Tutorial 2015-16 - Plataforma de e

Transcrição

UNIVERSIDADE DE LISBOA
FACULDADE DE FARMÁCIA
FISIOLOGIA HUMANA
TUTORIAL DAS AULAS
PRÁTICOLABORATORIAIS
L Monteiro Rodrigues, J M Magro, Mª Cristina Marques,
Henrique N Silva
2015
ÍNDICE DE CONTEÚDOS
Pág.
BLOCO I – FISIOLOGIA GERAL
Aula 1
Homeostasia e Teoria dos Recetores…………..……………………………….....6
Aula 2
Eletrofisiologia I………………………………………………………………….13
Aula 3
Eletrofisiologia II; Sistema Nervoso Autónomo………………………….………27
Aula 4
Contração muscular…………………………………………………………...….41
BLOCO II – FISIOLOGIA ESPECIAL
Aula 5
Sistema Cardiovascular - Curva de pressão-volume;
Pressão arterial e controlo da Hemodinâmica......……………………...………......53
Aula 6
Sistema Cardiovascular - Mecânica e Controlo da Função .... …………………….62
Aula 7
Função cardiorrespiratória - Eletrocardiografia; Espirometria…………....…....…..72
Aula 8
Fisiologia Renal I - Função Glomerular; Função Tubular......……………..……..84
Aula 9
Fisiologia Renal II - Equilíbrio Ácido-Base…....…………………….....……..…92
BLOCO III – FISIOLOGIA INTEGRADA
Aula 10
Endocrinologia I…………………………………………………………............102
Aula 11
Endocrinologia II…………………………………………………………..........107
Aula 12
Fisiologia da Integração…………………………………………………………121
2
Nota sobre a utilização dos simuladores de Fisiologia Humana
As aulas prático-laboratoriais são apoiadas por simuladores diversos que permitirão
aos alunos explorar com maior detalhe o funcionamento dos vários sistemas de órgãos do
corpo humano bem como compreender a modulação de certas variáveis fisiológicas.
Algumas aulas são apoiadas por simuladores dos módulos OPAL e outras por
simuladores que operam através do MS-DOS.
Todos os computadores possuem no Ambiente de Trabalho os ícones dos três
módulos da OPAL a utilizar, bem como o ícone da DOSBox, que permite arrancar os
simuladores de MS-DOS.
A. Como aceder aos simuladores de MS-DOS?
1. Clique no ícone do DOSBox no Ambiente de Trabalho, que irá abrir uma janela de
linha de comando em MS-DOS
2. Digite “cd [nome do simulador]” e prima ENTER
3. Digite “[nome do programa EXE]” e prima ENTER, o que abrirá o simulador
B. Como utilizar os simuladores OPAL?
Esta é a apresentação típica de uma página dos módulos OPAL, composta por
imagens, textos e diversos ícones. Em cada página existem zonas sensíveis (imagens e
texto) que podem ser exploradas com maior detalhe. Se pressionar o botão esquerdo do
rato sobre estas zonas, elas dar-lhe-ão acesso a outras páginas ou a janelas secundárias
contendo informação relativa à zona sensível que escolheu.
Nos módulos OPAL para fechar qualquer janela basta clicar com o
botão direito do rato sobre as mesmas
As palavras sensíveis apresentam-se a negrito no texto. Para saber quais as
imagens sensíveis numa página basta clicar no ícone e mover o cursor do rato pela
mesma, e elas serão exibidas com uma moldura vermelha.
O símbolo que o cursor do rato adota quando é colocado sobre uma zona sensível
permite prever que tipo de exploração se pode fazer dessa zona. Assim, se o cursor adotar
uma forma de lente, essa zona sensível irá abrir uma janela secundária dentro da página
onde se encontra; se adotar uma forma retangular, essa zona sensível irá abrir uma outra
página.
3
Legenda da Barra de Ícones de uma janela OPAL
Zona sensível – revela as zonas sensíveis de uma janela ao passar o cursor pela
mesma
Menu principal – revela todas as janelas ativas do módulo. Clique sobre a janela
desejada para a abrir
Via – ao clicar uma vez com o botão esquerdo do rato revela todas as janelas que
possuem tópicos relacionados com a janela aberta no momento; ao clicar duas
vezes abre uma janela do histórico de navegação
Recúo – revela a última janela consultada pelo utilizador
Marcação – marca uma janela ativa à qual se pode voltar mais tarde, clicando no
ícone que surgiu no lugar deste
Slideshow – cria uma sequência de slides para apresentar com base nas janelas
ativas marcadas
Tópicos relacionados – revela uma lista de tópicos importantes relacionados com
a janela ativa e que não podem ser obtidos ao clicar numa zona sensível dessa janela
Janela anterior – revela a janela anterior na sequência de janelas do módulo
dispostas no Menu principal
Janela seguinte – revela a janela seguinte na sequência de janelas do módulo
dispostas no Menu principal
Índice químico – abre o índice químico, que contém informações sobre certas
moléculas mencionadas no texto
Índice geral – abre o índice geral da OPAL
Notas – abre uma janela com notas explicativas acerca da janela ativa aberta
Notas pessoais – abre uma janela onde o utilizador pode escrever notas ao longo
da exploração do módulo, as quais poderá consultar mais tarde
Ajuda – abre uma janela explicativa acerca do módulo
Referências – abre uma janela com referências bibliográficas relativas à janela ativa
Impressão – imprime as janelas desejadas
Auto-avaliação – abre um questionário de auto-avaliação de um tema à escolha
Sair – encerra o simulador e regressa ao Ambiente de Trabalho
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BLOCO I
Fisiologia Geral
5
1
Aula
Homeostasia e Teoria dos Recetores
Objetivos específicos
•
•
•
•
Definir: homeostasia, variável fisiológica, resposta local, reflexo, ritmo biológico,
agonista, antagonista
Caracterizar os principais tipos de reflexos – feedback e feedforward
Caracterizar as diferentes formas de comunicação intercelular
Classificar os recetores membranares quanto às vias de transdução de sinal a que
estão associados e caracterizar essas mesmas vias
Introdução
1. Homeostasia
O termo homeostasia deve-se ao fisiologista norte-americano Walter Cannon que,
baseando-se nos trabalhos do francês Claude Bernard sobre o milieu intérieur (meio interno),
reconheceu a existência de um equilíbrio entre os vários sistemas de órgãos de um ser vivo,
equilíbrio esse que se mantém apesar das oscilações das condições ambientais.
Os sistemas homeostáticos visam controlar variáveis fisiológicas - ex: temperatura,
frequência cardíaca, glicémia, osmolaridade plasmática - e, para tal, alteram a função dos órgãos
que influenciam essas variáveis - força de contração muscular, frequência de estimulação
simpática, níveis plasmáticos de insulina, níveis plasmáticos de sódio, respetivamente. Uma única
variável fisiológica pode ser controlada por vários sistemas homeostáticos – ex: a pressão arterial
é controlada pela frequência e força de contração cardíacas, pela espessura de alguns vasos
sanguíneos, pelo sistema nervoso autónomo bem como pelo eixo endócrino reninaangiotensina-aldosterona, para citar alguns.
Todos os sistemas de controlo homeostático apresentam componentes básicos: sensor, que
deteta o desvio sofrido pela variável; via aferente, uma via de sinalização que informa o centro
integrador do desvio ocorrido; centro integrador (sistema nervoso central, glândulas
endócrinas) que “decide” a forma de corrigir o desvio; via eferente, uma via de sinalização
proveniente do centro integrador e que se dirige aos órgãos-alvo; órgãos/células-alvo que
respondem no sentido de fazer os valores da variável retornar ao normal. Essas respostas
podem ser respostas locais, circunscritas a determinado local de um tecido/órgão ou podem
envolver vários órgãos e sistemas, tomando o nome de reflexos.
6
2. Comunicação intercelular
A comunicação (ou sinalização) intercelular está na base da integridade física e funcional de
cada tecido, coordenando o seu desenvolvimento, reparação e imunidade. É essencial para a
capacidade de perceção e resposta adequada ao seu microambiente, ou sejam para a manutenção
da homeostasia tecidular.
Esta comunicação pode ser feita por diferentes mecanismos, tendo em conta a natureza das
células/tecidos que estão a comunicar. Nesse sentido distinguem-se quatro formas principais de
comunicação intercelular: neurócrina, endócrina, parácrina e autócrina.
Esta comunicação intercelular baseia-se quase sempre na libertação de mensageiros
químicos (por vezes também chamados ligandos) de uma célula “emissora” para a célulaalvo. Esses mensageiros classificam-se conforme a sua natureza química: hidrofílicos e
lipofílicos. Por sua vez a natureza química de um mensageiro influencia o local dentro da
célula-alvo onde ele atua.
No entanto, há que salientar que há células capazes de responder a outros tipos de
mensagens (estímulos) para além das químicas: variações de temperatura, torção/distensão
mecânica, radiação eletromagnética. Essas células estão na base do funcionamento do
Sistema Sensorial e dos órgãos dos sentidos.
3. Teoria Geral dos Recetores
Um mensageiro, como o nome indica, transporta uma “mensagem” de uma célula
emissora para uma célula-alvo. Essa mensagem é, concretamente, uma “ordem” que deve
ser executada. Para que essa mensagem seja recebida é necessário qua a célula-alvo possua
um recetor que seja capaz de reconhecer aquele mensageiro, isto é, que seja específico para
o mesmo. Esta especificidade é explicada pela complementaridade tridimensional entre
mensageiro e recetor.
Os recetores são de natureza proteica e podem encontrar-se em três zonas numa célula:
na membrana plasmática, no citoplasma e no núcleo. Os mensageiros atuam nos recetores
de determinada zona da célula consoante as suas características químicas, conforme dito
atrás.
A partir do momento em que o mensageiro se liga ao seu recetor, este é ativado, ou
seja, fica “pronto” a iniciar uma via de comunicação interna que culmina com a execução
da “ordem” que o mensageiro transportou. Esta via de comunicação da célula-alvo que se
inicia com a ligação do mensageiro ao seu recetor e que termina com a ação celular tem o
nome de via de transdução de sinal. Em resumo, a ligação mensageiro-recetor é
transformada numa ação.
Na maioria das células a intensidade da resposta de uma célula-alvo a um mensageiro
aumenta à medida que a concentração do mesmo aumenta, isto porque aumenta o número
de recetores que se encontram ligados a mensageiros. No entanto, existe uma concentração
de mensageiro acima da qual a resposta celular não aumenta mesmo que se eleve a
concentração do mensageiro. Isto deve-se à saturação dos recetores pelos mensageiros, ou
seja, todos os recetores estão ligados a (e portanto saturados de) mensageiros.
Uma célula pode ter diferentes recetores para um mesmo mensageiro, levando cada
recetor ativado à realização de uma ação celular distinta. A ligação de um mensageiro a um
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recetor depende da afinidade que existe entre eles, ou seja, da força da ligação que é
estabelecida. Quanto maior for a afinidade de um mensageiro para um recetor mais tempo
eles vão estar ligados e mais intensa será a resposta da célula-alvo.
Tal como um mensageiro se pode ligar a vários recetores, há recetores que se
conseguem ligar a diferentes mensageiros. Assim, se um recetor estiver disponível para se
ligar a diferentes mensageiros estes terão de competir entre si pelo recetor. Esta
competição será “ganha” pelo mensageiro que apresentar maior afinidade para o recetor.
Em Fisiologia estudamos sobretudo os mensageiros endógenos, ou seja, os que são
produzidos pelo próprio organismo. No entanto há substâncias exógenas (estranhas ao
organismo) que, por serem estruturalmente semelhantes aos mensageiros endógenos
podem ser reconhecidas pelos seus recetores. Estas substâncias são conhecidas como
fármacos, tendo alguns deles efeitos benéficos no organismo, sendo usados como
substâncias ativas de medicamentos; no entanto, outros são toxinas.
Um mensageiro endógeno na maioria dos casos ativa um recetor (bem como a sua via
de transdução de sinal) quando se liga ao mesmo. Os fármacos que, após ligação ao recetor
o ativam tomam o nome de agonistas. Por outro lado existem fármacos que, após ligação
a um recetor, o bloqueiam em vez de o ativar. Esses fármacos tomam o nome de
antagonistas.
O número de recetores para um determinado mensageiro não é constante numa célula.
Pelo contrário, esse número é regulado pela célula em resposta ao nível de estimulação a
longo-prazo que recebe por parte dos mensageiros. Assim, se uma célula for cronicamente
estimulada por níveis elevados de um mensageiro (endógeno ou exógeno) que ative o seu
recetor, o número de recetores desse tipo diminuirá – regulação negativa ou downregulation . Se, pelo contrário, uma célula for cronicamente estimulada por níveis
reduzidos de mensageiro, o número de recetores desse tipo aumentará – regulação
positiva ou up-regulation . Estes dois fenómenos de regulação têm o objetivo de manter
uma intensidade de resposta adequada.
4. Vias de transdução de sinal
Os recetores podem existir, como referido atrás, na membrana, no citoplasma e no
núcleo. Os recetores de membrana podem pertencer a uma das seguintes classes
funcionais:
a. Recetores que atuam como canais iónicos – apresentam um domínio capaz
de reconhecer mensageiros e um domínio que forma um canal iónico através da
membrana plasmática. Na ausência de mensageiro este canal está encerrado.
Após a ligação de um mensageiro, o recetor sofre uma alteração de
conformação que resulta na abertura do canal e na difusão passiva iões (a favor
do seu gradiente eletroquímico) de iões, estando associados à alteração do
potencial de repouso da membrana e à geração de sinais elétricos.
b. Recetores que atuam como enzimas cinases – apresentam um domínio
capaz de reconhecer mensageiros e um domínio de cinase (enzima que fosforila
o seu substrato).
c. Recetores que estão associadas a enzimas cinases – estes recetores não são
cinases mas após reconhecerem o mensageiro podem interagir e,
8
consequentemente, ativar enzimas cinases que levam a cabo uma determinada
ação na célula.
d. Recetores que estão acoplados a proteínas G – estes recetores, uma vez
ativos, interagem com proteínas que possuem grande afinidade para GTP
chamadas proteínas G.
Na realidade, as proteínas G dividem-se em dois grupos: G monoméricas (1
subunidade) e G heterotriméricas (3 subunidades diferentes), às quais daremos
mais realce. As três subunidades destas proteínas G são α, β e γ, sendo que as
duas últimas existem na forma dimérica. O GTP/GDP está ligado à
subunidade α. Quando a proteína G está inativa existe na forma heterotrimérica
e ligada ao GDP. Quando um recetor de membrana é ativado, interage com a
proteína G, promovendo a substituição de GDP por GTP e, com isto, a
separação da subunidade α das subunidades βγ. A subunidade α interage e ativa
proteínas efetoras que, por sua vez, podem ser:
i. Canais iónicos
ii. Enzimas
1. Adenilciclase – enzima que catalisa a formação de AMPc a
partir de ATP. De seguida o AMPc ativa enzimas cinases A
(cinases dependentes de AMPc), que fosforilam novas proteínas
efetoras
2. Guanilciclase – enzima que catalisa a formação de GMPc a
partir de GTP. De seguida o GMPc ativa enzimas cinases G
(cinases dependentes de GMPc), que fosforilam novas proteínas
efetoras
3. Fosfolipases – enzimas que catalisam a hidrólise de certos
fosfolípidos da membrana plasmática, sendo as isoenzimas A2,
C e D as mais estudadas.
As substâncias químicas produzidas por estas enzimas (AMPc, GMPc,
DAG, IP3) funcionam também como mensageiros, ativando novas
proteínas efetoras dentro da célula. Como tal tomam o nome de
segundos-mensageiros (o “primeiro mensageiro” foi o que ativou o
recetor membranar). Por exemplo, o AMPc e GMPc ativam as cinases A
e G, respetivamente. O DAG ativa a cinase C, o IP3 provoca a saída do
ião cálcio do retículo endoplasmático para o citosol, associando-se este à
calmodulina, podendo este complexo ativar cinases dependentes de
cálcio-calmodulina.
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Exercícios
O programa utilizado nesta aula consiste num atlas visual que permite ao aluno
explorar a constituição e funcionamento das células nervosas, em particular dos neurónios.
Confere também algum realce à comunicação intercelular bem como às vias de transdução
de sinal.
1. Clique no ícone “Neural Communication” que se encontra no Ambiente de trabalho.
De seguida prima OK nas duas janelas seguintes.
2. Clique
no
ícone e selecione a janela com o título “Receptors”. Aparecerá
então a imagem:
Nesta imagem pode observar os diversos tipos de recetores membranares e os seus
mecanismos de transdução de sinal.
