Regulação nervosa e hormonal em animais
Todos os seres vivos são sistemas abertos e, por isso, estabelecem, constantemente, interacções com o meio ambiente. No entanto, há condições no seu meio interno que têm de permanecer constantes. Daí, os organismos vivos desencadearem numerosos mecanismos para se manterem em equilíbrio face às múltiplas variações do meio externo.
Manter a vida implica manter em equilíbrio as condições do meio interno, isto é, manter a homeostasia (hómoios = semelhante + stasis = situação). Os mecanismos homeostáticos variam consoante as espécies e o seu habitat. A capacidade de sobrevivência dos organismos depende, em larga medida, da possibilidade de detectarem alterações no ambiente, quer interno, quer externo, e de responderem de forma adequada a essas alterações. Estas funções estão a cargo de dois sistemas em interacção: O sistema nervoso; O sistema hormonal.
Coordenação nervosa No sentido de responder, rapidamente, às alterações do ambiente e de manter o equilíbrio do seu meio interno, os animais desenvolveram um conjunto de células, tecidos e órgãos especializados, que constituem o sistema nervoso. Através do sistema nervoso em estreita relação com o sistema hormonal, os organismos, não só comunicam com o meio exterior, como reagem a alterações desse meio.
Uma das razões que justificam a grande versatilidade e eficácia do sistema nervoso é a presença de uma complexa rede de conexões entre as células nervosas os neurónios.
Como está organizada a rede de conexões do sistema nervoso humano? Resolva o Doc. 1 da página 151 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 1
Espinal medula
O sistema nervoso coordena e regula todos os actos conscientes e inconscientes dos indivíduos. Sistema nervoso Central Periférico
Sistema nervoso central Encéfalo Medula Espinal Cérebro Cerebelo Bolbo Raquidiano No sistema nervoso central dá-se a integração, ou seja, a interpretação dos estímulos provenientes quer do meio interno, quer do meio externo e a preparação de respostas adequadas ao estímulo recebido.
Sistema nervoso periférico Nervos Cranianos (origem no encéfalo) Nervos Raquidianos (origem na espinal medula) Nervos Ciáticos (origem na região lombar e sacral) Os nervos são formados por feixes de fibras nervosas sendo estas constituídas, em regra, por axónios envolvidos por membranas.
Atendendo a que os órgãos do sistema nervoso central estão ligados aos diferentes sistemas de órgãos do organismo (músculos, órgãos dos sentidos, órgãos do sistema respiratório, circulatório, excretor, etc.), os estímulos circulam por todo o corpo. Os elementos centrais desta rede de comunicações são os neurónios.
Neurónio Dendrites Corpo celular Axónio Prolongamentos celulares muito ramificados que recebem informações nervosas do ambiente ou de outro neurónio Zona com o núcleo e o citoplasma, que integra e trata as informações, emitindo mensagens Prolongamento celular com o diâmetro mais ou menos constante que termina numa arborização terminal e que transmite as mensagens, em regra, a outro neurónio ou a um órgão efector
A transmissão de informação recolhida, por exemplo, por um receptor sensorial como os olhos, até à resposta ao nível de um órgão efector, como um músculo, segue uma rede de comunicações contínua e complexa. Estímulos externos (ex.: vibrações, movimento, luz, odor ) Estímulos internos (ex.: alteração do ph do sangue ou pressão sanguínea ) RECEPÇÃO Neurónios sensitivos TRANSMITEM a informação INTEGRAÇÃO (ao nível do S.N.C.) Órgãos efectores EXECUTAM a resposta Neurónios motores TRANSMITEM a resposta
Neurónios Sensitivos (captam informações dos órgãos sensoriais para o sistema nervoso central) Associativos (presentes na medula espinal ou no encéfalo, fazem a conexão entre os neurónios sensitivos e os neurónios motores) Motores (trazem do sistema nervoso central as ordens aos órgãos efectores para serem executadas)
As ligações entre os neurónios podem estabelecer-se entre o axónio de um neurónio e o corpo celular ou as dendrites do neurónio seguinte, sendo que a informação chega ao neurónio pelo corpo celular ou pelas dendrites e sai sempre pelo axónio.
Transmissão das mensagens nervosas A informação nervosa processa-se por impulsos ou influxos nervosos.
