua fração (F) no ar atmosférico

multiplicado pela pressão atmosférica.

PO2 = FO2 na atmosfera x pressão atmosférica

FO2 no ar atmosférico = 21%

127

Pressão atmosférica (ao nível do mar) = 760 mmHg

Logo:

PO2= 21 x 760 = 159 mmHg

Ao nível do mar a pressão exercida pelo oxigênio é igual a 159 mmHg, porém o

que acontece em altitudes mais elevadas? Nessas situações o que temos é uma

queda da PO2 resultado da diminuição da pressão atmosférica, e consequentemente

diminuição do O2 dissolvido no sangue.

Quimiorreceptores são células especializadas em detectar alterações químicas

na composição do sangue. Esses receptores são divididos em centrais e periféricos.

Os quimiorreceptores centrais estão principlamente localizados na superfície ventral

do bulbo e são sensíveis a alterações de pH e PCO2. Os quimiorreceptores periféricos

estão localizados em regiões estratégicas do sistema cardiovascular, mais

precisamente nos corpúsculos carotídeos e aórticos e são capazes de detectar

alterações preferencialmente na PO2. A ativação dos quimiorreceptores periféricos

estimula primeiramente os centros respiratórios, determinando alterações apropriadas

da ventilação, mas também estimula centros cardiovasculares, como veremos mais

adiante.

A hiperventilação é a resposta imediata à altitude e visa manter o suprimento

adequado de oxigênio. Contudo, há também aumento da liberação de CO2, o que

resulta em um quadro conhecido como alcalose respiratória que consiste na redução

da PCO2 acompanhada de elevação do pH sanguíneo. O aumento do pH e diminuição

da PCO2 atenua a ativação dos quimiorreceptores diminuindo sua contribuição para o

controle respiratório. A fim de reverter esse quadro, os rins passam a aumentar a

excreção de HCO3- e reduzir a sua reabsorção, restabelecendo o pH e possibilitando

novamente a ativação dos quimiorreceptores. Dessa maneira, ao final de uma

semana, o pH sanguíneo está próximo de seus valores normais, a ventilação alveolar

está aumentada, e as PO2 e PCO2 arteriais estão diminuídas.

1.2 Respostas Hematológicas Os sistemas respiratório e circulatório funcionam em conjunto para transportar

o oxigênio até as células. Quando se difunde dos pulmões para o sangue, o oxigênio é

transportado ligado a uma proteína presente nas hemácias (glóbulos vermelhos do

sangue), denominada de hemoglobina. Um aumento na capacidade do sangue de

carrear o oxigênio é o ajuste a longo prazo mais importante durante a exposição à

altitude.

128

A diminuição do conteúdo arterial de oxigênio estimula a liberação de

eritropoietina (EPO), um hormônio produzido nos rins que estimula a produção de

hemácias pela medula óssea (policitemia), incrementando assim a concentração de

hemoglobina, o que melhora a capacidade de ligar o oxigênio disponível. O nível

máximo das concentrações de EPO e o tempo necessário para atingi-lo parecem

depender do grau de hipóxia (redução da PO2) a que os indivíduos são sujeito.

1.3 Respostas Cardiovasculares De maneira aguda, a diminuição da PO2 implica na ativação do sistema

nervoso simpático mediado pela ativação dos quimiorreceptores periféricos. Essa

ativação altera o fluxo sanguíneo, mediante uma redução do calibre dos vasos

sanguíneos. Numa situação inicial de hipóxia, devido à altitude, observa-se um

aumento na pressão arterial sistólica, bem como na freqüência e o débito cardíaco.

Dessa maneira, o fluxo sanguíneo aumentado compensa, em parte, a queda da PO2

arterial.

Além disso, a exposição a elevadas altitudes promove a redução do volume

sanguíneo, o que pode ocorrer devido ao elevado índice de perda de água por

sudação e pela ventilação alveolar, aumento da diurese, incremento da

permeabilidade capilar e inadequada ingestão de fluidos, diminuindo o fluxo sanguíneo

e aumentando a viscosidade do sangue (hemoconcentração), o que dificulta a

irrigação das células.

Outra adaptação observada é a angiogênese, que consiste no aumento do

numero de capilares por unidade de tecido. Este processo é desencadeado pela

hipóxia, onde a menor disponibilidade de oxigênio favorece a expressão do fator

induzível por hipóxia (HIF-1). Esta proteína parece ser crucial para o aumento da rede

vascular e, portanto, para a adaptação ao meio com menor oferta de oxigênio.