3. Clique sobre o canal iónico (cor vermelha) que fará aparecer uma simulação do
funcionamento deste tipo de recetor. Clique no botão Play para ver a simulação.
Deixe a animação correr até ao fim. Não pause a animação a meio – o
programa poderá bloquear!
a) Clique sobre o mensageiro e sobre o recetor, o que fará abrir uma caixa amarela
onde poderá verificar quais os neurotransmissores, os tipos de recetores e os
efetores que usam este mecanismo de transdução de sinal.
4. Clique em
para voltar à janela anterior. Selecione o primeiro recetor acoplado
à proteína G (cor amarela) que fará aparecer uma simulação do funcionamento deste
mecanismo de transdução de sinal. Observe a simulação.
a) De seguida clique sobre o mensageiro ou sobre o recetor, o que fará abrir-se uma
nova caixa amarela onde poderá verificar quais os neurotransmissores, os recetores
e os efetores que usam este mecanismo de transdução de sinal.
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b) Clique agora sobre o canal iónico para verificar quais os canais iónicos acoplados a
recetores via proteínas G.
5. Selecione a proteína G. Aparecerá uma imagem/simulação que lhe permitirá visualizar
mais concretamente o modo de funcionamento desta proteína. Observe a simulação.
a) Selecione a subunidade α para analisar quais os tipos de proteína G e quais os tipos
de efetores e recetores que lhe estão associados, respetivamente.
6. Clique em
e selecione novamente o menu “Receptors”. Selecione agora o
segundo recetor acoplado à proteína G (cor verde acastanhado) que fará aparecer
uma simulação deste mecanismo de transdução de sinal. Observe a simulação.
a) Selecione o mensageiro ou o recetor para analisar quais os neurotransmissores, os
recetores e os efetores respetivos que estão associados a uma enzima geradora de
segundos mensageiros via proteína G.
b) Selecione a enzima para verificar quais as enzimas geradoras de segundos
mensageiros que podem ser usadas neste mecanismo.
c) Selecione SM para verificar quais as substâncias usadas como segundos
mensageiros.
7. Clique novamente em
e selecione AC e AMPc para obter informações sobre a
adenilciclase e o AMPc que estão associados a este tipo de recetor.
a) Selecione PKA para obter informações sobre as proteínas cinases.
8. Explore os dois últimos recetores associados a proteína G: o que está associado à
fosfolipase C e o que está associado à fosfolipase A2.
9. Responda às seguintes questões:
O que entende por “amplificação de sinal”, no contexto de uma via de transdução
de sinal? Quais as vantagens que confere à comunicação intercelular?
Distinga “recetor ionotrópico” de “recetor metabotrópico”.
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Qual a importância dos processos de regulação positiva e negativa (up e downregulation )? Em que circunstâncias podem ocorrer?
Como explica que um mesmo mensageiro químico provoque respostas diferentes
em diferentes tecidos?
Bibliografia recomendada
1. Berne, Robert M. Physiology. 5th ed. St. Louis: Mosby, 2004
2. Widmaier, Eric P., Hershel Raff, and Kevin T. Strang. Vander's human physiology: the
mechanisms of body function. 10 ed. Boston: McGraw-Hill, 2006
12
2
Aula
Eletrofisiologia I
•
•
•
•
•
Definir: potencial de membrana, potencial de repouso, potencial pacemaker,
despolarização, repolariação, hiperpolarização, canal leak, canal dependente de
ligando, canal dependente da voltagem; período refratário
Compreender as bases iónicas do potencial de repouso
Distinguir o potencial gradativo do potencial de ação e representá-los graficamente
Distinguir os diferentes tipos de canais iónicos que intervêm no estabelecimento
potencial de repouso, potencial gradativo e potencial de ação
Identificar as vantagens da mielinização para a transmissão do impulso nervoso
Introdução
1. Potencial de membrana
Tal como foi concluído na aula anterior um dos efeitos que um mensageiro pode
desencadear numa célula-alvo é a alteração do seu potencial de membrana. O potencial
de membrana não é mais do que a diferença de carga elétrica entre os dois lados de uma
membrana: um dos lados possui mais cargas positivas que negativas e o outro lado possui
mais cargas negativas que positivas. Se ambos os lados possuíssem o mesmo número de
cargas positivas e negativas não existiria diferença de potencial.
Todas as células possuem um potencial de membrana (o seu valor é diferente de
célula para célula), ou seja, em todas elas há uma diferença de distribuição de carga. A
ligação de um mensageiro ao seu recetor na célula-alvo pode induzir nesta a abertura de
canais iónicos. Uma vez abertos estes canais permitem a difusão dos iões a favor do seu
gradiente eletroquímico e, como tal, alteram a distribuição de cargas dos dois lados da
membrana. Esta alteração pode ser propagada ao longo da membrana e funcionar como
um sinal elétrico.
Para explicar como se cria um potencial de membrana é necessário partir de duas
considerações iniciais que nunca devem ser esquecidas (e que serão detalhadas adiante):
13
•
O citosol está apresenta carga negativa, pela presença de macromoléculas
aniónicas não difusíveis
O potássio está mais concentrado no interior da célula e o sódio mais
concentrado no meio extracelular
•
Para compreendermos a geração do potencial de membrana temos de compreender
primeiro o conceito de potencial eletroquímico:
Todas as partículas apresentam uma tendência natural de se deslocarem de uma zona
onde estejam mais concentradas para uma zona onde estejam menos concentradas gradiente químico. Por outro lado sabemos que todas as partículas que possuam carga
elétrica têm a tendência de se aproximarem de zonas com carga elétrica contrária –
gradiente elétrico. Os iões obedecem a ambas estas “tendências”, que se combinam, e por
isso falamos frequentemente num gradiente eletroquímico (também chamado potencial
eletroquímico, representado pela letra grega μ) de um ião.
A expressão matemática que nos permite comparar as contribuições relativas de cada
um dos gradientes para o movimento de um ião entre os dois lados (A e B) de uma
membrana é:
∆µ=µA -µB
A expressão desenvolve-se da seguinte forma:
[𝑋 + ]
•
•
•
•
•
•
•
∆𝜇 = 𝑅𝑅𝑅𝑅 [𝑋 +]𝐴 + 𝑧𝑧(𝐸𝐴 − 𝐸𝐵 )
𝐵
∆μ – diferença de potencial eletroquímico de um ião (X+) entre os lados A (citosol) e B
(meio extracelular) da membrana
R – constante dos gases perfeitos
T – temperatura absoluta
[𝑋 + ]
𝑙𝑙 [𝑋 +]𝐴 – logaritmo natural do ratio da concentração do ião X+ nos lados A e B da
𝐵
membrana
z – número de carga do ião (ex: +1 para Na+, -1 para Cl-, etc.)
F – número de Faraday
EA-EB – diferença de potencial elétrico através dos lados A e B da membrana, ou seja,
potencial de equilíbrio do ião
+
[X ]
O primeiro termo da equação, RTln [X ]A reflete o gradiente químico e o segundo
+
termo, 𝑧𝑧(𝐸𝐴 − 𝐸𝐵 ) o gradiente elétrico.
B
Um ião desloca-se sempre de um local com maior potencial eletroquímico para
um local com menor potencial eletroquímico. Então:
14
•
•
•
Se ∆μ é positivo (𝜇𝐴 >𝜇𝐵 ) o ião vai deslocar-se do lado A para o lado B
Se ∆μ é negativo (𝜇𝐴 <𝜇𝐵 ) o ião vai deslocar-se do lado B para o lado A
Se ∆μ é zero (𝜇𝐴 = 𝜇𝐵 ) o ião não se desloca, isto é, está em equilíbrio entre os
dois lados da membrana
Quando ∆μ é zero passamos a resolver a equação anterior em função de EA-EB
(potencial de equilíbrio), ficando:
+
RT [X ]B
EA -EB =
ln +
zF [X ]A
Esta equação é chamada equação de Nernst. À temperatura dos sistemas biológicos, e
convertendo o logaritmo natural em logaritmo decimal, o termo RT/F é aproximadamente
igual a 60 mV pelo que a equação de Nernst fica assim simplificada:
+
[X ]
60 mV
EA -EB =
log + B
z
[X ]A
Todos os iões “desejam” estar em equilíbrio. Tendem, pois, a deslocar-se no sentido
que lhes permita atingir esse equilíbrio. À medida que se aproximam desse equilíbrio o
potencial de membrana vai-se aproximado cada vez mais do potencial de equilíbrio desse
ião. Cada ião “tenta” tornar o potencial de membrana no potencial de equilíbrio.
A equação de Nernst dá-nos o valor da diferença da “força” elétrica necessária para
movimentar os iões no sentido que se oponha ao sentido da “força” química e que iguale
este valor. Sendo ambas as “forças” da mesma magnitude o ião desloca-se de um lado para
o outro com a mesma intensidade, ou seja, o número de iões que atravessa a membrana do
lado A para o lado B é igual ao número que atravessa a membrana do lado B para o lado A
– é então atingido o equilíbrio para esse ião.
A equação de Nernst só é satisfeita para iões que estejam em equilíbrio. No
entanto, pode ser usada para prever o sentido da movimentação de iões que não estão em
equilíbrio. Para tal precisamos apenas de saber qual o potencial de membrana medido por
um elétrodo, ou seja, o seu potencial de membrana real:
•
Se o potencial medido é igual ao potencial calculado pela eq. Nernst então esse
ião está em equilíbrio eletroquímico e, portanto, não sofre movimentação
•
Se o potencial medido apresenta o mesmo sinal (positivo ou negativo) que o
calculado pela eq. Nernst mas é maior em magnitude então o gradiente elétrico
é maior que o gradiente químico. O movimento do ião será então decidido pelo
gradiente elétrico
•
Se o potencial medido apresenta o mesmo sinal (positivo ou negativo) que o
calculado pela eq. Nernst mas é menor em magnitude então o gradiente
15
químico é maior que o gradiente elétrico. O movimento do ião será então
decidido pelo gradiente químico.
•
Se o potencial medido apresenta um sinal oposto ao sinal do potencial
calculado pela eq. Nernst então os gradientes químico e elétrico atuam no
mesmo sentido e, como tal, o ião não pode estar em equilíbrio. O ião
movimenta-se no único sentido possível.
Se aplicarmos estes princípios aos iões sódio e potássio tendo em conta a sua
distribuição numa célula podemos rapidamente prever qual será a sua tendência de
deslocação através de uma membrana:
•
Sódio (Na+)
o [Na+]cit=50 mM; [Na+]ext=460 mM – pelo gradiente químico este ião tem
tendência a entrar na célula
o O Na+ é um catião e o interior da célula é aniónico – pelo gradiente elétrico
este ião tem tendência a entrar na célula
Como estes dois gradientes atuam no mesmo sentido a conclusão é óbvia – Na+ tem uma
tendência natural para entrar na célula. Confirma-se esta conclusão pela comparação de EAEB (potencial de equilíbrio calculado pela eq. Nernst) com EM (potencial de membrana
medido por um elétrodo):
o Potencial de equilíbrio = +58 mV
o Potencial de membrana = -70mV
 Conclusão: o sódio não pode estar em equilíbrio porque ambos os
gradientes atuam no mesmo sentido
•
Potássio (K+)
o [K+]cit=400 mM; [K+]ext=10 mM - pelo gradiente químico este ião tem
tendência a sair da célula
o É um catião e o interior da célula é aniónico – pelo gradiente elétrico este
ião tem tendência a entrar na célula
Neste caso os dois gradientes atuam em sentidos opostos. O gradiente mais “forte” será o
responsável pelo sentido final da movimentação deste ião. Para tal é necessário comparar
EA-EA com EM:
 Potencial de equilíbrio = -96 mV
 Potencial de membrana = -70 mV
 Conclusão: ambos os potenciais têm o mesmo sinal mas EM é menor em
módulo – o gradiente químico é maior que o gradiente elétrico e, como tal,
o potássio tende a sair da célula
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Estamos agora em condições de compreender como se estabelece um potencial de
membrana. Há vários fatores que contribuem para o estabelecimento de um potencial
de membrana:
A. Existência de maior número de canais leak para o potássio que para o sódio
B. Atividade eletrogénica da bomba de sódio-potássio
C. Efeito de Gibbs-Donnan
A. Existência de maior número de canais de K+ que canais de Na+
Já foi explicado o conceito de potencial de membrana e potencial de equilíbrio de
um ião. Coloca-se agora uma questão: por que motivo o valor do potencial de membrana (70mV no caso de um neurónio) está numericamente mais próximo do valor do potencial
de equilíbrio do potássio que do potencial de equilíbrio do sódio? A resposta é simples:
porque a membrana plasmática é mais permeável ao potássio que ao sódio. A
permeabilidade da membrana a um ião depende, entre outros fatores, do número de canais
que a membrana tem para esse ião.
A membrana plasmática tem, de fato, maior número de canais leak (também chamados
canais passivos) para o potássio que para o sódio. Como tal são mais os iões potássio que
os sódio que, num dado período de tempo, atravessam a membrana no sentido de
atingirem o seu equilíbrio eletroquímico. Estes canais leak, ao contrário de outros
estudados adiante, encontram-se sempre abertos, permitindo a difusão contínua dos iões.
B. Bomba Na+/K+-ATPase
Se os gradientes elétrico e químico fossem as únicas forças a influenciar o movimento
dos iões estes atingiriam rapidamente o equilíbrio, ou seja, uma célula iria acumulando
sódio e perdendo potássio ao longo do tempo até o equilíbrio de cada ião estar atingido.
No entanto este equilíbrio nunca é atingido porque todas as células possuem um
mecanismo que mantém constantes as concentrações iónicas intra e extracelulares. Este
mecanismo é a bomba de sódio-potássio, um transportador proteico que, consumindo uma
molécula de ATP, transporta 3 iões sódio para o exterior e 2 iões potássio para o interior
da célula, isto é, contra os seus gradientes químicos. Como por cada molécula de ATP
consumida promove um transporte desigual de cargas (2 positivas a entrar, 3 positivas a
sair – o interior fica mais negativo) diz-se que esta bomba tem uma ação eletrogénica –
cria uma diferença de potencial.
C. Efeito de Gibbs-Donnan
O efeito de Gibbs-Donnan é um fenómeno que ocorre entre dois compartimentos
fluidos separados por uma membrana semipermeável quando num desses compartimentos
existem partículas carregadas eletricamente que não sofrem difusão. Este efeito altera a
distribuição dos pequenos iões difusíveis através da membrana, contribuindo para criar
uma diferença de potencial elétrico entre os dois compartimentos.
A membrana plasmática de uma célula pode ser vista como uma barreira
semipermeável que separa dois compartimentos: o citosol e o meio extracelular. Enquanto
17
que os pequenos iões (Na+, K+, Cl-, H+, Ca2+, Mg2+...) se difundem livremente através da
membrana (possuem canais para o efeito) existem moléculas que, pelo elevado peso
molecular, não conseguem atravessar a membrana. Estas macromoléculas possuem, ao pH
fisiológico, carga negativa, como é o caso dos ácidos nucleicos e das proteínas. O excesso
de cargas negativas em relação às cargas positivas confere ao citosol e, como tal, ao lado
citosólico da membrana plasmática carga negativa. Esta carga negativa “imóvel” é, como
referido no início, um dos contribuidores principais para a geração do potencial de
membrana.
A bomba de sódio-potássio e o efeito de Gibbs-Donnan podem então ser vistos como
agentes que provocam uma distribuição desigual dos iões dos dois lados da membrana e
lhes conferem um potencial eletroquímico que eles tentam contrariar no sentido de atingir
o seu equilíbrio. O equilíbrio nunca é atingido e, como tal, existe continuamente um
potencial de membrana.
Qual será então a utilidade de existir um potencial de membrana? Por um lado é esta
diferença de potencial que permite a uma célula enviar e responder a sinais elétricos; por
outro lado permite à célula ativar certas proteínas de membrana que respondem a esta
diferença de potencial.
2. Sinais bioelétricos
A forma mais rápida de transmissão de informação nos organismos vivos é a
transmissão de impulsos elétricos. Estes impulsos são gerados pelas células em resposta a
estímulos que recebem, sendo estes de natureza muito diversa:
•
•
•
•
Mensageiro químico
Torção/tensão mecânica
Descarga elétrica
Variação de temperatura
Estes estímulos são capazes de provocar, na célula que os recebe, a abertura ou
encerramento de canais iónicos na membrana plasmática e alterar a condutância de
determinados iões. Uma vez alterada a condutância é também alterado o potencial de
membrana.
No ser humano encontramos dois tipos de impulsos elétricos: potenciais gradativos e
potenciais de ação.
A. Potenciais gradativos
Os potenciais gradativos ou eletrotónicos são alterações transitórias do potencial de
membrana e confinadas a pequenas regiões da membrana. Tomam o nome de gradativos
porque a corrente elétrica gerada é proporcional à magnitude do estímulo que os provoca.