Como se processa a transmissão do influxo nervoso? Resolva o Doc. 2 das páginas 154 e 155 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 2
A membrana com permeabilidade selectiva dos neurónios contribui para uma distribuição assimétrica de iões nos meios extra e intracelular, o que gera um determinado potencial eléctrico (potencial de membrana). Potencial de repouso: Neurónio em repouso; o neurónio não está a conduzir nenhum impulso; o interior da membrana tem carga negativa relativamente ao exterior. Potencial de acção: Neurónio a conduzir um impulso nervoso; a permeabilidade da membrana dos neurónios altera-se, invertendo-se rapidamente as cargas eléctricas de um e do outro lado da membrana.
Os potenciais de acção propagam-se ao longo do axónio a uma velocidade que pode ser superior a 100 metros por segundo. Após o potencial de acção, o potencial de membrana rapidamente regressa ao seu valor normal. Esta diferença de carga eléctrica entre as zonas em repouso no axónio e as zonas em actividade gera uma corrente eléctrica. Quando o potencial de acção atinge a extremidade do axónio enfrenta uma zona de junção com outro neurónio ou com um órgão efector.
Como comunicam os neurónios entre si? Resolva o Doc. 3 da página 156 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 3
A zona de comunicação entre neurónios designa-se por sinapse. O neurónio que leva a informação para a sinapse é o neurónio pré-sináptico, enquanto que o neurónio que recebe a informação nessa sinapse é o neurónio pós-sináptico.
A mensagem eléctrica que chega à sinapse converte-se numa mensagem química. Na extremidade do axónio existem vesículas sinápticas que armazenam substâncias químicas produzidas pelo neurónio (os neurotransmissores). Quando o potencial de acção atinge a sinapse, as vesículas movem-se para a zona da membrana do neurónio pré-sináptico e fundem-se com ela, libertando os neurotransmissores na fenda sináptica, por exocitose. Os neurotransmissores difundem-se através da fenda sináptica e são recebidos por receptores específicos localizados nas dendrites do neurónio pós-sináptico.
Neurónio pré-sináptico Neurotransmissores Neurónio pós-sináptico
Os neurotransmissores irão alterar a permeabilidade da membrana do neurónio pós-sináptico, podendo desencadear um potencial de acção no neurónio pós-sináptico. A mensagem nervosa prossegue. Assim, podemos dizer que a transmissão da mensagem nervosa é um processo electroquímico. Vídeo
Coordenação hormonal Alguns dos fenómenos mais incríveis da vida de um indivíduo estão relacionados com o sistema hormonal. No sistema hormonal ou endócrino estão envolvidos mensageiros químicos as hormonas, que são moléculas orgânicas segregadas em glândulas, lançadas na corrente sanguínea e que vão actuar em células muito específicas células-alvo.
Algumas das glândulas do sistema endócrino
Como actuam as hormonas? Resolva o Doc. 4 da página 158 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 4
A maioria das moléculas receptoras das hormonas localizam-se na membrana plasmática das célulasalvo mas também podem encontrar-se no citoplasma das mesmas. A ligação hormona-receptor na célula-alvo desencadeia alterações diversas que conduzem ao aparecimento de um determinado efeito, sendo este efeito a resposta da célula-alvo à hormona. Estas interacções são, geralmente, reguladas por mecanismos de retroacção (ou feedback)negativa.
Coordenação neuro-hormonal Os sistemas nervoso e hormonal interagem (através do complexo hipotálamo-hipófise) na coordenação dos organismos. A interacção dos sistemas nervoso e hormonal assegura respostas adequadas às solicitações internas e externas.
O hipotálamo coordena e controla o funcionamento dos dois sistemas (nervoso e hormonal), respondendo a estímulos que têm origem em centros nervosos ou em mudanças hormonais a nível sanguíneo. Assim, o hipotálamo segrega hormonas que vão actuar no lobo anterior da hipófise. O hipotálamo também produz hormonas que actuam no lobo posterior da hipófise, como por exemplo a oxitocina.
Os sistemas nervoso e hormonal apresentam uma semelhança básica: ambos reagem a estímulos, através do envio de mensagens que irão desencadear uma reposta dos órgãos efectores.