1.5 Síndrome Aguda de Grandes Altitudes (SAGA)

A SAGA tem início após rápida exposição à altitude elevada (acima de

2500 m), e depende da velocidade de ascensão e principalmente da

suscetibilidade de cada um. A maioria das pessoas experimenta algum

desconforto relacionado a esta síndrome, cujos principais sintomas incluem

respiração ofegante e dores de cabeça, podendo também ocorrer náuseas,

129

vômitos, perda de apetite, oligúria, edema periórbital, hemorragias na retina,

insônia e perda de cognição. Esses sintomas são exacerbados numa situação

de exercício físico e resulta, possivelmente, da queda na saturação de oxigênio

encefálico e pela desidratação.

A principal forma de prevenção a este distúrbio é a ascensão gradual a

elevadas altitudes, cerca de 300 m/dia. Contudo outras medidas podem ser

realizadas como a adoção de uma dieta rica em carboidratos e pobre em sal. A

diminuição do consumo de sal minimiza os efeitos da desidratação. Além disso,

a constante hidratação se contrapõe a desidratação e a redução da volemia.

Um benefício importante na manutenção de reservas de carboidratos reside no

fato da oxidação dos carboidratos liberar mais energia por unidade de oxigênio

do que a oxidação de gorduras, por exemplo, o que otimiza a manutenção das

reservas energéticas . Já a constante hidratação se contrapõe a desidratação e

a redução da volemia ocorridas em resposta a exposição à altitude.

1.6 Edema pulmonar e cerebral Em casos extremos de elevadas altitudes pode-se desencadear efeitos

potencialmente fatais, como o edema pulmonar e cerebral.

A diminuição da PO2 gera vasodilatação no cérebro, aumentando o fluxo e

possibilitando a adequada perfusão deste órgão. Em conseqüência há aumento da

pressão intracapilar, que desloca o líquido e as proteínas do compartimento vascular

através da barreira hematoencefálica. O aumento do líquido cerebral gera compressão

e deslocamento das estruturas cerebrais e acentua a ativação do sistema nervoso

simpático.

Por outro lado, nos pulmões, o que se observa é a vasoconstrição da

microcirculação pulmonar, podendo acarretar um quadro conhecido como hipertensão

pulmonar. O aumento de pressão nos vasos pulmonares desloca o fluido dos capilares

para o interstício pulmonar, o que dificulta as trocas gasosas e pode gerar um quadro

de insuficiência respiratória.

1.7 Doença crônica da montanha

Como discutido anteriormente, a permanência em elevadas altitudes induz o

aumento da viscosidade sanguínea, decorrente da desidratação e do incremento do

130

número de hemácias. Em alguns indivíduos pode ocorrer policitemia excessiva,

provavelmente relacionada a variações genéticas em resposta ao EPO. Esta alteração

reduz ainda mais a oferta de O2 agravando o quadro de hipóxia. Os efeitos incluem

letargia, fraqueza, distúrbios do sono, pele de coloração azulada e alterações do

estado mental

Outro efeito resultante da exposição crônica a altitude é a hipertrofia do

ventrículo direito, desenvolvida graças à maior força de contração exigida para que o

coração consiga vencer a pressão aumentada do pulmão e assim bombear o sangue

para este órgão.

O quadro de hipóxia e disfunção ventricular direita, associada à hiperativação

simpática podem gerar o desenvolvimento de insuficiência cardíaca, que pode

ocasionar o óbito.

2. Respostas Fisiológicas ao Mergulho Historicamente o mergulho foi e continua sendo uma atividade realizada com a

finalidade de buscar alimento, minerais valiosos, realizar atividades militares e

observar a vida marinha. Esses mergulhos duravam poucos minutos e ao longo dos

anos diversos aparatos e técnicas foram desenvolvidos e, atualmente, é comum os

mergulhadores utilizarem snorkel (tubo em forma de J) ou cilindro de gás comprimido,

possibilitando que o mergulhador fique submerso por mais tempo e chegue a maiores

profundidades. Apesar de existir relatos na história do mergulho por volta de 4.500

a.C, as limitações e os riscos dessa atividade ainda estão presente nos tempos

modernos.

O mergulho consiste em um dos principais desafios para a fisiologia, uma vez

que, além do estresse térmico, este ambiente caracteriza-se pela exposição do

organismo a uma alta pressão (ambiente hiperbárico), diferente da pressão observada

ao nível do mar de uma atmosfera (1 atm = 760 mmHg. Existem duas forças que

contribuem para este aumento de pressão, o peso da coluna d’água sobre o

mergulhador (pressão hidrostática) e o peso da atmosfera na superfície do mar. Onde

a cada 10 metros de profundidade há o aumento de 1 atm, assim 20 metros de

profundidade será equivalente a 2 atm ou 1.520 mmHg.