São propagados com decremento, ou seja, a sua intensidade diminui à medida que se
afasta do local onde foi gerado. São sinais utilizados na comunicação a curtas distâncias
18
(desaparecem ao fim de 1-2 mm do local de origem). Quando ocorre um potencial
gradativo as cargas elétricas movem-se entre o sítio de origem do potencial e as regiões
adjacentes da membrana que estão ainda no potencial de membrana. Estas correntes locais
são originadas pelas movimentações dos principais iões como Na+, K+ e Cl-.
Os potenciais gradativos são os potenciais gerados assim que uma célula recebe um
estímulo, independente da natureza do mesmo. No entanto durante as aulas daremos mais
enfoque à estimulação por mensageiros químicos. Alguns destes mensageiros, ao
interagirem com um recetor de membrana podem provocar de forma direta ou indireta a
abertura de canais iónicos. Estes canais não são do tipo leak (sempre abertos), mas sim
canais dependentes de ligandos, isto é, canais que só abrem após sofrerem a ligação de
um mensageiro. Uma vez abertos, esses canais permitem a difusão passiva de iões através
da membrana e, como tal, alteram o potencial de membrana que, até esse momento
permanecia constante. Dependendo do ião que esse canal “transporta” o potencial da
membrana pode passar a valores menos negativos – fenómeno conhecido por
despolarização (ou hipopolarização) ou a valores mais negativos – fenómeno conhecido
por hiperpolarização. Por esse motivo os potenciais gradativos podem ser classificados
como despolarizantes ou hiperpolarizantes.
Os potenciais gradativos possuem ainda uma propriedade muito importante, a
somação. Esta consiste na adição de dois ou mais potenciais gradativos que ocorram no
mesmo local (somação espacial) e/ou no mesmo momento (somação temporal) numa
determinada zona da membrana plasmática. Duas correntes despolarizantes somadas
produzem uma terceira de maior intensidade e mais positiva; duas correntes
hiperpolarizantes somadas produzem uma terceira de maior intensidade e mais negativa;
duas correntes, uma despolarizante e outra hiperpolarizante subtraem-se uma à outra.
B. Potenciais de Ação
Os potenciais de ação são alterações rápidas e de grande amplitude do potencial de
membrana. A sua duração é na ordem dos milissegundos e variável consoante o tipo de
célula (ex: neurónios motores – 2 ms; músculo esquelético – 5 ms; músculo cardíaco – 200
ms) e as variações de amplitude podem ser da ordem dos 100 mV (de -70 mV a +30 mV).
Enquanto que todas as membranas plasmáticas podem gerar potenciais gradativos
apenas as chamadas membranas excitáveis podem produzir potenciais de ação, como é o
caso das membranas das células nervosas, musculares, bem como algumas endócrinas,
imunológicas e reprodutoras. A sua capacidade para originar potenciais de ação é conhecida
como excitabilidade.
Os potenciais de ação “nascem” a partir da somação de vários potenciais gradativos
despolarizantes, os suficientes para que o potencial de membrana atinja um valor
conhecido como o limiar de excitabilidade ou potencial umbral. Este limiar é o valor
de voltagem que provoca a abertura de um tipo de canais iónicos – os canais
dependentes de voltagem. Estes são canais que sofrem alterações de conformação
(abertura, inativação e encerramento) a valores específicos de voltagem. Encontram-se
19
fechados no valor do potencial de membrana e abrem no valor que corresponde ao limiar
de excitabilidade. Uma vez abertos, permitem a difusão de sódio e potássio a favor do seu
gradiente eletroquímico e iniciam o potencial de ação. Neste momento vamo-nos debruçar
apenas sobre os canais de sódio e de potássio dependentes da voltagem.
Um potencial de ação apresenta as seguintes fases:
i.
Fase de despolarização: deve-se à abertura dos canais de sódio dependentes da
voltagem assim que é atingido o limiar de excitabilidade. Durante este período, o
número de iões sódio que entra na célula supera o número de iões de sódio que sai
da célula através da bomba de sódio-potássio e o número de iões potássio que sai
por canais leak. Neste período o potencial de membrana aproxima-se mais do
potencial de equilíbrio do sódio.
ii.
Fase de repolarização: deve-se à inativação dos canais de sódio dependentes da
voltagem e à abertura dos canais de potássio dependentes da voltagem, o que faz
com que a difusão de potássio para fora da célula seja muito superior à difusão de
sódio para dentro desta. Deste modo o potencial de membrana volta ao nível de
repouso. No final desta fase os canais de sódio começam a passar de inativos a
fechados.
iii.
Fase de hiperpolarização: deve-se ao encerramento lento dos canais de potássio
dependentes da voltagem, o que faz com que o potencial de membrana desça para
valores inferiores aos de repouso. Só após os canais de potássio terem encerrado é
que o potencial de membrana é reposto por ação da bomba de sódio-potássio. No
início desta fase a maioria dos canais de sódio dependentes da voltagem já se
encontram fechados.
Em resumo: uma membrana recebe estímulos despolarizantes e hiperpolarizantes.
Para que ocorra um potencial de ação a soma desses estímulos tem de ser despolarizante
(estímulo final supra-limiar) e tem de atingir o limiar de excitabilidade. Se a soma desses
estímulos ficar aquém deste limiar (estímulo final sublimiar) o potencial de ação não
ocorrerá. A este princípio dá-se o nome de lei do tudo ou nada.
Em qualquer potencial de ação existem os chamados Períodos Refratários, referindose estes termos aos períodos de tempo durante os quais a membrana apresenta menor (ou
nenhuma) probabilidade de desencadear um novo potencial de ação. Distinguem-se dois
períodos refratários:
•
Período Refratário Absoluto: aquele em que por mais forte que seja um segundo
estímulo não se consegue desencadear um segundo potencial de ação, dado que a
quase totalidade dos canais de sódio dependentes da voltagem se encontram
inativos
•
Período Refratário Relativo: aquele em que um segundo potencial de ação pode
ser originado se o segundo estímulo for supra-limiar, dado que alguns dos canais de
20
sódio já se encontram no estado fechado e portanto capazes de responder a um
novo estímulo.
Estes períodos refratários refletem assim o facto de os potenciais não se poderem
suceder uns aos outros sem um intervalo de tempo entre eles, que varia de tecido para
tecido e assegura também que a propagação de um potencial de ação seja unidirecional.
3. Condução dos potenciais de ação
Independentemente do local de um neurónio onde é iniciado, o potencial de ação
propaga-se ao longo do axónio em direção às terminações axonais. A velocidade de
condução do potencial de ação no axónio depende das características elétricas do mesmo,
nomeadamente da espessura e mielinização do mesmo.
Um axónio de um neurónio pode ser ou não mielinizado, ou seja, recoberto ou não por
grandes camadas de mielina. A mielina é um material dielétrico (ou seja, isolador) que
torna mais difícil a difusão de cargas entre os dois lados da membrana. A mielina recobre
um axónio de forma descontínua, tomando os locais desprovidos de mielina o nome de
nódulos de Ranvier. A condução de um potencial em neurónios mielinizados tem o nome
de condução saltatória porque, para ilustrarmos a rapidez desta condução, dizemos que
um potencial “salta” de nódulo em nódulo. Para além do aumento de velocidade de
condução a mielinização permite também poupar volume e energia ao tecido nervoso.
4. Potenciais pacemaker
Foi referido ao longo do texto que os potenciais gradativos só se iniciam quando uma
célula recebe um estímulo, que pode ser de diferente natureza. No entanto há células que
podem gerar alterações espontâneas e rítmicas do potencial de membrana sem necessitarem
de qualquer estímulo – estes potenciais têm o nome de potenciais pacemaker (literalmente
marca-passo). Células com esta propriedade são essenciais para as funções rítmicas de
alguns órgãos – ex: batimento cardíaco, respiração, peristaltismo gástrico e intestinal.
21
Exercícios
O programa de simulação que a seguir se apresenta ilustrará os aspectos fundamentais
subjacentes ao estudo dos Potenciais Bioeléctricos.
1. Clique no ícone da DOSBox que se encontra no Ambiente de Trabalho. Na linha de
comando (c:\>) escreva “cd electro” e carregue em ENTER. De seguida escreva “menu”
e carregue novamente em ENTER, o que fará abrir a janela principal do simulador:
BASIC Electrophysiology demonstrations
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Voltage clamp
Action potential
Summation & Accomodation
Spike train
Saltatory conduction
Single channels
N and N^4 in clamp
M^3, H in clamp
N-M-H during spike
Return to disk op. system
Existem assim 10 opções que podem ser escolhidas no menu principal, serão estudadas
nesta aula apenas os simuladores das opções 2 a 5. Para escolher qualquer uma delas
escreva o número respetivo e prima ENTER. A opção 10 é a opção de saída do programa,
após terminar o trabalho escolha esta opção para voltar à linha de comando.
2. Escolha a opção 2 – Potencial de Ação e prima OK duas vezes para abrir o menu.
A simulação baseia-se no modelo de Hodgkin-Huxley, segundo o qual a membrana nervosa é
representada como tendo três canais iónicos, através dos quais o sódio, o potássio e o cloreto se
podem mover independentemente. Os iões individuais são assim forçados a atravessar a
membrana devido aos seus gradientes electroquímicos. Os valores da força eletromotriz para
cada um dos iões são dados pela equação de Nernst. Deve referir-se que os canais não se
encontram localizados uns a seguir aos outros; cada canal representa um grupo de canais
idênticos numa determinada unidade de área da membrana os quais, para tornar o modelo mais
compreensível, são considerados como um canal.
Esta simulação permite ao aluno provocar potenciais bioelétricos na membrana de uma
célula nervosa aplicando para isso estímulos de intensidade e duração variáveis.
22
Os parâmetros incluídos no programa são apresentados da seguinte forma:
Valor padrão
Simulação 1
Simulação 2
Simulação 3
-80 mV
-80 mV
-80 mV
-50 mV
Intensidade
100 mV
50 mV
50 mV
100 mV
Duração
0.12 ms
0.12 ms
0.12 ms
0.12 ms
7 ms
7 ms
3 ms
7 ms
Intensidade
100 mV
50 mV
50 mV
100 mV
Duração
0.12 ms
0.12 ms
0.12 ms
0.12 ms
Potencial de membrana
Estímulo 1
Atraso até #2
Estímulo 2
a) O simulador possui automaticamente introduzidos determinados valores padrão.
Não os altere – prima ENTER sucessivamente para obter a simulação, que deverá
ser igual à da seguinte figura:
Na figura podemos observar três gráficos:, o primeiro (1) representa o potencial de
membrana ao longo da simulação; por baixo deste encontra-se um gráfico que define a
intensidade e duração do estímulo e por fim temos outro gráfico que nos vai indicando a
evolução das condutâncias de Sódio (2) e Potássio (3).
23
Que tipos de impulsos elétricos foram gerados com os estímulos 1 e 2?
Sempre que desejar sair da janela do gráfico prima SPACE. Na janela que surgir pode
premir a tecla 1 para regressar à janela do potencial de ação e definir valores para uma nova
simulação, a tecla 2 para sobrepor um novo gráfico ao anterior e a tecla 3 para voltar ao
menu da opção 2.
b) Prima SPACE e, de seguida, a tecla 1. Introduza os valores da tabela acima relativos
à Simulação 1.
Que tipo de impulso elétrico foi gerado com estes novos valores?
c) Prima SPACE e, de seguida, a tecla 1. Introduza agora os valores relativos à
Simulação 2 (em relação aos valores da Simulação 1 só varia o intervalo entre os
dois estímulos).
Como justifica a diferença de impulsos elétricos obtidos para cada uma das
respostas?
d) Prima SPACE e, de seguida, a tecla 1. Introduza agora os valores relativos à
Simulação 3 (em relação aos valores padrão só varia o potencial de membrana).
Como justifica o impulso elétrico obtido em resposta ao primeiro estímulo?
24
5. Volte ao Menu Principal e escolha a Opção 5 – Saltatory Conduction (Condução
Saltatória)
Esta simulação permite aos alunos explorar a condução saltatória do tecido nervoso
e de que forma é condicionada por parâmetros dos axónios.
Os parâmetros incluídos no próprio programa são apresentados da seguinte forma:
Parâmetros
Valor padrão
Simulação 1
Simulação 2
Diâmetro do
axónio
10 μm
20 μm
10 μm
Distância
nodal
5 mm
5 mm
10 mm
Limiar do
nodo
-70 mV
-70 mV
-70 mV
a) O simulador possui automaticamente introduzidos determinados valores padrão.
Não os altere – prima ENTER sucessivamente para obter a simulação, que deverá
ser igual à da seguinte figura:
A figura ilustra um axónio com nodos de Ranvier, mostrando uma descida exponencial da
amplitude do potencial entre os nodos. Se o potencial for maior que o limiar de
excitabilidade, então ele alcançará o nodo e o sinal será reposto até à sua amplitude
máxima.
25
b) Introduza os valores relativos à Simulação 1 (ver tabela acima).
De que forma o diâmetro de um axónio influencia a sua velocidade de condução?
Porquê?
c) Introduza agora os valores relativos à Simulação 2 (ver tabela acima).
De que forma a distância nodal afeta a velocidade de condução? Porquê?
d) Responda ainda à seguinte questão:
Estabeleça as diferenças entre condução contínua e saltatória, referindo-se às suas
vantagens e inconvenientes.
mechanisms of body function.. 10 ed. Boston: McGraw-Hill, 2006
26
3
Aula
Eletrofisiologia II
Sistema Nervoso Autónomo
•
•
•
•
•
•
Distinguir a sinapse química da sinapse elétrica
Caracterizar as várias fases de uma sinapse química
Enumerar os principais neurotransmissores e caracterizar as respostas que provocam
Distinguir neurotransmissor de neuromodulador
Distinguir anatómica e funcionalmente as divisões simpática e parassimpática do
Sistema Nervoso Autónomo
Distinguir em termos de mielinização, neurotransmissores e recetores as fibras préganglionares e pós-ganglionares
Introdução
Parte I – Sinapse
1. Transmissão sináptica
Tal como foi estudado na aula anterior as células excitáveis utilizam sinais
bioelétricos para enviar informação de uma zona para outra distinta, da qual será enviada
para uma (ou mais) nova(s) célula(s). A dita informação é enviada através de junções
celulares especializadas chamadas sinapses.
As sinapses são estruturas essenciais na comunicação intercelular de natureza
neurócrina. São junções especializadas entre, no mínimo, duas células intervenientes neste
tipo de comunicação: a pré-sináptica – que liberta os mensageiros químicos, e a póssináptica que possui recetores para esses mensageiros. Uma das células é obrigatoriamente
nervosa, podendo a outra ser nervosa, muscular ou endócrina.
Existem dois tipos de sinapses: as elétricas e as químicas.
27
As sinapses elétricas são junções em que as membranas das células pré e pós
sinápticas se tocam por meio de junções comunicantes (gap junctions ) e que permitem
a propagação direta do potencial de ação de uma célula para a outra.
As sinapses químicas são junções em que as células não se tocam, ficando
separadas por um espaço chamado fenda sináptica. As células pré-sinápticas armazenam
mensageiros químicos – neurotransmissores e neuromoduladores – dentro de vesículas no
terminal do axónio, que acabam por libertar para a fenda sináptica por um processo de
exocitose assim que um potencial de ação atinge o terminal. Os neurotransmissores são
depois captados pelos recetores específicos das células pós-sinápticas provocando nelas
uma resposta. São vários os fenómenos que ocorrem durante uma transmissão sináptica
química:
1.
2.
3.
4.
Síntese e incorporação do neurotransmissor
Docking (ou acostagem)
Priming
Exocitose
Os neurotransmissores provocam a abertura ou encerramento de canais iónicos na
membrana pós-sináptica e assim, alteram o seu potencial de membrana. Este potencial póssináptico é do tipo gradativo, podendo ser despolarizante – PPSE (potencial póssináptico excitatório) se o neurotransmissor for excitatório ou ser hiperpolarizante –
PPSI (potencial pós-sináptico inibitório) se o neurotransmissor for inibitório. Se a
soma dos potenciais gradativos gerados na célula pós-sináptica for suficiente para se atingir
o limiar de excitabilidade ocorrerá um potencial de ação, que será propagado pelo axónio
até às suas terminações, onde provocará a libertação de neurotransmissores e/ou
neuromoduladores por esta célula.
Na sinapse química verifica-se sempre um ligeiro atraso entre a chegada do potencial de
ação ao terminal pré-sináptico e a alteração do potencial de membrana na célula póssináptica, atraso esse que dura aproximadamente 1 ms e é designado por atraso sináptico.