Na coordenação neurohormonal ocorre a transmissão de mensagens de natureza electroquímica e hormonal de forma coordenada, que desencadeiam respostas fundamentais para muitos acontecimentos centrais da vida, nomeadamente o controlo da homeostasia.
Regulação da temperatura corporal É importante que a temperatura do corpo se mantenha dentro de certos limites, pois a temperatura influencia as reacções químicas metabólicas.
Nos diferentes ecossistemas terrestres a temperatura varia muito. Por outro lado, a maioria das funções celulares está limitada por temperaturas que variam entre os 0 o C e 45 o C, mas estes limites podem ser ainda mais estreitos em função das espécies. Assim, é natural que a maioria dos animais disponham de mecanismos de termorregulação (mecanismos fisiológicos, estruturais e comportamentais que permitem manter a temperatura do corpo dentro de certos limites, apesar das variações da temperatura do meio ambiente).
No ambiente aquático, a temperatura da água não apresenta grandes variações e talvez por isso, os organismos que vivem na água, não apresentam, em regra, mecanismos especializados na regulação da temperatura. Já no ambiente terrestre, como as variações da temperatura são constantes, os indivíduos apresentam mecanismos homeotérmicos, que lhes permite sobreviver neste ambiente.
No que respeita à temperatura corporal os animais podem classificar-se em: Animais ectotérmicos, poiquilotérmicos ou exotérmicos (exo = fora e thérme = calor) Animais endotérmicos ou homeotérmicos (homóis = semelhante e thérme = calor).
Seres exotérmicos Apresentam temperatura corporal variável em função da temperatura ambiental. No entanto, possuem comportamentos e algumas características que permitem dosear a quantidade de calor que necessitam utilizando a energia do Sol. O lagarto expõe-se ao Sol sobre as pedras ou esconde-se debaixo delas quando a temperatura ambiental sobe, mantendo assim a temperatura do corpo dentro de limites compatíveis com a vida.
Seres endotérmicos Apresentam a temperatura interna sempre constante independentemente das alterações da temperatura ambiental. Apresentam mecanismos comportamentais, morfológicos e fisiológicos que lhes permitem manter a temperatura dentro de limites estreitos apesar das variações exteriores.
Comportamentos que favorecem a homeotermia: Ninhos das aves Migração das aves
Características morfológicas que favorecem a homeotermia: Raposa-do-ártico
Aspectos fisiológicos que favorecem a homeotermia: Hipotálamo órgão onde se situa o centro regulador da temperatura
Termorregulação no organismo humano A interacção coordenada entre o sistema nervoso e o sistema hormonal permite regular a temperatura corporal do ser humano. Assim, a temperatura corporal mantém-se entre os 36 o C e os 37 o C.
Quais os mecanismos que controlam a temperatura do corpo humano? Resolva o Doc. 5 da página 163 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 5
Os mecanismos que permitem aos seres endotérmicos regular a temperatura corporal podem: Aumentar ou diminuir a produção de calor interno, sobretudo actuando ao nível do metabolismo e da contracção muscular; Aumentar ou diminuir as perdas de calor para o ambiente.
Estes objectivos são atingidos mobilizando uma rede de coordenação onde interagem o sistema nervoso e o sistema hormonal, envolvendo mecanismos de feedback negativo. A rede de interacções inclui as seguintes etapas: Estímulo (aumento ou diminuição da temperatura); Detecção do estímulo ao nível de receptores sensoriais; Transporte da mensagem por nervos sensitivos até ao hipotálamo; Interpretação do estímulo e preparação da resposta por parte do hipotálamo; Transporte da mensagem por nervos motores até aos órgãos efectores ou por hormonas; Execução da resposta ao nível dos órgãos efectores.
Na manutenção da temperatura do corpo humano estão envolvidos mecanismos de regulação por feedback negativo. Quando a temperatura sobe (+), os órgãos efectores desencadeiam acções destinadas a fazê-la baixar (-) e, quando ela baixa (-), ocorrem acções destinadas a fazê-la subir (+).
Numa situação de febre (infecção ou outro processo patológico), os mecanismos de feedback negativo passam a mecanismos de feedback positivo: À medida que a temperatura aumenta (+), os órgãos efectores desenvolvem acções que, em vez de fazerem baixar a temperatura, pelo contrário, fazem-na aumentar (++).