Embora o corpo seja composto fundamentalmente por água, à mesma e pouco

afetada pelas variações de pressão durante o mergulho. Entretanto, o corpo contém

algumas cavidades cheias de ar, por exemplo, os pulmões, as vias respiratórias e o

ouvido médio. Essas regiões são sensíveis a variações de pressão com o aumento da

131

profundidade. Segundo a lei de Boyle, numa temperatura constante, o volume de uma

determinada massa de gás varia inversamente com sua pressão. Assim, observa-se

que o aumento da pressão comprime o pulmão. Dessa forma, se o volume pulmonar

de 6 litros de ar for submetido ao dobro da pressão de 1 atm para 2 atm, esse volume

pulmonar será reduzido pela metade, 3 litros. A partir disso, podemos deduzir que

nosso sistema necessita acionar mecanismos fisiológicos para se adaptar e/ou

desenvolver estratégias para manter seu funcionamento adequado.

Dentre as modalidades de mergulho podemos citar o mergulho em apnéia, na

qual o mergulhador se utiliza apenas da sua capacidade pulmonar. Alguns fatores

serão determinantes para a duração da apnéia, por exemplo, a elevação da pressão

parcial de dióxido de carbono (PCO2) e queda da pressão parcial de oxigênio (PO2) no

sangue arterial, provenientes do metabolismo e respiração celular. Assim, quanto

maior a intensidade do exercício físico durante o mergulho, menor será o tempo

submerso, devido ao maior consumo de O2 e produção de CO2.

Uma estratégia que prolonga o tempo de mergulho é a hiperventilação antes de

mergulhar em apnéia, possibilitando com essa manobra o aumento da pressão de PO2

e a redução da PCO2 no sangue arterial. Contudo, no momento em que a PCO2 for

alta o suficiente para estimular a respiração o mergulhador inicia a subida, o tórax se

expande como consequência da diminuição da pressão exercida pela água, somado a

isso existe uma diminuição da PO2 intrapulmonar, interrompendo a difusão do O2 para

o sangue, induzindo o desmaio durante subida. Além disso, níveis elevados de PCO2

podem causar desorientação e desmaio.

Cabe ressaltar que o CO2 é importante para formação do ácido carbônico,

auxiliando na manutenção do pH sanguíneo. Assim, quando maior a concentração de

ácido carbônico mais baixo será o pH do sangue, promovendo uma quadro deacidose.

Levando em consideração que valores de pH normal (7,4) promove a dilatação de

vasos sanguíneos no encéfalo, a hiperventilação por reduzir a PCO2 e induzir um

aumento do pH sanguíneo (alcalose) fazendo com que o vaso cerebral sofra

contração, reduzindo o fluxo sanguíneo. Esses efeitos promovem vertigem ou perda

da consciência.

Curiosamente, quando imergimos nosso rosto em água gelada é disparado

uma resposta fisiológica, chamado de reflexo do mergulho. Essa resposta consiste na

redução da frequência cardíaca (bradicardia), redução do débito cardíaco (volume de

sangue bombeado pelo coração durante um minuto), vasoconstrição periférica,

levando a um aumento da pressão arterial, e acúmulo de lactato nos músculos devido

a pouca oxigenação.

132

Dessa forma, fica evidente que o mergulho é uma condição adversa para a

fisiologia humana, onde o organismo sofre alterações de forma aguda, principalmente

por fatores físicos como a compressão dos pulmões, seios da face e ouvido médio.

Apesar disso, a necessidade de inspirar O2 e expirar CO2 são respostas fisiológicas

essenciais para manter a oxigenação dos tecidos, principalmente, do encéfalo e

coração, e manobras para aumentar o tempo de mergulho como a hiperventilação

apenas altera a saturação dos gases no sangue arterial, distanciando suas pressões

parciais do ponto de ruptra da apnéia, porém o risco é elevado para o mergulhador,

podendo levar a morte. Assim, o ambiente hiperbárico é extremamente perigoso para

as funções vitais, necessitando de conhecimento técnico e planejamento.

Curiosamente os seres humanos com seus equipamentos conseguiram chegar a Lua

e outros planetas do sistema Solar, entretanto, não conseguiram desvendar os

mistérios que existem nas profundezas abissais dos nossos oceanos, devido à

fragilidade do nosso corpo e inclusive de equipamentos em ambientes hiperbáricos.

3. Referências Bibliográficas Aires, Margarida de Mello (ed). Castrucci, Ana Maria de Lauro (ed). Fisiologia. 3. ed.

Rio de Janeiro, Guanabara koogan, 2011. xiii, 1232.