Este fenómeno é devido ao tempo requerido pela entrada de cálcio no terminal do axónio e
pela fusão das vesículas sinápticas com a membrana que assim libertam o
neurotransmissor, o que se irá difundir na fenda sináptica.
Os canais iónicos da membrana pós-sináptica regressam ao seu estado de repouso
quando o neurotransmissor deixa de estar ligado ao seu recetor específico. Uma vez
desligado o neurotransmissor pode ser: “degradado” a substâncias inertes na fenda
sináptica; pode ser recaptado de volta para a célula pré-sináptica ou para células da glia que
lhe estejam próximas; ou pode simplesmente sofrer difusão para longe da sinapse.
As sinapses podem formar estruturas de convergência, nas quais muitas de
sinapses de diferentes células pré-sinápticas podem influenciar uma única célula póssináptica; podem também formar estruturas de divergência, nas quais uma única célula
pré-sináptica pode influenciar muitas células pós-sinápticas.
28
2. Neurotransmissores e Neuromoduladores
Atualmente são conhecidos mais de 100 substâncias que funcionam como
neurotransmissores, o que permite uma enorme diversidade de formas de sinalização
neurócrina. Estes transmissores podem ser classificados primeiramente com base no
tamanho – pequenas moléculas e péptidos – sendo estas categorias divididas de acordo
com a natureza química e a atividade biológica:
•
•
Pequenas moléculas
o Acetilcolina
o Aminas biogénicas
 Catecolaminas – dopamina, adrenalina, noradrenalina
 Indolaminas - serotonina
 Imidazolaminas - histamina
o Aminoácidos – glutamato, aspartato, GABA, glicina
o Purinas – ATP, adenosina
o Gases – NO, CO
Péptidos
o Cérebro-intestinais – substância P, VIP, CCK
o Opióides – endorfinas, dinorfinas, encefalinas
o Hipofisários
o Hipotalâmicos
o Não classificados
Quando estudamos neurotransmissores é importante sabermos:
•
•
•
•
a região celular onde são sintetizados
quais os precursores a partir dos quais são sintetizados e quais as enzimas
envolvidas na sua síntese
o tipo de resposta pré-sináptica que provocam (são excitatórios ou inibitórios?)
de que forma a resposta que provoca na célula pós-sináptica é terminada
Apesar destas substâncias atuarem no sistema nervoso como neurotransmissores,
muitas delas atuam também como hormonas e agentes parácrinos noutros órgãos. Abaixo
encontra-se uma breve descrição dos principais neurotransmissores:
•
Acetilcolina (ACh): O primeiro neurotransmissor a ser descoberto. É o
neurotransmissor predominante no sistema nervoso periférico, nomeadamente na
junção neuromuscular. Está também presente no cérebro, onde desempenha um papel
importante na aprendizagem e memorização.
Existem dois subtipos de recetores colinérgicos, cujos nomes derivam dos fármacos
que também se conseguem ligar a eles, ou seja, os seus agonistas. Temos então:
29
o Recetores nicotínicos: ligam-se à nicotina, alcalóide encontrado na planta do
tabaco, Nicotiana tabacum.
o Recetores muscarínicos: ligam-se à muscarina, uma toxina presente no
cogumelo Amanita muscaria.
•
Aminas biogénicas: são neurotransmissores sintetizados a partir de aminoácidos. As
mais comuns são: dopamina, serotonina, histamina, norepinefrina (ou noradrenalina). A
epinefrina (ou adrenalina) não é um neurotransmissor comum no sistema nervoso,
sendo no entanto a hormona maioritariamente segregada pela medula suprarrenal, uma
glândula que é ativada pelo sistema nervoso periférico.
o A dopamina, norepinefrina e epinefrina pertencem à classe das catecolaminas
porque possuem um anel catecol e um grupo amina. A norepinefrina e
epinefrina ligam-se a recetores adrenérgicos, que se dividem em dois subtipos
principais: os recetores alfa (α) e beta (β). Cada um destes subtipos distribui-se
por diferentes tecidos, provocando neles diferentes respostas. A norepinefrina é
usada como neurotransmissor no tronco cerebral e em gânglios do sistema
periférico. Está relacionada com a regulação do sono e vigília, atenção e
alimentação. A dopamina está concentrada nalgumas regiões do encéfalo
importantes na coordenação motora. Está também envolvida nos processos de
motivação, recompensa e reforço.
o A serotonina (5-hidroxitriptamina ou 5-HTP) possui um anel indol, sendo por
isso uma indolamina. Desempenha um papel excitatório nas vias que estão
envolvidas no controlo muscular e um papel inibitório nas vias que regulam as
sensações.
o A histamina é possui um anel imidazol, sendo por isso uma imidazolamina.
Está relacionada com os ciclos de sono e vigília.
•
Aminoácidos
o Glutamato: o neurotransmissor mais importante para a função cerebral
normal. Quase todas as sinapses excitatórias do sistema nervoso central são
glutamatérgicas.
o Aspartato: neurotransmissor excitatório
o GABA: a maioria das sinapses inibitórias do encéfalo usa GABA
o Glicina: principal neurotransmissor inibitório da medula espinhal
30
•
Gases
o Monóxido de azoto (ou óxido nítrico - NO) – É sintetizado pela NO-sintase a
partir do aminoácido L-arginina e transportado para as células-alvo por difusão
simples. Nestas liga-se a enzimas guanilciclases solúveis, ativando-as, o que
provoca o aumento da concentração de GMPc
Alguns mensageiros químicos atuam nos neurónios provocando respostas que não
podem ser simplesmente classificadas em EPSP ou IPSP. O termo “modulação” é usado
para classificar estas complexas respostas, enquanto que os mensageiros químicos que as
produzem são designados de neuromoduladores. A distinção entre neuromoduladores e
neurotransmissores está longe de ser perfeitamente clara. De facto, certos moduladores são
sintetizados pelos neurónios pré-sinápticos e libertados conjuntamente com os
neurotransmissores, para além de que determinadas hormonas, agentes parácrinos e certos
mensageiros usados pelo sistema imunitário podem servir também como
neuromoduladores, o que reflete a complexidade do fenómeno.
Os neuromoduladores alteram muitas vezes a resposta pós-sináptica a
determinados neurotransmissores, amplificando ou diminuindo a atividade sináptica.
Alternativamente, os moduladores podem alterar na célula pré-sináptica a síntese, a
recaptação ou o metabolismo de um neurotransmissor.
PARTE II - Sistema Nervoso Autónomo
O Sistema Nervoso divide-se estuturalmente em Sistema Nervoso Central (SNC) e
em Sistema Nervoso Periférico (SNP).
O SNC é composto pelo encéfalo e medula espinhal, protegidos pelo crânio e coluna
vertebral, respetivamente e separados do sangue pela barreira hematoencefálica. O SNP não
possui estas proteções e, como tal, é mais sensível ao trauma físico e à ação de toxinas. É
composto por fibras nervosas aferentes – que partem das células sensoriais e atingem o SNC e
por fibras nervosas eferentes – que partem do SNC e atingem as células efetoras.
As fibras nervosas eferentes dividem-se em Sistema Nervoso Somático (SNSo) – que
inerva o músculo esquelético e em Sistema Nervoso Autónomo (SNA) – que inerva o
músculo liso, o músculo cardíaco e as glândulas (exócrinas e endócrinas).
O SNA é um sistema de contolo da atividade fisiológica essencial que, em conjunto com
o Sistema Endócrino:
•
Mantém as condições homeostáticas do meio interno do organismo
•
Coordena as respostas do organismo ao exercício e stress
•
Regula a função reprodutora
31
Opera largamente a um nível involuntário e sem ação consciente (daí a denominação de
“autónomo”) e controla diversas funções viscerais (também é apelidado de Sistema Nervoso
Visceral).
1. Organização do Sistema Nervoso Autónomo
O SNA divide-se em Sistema Nervoso Simpático, Sistema Nervoso Parassimpático e
Sistema Nervoso Entérico. A via de comunicação de cada divisão com o seu tecido alvo é
composta por uma sequência de, no mínimo, dois neurónios ou fibras nervosas. Nesse
sentido distinguimo-las em:
•
Fibras pré-ganglionares - os corpos celulares localizam-se na medula espinhal ou no
tronco cerebral e as terminações axonais nos gânglios autonómicos periféricos.
• Fibras pós-ganglionares - os corpos celulares localizam-se nos gânglios autonómicos
periféricos e as terminações axonais nos tecidos-alvo.
O Sistema Nervoso Entérico consiste numa rede reflexa periférica, localizada na parede do
trato gastrointestinal.
a. Divisão Simpática
O Sistema Nervoso Simpático é um sistema com ampla distribuição. Os corpos
celulares dos neurónios pré-ganglionares localizam-se ao nível dos segmentos torácico e
lombar da medula espinhal (entre T1 e L2), concentrando-se nas zonas de matéria cinzenta
denominadas colunas intermédio-lateral e intermédio-medial. Os axónios dos neurónios
pré-ganglionares simpáticos deixam a medula espinhal em associação com os axónios
motores somáticos, divergindo então dos nervos espinhais como ramos comunicantes
brancos para uma de três seguintes localizações:
a) Estabelecem sinapses no gânglio da cadeia ganglionar simpática paravertebral
situada ao nível da medula espinhal de onde saíram
b) Atingem a cadeia ganglionar simpática mas, em vez de efetuarem uma sinapse no
gânglio desse nível, seguem a direção rostral (ascendente) ou caudal (descendente)
ao longo da cadeia e estabelecem sinapses num gânglio de outro nível
c) Prosseguem através de um nervo esplénico de modo a estabelecerem sinapses em
gânglios pré-vertebrais (ou colaterais).
32
b. Divisão Parassimpática
O Sistema Nervoso Parassimpático possui uma distribuição menos dispersa que o
sistema Simpático. Os neurónios pré-ganglionares parassimpáticos encontram-se
distribuídos pelas divisões craniana e sagrada da medula espinhal. Os corpos celulares
dos neurónios pré-ganglionares parassimpáticos da divisão craniana distribuem-se pelo
tronco cerebral (ponte de Varólio e bulbo raquidiano), de onde emergem quatro nervos
(pares) cranianos:
•
•
•
•
Nervo ocular (III par craniano)
Nervo facial (VII par craniano)
Nervo glossofaríngeo (IX par craniano)
Nervo dorsal motor do vago (X par craniano)
A divisão sagrada do sistema parassimpático tem os corpos celulares pré-ganglionares na
matéria cinzenta da medula sagrada (níveis S2-S4), “viajando” estas fibras através dos
nervos pélvicos de modo a formarem sinapses nos gânglios pélvicos.
Os gânglios parassimpáticos encontram-se geralmente mais afastados do Sistema
Nervoso Central do que os gânglios do sistema simpático. Nalguns casos localizam-se
mesmo dentro dos órgãos inervados (gânglios intramurais).
c. Divisão Entérica
O Sistema Nervoso Entérico (SNE) é formado por neurónios e plexos ganglionares
situados no trato gastrointestinal, desde o esófago até ao ânus, na vesícula biliar e no
pâncreas, participando no controlo reflexo da motilidade (plexo mientérico), secreção
(plexo submucoso) e fluxo sanguíneo dos órgãos. Descobriu-se recentemente que algumas
células imunitárias, entre elas os mastócitos, podem ser diretamente inervadas por nervos
entéricos.
Embora possa funcionar independentemente, o SNE é regulado através de
inervação simpática e parassimpática extrínseca.
Existem 3 tipos de reflexos importantes para o controlo gastrointestinal que são
suportados numa organização hierárquica do Sistema Nervoso Entérico:
• Os reflexos que ocorrem apenas dentro dos plexos da parede intestinal e que são
responsáveis pelo controle da secreção, peristaltismo e contrações de mistura
• Um segundo grupos de reflexos envolvem os gânglios pré-vertebrais, sendo
responsáveis pela comunicação entre diferentes áreas do intestino (reflexos gastrocólico
e enterogástrico)
• Um terceiro nível hierárquico envolvendo reflexos com extensas relações entre a medula
e o tronco cerebral e que são responsáveis, nomeadamente, pela dor e defecação.
33
2. Transmissão e Integração ganglionar
Os gânglios autónomos representam locais capazes de processar uma quantidade
considerável de informação. Esta capacidade não se deve a complexas inter-relações
anatómicas ou à presença de múltiplas populações de interneurónios. Em vez disso, os
neurónios autónomos pós-ganglionares de várias espécies são unipolares, não apresentando
árvore dendrítica. As fibras pré-ganglionares formam assim sinapses diretamente no corpo
celular, aumentando o processamento de informação e tornando estes gânglios a
preparação ideal para o estudo da Eletrofisiologia. Estes estudos revelam que, em muitas
espécies, a transferência de informação desde a entrada nas fibras pré-ganglionares até à
saída pelos neurónios pós-ganglionares depende da interação de transmissores numa
diversa população de recetores existentes na célula pós-ganglionar.
Um neurotransmissor importante comunicação entre células do SNA é a acetilcolina,
mediadora de três tipos de resposta sináptica:
a) Resposta nicotínica, PPSE rápido, com a duração de 30 a 40 ms;
b) Resposta muscarínica, PPSE lento, demorando cerca de 1 minuto;
c) Resposta muscarínica inibitória, PPSI com a duração de 1 a 2 s.
A resposta PPSE rápida parece ser a responsável pela transmissão através do gânglio,
uma vez que se utilizarmos fármacos que bloqueiam seletivamente os recetores nicotínicos
colinérgicos, a transmissão ganglionar é totalmente bloqueada. Os potenciais lentos (PPSE
lentos e os PPSI), medeiam uma estimulação contínua, quer aumentando, quer diminuindo
a probabilidade com que os neurónios continuam a gerar potenciais de ação após um PPSE
rápido.
Uma modulação adicional da transmissão ganglionar ocorre através da libertação de
péptidos, normalmente como resposta a um forte estímulo aferente. Um exemplo deste
tipo de mediação é o facto de um péptido semelhante à GnRH (Hormona libertadora das
gonadotrofinas) ter sido identificado como neurotransmissor, mediando um PPSE
peptidérgico de vários minutos. Este péptido tem também a característica de se difundir
através do gânglio, indo despolarizar uma vasta população de neurónios.
3. Tipos de ativação no Sistema Nervoso Autónomo
Ativação unilateral: a ativação do SNA considera-se unilateral quando o órgão inervado
recebe apenas o SNS, como, por exemplo, a maior parte da árvore vascular. Assim, na
inervação simpática da árvore vascular existe uma atividade neurológica progressiva
denominada tónus autonómico. Aumentando ou reduzindo este tónus, pode efetivamente
estimular-se ou inibir o alvo inervado.
Existem, no entanto, algumas diferenças entre a inervação da pele e dos órgãos
viscerais e músculos. Como resposta a um estímulo térmico (ex: frio) a vasculatura
periférica irá sofrer vasoconstrição de modo a conservar o calor. Seria pouco lógico que
essa vasoconstrição provocasse também uma vasoconstrição sistémica.
34
Ativação dual: a ativação do SNA considera-se dual quando o órgão inervado recebe
inervação simultânea da divisão simpática e parassimpática, como é o caso de muitos
órgãos viscerais. Neste caso, os efeitos destas duas divisões dos SNA podem ser:
•
Ativação antagonista - Quando o Sistema Nervoso Simpático é ativado provoca a
inativação do Sistema Nervoso Parassimpático e vice-versa. A nível terminal a
norepinefrina e a acetilcolina podem inibir a libertação do neurotransmissor oposto.
Este tipo de efeitos verifica-se, por exemplo, na região pacemaker do coração (inervação
antagonista da mesma célula), sendo o simpático ativador e o parassimpático o inibidor;
no trato digestivo, sendo o parassimpático ativador e o simpático inibidor e no
controlo da abertura pupilar, em que a estimulação simpática provoca é ativadora
(músculo dilatador da íris) e a parassimpática inibidora (músculo constritor da íris);
•
Ativação complementar – Embora os efeitos duais do simpático e parassimpático
sejam habitualmente antagonistas, em alguns casos eles podem ser complementares ou
cooperativos. São complementares quando a estimulação simpática e parassimpática
produz efeitos similares, como por exemplo nas glândulas salivares, em que a secreção
de saliva aquosa é estimulada pelo parassimpático (aumento do volume salivar),
enquanto que o simpático estimula a constrição dos vasos sanguíneos no trato digestivo
(aumento da viscosidade salivar). O consequente decréscimo do fluxo de sangue nas
glândulas salivares conduz à produção de saliva espessa e mais viscosa;
•
Ativação cooperativa – Considera-se existe este tipo de ativação quando a divisão
simpática e a parassimpática cooperam no sentido do bom desempenho da função. Os
efeitos da estimulação simpática e parassimpática dos sistemas reprodutivos e urinário
são cooperativos. A ereção do pénis, por exemplo, é devida à vasodilatação resultante
da estimulação dos nervos parassimpáticos; o orgasmo e a ejaculação são devidos à
estimulação dos nervos simpáticos. As duas divisões do SNA cooperam para o bom
desempenho da função sexual masculina. De modo idêntico, a ereção clitoriana e as
secreções vaginais são estimuladas pelos nervos parassimpáticos, enquanto que o
orgasmo é uma resposta simpática.
