FISIOLOGIA INTRODUÇÃO ORGANISMO EM HOMEOSTASE ORGANISMO EM HOMEOSTASE ORGANISMO EM HOMEOSTASE

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1 INTRODUÇÃO FISIOLOGIA A membrana plasmática, possui em sua constituição lipídica proteínas diversas, de variados tipos e tamanhos, o que lhe caracteriza uma imagem mosaica. Transportes, fluxo de nutrientes e íons; Função de extrema importância tanto para a sobrevivência celular como também para a manutenção da homeostasia do organismo. ORGANISMO EM HOMEOSTASE ORGANISMO EM HOMEOSTASE Homeostasia: Permanente tendência do organismo de manter a constância do meio interno. Relativa independência do organismo em relação às oscilações do ambiente externo. Manter uma constância no meio interno, com valores funcionais, como por exemplo pressão arterial = 120/80 mmhg ou ph do sangue = 7,4. Esses valores não são fixos ou seja, existe um valor médio, um intervalo entre o valor máximo e mínimo que mantém sempre em equilíbrio o meio interno, por exemplo, se o ph do sangue estiver 7,43 ou 7,35 não quer dizer que o organismo esteja em desequilíbrio, pois está dentro dos limites ORGANISMO EM HOMEOSTASE Outro exemplo, os valores normais para parâmetros sanguíneos de glicose são mg / 100ml; se o resultado de glicose for de 90mg / 100ml está normal, porém, se o resultado for 120 mg /100ml está fora dos parâmetros de equilíbrio. Dois sistemas atuam na manutenção da homeostase, o sistema nervoso e o sistema endócrino. Em resposta a um estímulo, o sistema nervoso apresenta ação rápida, em curto prazo e com efeito localizado sobre o ponto de desequilíbrio; Já o sistema endócrino possui ação mais lenta, a médio e longo prazo, porém de ação duradoura e de efeito amplo sobra o organismo. 1

2 Tanto o sistema nervo como o sistema endócrino agem através de sistemas de feedback positivos e negativos. O que é feedback? É um processo que visa restabelecer o equilíbrio do meio interno de modo constante. O aumento ou diminuição de uma função (pressão arterial), provoca uma alteração (física ou química) no organismo, e esta alteração desencadeia uma reação para a correção funcional, garantindo o equilíbrio dinâmico. Feedback negativo: É quando a alteração funcional se faz num sentido e a reação para a correção em outro, ou seja, a resposta do sistema de controle é oposta ao estímulo. A maior parte dos sistemas de controle do corpo atua por meio de feedback negativo. Na regulação da concentração de dióxido de carbono, a alta concentração de dióxido de carbono no líquido extracelular aumenta a ventilação pulmonar. Em outras palavras, a alta concentração produz redução da concentração, o que é negativo em relação ao estímulo desencadeante. De modo inverso, caso a concentração de dióxido de carbono caia a valores muito baixos, isso faz com que ocorra aumento por feedback dessa concentração. Essa resposta também é negativa em relação ao estímulo inicial. Feedback Positivo O estímulo inicial produz mais estimulação do mesmo tipo, é a retraoalimentação positiva observada em casos nos quais a alteração funcional e a reação se fazem no mesmo sentido, aumentando o desequilíbrio. Contrações uterinas: aumento das contrações cabeça do feto força a passagem pela cérvix estiramento da cérvix sinais enviados de volta ao corpo uterino contrações uterinas mais fortes... Até a expulsão do feto. OBS: O Feedback Positivo causa, por vezes, ciclos viciosos e morte. 2

3 Diminuição do volume sanguíneo (perda de sangue) diminuição da pressão arterial; diminuição do fluxo sanguíneo p/ o coração enfraquecimento cardíaco; diminuição do bombeamento cardíaco; diminuição do fluxo sanguíneo coronário (arterial); enfraquecimento cardíaco... Esse ciclo se repete até a morte. Para que haja controle do equilíbrio do meio interno, é necessária uma comunicação contínua entre as células deste organismo, e para que ocorra esta comunicação se faz necessário portas de entrada e saída de substâncias, e este fluxo ocorre através das proteínas presentes na membrana plasmática das células. MEMBRANA PLAMÁTICA E TRANSPORTES Estão presentes na membrana plasmáticas dois tipos de proteínas: *proteínas intrínsecas endoproteína, ectoproteína e transmembrana; *proteínas extrínsecas interna e externa. Os tipos principais de proteínas participantes de transportes são as do tipo transmembrana, que atuam como um canal de passagem do meio intra-celular para o extra-celular e vice-versa Mas por que são necessários estes canais para a entrada e saída de substâncias? Simplesmente porque há certos tipos de substâncias que não conseguem ultrapassar a membrana celular; Substâncias como gases e moléculas pequenas sem cargas elétricas ultrapassam facilmente a camada celular, Difusão simples: Porém moléculas grandes (como a glicose) ou moléculas com cargas elétricas (Na+; Cl-) não passam pela membrana celular, e nestes casos é necessário um canal específico, que facilite a entrada ou saída destas moléculas. A este fluxo de substância chamamos de transportes de membrana. Transporte de soluto que ocorre a favor do gradiente de concentração de determinada substância, do local de maior concentração para o local de menor concentração, sem que se faça necessária a presença de proteínas carreadoras para facilitar o fluxo desta substância. Proteínas carreadoras: proteínas que mudam sua conformação para transportar moléculas muito grandes ou carregadas eletricamente. 3