Os seres homeotérmicos apresentam vantagens relativamente aos exotérmicos, pois conservam a sua actividade normal constante porque não têm grandes variações na temperatura corporal desde que as oscilações exteriores não sejam extremas. Por outro lado, estes organismos apresentam um metabolismo mais elevado para conseguirem manter a sua temperatura corporal constante e, por isso, uma maior necessidade de consumir alimentos. Por sua vez, os seres exotérmicos passam por períodos de inactividade e mesmo de torpor quando a temperatura do seu corpo é demasiado baixa.
Regulação da concentração osmótica O controlo da osmolaridade interna do organismo é fundamental para a manutenção da homeostasia. A osmorregulação compreende mecanismos que procuram manter estáveis as concentrações de substâncias dentro e fora das células. A maioria dos animais apresentam sistemas excretores eficientes, que contribuem para a manutenção da composição do meio interno, ajustando a quantidade de sais e outras substâncias.
Osmorregulação Processo que permite a manutenção do equilíbrio de água e sais no organismo de um ser vivo. Tendo em conta o tipo de adaptações desenvolvidas no âmbito da osmorregulação, os seres vivos podem ser considerados: Osmoconformantes (poiquilosmóticos): não são capazes de controlar a sua pressão osmótica interna, que varia com a pressão osmótica do meio externo. Exemplo: a maioria dos invertebrados marinhos Osmorreguladores (homeosmóticos): têm a capacidade de controlar a sua pressão osmótica interna, que se mantém constante, independentemente das variações da pressão osmótica do meio exterior. Exemplo: maioria dos peixes e dos animais terrestres
Osmorregulação nos seres humanos Em muitos vertebrados, nomeadamente nos seres humanos, o sistema excretor, para além de eliminar as excreções, tem um papel crucial no controlo da concentração de água e de iões do meio interno.
De que forma o sistema excretor humano intervém na osmorregulação? Resolva o Doc. 6 da página 168 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 6
As estruturas excretoras dos vertebrados asseguram a eliminação dos resíduos e a regulação da pressão osmótica. Nos vertebrados, as estruturas excretoras estão reunidas em dois órgãos, os rins, que possuem nefrónios onde a urina é formada em três etapas: filtração, reabsorção e secreção.
Constituição do sistema urinário Constituição do rim
Constituição do nefrónio
Ver figura 16 pág. 170 do manual
Quando no organismo ocorre uma perturbação, por exemplo, uma perda acentuada de água por transpiração, por mecanismos de feedback negativo desencadeiam-se os ajustes necessários para que a pressão osmótica do meio interno não se altere. A osmorregulação humana tipifica um eficaz mecanismo de coordenação neuro-hormonal.
Como são controlados os mecanismos de osmorregulação? Resolva o Doc. 7 da página 171 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 7
Osmorregulação noutros vertebrados Os peixes podem encontrar-se uns em água doce e outros em água salgada, mantendo a pressão osmótica dos seus fluidos corporais em homeostasia.
Que mecanismos de osmorregulação estão presentes nos peixes ósseos? Resolva o Doc. 8 da página 172 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 8
Peixes ósseos de água doce Glomérulos desenvolvidos Reabsorção de sais pelo rim Não bebem água Entrada de água por osmose e absorção de sais por transporte activo ao nível das brânquias. Produzem grande quantidade de urina muito diluída
Peixes ósseos de água salgada Bebem muita água rica em sais Glomérulos reduzidos ou mesmo ausentes Eliminam o excesso de sais por transporte activo ao nível das brânquias. Eliminam o excesso de sais por transporte activo ao nível das brânquias. Produzem pequena quantidade de urina muito concentrada
Aves marinhas Glândulas do sal Excreção Eliminam o excesso de sais por transporte activo ao nível das brânquias.
Quer a termorregulação quer a osmorregulação evidenciam processos através dos quais os seres vivos enfrentam oscilações no meio interno e no meio externo. Contudo, estes mecanismos actuam apenas dentro de certos limites. Uma vez ultrapassados esses limites, a vida pode tornar-se impossível. Há, pois, numerosas condições do meio que funcionam para as espécies como factores limitantes, isto é, são condições cuja ausência, excesso, ou deficiência se podem tornar incompatíveis com a sobrevivência dos indivíduos, condicionando a distribuição das populações.