4. O Controlo Autónomo Central
O conceito de homeostasia necessita, não apenas de um conjunto de inputs e outputs
aferentes, mas também de um centro controlador. Algumas áreas do Sistema Nervoso
Central interagem de modo a fornecerem os mecanismos de controlo que regem os
reflexos autónomos. O hipotálamo desempenha aqui um papel fundamental como
integrador e controlador, não sendo apenas uma estrutura de passagem de respostas.
35
Exercícios
1. Abra o programa “Neural Communication”, que se encontra no Ambiente de
Trabalho. Prima OK nas duas janelas seguintes.
2. Abra o Menu Principal. Selecione o tema “Chemical synapse”, que fará aparecer a
seguinte imagem, com 7 áreas informativas. Consulte-as sequencialmente:
1. Remete para o potencial de ação (já abordado noutro simulador) que se propaga na
célula pós-sináptica.
2. Remete para os vários tipos de vesículas sinápticas.
3. Remete para uma simulação de uma libertação de um neurotransmissor.
4. Remete para os vários tipos de neurotransmissores conhecidos (irá abordar este
tema mais à frente).
5. Remete para os vários tipos de recetores existentes (já estudado anteriormente).
6. Remete para gráficos que representam o IPSP e o EPSP (irá abordar estes temas
mais à frente).
7. Remete para os vários tipos de recetores e mecanismos de transdução de sinal
existentes (já estudado).
3. Volte ao Menu Principal. Selecione o tema “EPSP”. No gráfico que surgiu existe
uma zona sensível situada na parte ascendente da curva do potencial. Clique aí e
aparecerão várias janelas que descrevem as alterações verificadas no EPSP quando se
varia experimentalmente o valor do potencial de repouso.
4. Volte ao Menu Principal. Selecione o tema “IPSP”. No gráfico que surgiu existe uma
zona sensível situada na parte na parte descendente da curva do potencial. Clique aí, o
que fará aparecer uma janela de texto, onde obterá mais informações. Responda à
seguinte questão:
36
Distinga os acontecimentos de um IPSP dos acontecimentos de um EPSP
5. Volte ao Menu Principal. Selecione o tema “Propagation EPSP”, o que fará
aparecer a imagem de um neurónio. Clique na sinapse para visualizar um conjunto de
gráficos que representam o potencial de membrana ao longo do axónio. Responda à
seguinte questão:
Por que razão a amplitude do EPSP diminui ao longo do axónio desde o seu ponto
de origem (membrana pós-sináptica)?
6. De acordo com os conhecimentos que já adquiriu, responda às seguintes questões:
Estabeleça as diferenças entre a sinapse química e elétrica, referindo-se aos
principais componentes e modo de funcionamento
Distinga a sinapse química excitatória da inibitória relativamente ao tipo de
potenciais gerados, neurotransmissores e canais iónicos acionados
37
7. Volte ao Menu Principal. Selecione o tema “Integration”, o que fará aparecer uma
simulação que ilustra a somação espacial de potenciais pós-sinápticos. Nesta
simulação poderá controlar as frequências de estimulação (input) de neurónios présinápticos (1, 2, 3 e 4) sobre um neurónio pós-sináptico, podendo registar a frequência
resultante (output) deste.
Estabeleça as seguintes frequências, observe os resultados e complete o quadro:
Axónio 1
1000 Hz
0 Hz
0 Hz
0 Hz
0 Hz
Axónio 2
0 Hz
1000 Hz
0 Hz
1000 Hz
0 Hz
Axónio 3
0 Hz
0 Hz
0 Hz
0 Hz
1000 Hz
Axónio 4
0 Hz
0 Hz
1000 Hz
1000 Hz
1000 Hz
Frequência
output?
8. Responda às seguintes questões:
Que tipo de potenciais pós-sinápticos geram os axónios 1-4?
Como explica as variações verificadas na frequência output?
9. Volte ao Menu Principal. Selecione o tema “Temporal summation” que fará abrir
uma simulação que ilustra a somação temporal de potenciais pós-sinápticos. Nesta
simulação onde poderá fazer variar a frequência de estimulação e verificar as alterações
do potencial pós-sináptico. Estabeleça as frequências input de 0 Hz, 200 Hz, 400
Hz e 600 Hz e observe o que acontece ao potencial pós-sináptico e à frequência
output.
Distinga “somação temporal” de “somação espacial”
38
10. Volte ao Menu Principal. Explore os temas “Norepinefrine”, “Dopamine”,
“Serotonin”, “Acetylcholine”, “GABA” e “Glutamate”, que lhe permitirão recolher
a informação necessária para preencher a tabela seguinte:
Neurotransmissor
Efeito póssináptico
Precursor (es)
Enzima
Mecanismo (s)
de terminação
da resposta
Acetilcolina
Catecolaminas
Serotonina
GABA
Glutamato
11. Abra o programa “Autonomic Nervous System”, que se encontra no Ambiente de
Trabalho. Prima OK nas duas janelas seguintes.
12. Regresse ao Menu Principal. Abra o painel “Comparison of Sympathetic and
Parasympathetic” e use as informações nele contidas para completar a tabela abaixo:
Divisão Simpática
Localização do neurónio
motor visceral no SNC
Localização dos gânglios
autónomos
Fibras pré-ganglionares
•
•
Comprimento
Neurotransmissor
Fibras pós-ganglionares
•
•
Comprimento
Neurotransmissor
Grau de convergência do
SNC para os gânglios
39
Divisão Parassimpática
13. Explore os painéis “Sympathetic Innervation” e “Parasympathetic Innervation”,
que pretendem ilustrar a informação contida na tabela que preencheu.
14. Responda ainda às seguintes questões:
Explique o que entende por “descarga massiva” do Sistema Nervoso Simpático.
Compare os efeitos da estimulação adrenérgica e colinérgica sobre o Sistema
Cardiovascular e Digestivo.
40
4
Aula
Contração muscular
•
•
•
•
•
•
Caracterizar o processo de acoplamento excitação-contração nos músculos
esquelético e liso
Caracterizar o ciclo das pontes cruzadas nos músculo esqueléticos e liso
Distinguir contração isométrica, isotónica e excêntrica
Representar graficamente as relações de força vs tempo, velocidade de
encurtamento vs carga e força vs comprimento para o músculo esquelético
Distinguir as fibras musculares esqueléticas oxidativas lentas (tipo I), oxidativas
rápidas (tipo IIA) e glicolíticas rápidas (tipo IIX)
Distinguir os dois tipos de músculo liso – unitário e multiunitário
Introdução
I.
Músculo esquelético
O músculo esquelético permite-nos realizar funções voluntárias como andar,
falar, levantarmo-nos, etc. Como o nome indica, encontra-se associado ao esqueleto
inserindo-se no periósteo dos ossos através dos tendões. Neste tecido as várias estruturas e
organelos subcelulares tomam nomes diferentes relativamente às restantes células
organismo. Por exemplo: sarcolema refere-se à membrana plasmática, sarcoplasma ao
citoplasma e retículo sarcoplasmático ao retículo endoplasmático.
Cada feixe muscular é constituído por várias células ou fibras musculares, que
podem medir desde alguns milímetros até mais de um metro. A grande maioria do
sarcoplasma de cada fibra está ocupado com proteínas dotadas de atividade contrátil. Essas
proteínas organizam-se em estruturas chamadas sarcómeros, que são tidas como a unidade
funcional da contração. Estes sarcómeros apresentam um padrão repetitivo que confere ao
músculo esquelético (bem como ao cardíaco) um aspeto estriado ao microscópio ótico.
As fibras musculares são inervadas por neurónios do sistema nervoso somático,
também conhecidos como neurónios α-motores. O conjunto de um neurónio α-motor e de
todas as fibras musculares que ele inerva toma o nome de unidade motora.
Como será que um neurónio α-motor é capaz de iniciar a contração numa fibra muscular?
Através da libertação de acetilcolina sobre a placa motora terminal, a região da membrana
muscular que se localiza imediatamente abaixo do terminal axonal.A sequência de processos que
conduzem à contração muscular a partir de um potencial de ação de um neurónio α-motor
chama-se acoplamento excitação-contração:
41
1. Um potencial de ação propaga-se ao longo de um neurónio α-motor até às suas
terminações axonais. Em cada terminação o neurónio liberta uma pequena quantidade
de acetilcolina
2. A acetilcolina atua sobre recetores colinérgicos nicotínicos, que atuam como canais
iónicos
3. A abertura destes canais iónicos permite que grandes quantidades de Na+ fluam para o
interior da membrana, iniciando um potencial gradativo chamado potencial de placa
terminal. A somação de vários potenciais gradativos inicia um potencial de ação
muscular
4. O potencial de ação propaga-se ao longo do sarcolema da fibra muscular,
propagando-se também em profundidade através dos túbulos T.
5. Nos túbulos T o potencial de ação ativa canais de cálcio diidropiridínicos (ligam-se
a fármacos cuja estrutura molecular é derivada da molécula diidropiridina).
6. Estes canais uma vez ativos interagem com e ativam um segundo tipo de canais de
cálcio – canais rianodínicos (ligam-se à rianodina, um alcalóide vegetal), existentes no
retículo sarcoplásmico.
7. Uma vez abertos, estes canais permitem a libertação de grandes quantidades de iões
cálcio a partir do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma
8. No sarcoplasma os iões cálcio ligam-se à troponina que, ao ser ativada promove o
deslocamento da tropomiosina, com a consequente exposição dos locais de ligação da
miosina na actina – inicia-se então o ciclo das pontes cruzadas (ou transversas), o
que conduz à contração e ao eventual encurtamento do músculo, dependendo da carga
9. Após uma fração de segundo, os iões cálcio começam a ser bombeados de novo para o
interior do retículo por transportadores SERCA (sarcoplasmic endoplasmatic reticulum
Ca2+-ATPase) onde permanecerão até à propagação de um novo potencial de ação
10. O abaixamento da concentração de cálcio no citosol faz com que este ião se desligue
da troponina, iniciando-se, por um processo inverso, o relaxamento muscular.
A contração de uma fibra muscular apenas tem o nome de abalo muscular (twitch em
inglês). Cada feixe muscular é constituído por milhares de fibras e portanto, a força total
que gera numa contração é o resultado da somação da força gerada por cada fibra nessa
contração.
O tamanho das unidades motoras de um músculo esquelético é determinado pela sua
função e localização no organismo. Quanto mais pequeno o tamanho de uma unidade
motora, maior o número de neurónios necessários para controlar esse músculo e maior o
grau de controlo do Sistema Nervoso Central (SNC) sobre a contração. Por exemplo, os
músculos que movem os dedos têm unidades motoras muito pequenas permitindo um
42
controlo muito preciso dos movimentos do dedo. Fisiologicamente, o grau de contração da
musculatura esquelética é controlado por:
o Ativação de um número necessário de unidades motoras
o Controlo da frequência dos potenciais de ação do neurónio motor em cada unidade
motora.
Quando é necessário um aumento da força de contração do músculo para realizar uma
determinada tarefa, o SNC aumenta o número de unidades motoras ativadas. Este processo
designa-se por recrutamento das unidades motoras.
Em repouso, o músculo esquelético apresenta um fenómeno designado por tónus
muscular - um estado constante de ligeira tensão (firmeza) provocado pela ativação
alternada de unidades motoras. Estas unidades motoras são ativadas por meio de arcos
reflexos iniciados na medula espinhal pelos fusos musculares (também chamados fibras
intrafusais). Estes fusos musculares juntamente com os órgãos tendinosos de Golgi
(encontrados nos tendões) constituem os órgãos propriocetivos dos músculos. O tónus
muscular deixa o músculo pronto para iniciar rapidamente uma contração. Se um músculo
for isolado (removidos os nervos motores que o controlam) torna-se flácido.
II.
Músculo liso
O músculo liso toma esse nome porque, quando observado ao microscópio ótico
não apresenta estriações, ao contrário do esquelético e do cardíaco. A fibra muscular lisa
tem um aspeto fusiforme.
O músculo liso pode subdividir-se em dois grupos: o unitário e o multiunitário,
que representam as duas extremidades do espetro morfológico e funcional do músculo liso.
De fato, a maioria dos músculos lisos constitui uma mistura destes dois tipos de fibras.
No músculo unitário, o mais comum, as várias células comunicam entre si por
junções gap, o que permite a passagem direta de um potencial de ação entre elas. Diz-se
então que estas células estão eletro-acopladas. Deste modo quando uma célula é estimulada
a contrair-se todas as células desse músculo se contraem, como uma unidade.
O músculo multiunitário, menos comum, é composto por várias células que não
estão eletroacopladas. Portanto, para que o músculo se contraia cada célula deve ser
estimulada individualmente.
Enquanto que o músculo esquelético é estimulado por via nervosa, o músculo liso é
estimulado por várias vias: endócrina, local, mecânica (distensão) e nervosa (fibras pósganglionares do sistema nervoso autónomo formam varicosidades sobre as células
musculares, onde libertam neurotransmissores em sinapses do tipo en passant).
43
O músculo liso pode caraterizar-se ainda quanto ao padrão de atividade contrátil:
músculo fásico, se se contrair de forma rítmica ou intermitente; músculo tónico, se
apresentar um nível basal, ou tónus, de tensão.
O estímulo inicial para desencadear a resposta muscular é o aumento dos
iões cálcio intracelulares provenientes do retículo sarcoplasmático e principalmente
do meio extracelular. A contração muscular lisa processa-se, resumidamente, da seguinte
forma:
1. Ligação dos iões cálcio à calmodulina
2. O complexo cálcio-calmodulina ativa a enzima miosina cinase de cadeia leve
3. A cadeia leve da miosina é fosforilada a partir de ATP por ação daquela enzima.
Quando a cadeia leve da miosina está fosforilada a cabeça da miosina tem a capacidade
de se unir ao filamento de actina, formando então uma ponte cruzada – inicia-se então
o ciclo lento das pontes cruzadas (é “lento” em relação ao ciclo do músculo
esquelético)
4. A miosina fosfatase catalisa a desfosforilação da miosina cinase de cadeia leve,
conduzindo à inativação das pontes cruzadas e ao consequente relaxamento muscular.
Exercícios
1. Abra o ícone “PhysioEx” que se encontra no Ambiente de Trabalho, que irá abrir
uma página do Internet Explorer.
2. Na janela que surgir clique no botão Enter, o que abrirá uma nova página.
3. Na caixa que se encontra no topo da página escolha a opção Exercise 2: Skeletal
Muscle Physiology e clique no botão Go que se encontra ao lado.
4. Escolha a opção Single Stimulus, para abrir a janela do simulador com que vai
trabalhar:
Este simulador procura ilustrar um tipo de experimentação animal in vitro. Foi isolado
um músculo esquelético do membro inferior de uma rã e montado num transdutor de
força, um aparelho que faz o registo da força gerada em função do tempo quando o
músculo é estimulado por uma descarga elétrica. Esse registo é representado graficamente
num monitor:
44
Registe sempre os resultados que obtiver em cada simulação. Para tal clique, após cada
estimulação muscular, em Record Data, para guardar os dados na tabela que se encontra
na janela de simulação. A cada nova simulação que realizar serão sobrepostos novas curvas
de contração no monitor. Se pretender limpar o monitor ou a tabela clique em Clear
Tracings e Clear Table, respetivamente.
Contração isométrica e Fases da Contração
5. Para um comprimento de 75 mm estimule o músculo com uma voltagem de 3 V e
clique no botão Stimulate. Clique em Record Data, para guardar os dados na tabela
do simulador. Copie estes resultados para a tabela que se encontra mais abaixo no
manual.
Desenhe a curva força vs tempo que obteve e identifique nela as várias fases da
contração, explicando os fenómenos que ocorrem em cada uma.
45
6. Estimule o músculo utilizando valores de voltagem progressivamente maiores (até
chegar a 10V), registando sempre os valores na tabela após ter sido traçada cada curva
(clique em Record data após cada estimulação).
7.