Dillard TA, Khosla S, Ewald FW Jr, Kaleem MA. Pulmonary function testing and

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Guyton, AC. Tratado de fisiologia médica. Rio de Janeiro- Elsevier, 2006.

McArdle, William D. Fisiologia do Exercício: energia, nutrição e desempenho humano.

Rio de Janeiro – Guanabara Koogan, 2008.


133

Suplemento

Quando a fisiologia falha: Ciclo percepção-ação

Autora: Martina Navarro

Revisão: Prof. Dr. Luiz Eduardo Ribeiro do Valle

134

1. Introdução Os animais, incluindo o homem, contam com "janelas" abertas para o meio, ou

seja, estruturas que colocam o sistema nervoso em contato com os estímulos

provenientes do ambiente: odores, sons, imagens, temperaturas, e todas as

sensações necessárias para interpretarmos o ambiente e garantir além da

sobrevivência, o prazer da vida. Essas “janelas” são os órgãos sensoriais. As

informações referentes ao ambiente são percebidas pelos órgãos dos sentidos e

continuamente enviadas ao encéfalo, na forma de impulsos nervosos. Portanto, pode-

se dizer que os órgãos sensoriais são transdutores, pois convertem uma forma de

energia (som, luz, calor, etc.) em outra (impulso nervoso).

A porção inicial dos nossos equipamentos sensoriais é constituída pelos

receptores, cuja função é converter diferentes formas de estímulos ambientais em um

potencial gerador em suas membranas. Esses receptores conectam-se com fibras

nervosas, que transformam esse potencial gerador em um potencial de ação ou

impulso nervoso, que é transmitido para o encéfalo. Uma vez no encéfalo, essa

informação em forma de impulso nervoso é processada de modo complexo, e a partir

daí uma resposta comportamental quase sempre adequada ao evento é gerada.

Assim, no ciclo percepção-ação, o primeiro passo é o processamento das

informações disponíveis, seja ela visual, auditiva ou de qualquer outra natureza

sensorial. Após este processamento é necessário selecionar dentre as mais variadas

respostas possíveis, aquela mais adequada para a situação corrente. Porém, tanto

nossa capacidade de processamento das informações sensoriais, quanto o tempo

disponível para selecionarmos e programarmos a resposta mais adequada, são

limitados. A cada momento recebemos uma sobrecarga de informações sensoriais das

quais somente uma pequena parte é conscientizada. Muitos desse estímulos não

processados são irrelevantes, porém em contrapartida existem outros que são

relevantes mas que, dependendo das circunstâncias, não somos capazes de

processar conscientemente. A interação adequada entre do organismo com o

ambiente depende da capacidade de selecionar por meio da atenção os estímulos

ambientais mais relevantes.

135

1.1 Atenção

A atenção é a capacidade de direcionar de modo seletivo os recursos de

processamento de informação para objetos ou eventos mais relevantes. Em outras

palavras, prestar atenção em algo significa que nosso cérebro está processando essa

informação ao mesmo tempo em que está evitando processar os demais estímulos

presentes. Ao selecionar os estímulos mais relevantes garantimos que as informações

importantes para nossa sobrevivência sejam devidamente registradas. Essas

informações são arquivadas na memória, podendo ser reutilizadas sempre que

necessário. Porém, há momentos em que o processamento simultâneo de estímulos

conflitantes é necessário, como o relatado na história de Fisiolino e Extremoso. A

atenção seletiva, permite o processamento dessas fontes simultâneas de informação

de forma diferenciada. No entanto, apesar dessas informações chegarem com

sucesso ao cérebro, muitas vezes ele não consegue processá-las todas. Isto pode

parecer uma falha do nosso sistema cognitivo, mas certamente é essa capacidade de

direcionar a atenção a um estímulo relevante em detrimento de estímulos distratores

concorrentes que permite o desempenho adequado na tarefa em execução. Para a

grande maioria das situações essa capacidade de focar nossa atenção em um

determinado estímulo é vantajosa.

1.2 Percepção Uma vez direcionada nossa atenção ao estímulo interessante, processamos a

informação e portanto nos tornamos conscientes a respeito da mensagem ali contida.