4 Transporte Passivo (difusão facilitada): Transporte de soluto que ocorre a favor do gradiente de concentração, do local onde a substância está mais concentrada para o local onde está menos concentrada, porém neste caso, com o auxilio de proteínas carreadoras e canais iônicos, pois estas moléculas são muito grandes para ultrapassar a membrana celular, ou possuem cargas elétricas. Transporte Ativo: é o transporte de soluto que ocorre contra o gradiente de concentração, com gasto energético, do local onde está menos concentrado para o local mais concentrado. Osmose: é o transporte de solvente (líquido) do local onde há menos concentração para onde há mais concentração. 4

5 BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO As células em geral possuem íons dissolvidos em solução sendo então dotadas de cargas elétricas. Os principais grupos portadores de carga elétrica que aparecem no ambiente celular são os íons Na+; K+; Cl-; e A- (ânions orgânicos carregados, como proteínas e aminoácidos). A concentração desses íons é diferente em relação ao ambiente intracelular e o extracelular. Dessa forma, o interior da célula possui uma maior concentração de íons K+ e A- tornando a carga elétrica líquida negativa. O exterior possui uma concentração maior de íons Na+ e Cl- com uma carga elétrica resultante positiva. Essa diferença de polaridade gera uma diferença de potencial elétrico através da membrana celular, chamado de potencial de membrana. Devido à diferença de concentração de cada íon entre os ambientes intracelular e extracelular, surge uma força motriz que faz com que esses íons atravessem a membrana celular de forma a equilibrar o gradiente de concentração. Para o potássio, a direção do fluxo de íons é do seu interior para o exterior. Porém, à medida que os íons potássio abandonam o interior da célula, a carga elétrica resultante acaba ficando cada vez mais negativa. Assim, os íons potássio acabam sendo carregados para o interior da célula devido a forças de natureza elétrica. Esse fluxo de íons potássio continua até o momento que as forças de natureza elétrica são compensadas devido à força gerada pelo gradiente de concentração. Para o sódio, o fluxo de íons devido ao gradiente de concentração (potencial químico) possui o sentido do exterior para o interior celular. Nesse caso, como o interior da célula possui carga negativa, a força elétrica acaba carregando os íons sódio para o interior da célula. Assim, os fluxos de íons sódio para o interior da célula são regidos pelos potenciais químicos e elétricos e nenhum fenômeno passivo arrasta os íons para fora da célula. 5

6 Para os ânions orgânicos, essa transferência através da membrana é dificultada devido aos seus grandes tamanhos moleculares. Os íons cloreto possuem uma contribuição na difusão discreta em relação aos outros grupos já mencionados. Em repouso, os íons potássio e sódio atravessam a membrana através de canais específicos para cada um desses íons. Os íons potássio atingem um estado de equilíbrio onde as forças elétricas e químicas se anulam e não ocorre mais fluxo de potássio pela membrana. Já para o sódio, as forças elétricas e químicas se somam e não existe forma de controlar o fluxo. O número de canais abertos para o transporte de potássio é quase 30 vezes maior que para o sódio, o que não permite que o fluxo de ambos os íons seja tão desequilibrado. Como a célula necessita manter o seu potencial de repouso (negativo no meio intra-celular e positivo no meio extracelular), deve existir um mecanismo que transporta os íons potássio e sódio contra os seus gradientes de concentração, fazendo com que a célula mantenha a sua polaridade e seu potencial constante. Esse mecanismo recebe o nome de bomba de sódio-potássio. O funcionamento dessa bomba está baseado em uma proteína (Na+K+ATPase) de elevado peso molecular que atravessa o interior e o exterior da membrana. No lado interior da célula, essa proteína possui sítios para sódio e ATP e no exterior, sítios para o potássio. Para cada três íons sódio, dois íons potássio são transportados. Isso estabelece a diferença de potencial exigida pela membrana. Como a saída de sódio não é acompanhada pela entrada de potássio na mesma proporção, estabelece-se uma diferença de cargas elétricas entre os meios intra e extracelular: há déficit de cargas positivas dentro da célula e as faces da membrana mantêm-se eletricamente carregadas. O potencial eletronegativo criado no interior da célula devido à bomba de sódio e potássio é chamado potencial de repouso da membrana, ficando o exterior da membrana positivo e o interior negativo. Dizemos, então, que a membrana está polarizada. 6