Voltagem
(V)
Comprimento
(mm)
3
75
4
75
5
75
6
75
7
75
8
75
9
75
10
75
Força ativa
(gms)
Força
passiva
(gms)
Força total
(gms)
Use os dados da tabela para criar um gráfico força vs intensidade de estímulo. Para
tal clique no separador Tools e escolha a opção Plot Data. No eixo dos XX coloque
Voltage e no dos YY Active Force.
Desenhe o gráfico que obteve. Que conclui acerca do mesmo?
46
Fenómeno de escada
8. Clique no separador Experiment e, de seguida, na opção Multiple Stimulus. Nesta
experiência o músculo contrai-se de forma isométrica em resposta a um ou a vários
estímulos
9. Mantendo as condições predefinidas de 75 mm de comprimento muscular, 8.2 V de
estímulo e frequência de estimulação de 1 estímulo/segundo clique no botão
Multiple Stimulus. Isto será equivalente a estimular o músculo apenas uma vez.
10. Altere agora a frequência de estimulação para 20 estímulos/segundo e clique em
Stimulate.
Que observa? Que nome se dá a esse fenómeno?
Que irá acontecer se aumentar a frequência de estimulação?
11. Aumente a frequência de estimulação para 150 estímulos/segundo (valor máximo) e
clique em Stimulate.
O que verifica agora?
Como explica que a tensão gerada pelo músculo diminua após ter atingido o
seu valor máximo?
Indique os diferentes fatores que contribuem para a ocorrência desse fenómeno
47
Relação comprimento-tensão
12. Clique no separador Experiment e, de seguida, na opção Isometric Contraction. O
aparato experimental é semelhante ao anterior, mas desta vez ao lado da janela do
transdutor surge um gráfico onde são marcados automaticamente os resultados de cada
estimulação.
13. Usando uma voltagem de 8.2 V reduza o comprimento do músculo para 50 mm (valor
mínimo) e clique em Stimulate. Note que, para além de ser traçada a curva no gráfico
Força vs Tempo são marcados pontos no gráfico Comprimento vs Força ao lado
relativos à Força Passiva (verde), Força Ativa (rosa) e Força Total (amarelo).
14. Continue a estimular o músculo, aumentando o seu comprimento de 5 em 5 mm até
aos 100 mm (valor máximo). Observe o gráfico de pontos.
Como explica a variação da força ativa em função do comprimento do músculo?
Que nome tem o comprimento do músculo ao qual é gerada uma força
máxima?
48
Contração Isotónica
15. Clique no separador Experiment e, de seguida, na opção Isotonic Contraction. O
aparato consiste no músculo, ao qual pode acoplar pesos de diferente massa. O
músculo e o peso estão acentes numa plataforma a uma altura variável da bancada.
Poderá alterar a carga (massa do peso), a altura da plataforma e a voltagem de
estimulação. À medida que o músculo se contrai o peso será levantado da plataforma.
16. Escolha o peso de 0.5g (com o cursor do rato pegue no peso e arraste-o até ao tendão
inferior do músculo para o fixar ao mesmo), mantenha a voltagem a 8.2 V e o
comprimento do músculo de 75 mm e clique em Stimulate. Procure observar
simultaneamente o músculo e o écrã do osciloscópio. Registe os dados em Record
Data.
17. Retire o peso de 0.5g (clique nele com o cursor do rato) e coloque sucessivamente os
de 1.0g, 1.5g e 2.0g mantendo os restantes parâmetros e registando os valores na
tabela.
Voltagem Comprimento
(V)
(mm)
Carga
(g)
8.2
75
0.5
8.2
75
1
8.2
75
1.5
8.2
75
2
Velocidade
(mm/s)
49
Força
ativa
(gms)
Força
passiva
(gms)
Força
total
(gms)
18. Desenhe um gráfico velocidade vs carga. Para tal clique no separador Tools e em
Plot Data. No eixo dos XX coloque Weight e no dos YY coloque Velocity.
Desenhe o gráfico que obteve. O que conclui acerca do mesmo?
19. Este simulador mostra apenas a variação da força gerada por um músculo em função
do tempo para cada diferentes valores de carga. Não permite mostrar a variação da
distância de encurtamento muscular em função do tempo para diferentes cargas.
Desenhe então o esboço de um gráfico “distância de encurtamento vs tempo” que
teoricamente esperaria obter quando o músculo suporta estes quatro pesos
Numa contração isotónica de encurtamento o que acontece ao tempo de latência à
medida que a carga aumenta?
50
20. Preencha a tabela seguinte, onde estão resumidas as principais diferenças entre os
três tipos de fibras esqueléticas:
Características
Tipo I
Tipo IIA
Tipo IIX
Propriedades do neurónio α-motor
Diâmetro da célula
Velocidade de
condução
Excitabilidade
Propriedades da célula muscular
Número de fibras
Diâmetro da fibra
Força da unidade
motora
Perfil metabólico
Velocidade de
contração
Fatigabilidade
1. Eric P. Widmaier., Hershel Raff, and Kevin T. Strang. Vander's human physiology: the
2. Robert M. Berne. Physiology. 5th ed. St. Louis: Mosby, 2004
51
BLOCO II
Fisiologia Especial
52
5
Aula
Sistema Cardiovascular I
Mecânica cardiovascular. Controlo da função cardíaca e pressão arterial
•
•
•
•
•
Descrever os fenómenos elétricos e mecânicos que ocorrem nas várias fases do ciclo
cardíaco
Caracterizar o mecanismo de Frank-Starling
Compreender o funcionamento do tecido cardionector
Definir os conceitos de pré-carga, pós-carga, cronotropismo, lusitropismo,
dromotropismo
Enumerar os diferentes determinantes da pressão arterial e da pressão de pulso
O objetivo desta aula é proporcionar ao aluno um visão geral sobre os diferentes
condicionantes da mecânica cardíaca e do funcionamento do coração como “bomba”
hidráulica, com especial ênfase no ciclo cardíaco.
No final, o aluno deverá ser capaz de diferenciar os vários acontecimentos que ocorrem
durante o ciclo cardíaco. Deverá compreender os principais determinantes da função
ventricular esquerda através da avaliação de curvas de pressão - volume ventricular
esquerdo. Por fim, deverá compreender as bases da regulação da função cardiovascular
reconhecendo na pressão arterial um dos seus indicadores mais úteis.
A simulação da mecânica cardiovascular ilustra a interação entre o bombeamento
cardíaco e as propriedades físicas do leito vascular pulmonar e sistémico. Os parâmetros
físicos individuais que podem ser definidos individualmente incluem a função ventricular, a
compliance (ou complacência) e resistência dos vasos e o volume total de sangue.
53
Exercícios
comando (c:\>) escreva “cd cardiaco” e carregue em ENTER. De seguida escreva
“menu1” e carregue novamente em ENTER, o que fará abrir a janela principal do
simulador:
Basic Cardiovascular Simulations
1.
2.
3.
4.
5.
6.
QRS Vectors and Limb Leads
Cardiac Mechanics
Pulse Pressure in Aorta
Cardiovascular Mechanics
Simplified Nephron
Return to DOS
Parte A - Mecânica Cardíaca
2. Escolha a opção 2 – Cardiac Mechanics (Mecânica Cardíaca) para iniciar o estudo
dos determinantes da função cardiovascular
O ecrã vai apresentar valores computorizados para o débito cardíaco, volumes e
pressões vasculares. A simulação aproxima os efeitos mecânicos de uma falha ventricular,
de uma hemorragia ou de alterações nas resistências e compliances vasculares. Não são
contempladas compensações hormonais ou nervosas.
O Débito cardíaco é dado pelo produto do volume de ejeção (volume sistólico) e
frequência cardíaca. O volume de ejeção (VE) pode ser considerado como o produto da
taxa de fluxo de ejeção (volume/tempo) pela duração da ejeção sistólica.
Esta simulação apresenta os fatores mecânicos que determinam o volume de ejeção,
para qualquer valor de ejeção estabelecido. Os picos do gráfico atingem os 25
litros/minuto, estando os seus valores médios situados sensivelmente acima dos 0,25
segundos, de modo a produzir volumes de ejeção de 80 mL/batimento. O fluxo de sangue
do ventrículo esquerdo para a aorta depende diretamente das alterações do volume
ventricular, o qual depende das alterações da velocidade de contração e da geometria
ventriculares.
O modelo assume que a duração da sístole é constante, permitindo aos alunos
influenciarem a velocidade de contração do miocárdio alterando:
•
•
•
O volume diastólico final, isto é a pré-carga.
O estado da função ventricular (o resultado de vários fatores)
A pressão arterial, ou seja a pós-carga.
Uma vez selecionados estes parâmetros o sistema desenha as quatro fases do ciclo cardíaco
para o ventrículo esquerdo através de uma curva de pressão – volume ventricular
esquerda, conforme segue:
54
No caso da curva de pressão-volume ser desenhada no modo lento, o programa
também lhe apresenta um esquema das alterações ocorridas no volume do ventrículo
esquerdo, indicando também como se apresentam a válvula aórtica e vitral. Uma tabela
apresenta o VE expressando-o como a fração do volume diastólico final ejetado. Pode
sobrepor vários gráficos de modo a observar os efeitos provocados pela alteração de um
único parâmetro (pré-carga, pós-carga ou função ventricular).
Os Parâmetros
Após uma pequena introdução o simulador demonstra como os parâmetros individuais
do modelo influenciam a curva de pressão-volume (P-V) ventricular e as respetivas
alterações que ocorrem no ciclo cardíaco.
•
Pressões durante o enchimento diastólico - O primeiro gráfico mostram as relações
P-V ventriculares que se desenvolvem durante a fase de enchimento passivo. A parte
ascendente da curva é um reflexo da rigidez passiva do ventrículo. Para cada simulação
poderá selecionar um valor do volume diastólico final, que representa um ponto nesta
linha.
•
Pressões sistólicas máximas - O próximo gráfico mostra os valores máximos
possíveis para as pressões ventriculares, que se podem desenvolver durante uma sístole
sem existir ejeção de sangue. Uma vez que a válvula aórtica abre quando a pressão
ventricular excede a pressão aórtica, as pressões ventriculares reais não chegam a atingir
este limite teórico.
A linha do gráfico representa as condições isovolumétricas análogas à contração isométrica
no músculo esquelético. A diferença de pressão entre as duas linhas reflete a força ativa que
o ventrículo consegue desenvolver para cada volume correspondente.
•
Função ventricular - Alterando o declive desta linha poderá agora observar a função
ventricular (ventricular function). As condições padrão definidas pelo computador
assumem um valor de 1. Para alterar este valor os alunos devem pressionar as teclas + e
-. Modificando estes valores podem observar-se ligeiras alterações na espessura da
parede ventricular esquematizadas no ecrã. Isto representa uma alteração da função
ventricular resultante de hipertrofia.
55
•
Volume diastólico final - Esta simulação permite definir o volume ventricular no
momento em que se inicia a excitação. Para alterar os valores definidos devem os
alunos premir mais uma vez as teclas + e -, registando as alterações produzidas no
tamanho do esquema.
3. Identifique na curva de pressão – volume apresentada pelo simulador gráfico as
seguintes fases do ciclo cardíaco e indique na tabela abaixo as alterações (aumento,
diminuição, inalteração) de volume e pressão para cada fase:
Fase 1 – Sístole
isovolumétrica
Fase 2 – Ejeção
Fase 3 – Diástole
isovolumétrica
Fase 4 –
Enchimento
Volume
Pressão
4. Desenhe a curva de função ventricular e explique o mecanismo de Frank-Starling,
relacionando-o com a contratilidade cardíaca:
Se aumentar a função ventricular o que acontece à curva de pressão – volume?
Explique. Que mecanismo fisiológico se encontra envolvido?
Em condições in vivo dê exemplo de uma situação que possa originar o aumento
desta força ativa independentemente do volume diastólico final
56
5. O preenchimento da tabela abaixo pretende contribuir para ilustrar os efeitos da
variação da pós-carga (pressão aórtica), da pré-carga (volume diastólico final ou
telediastólico) e da função ventricular (inotropismo). Introduza os valores para as 3
simulações (cada simulação é constituída por três conjuntos de valores) e registe os
resultados obtidos para o volume de ejeção e para a fração de ejeção. Represente
ainda as três curvas de pressão-volume obtidas para cada simulação (uma curva
por cada conjunto de valores) e compare-as.
Simulação
1
Simulação
2
Simulação
3
Simulação 1
Função
ventricular
Volume
diastólico
final (mL)
Pressão
aórtica (mm
Hg)
0.7
160
80
1.0
160
80
1.3
160
80
1.0
140
80
1.0
160
80
1.0
180
80
1.0
160
100
1.0
160
120
1.0
160
160
Simulação 2
57
Volume de
ejeção (mL)
Fração de
ejeção
Simulação 3
Defina os seguintes conceitos e indique de que forma influenciam o débito
cardíaco:
•
•
•
•
•
•
Inotropismo
Cronotropismo
Lusitropismo
Dromotropismo
Pré-carga
Pós-carga
Parte B – Pressão de Pulso
simulador:
1. QRS Vectors and Limb Leads
2. Cardiac Mechanics
3. Pulse Pressure in Aorta
4. Cardiovascular Mechanics
5. Simplified Nephron
6. Return to DOS
7. Escolha agora a opção 3 - Pulse Pressure in Aorta (Pressão de Pulso na Aorta).
A simulação pretende ilustrar os fatores mecânicos que influenciam a pressão de pulso
na aorta. O simulador desenha um traçado de cinco segundos da ejeção ventricular e
pressão aórtica, ao mesmo tempo que mostra as pressões sistólica e diastólica, como
ilustrado na figura abaixo. Como será demonstrado, a amplitude da pressão de pulso é
particularmente influenciada pelo volume de ejeção e pela compliance aórtica.
Esta simulação é baseada no modelo de Windkessel que considera a aorta como um
tubo elástico. Durante a sístole o sangue entra na aorta a partir do ventrículo - o volume e a
pressão arterial sobem. Durante todo o ciclo cardíaco o sangue deixa a aorta condicionado
pela pressão e pela resistência vascular periférica, isto é, pela resistência que os vasos
periféricos (maioritariamente as arteríolas) oferecem à passagem do sangue até este atingir
os capilares.
58
Este modelo é aplicado de modo a ajudar na visualização dos fatores mecânicos que
determinam as pressões sistólicas e diastólica. Durante a simulação poderá definir a
frequência cardíaca, o tempo de duração da ejeção sistólica, o volume de ejeção, a compliance
aórtica, a resistência periférica e a pressão arterial (aórtica) inicial, como apresentado nas
figuras abaixo.
As pressões sistólicas e diastólicas são apresentadas em dígitos após cada ciclo cardíaco.
Poderá sobrepor vários gráficos, de modo a demonstrar as modificações resultantes da
alteração de um único parâmetro.
Pressupostos teóricos nos quais o modelo se baseia
•
A pressão de pulso está relacionada com o volume sistólico e com a compliance aórtica;
•
A intensidade de desenvolvimento da pressão ventricular esquerda, dP/dt, relaciona-se
com a intensidade de ejeção ventricular;
•
Tenha em atenção que o modelo de Windkessel assume que a pressão aumenta
imediatamente através da árvore arterial, ao passo que em condições normais a pressão
propaga-se com uma velocidade de onda finita;
•
A compliance é também considerada uniforme, mas, na realidade, um determinado
aumento do volume na aorta provoca uma maior subida da pressão até valores
elevados;
•
Não existe nenhuma patologia das válvulas;
•
A pós-carga não influencia a magnitude do volume de ejeção;
•
Reflexos compensatórios não são contemplados.
59
8. Preencha a tabela seguinte, que pretende resumir o efeito das alterações de vários
parâmetros (a frequência cardíaca, o tempo de duração da ejeção sistólica, o volume de
ejeção, a compliance aórtica, a resistência periférica e a pressão arterial inicial) nas
variáveis débito cardíaco e pressão arterial.
(Nota: os valores da primeira linha da tabela correspondem aos predefinidos pelo
simulador)
Simulação
Freq.
cardíaca
(/min)
Duração
do ciclo
cardíaco
(s)
Duração
da
sístole
(s)
Volume de
ejeção
(mL)
A
75
0.8
0.3
B
120
0.5
C
75
D
Compliance
aórtica
Resistência
periférica
Pressão
arterial
inicial
75
1.0
1.0
75
0.2
75
1.0
1.0
75
0.8
0.3
90
1.0
1.0
75
75
0.8
0.3
75
0.5
1.0
75
E
75
0.8
0.3
75
1.0
1.4
75
F
75
0.8
0.3
75
1.0
1.0
0
Débito
Cardíaco
(L/min)
9. A simulação A diz respeito à contração cardíaca em condições de repouso. Calcule a
pressão de pulso e a pressão arterial média tendo em conta os valores de pressão
arterial sistólica e diastólica que obtém.