Então, perceber seria uma construção consciente dos elementos relevantes do

ambiente. Porém em muitas situações podemos observar discrepâncias entre o

estímulo percebido e o “real”. Vide como exemplo a clássica ilusão geométrica de

Müller-Lyer , que consiste em dois segmentos de reta de mesmo comprimento, porém

o segmento que possui as alhetas para fora (><) parece consideravelmente maior em

relação àquele que possui alhetas para dentro (<>):

136

Essa ilusão parece ser provocada pelo falso julgamento de distância e,

conseqüentemente, pela indução inapropriada da constância de tamanho para

compensar a distância aparente. Mas o mais importante é que respostas motoras,

mesmo quando guiadas por uma percepção errada, muitas vezes são corretas! Se

pedirmos para alguém “pegar” com os dedos as retas, a pessoa aborda as duas retas

com abertura dos dedos iguais. Ou seja, o tamanho da abertura entre os dedos é o

mesmo quando tentamos “pegar” a reta superior ou a inferior, permitindo que a

resposta seja coerente com o estímulo, mesmo que nossa percepção seja incoerente.

Isso ocorre porque no processamento visual, duas vias distintas trabalham em

paralelo. A via ventral (também chamada de sistema “o que”) é responsável pela

identificação de um objeto, ou seja, identifica qualidades como forma e cor. Enquanto

que a outra via (via dorsal, também chamada de sistema “onde”) é responsável pela

percepção de movimento e profundidade, ou seja, está envolvida na localização

espacial do objeto. Portanto, esse processamento paralelo das características de um

estímulo, fragmentadas e separadas em estágios inicias, leva a uma construção que

as reúne e funde em algo unitário. Essa unidade perceptiva depende de uma atividade

neural que manifesta um estado de coerência espaço-temporal, gerando o

reconhecimento do objeto. Assim, a ambigüidade perceptiva que gera a ilusão de ótica

possui como correlato neural a atividade de dois conjuntos de neurônios sensoriais (ou

de dois diferentes estados neurais) que competem entre si pela representação de

duas distintas categorias perceptivas. Pequenas perturbações exógenas (na própria

estimulação) ou endógenas (um esforço atencional voluntário, por exemplo) podem

favorecer o predomínio temporário de um percepto sobre o outro (vide como exemplo

o cubo de Necker abaixo).

137

Cubo de Necker. Qual face do cubo está na frente?

1.3 Ação

No fechamento do ciclo percepção-ação temos a resposta comportamental,

selecionada dentre as mais variadas respostas possíveis. Essa capacidade de decidir

entre diversas alternativas é uma característica fundamental da evolução do sistema

nervoso. Em particular, a habilidade de reprogramar ou cancelar um plano motor

rapidamente em função de pistas ambientais confere ao comportamento flexibilidade e

capacidade de adaptação. A realização de atividades diárias seria inviável sem essa

capacidade de ajustar dinamicamente a ação de acordo com as alterações ambientais.

Porém o tempo disponível para realizar tais ajustes é limitado e varia de situação para

situação. Em cada ação existe um momento em que a reprogramação ou o

cancelamento da resposta motora não é mais possível, e portanto a partir desse

momento a resposta/reação ocorre de forma "balística", ou seja, a partir desse

momento, chamado de Ponto de Não Retorno (PNR), não há mais a possibilidade de

alteração da resposta, mesmo que se perceba que esta é incompatível com o estímulo

percebido.

2. Conclusão Nesse suplemento descrevemos sucintamente algumas “falhas” fisiológicas no

ciclo de percepção-ação. Essas “falhas”, assim chamadas, podem ser observadas:

- na dificuldade de processamento de estímulos simultâneos;

- pela existência de incoerências perceptivas, como por exemplo as ilusões;

- culminando no então chamado Ponto de Não Retorno, momento além do qual

não é mais possível alterar uma ação;

Na verdade, mais do que “falhas”, essas são limitações do nosso sistema,

apesar de todo aprimoramento decorrente da seleção realizada por mecanismos

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evolutivos. Nossos sistemas fisiológicos evoluíram ao longo de gerações de forma a

se adequar ao ambiente da melhor forma possível. Ou seja, para a grande maioria dos

eventos, a forma como nosso sistema está organizado permite seu melhor

funcionamento, e portanto nosso melhor desempenho. Porém para uma pequena

minoria desses eventos, como os relatados aqui, ainda estamos sujeitos a possíveis

falhas, pelas limitações do sistema.

3. Referências Bear, M. F., Connors, B. W. & Paradiso, M. A. (2008). Neurociências - Desvendando o

Sistema Nervoso. São Paulo:Artmed.

Gazzaniga, M. S., Ivry, R. B. & Mangun, G. R. (2006). Neurociênca Cognitiva – A

Biologia da Mente. São Paulo:Artmed.

Zillmer, E. & Spiers, M., (2001). Principles of Neuropsychology. United States:

Wadsworth.


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Anexo

Fisiologia e Biofísica - Em Português

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