7 Quando estimulada, uma pequena região da membrana torna-se mais permeável aos íons sódio (abertura dos canais de sódio). Como a concentração desse íon é maior fora do que dentro da célula, o sódio atravessa a membrana no sentido do interior da célula. A entrada de sódio é acompanhada pela pequena saída de potássio.. Este fluxo de íons inverte o potencial da membrana, ou seja, o meio intra-celular passa a ser positivo e o meio extra-celular torna-se negativo. Esta inversão de potencial é a despolarização, a célula que antes era polarizada (negativamente) despolariza e torna-se positiva internamente Essa positividade (despolarização) determina a parada do fluxo de íons sódio para o interior da fibra, fazendo com que a membrana se torne novamente impermeável a esses íons. Por outro lado, a membrana torna-se ainda mais permeável ao potássio, que migra para o meio interno. Devido à alta concentração desse íon no interior, muitos íons se difundem, então, para o lado de fora. 7

8 Isso cria novamente eletronegatividade no interior da membrana e positividade no exterior processo chamado repolarização, pelo qual se restabelece a polaridade normal da membrana. A repolarização normalmente se inicia no mesmo ponto onde se originou a despolarização, propagando-se ao longo da célula. Após a repolarização, a bomba de sódio bombeia novamente os íons sódio para o exterior da membrana, criando um déficit extra de cargas positivas no interior da membrana, que se torna temporariamente mais negativo (hiperpolarização) do que o normal. A eletronegatividade excessiva no interior atrai íons potássio de volta para o interior. Assim, o processo traz as diferenças iônicas de volta aos seus níveis originais. IMPULSO NERVOSO Os neurônios são as células responsáveis pela recepção e transmissão dos estímulos do meio (interno e externo), possibilitando ao organismo a execução de respostas adequadas para a manutenção da homeostase. 8

9 Para exercerem tais funções, contam com duas propriedades fundamentais: a irritabilidade (também denominada excitabilidade ou responsividade) e a condutibilidade. Irritabilidade é a capacidade que permite a uma célula responder a estímulos, sejam eles internos ou externos. Portanto, irritabilidade não é uma resposta, mas a propriedade que torna a célula apta a responder. A resposta emitida pelos neurônios assemelha-se a uma corrente elétrica transmitida ao longo de um fio condutor: uma vez excitados pelos estímulos, os neurônios transmitem essa onda de excitação - chamada de impulso nervoso - por toda a sua extensão em grande velocidade e em um curto espaço de tempo. Esse fenômeno deve-se à propriedade de condutibilidade. Os impulsos nervosos ou potenciais de ação são causados pela despolarização da membrana além de um limiar (nível crítico de despolarização que deve ser alcançado para disparar o potencial de ação). Os potenciais de ação assemelham-se em tamanho e duração e não diminuem à medida em que são conduzidos ao longo do axônio, ou seja, são de tamanho e duração fixos. A aplicação de uma despolarização crescente a um neurônio não tem qualquer efeito até que se cruze o limiar e, então, surja o potencial de ação. Por esta razão, diz-se que os potenciais de ação obedecem à "lei do tudo ou nada". 9

10 Para transferir informação de um ponto para outro no sistema nervoso, é necessário que o potencial de ação, uma vez gerado, seja conduzido ao longo do axônio. Um potencial de ação iniciado em uma extremidade de um axônio apenas se propaga em uma direção, não retornando pelo caminho já percorrido. Conseqüentemente, os potenciais de ação são unidirecionais. Uma vez que a membrana axonal é excitável ao longo de toda sua extensão, o potencial de ação se propagará sem decaimento. A velocidade com a qual o potencial de ação se propaga ao longo do axônio depende de quão longe a despolarização é projetada à frente do potencial de ação, o que, por sua vez, depende de certas características físicas do axônio: a velocidade de condução do potencial de ação aumenta com o diâmetro axonal. Axônios com menor diâmetro necessitam de uma maior despolarização para alcançar o limiar do potencial de ação. Fala-se em condução saltatória e com isso há um considerável aumento da velocidade do impulso nervoso. Nesses de axônios, presença de bainha de mielina acelera a velocidade da condução do impulso nervoso. Nas regiões dos nódulos de Ranvier, a onda de despolarização "salta" diretamente de um nódulo para outro, não acontecendo em toda a extensão da região mielinizada (a mielina é isolante). 10