10. A situação B pretende ilustrar a contração cardíaca a uma frequência aumentada.
Como explica as alterações no Débito Cardíaco e Pressão Arterial?
11. A simulação C pretende ilustrar o aumento do volume de ejeção, por exemplo à custa
do aumento do volume diastólico final. Qual das duas pressões é mais afetada pelos
valores desta simulação? Porquê?
60
Pressão
Arterial
(mmHg)
12. A simulação D pretende ilustrar uma situação de arteriosclerose, na qual as artérias
(neste caso a artéria aorta) se tornam mais rígidas, perdendo capacidade de distensão
(redução da compliance). Como explica as alterações na pressão arterial?
13. A simulação E pretende ilustrar uma situação de hipertensão arterial primária, na qual
existe um aumento da resistência vascular. Como prevê que o ventrículo esquerdo se
adapte a longo prazo a uma situação de hipertensão?
14. A simulação F pretende ilustrar a situação em que o coração falha um batimento.
Descreva as alterações que observa na curva da pressão aórtica.
4. Hershel Raff and Michael Levitzky. Medical Physiology: A Systems Approach. New York:
McGraw-Hill, 2011
61
6
Aula
Mecânica Cardiovascular
1. Caracterizar o fluxo sanguíneo nos diferentes tipos de vasos
2. Caracterizar os mecanismos facilitadores do retorno venoso
3. Realizar corretamente a medição da pressão arterial com esfigmomanómetro aneróide
Exercícios
simulador:
1. QRS Vectors and Limb Leads
2. Cardiac Mechanics
3. Pulse Pressure in Aorta
4. Cardiovascular Mechanics
5. Simplified Nephron
6. Return to DOS
2. Escolha a opção 4 – Cardiovascular Mechanics (Mecânica Cardiovascular) para
iniciar o estudo dos determinantes da função cardiovascular
Este modelo simula as interações mecânicas que se estabelecem entre o coração e os
vasos sanguíneos. O modelo gere um determinado número de variáveis, como o débito
cardíaco e as pressões vasculares, para um conjunto pré-estabelecido de parâmetros físicos
do coração e vasos sanguíneos. O modelo não introduz compensações nervosas e
hormonais. Devido à simplicidade do modelo não se deve atribuir excessiva importância
aos valores numéricos absolutos apresentados para cada variável fisiológica. Estes apenas
indicam a tendência geral das alterações que resultam da variação de uma ou mais
propriedades mecânicas do sistema.
62
Aspetos específicos que deverá reter
•
A distribuição do volume total de sangue, juntamente com os valores do débito
cardíaco e das pressões vasculares, depende dos valores de um conjunto de
propriedades mecânicas em cada instante
•
Quando uma ou mais dessas propriedades são alteradas (patologia, por exemplo),
também se alteram outras propriedades de modo a restabelecer a pressão arterial
normal e o débito cardíaco. Muitas destas alterações compensatórias observadas nos
parâmetros mecânicos são efetuadas pelo Sistema Nervoso Autónomo e/ou pelo
Sistema Endócrino
• Quando a função do ventrículo esquerdo é reduzida, a redistribuição do volume de
sangue para o circuito pulmonar produz alguma compensação a nível do débito
• A simulação demonstra a importância da pressão venosa e da compliance sobre o débito
cardíaco, durante uma hemorragia
•
As diferenças provocadas na pressão arterial e venosa são devidas a pequenas mudanças
nos seus volumes
3. Após uma primeira introdução, poderá observar um ecrã igual ao da figura seguinte. Os
vários parâmetros físicos são apresentados do lado esquerdo do ecrã.
Todos estes parâmetros se encontram normalizados, exceto o volume sanguíneo. Do
lado direito do ecrã são apresentadas as variáveis calculadas, aparecendo entre parêntesis os
valores normais, seguidos dos valores calculados através dos parâmetros previamente
introduzidos. Apenas deverá selecionar um dos parâmetros, alterar o seu valor e observar o
resultado apresentado para o débito cardíaco, pressões e volumes.
63
Para selecionar o parâmetro desejado pressione as teclas de direção "" e "". Os
valores normais são recuperados pressionando “ESC.” Uma vez localizado o parâmetro
desejado, deverá definir o novo valor numérico seguido da tecla ENTER. Após esta
operação todas as variáveis serão recalculadas e atualizadas de acordo com o novo valor.
Deve ter em atenção que existem limites para os valores definidos, devendo respeitar
sempre esses valores. A tabela seguinte apresenta os valores limite para cada um dos
parâmetros existentes:
Parâmetros do modelo
Valor mínimo
Valor máximo
Função ventricular esquerda
0,05
9,5
Função ventricular direita
0,05
9,5
Resistência vascular periférica
0,1
2,00
Compliance aórtica
0,03
2,25
Compliance venosa
0,43
2,14
Resistência pulmonar
0,25
4,00
Compliance pulmonar arterial
0,07
2,00
Compliance pulmonar venosa
0,33
2,33
Volume de sangue
3500
7500
Nota: Para os nove parâmetros que podem ser definidos existem máximos e mínimos,
dando origem a 39 combinações possíveis. Assim, é natural que alguns valores calculados
estejam incorretos, mas não sejam rejeitados pelo computador.
4. Observe as funções esquerda e direita, anotando as pressões nas artérias e veias. Sem
alterar a função ventricular observe as modificações que ocorrem nestas pressões,
enquanto modifica o valor do volume de sangue e da compliance venosa.
64
Os exercícios que se seguem pretendem ilustrar diversas situações clínicas
5. Insuficiência Cardíaca Congestiva
A partir dos valores normais simule uma situação de insuficiência cardíaca congestiva
com a função ventricular esquerda reduzida para 0,3 vezes o normal.
a. Qual a pressão venosa que mais se altera? Porquê?
b. Como é redistribuído o volume de sangue nestas condições? (note que este
valor está exagerado no modelo)
6. Hemorragia Aguda
a. Retome os valores normais do modelo.
b. Simule agora uma hemorragia reduzindo em 1000 o volume de sangue (o que
representa uma perda de cerca de 20% do normal). De que compartimento
provém a maior parte do sangue perdido?
c. O que acontece ao débito cardíaco e à pressão arterial sistémica? Lembre-se de
que este modelo mecânico não tem reflexos, pelo que deve assumir o papel do
reflexo barorrecetor/Sistema Nervoso Autónomo fazendo voltar a pressão
arterial sistémica ao normal
7. Hipertensão Sistémica
a. Volte aos valores normais. Simule uma situação de hipertensão essencial
definindo a resistência sistémica para 1,5 vezes o normal. O que acontece à
pressão arterial e ao débito cardíaco?
65
8. Hipertensão Pulmonar
a. A hipóxia, ou a presença de um êmbolo no leito da artéria pulmonar pode
aumentar a resistência vascular pulmonar. Simule esta situação aumentando esta
resistência para 2 vezes o normal. Qual é a pressão que mais se altera? Porquê?
9. Exercício Físico
a. Durante o exercício físico, muitas das propriedades mecânicas do sistema
cardiovascular sofrem profundas alterações. Retome os valores iniciais do
modelo e simule uma situação de exercício moderado definindo a resistência
para 0,3 vezes o normal.
i. O que acontece à pressão sistémica? Porquê?
Defina compliance arterial e venosa e qual a sua importância na mecânica
cardiovascular
Indique quais e como funcionam os mecanismos auxiliares do retorno venoso
66
MEDIÇÃO DA PRESSÃO ARTERIAL SISTÉMICA
MÉTODO AUSCULTATÓRIO
Dispositivos de medição
1. Esfigmomanómetro de mercúrio
É composto, basicamente, por um tubo de vidro ligado a um pequeno depósito inferior
com mercúrio. O depósito de mercúrio está ligado a um tubo que comunica com uma
manga insuflável de borracha envolvida por uma braçadeira autoaderente de tecido e, por
sua vez, ligada através de um segundo tubo a uma pera de insuflação com torneira. Deve
referir-se, que dadas as catuais normas restritivas sobre o uso de mercúrio, devido à sua
toxicidade, este metal pode ser substituído por outros tipos de fluídos apropriados para o
efeito.
Resumidamente, o modo de funcionamento consiste em enrolar e prender a braçadeira
à volta do antebraço, abrir a torneira da pera e insuflar ar na manga insuflável, cujo
aumento de pressão provoca a subida do mercúrio no tubo que pode ser medida na escala
barométrica que lhe está justaposta. O aumento da pressão na manga insuflável provoca a
oclusão da artéria subjacente o que, devido à alteração do padrão de fluxo sanguíneo de
laminar para turbulento, se traduz em sons audíveis (sons de Korotkoff) captados e
amplificados pelo estetoscópio, cujo amplificador se coloca sobre a artéria braquial e se
encontra em comunicação com os ouvidos do operador. A torneira da pera de insuflação
permite o controlo da pressão na manga e a consequente deteção da pressão sistólica e
diastólica.
2. Esfigmomanómetro aneróide
Neste aparelho a manga insuflável encontra-se ligada, simultaneamente, à pera de
insuflação e a um dispositivo barométrico provido de uma mola deformável no interior
(que lhe dá o nome), solidária com um ponteiro móvel sobre uma escala numérica que
permite medir as variações de pressão. Este dispositivo é mais portável que o de mercúrio,
mas apresenta o inconveniente de se tornar menos reprodutível com o passar do tempo
devido à fadiga da mola.
3. Tensiómetros digitais
Nestes dispositivos eletrónicos a medição é efetuada por mecanismos eletrométricos,
apresentando-se em vários modelos para medição no antebraço, pulso ou dedo. Podem ser
autoinsufláveis ou de insuflação mecânica. Deve referir-se que, relativamente aos
analógicos, os tensiómetros digitais apresentam maior precisão e reprodutibilidade,
exigindo para isso um procedimento mais padronizado e calibração periódica. Outra
desvantagem é sofrerem influência significativa de campos elétricos e magnéticos, os quais
podem perturbar o seu funcionamento.
67
Fundamento do método
O fluxo laminar que normalmente ocorre nas artérias é suave e silencioso. Quando a
artéria é constringida o fluxo sanguíneo no local da constrição torna-se turbulento, o que
provoca a produção dos designados sons de Korotkoff, decorrentes dos choques do
sangue a alta velocidade na parede da artéria constringida. A tendência da pressão da manga
para constringir a artéria é contrariada pela pressão do sangue, pelo que, para que a artéria
sofra constrição, a pressão na manga deve ser maior que a pressão diastólica. Se a pressão
na manga é também maior que a pressão sistólica, a artéria colapsa e torna-se silenciosa. O
fluxo turbulento e os sons produzidos pela artéria como resultado deste fluxo, ocorrem
assim apenas quando a pressão na manga é maior que a pressão diastólica, mas mais baixa
que a pressão sistólica.
Tomemos, como exemplo, uma pessoa com uma pressão sistólica de 120 mmHg e uma
diastólica de 80 mmHg (valores normais). Quando a pressão na manga está entre 80 e 120
mmHg, a artéria estará fechada durante a diástole e aberta durante a sístole. Dado que a
artéria abre em cada sístole, o fluxo turbulento do sangue através da constrição cria os sons
de Korotkoff, como é mostrado nas figuras abaixo.
Estes sons são habitualmente leves porque a artéria sofre constrição, o fluxo pára e os
sons desaparecem em cada diástole. Os sons de Korotkoff não são os sons produzidos
pelo fecho das válvulas cardíacas, pois estes são audíveis no peito, mas não na artéria
braquial.
Inicialmente, a manga está habitualmente insuflada para produzir uma pressão maior
que a pressão sistólica, de tal forma que a artéria está colapsada e silenciosa. A pressão na
manga é avaliada pelo esfigmomanómetro. A válvula da pera de insuflação é então
parcialmente aberta de forma a libertar o ar, causando o abaixamento gradual da pressão na
manga. Quando a pressão na manga for igual à pressão sistólica o primeiro som de
Korotkoff é ouvido, devido ao fluxo turbulento do sangue a passar através da constrição da
artéria.
68
Os sons de Korotkoff continuarão a ser ouvidos a cada sístole enquanto a pressão na
manga permanecer acima da pressão diastólica. Quando a pressão na manga se tornar igual
ou menor que a pressão diastólica os sons desaparecem porque a artéria permanece aberta
e o fluxo é laminar. O último som de Korotkoff ocorre então quando a pressão na manga é
igual à pressão diastólica.
Preparação para a medição e indicações gerais
1. Verifique se dispõe do equipamento necessário para efetuar a medição e teste o seu
funcionamento;
2. Escolha um local calmo, sem ruídos excessivos, com luminosidade e temperatura
normais;
3. O utente deve estar calmo e confortavelmente sentado a uma mesa na frente do
operador, devendo ser evitada a medição imediatamente após caminhadas apressadas,
refeições ou bebidas estimulantes (café, etc.);
4. Durante o procedimento de medição o utente deve permanecer, dentro do possível,
imóvel, sem comer, beber, fumar e, de preferência, em silêncio;
5. O operador deve evitar refletir gestualmente qualquer eventual surpresa sobre os
valores tensionais medidos, os quais devem ser comunicados ao utente de forma
ponderada e sem alarmismos;
6. Na primeira vez com cada utente deve ser feita a medição nos dois braços e escolhido
para futuras medições o braço com valores mais elevados;
7. Os valores tensionais extremos devem ser confirmados em 3 dias diferentes, de
preferência em condições basais com o mesmo operador.
Procedimento prático de medição com dispositivo analógico (mercúrio ou
aneróide)
1. Verifique se a manga insuflável está vazia e, caso contrário, proceda ao seu
esvaziamento manual com prévia abertura da torneira da pera de insuflação;
2. Peça ao utente para arregaçar a manga até meio do braço, evitando a formação de
garrote. A medição sobre a manga de roupa não é adequada;
3. Sente-se na frente do utente e enrole a braçadeira à volta do braço, ajustando-a sem
apertar até ficar aderente e posicionando-a de forma a que a parte inferior fique
ligeiramente acima da prega do cotovelo;
69
4. Coloque o amplificador do estetoscópio sobre a pele na face ventral interna do
antebraço junto, ou por baixo da braçadeira, mas no trajeto da artéria braquial. Algumas
braçadeiras indicam, através de uma seta, o trajeto desta artéria, quer na medição à
direita, quer à esquerda;
5. Coloque as olivas do estetoscópio nos ouvidos para que a orientação mais convexa dos
tubos em forquilha esteja virada para a sua frente;
6. Pegue na pera de insuflação com o orifício de escapamento do ar virado para o seu
pulso e a torneira entre os dedos polegar e indicador. Para segurar a pera e manipular a
torneira deve usar-se apenas uma das mãos;
7. Abra a torneira e insufle ar na manga com movimentos enérgicos e rítmicos de
pressão/relaxamento dos dedos sobre a pera contra a palma da mão. A pressão dentro
da manga pode ser lida na escala barométrica, devendo subir apenas até deixarem de se
ouvir os sons de Korotkoff, o que deve ser confirmado com a torneira fechada. As
subidas excessivas provocam desconforto ao utente;
8. Olhando atenta e continuamente para a escala, abra ligeiramente a válvula, permitindo a
saída muito lenta do ar, de forma a detetar o primeiro som de Korotkoff (podem ser
necessárias varias tentativas). O valor indicado nesse momento pelo mercúrio ou pelo
ponteiro (aneróide) é a pressão sistólica. Registe-o mentalmente;
9. Mantenha a velocidade (lenta) de saída do ar, os olhos na escala e escute com muita
atenção, de forma a detetar o último som de Korotkoff. O valor indicado é a pressão
diastólica;
10. Registe os valores das pressões sistólica e diastólica em mmHg (valores inteiros) e
comunique-os ao utente de forma calma, ponderada e sem alarmismos;
11. Acondicione o equipamento de forma adequada.
McGraw-Hill, 2011
70
7
Aula
Função Cardiorrespiratória
1. Desenhar corretamente um registo eletrocardiográfico (ECG) normal (ritmo sinusal)
2. Estabelecer as diferenças entre os diferentes registos de ECG obtidos em diferentes
derivações
3. Caracterizar os mecanismos extrínsecos de controlo do fluxo sanguíneo (realce aos
barorrecetores e quimiorrecetores)
4. Descrever as oscilações mecânicas do pulmão e da parede torácica durante um ciclo
respiratório
5. Reconhecer o valor diagnóstico do eletrocardiograma e do espirograma
Introdução
Eletrocardiograma
O ciclo cardíaco envolve a contração sequencial das aurículas e dos ventrículos. Estas
contrações são provocadas pela actividade elétrica da coordenada das células do miocárdio
no coração. As correntes elétricas produzidas pelo coração são grandes e podem ser
detectadas através de eléctrodos colocados na pele. Este registo é conhecido como um
electrocardiograma (ECG). O ECG é registado a partir de posições específicas em torno
do coração e é em seguida analisado para determinar a existência de doença cardíaca. Estas
posições ou combinações de posições são referidas como derivações.
Figura 1 – Diagrama representando as ondas típicas registadas num ECG.
71
Os potenciais de acção cardíacos contêm três fases, para além da despolarização e
repolarização rápida do potencial de membrana usualmente observado em nervos e
musculo, os potenciais de acção cardíacos contêm um patamar de despolarização após o
período de despolarização rápida. Este patamar é bastante pronunciado nos potenciais das
fibras ventriculares. Um registo de uma única derivação (Figura 1) permite demonstrar os
componentes básicos do ECG, que são ondas geradas pela actividade elétrica sequencial
das fibras auriculares e ventriculares. Estas ondas são:
a) a onda P gerada pela despolarização auricular.
b) o complexo QRS gerado pela repolarização atrial e pela despolarização ventricular.
c) a onda T gerada pela repolarização ventricular.
Derivações do ECG
Usualmente no ECG clínico utilizam-se doze derivações electrocardiográficas, seis nos
membros e seis no tórax (Figura 2). As seis derivações dos membros, ou derivações
coronais, estão no plano frontal do corpo, que é o plano paralelo ao chão quando o
observado está deitado. As seis derivações colocadas no tórax, ou derivações precordiais,
estão no plano transversal ao corpo, que é plano perpendicular ao corpo quando o
observado está deitado.
Figura 2 – Localização das derivações bipolares (A) e unipolares (B) dos membros e
das derivações pré-cordiais (C).
Examinar a actividade elétrica do coração de 12 ângulos diferentes pode ser uma valiosa
ferramenta na clínica. A maneira como as correntes se propagam através de diferentes
partes do coração pode indicar deficiências ou patologias como: hipertrofias, bloqueios no
feixe de His ou fasciculares, malformações congénitas nas paredes do coração, hipertensão
pulmonar, e muito mais. Por medir as magnitudes da actividade elétrica de diferentes
direcções, as áreas do coração que estão afectadas podem ser identificadas, permitindo uma
melhor compreensão da função elétrica cardíaca por ter mais pontos de vista desse órgão.
Nesta experiência, os alunos irão colocar cinco eléctrodos num voluntário que serão
capazes de registar seis pontos de vista diferentes do coração. Cada ponto de vista é muitas
vezes referido como uma derivação. Isto é possível porque os eléctrodos são utilizados em
diferentes combinações, como eléctrodos de registo ou eléctrodos de referência, para criar
seis diferentes pontos de vista do coração.
72
As derivações padrão dos membros, ou bipolares, medem a diferença de potencial entre
um eléctrodo de registo positivo e um eléctrodo de registo negativo. As ligações padrão dos
membros são:
• Derivação I (DI): o eléctrodo positivo é o braço esquerdo e o eléctrodo negativo é o
braço direito.
• Derivação II (DII): o eléctrodo positivo é na perna esquerda e o eléctrodo negativo é o
braço direito.
• Derivação III (DIII): O eléctrodo positivo é na perna esquerda e o eléctrodo negativo é
no braço esquerdo.
As derivações aumentadas dos membros são eléctrodos unipolares que medem a
diferença de potencial entre um sinal de um eléctrodo de registo e o sinal de uma
combinação de eléctrodos que formam um eléctrodo composto negativo. Cada derivação
aumentada dos membros tem uma visão do coração, que faz um ângulo reto (90º) com
uma das derivações padrão dos membros. As derivações aumentadas dos membros são as
seguintes:
• aVR: O eléctrodo positivo é no braço direito e os eléctrodos do braço esquerdo e da
perna esquerda formam um eléctrodo negativo composto.
• aVL: o eléctrodo positivo é o braço esquerdo e os eléctrodos do braço direito e da perna
esquerda formam um eléctrodo negativo composto.
• aVF: O eléctrodo positivo é na perna esquerda e os eléctrodos do braço direito e do
braço esquerdo formam um eléctrodo negativo composto.
O diagrama que descreve os eixos das derivações e os vectores dos sinais de ECG dirigidos
para as derivações é conhecido como Triângulo de Einthoven (Figura 3). Por exemplo, o
eléctrodo positivo na derivação I, que se encontra no braço esquerdo, tem uma vista da
actividade elétrica do coração como se olhasse para o ombro direito. O eixo da derivação I
(Figura 3) é paralelo a uma linha que liga os ombros. Por definição, o eixo da derivação I é
definido como zero graus.
Figura 3 – Triângulo de Einthoven mostrando os eixos das seis derivações dos membros.
73
Técnica de registo
A técnica de registo do ECG é extremamente simples. Após ligação dos vários elétrodos é
preciso ter em atenção alguns aspetos para evitar o aparecimento de artefactos nos registos
efetuados:
1. O voluntário deve estar confortavelmente deitado numa cama ou mesa de exame
suficientemente grande para suportar todo o corpo. Deve estar em repouso e relaxado,
já que quaisquer movimentos musculares podem alterar o registo. De preferência deve
também estar em jejum, dado que as refeições causam alterações eletrolíticas que
podem ser visíveis no ECG, dificultando a sua interpretação;
2. Deve-se ter a certeza de que foi estabelecido um bom contacto entre a pele e o
elétrodo. O procedimento consiste em desinfetar com álcool as zonas correspondentes
à posição dos diversos elétrodos e em colocar uma gota de pasta eletrolítica na placa do
elétrodo e espalhá-la por toda a superfície da placa. O elétrodo é depois colocado na
pele previamente limpa;
3. O voluntário e o equipamento devem estar convenientemente ligados à terra para evitar
interferências de corrente. Essa ligação faz-se através da perna direita.
O registo de ECG é feito em papel composto por linhas horizontais e verticais que
formam uma grelha. O eixo horizontal do papel de ECG representa o tempo. Cada
quadrícula pequena (1 mm) corresponde a 0,04 s, e cinco quadrículas pequenas (5 mm)
formam uma quadrícula grande, que corresponde a 0,2 s. Cinco quadrículas grandes (5 x 5
mm) correspondem a 1 s. O eixo vertical do papel representa a voltagem em milivolt
(mV). Cada quadrícula pequena (1 mm) corresponde a 0,1 mV e portanto cinco quadrículas
grandes correspondem a 0,5 mV.
O equipamento deve estar devidamente calibrado. No início de cada registo de ECG é
apresentada uma “marca de calibração” de 1 mV, correspondendo a uma defleção de 1
cm. A velocidade do papel é de 25 mm/s. A calibração incorreta pode conduzir a erros na
interpretação dos traçados.
Figura 4 – Padrões de ECG registados nas seis derivações dos membros
74
Exercício
1. Legende o seguinte registo eletrocardiográfico identificando as ondas visíveis em cada
derivação (6).
2. Determine a frequência cardíaca deste paciente (cada quadrícula pequena (1 mm)
corresponde a 0,04 s, e cinco quadrículas pequenas (5 mm) formam uma quadrícula
grande, que corresponde a 0,2 s)
75
Integração Cardiorrespiratória
O funcionamento integrado do sistema cardiovascular e do sistema respiratório é
um elemento essencial da homeostasia., em particular no controlo e distribuição das
necessidades de Oxigénio pelos tecidos através da ventilação-perfusão.
Alguns dos mecanismos de regulação dos sistemas cardiovascular e respiratório
foram já abordados na aula anterior. Esta aula tem por isso o objetivo de demonstrar in
vivo alguns dos reflexos mais comuns associados a esta importante integração do sistema
cardiorrespiratório.
Uma parte importante da regulação é feita através do controlo autonómico. Este
controlo é realizado predominantemente através do controlo das artérias mais pequenas e
das arteríolas de maior diâmetro, normalmente através da regulação do sistema simpático.
Estes reflexos homeostáticos envolvem a captação de informação obtida ao longo
de vias aferentes, especialmente nos seios carotídeos e aórtico, através de barorrecetores e
outros mecanorrecetores nas artérias principais. Esta informação é posteriormente
integrada com o objetivo de manter uma pressão arterial estável, assegurando desta forma,
uma adequada perfusão dos tecidos.
1. Barorreflexo
Em situações de aumento brusco da pressão arterial inicia-se um aumento dos impulsos
aferentes (por estimulação dos barorrecetores localizados em locais estratégicos do sistema
vascular). Esta estimulação leva a uma ativação do sistema parassimpático através de
descargas vagais com o objetivo de diminuir o débito cardíaco. Ao mesmo tempo existe
uma inibição das vias simpáticas, o que desencadeia uma vasodilatação periférica reduzindo
desta forma a pressão arterial.
A regulação rápida da pressão arterial pode ser também visualizada através de variações
ortostáticas. Quando um individuo se levanta rapidamente, de uma posição deitada para
uma posição sentada, há uma redistribuição rápida do volume de sangue. Sem este controlo
homeostático (designado por reflexo ortostático) a profunda alteração do retorno venoso
levaria a uma diminuição muito acentuada da pressão arterial.
76
2. Observação dos reflexos homeostáticos
A observação da atividade cardiorrespiratória pode realizar-se através da
monitorização da frequência cardíaca, da pressão arterial, da atividade elétrica do coração
(através do ECG) e da frequência respiratória. Estes reflexos podem ser visualizados
realizando pequenos estímulos em voluntários saudáveis enquanto se procede à
monitorização da sua função cardiorrespiratória.
O equipamento utilizado nas aulas práticas, um monitor de sinais vitais Schiller
Argus LCM Plus permite de forma simples e rápida verificar as alterações que se
processam, quer ao nível da frequência cardíaca e de algumas implicações dos estímulos nas
derivações principais do ECG (6 derivações). Quer através da monitorização do sistema
respiratório, através da observação da frequência respiratória por um método que utiliza a
Impedância como principio de medição e da avaliação da percentagem de saturação do
sangue em O2 pelo método da Oximetria.
A oximetria é um método indireto de medição da saturação da Hemoglobina que
permite valorizar a hipoxemia. Baseia-se no diferente espectro de absorção da luz entre a
oxiemoglobina e a hemoglobina reduzida num fluxo pulsátil. No sensor do oxímetro há
uma fonte de luz e um fotodetetor. O comprimento de onda da fonte de luz mais utilizado
situa-se entre os 660 nm (luz vermelha). Este tipo de luz tem muito maior capacidade de
penetrar nos tecidos do que a luz azul, amarela ou verde. O oxímetro é capaz de diferenciar
não só o diferente espectro de absorção entre a hemoglobina oxidada e a hemoglobina
reduzida, mas também a absorvência do componente arterial e dos outros sistemas que
atravessa, (sangue venoso, tecido conjuntivo, etc. devido ao seu carácter pulsátil). Desta
forma é possível conhecer os níveis de HbO2 no sangue arterial. Em condições normais
uma saturação de 90% corresponde a uma PaO2 de 60 mmHg (nota: O valor normal da
PaO2 é de 95 mmHg ao nível do mar (80-100) valores abaixo destes são considerados
hipoxemia)
Finalmente é também possível realizar a medição da pressão arterial através de um
vulgar sistema de manga de pressão com deteção oscilométrica dos sinais de pressão,
incorporado no monitor. O sistema está esquematizado na imagem seguinte, com os
respetivos sinais.
77
Figura 5 – Monitor de sinais vitais
Preparação do sistema
Inicialmente após colocação dos elétrodos para monitorização do ECG (QRS) e da
frequência respiratória, deverá colocar-se a manga de pressão no braço direito. Após ligar o
equipamento todos os sinais deverão aparecer no monitor em alguns segundos.
Figura 6 – Forma de colocação dos elétrodos de registo
1 – Reflexo ortostático
Após alguns minutos com o voluntário na posição de deitado para regularizar a
função cardiorrespiratória deverá obter os valores de referência da frequência cardíaca,
frequência respiratória e pressão arterial.
a) Após obtenção destes valores em repouso deverá proceder à alteração ortostática
(elevação).
b) Registe os mesmos valores. Note que estas adaptações são muito rápidas.
c) Explique todas as alterações obtidas.
Medição
Repouso (deitado)
Frequência cardíaca
Frequência respiratória
Pressão arterial
78
Sentado/ De pé
Mecânica ventilatória
A renovação dos gases alveolares é realizada através da ação dos músculos
respiratórios que provocam a expansão e compressão cíclica da cavidade torácica. A
expansão da cavidade torácica diminui a pressão intrapleural, provocando um aumento da
pressão transpulmonar e a consequente diminuição da pressão alveolar, a qual se torna
inferior à pressão na atmosférica. Esta pressão negativa dentro dos alvéolos provoca a
entrada de ar para os pulmões.
A aula prática vai incidir sobre algumas variáveis que têm por objetivo medir a
quantidade de ar que entra e sai dos pulmões, bem como o ar que fica nos diversos
compartimentos pulmonares, sendo estas variáveis indicativas da função respiratória.
O aparelho utilizado para medir a função pulmonar chama-se espirómetro.
Espirometria (do latim spirare = respirar + metrum = medida) é um exame do pulmão
também conhecido como Prova de Função Pulmonar ou Prova Ventilatória, que consiste
no registo dos vários volumes e do fluxo de ar durante a ventilação. Mede a velocidade e a
quantidade de ar que um indivíduo é capaz de colocar dentro e expelir dos pulmões em
diversas situações como a respiração tranquila ou diversas situações de ventilação forçada.
Permite ainda distinguir entre as porções deste ar que ficam nos diversos compartimentos
dos pulmões. O exame é realizado respirando pela boca (com o nariz tapado) através de
um tubo conectado a um aparelho chamado espirómetro que é capaz de registar o volume
e a velocidade do ar respirado.
Figura 7 – Espirograma
79
A dinâmica respiratória permite definir um conjunto de Volumes Pulmonares:
a) Volume Corrente (VT): volume de ar inspirado ou expirado num ciclo respiratório
normal (aprox. 500 mL)
b) Volume de Reserva Inspiratória (IRV): volume de ar adicional que é possível inspirar
após o volume corrente (aprox. 3000 mL)
c) Volume de Reserva Expiratória (ERV): volume de ar adicional que é possível expirar
após o volume corrente (aprox. 1100 mL)
d) Volume Residual (RV): volume de ar que permanece nos pulmões após uma
expiração o mais forçada possível (aprox. 1200 mL)
e) Volume Expiratório Forçado no 1º Segundo (FEV1): volume máximo de ar que é
possível exalar no 1º segundo numa Expiração Forçada. Indicador da resistência das vias
aéreas
Associando os diferentes Volumes obtemos as Capacidades Pulmonares:
f) Capacidade Inspiratória (IC) = Vol. Corrente + Vol. de Reserva Inspiratória
g) Capacidade Residual Funcional (FRC) = Vol. de Reserva Expiratória + Vol.
Residual
h) Capacidade Vital Forçada (FVC) = Vol. de Reserva Inspiratória + Vol. Corrente +
Vol. de Reserva Expiratória (aprox. 5500 mL)
i) Capacidade Vital – SVC (aprox. 5000 mL): Volume máximo de ar que pode ser
expirado após uma inspiração máxima; é muito utilizado como índice clínico da Função
Pulmonar, fornecendo, entre outros, informação sobre a força desenvolvida pelos
músculos inspiratórios
j) Capacidade Pulmonar Total (TLC) = Capacidade Vital + Vol. Residual
k) Ventilação voluntária máxima (MVV), volume de ar deslocado numa respiração
rápida e profunda. (125-170 L/min)
80
Os possíveis problemas respiratórios são avaliados com base nos seguintes fatores:
Exercícios
Monte o espirómetro - ligue-o, defina a data e hora e calibre-o. Introduza um bocal
descartável por cada indivíduo.
A. Capacidade Vital Forçada (FVC) - Expiração e Inspiração
Para este teste o aluno deverá expirar e inalar o mais rápido possível a partir do início do teste.
a) Para iniciar este teste deverá carregar na tecla FVC E-I.
b) Deverá manter o sensor parado durante 1 ou 2 segundos, sem respirar para o seu
interior.
c) Pressionar a tecla START e realizar o teste.
d) Quando acabar deverá pressionar a tecla STOP.
e) Poderá verificar os resultados o gráfico em L/s V(t) ou em unidades de fluxo F(v).
f) Para mostrar os resultados deverá pressionar a tecla RESULTS.
g) Comente os resultados obtidos face aos valores normais.
h) Justifique os valores obtidos.
81
B. Capacidade Vital (SVC)
Para este teste o aluno deverá respirar normalmente 3 vezes seguido de uma inalação máxima até à
capacidade máxima do pulmão, seguida de uma expiração máxima.
a) Para iniciar este teste deverá carregar na tecla SVC.
interior.
e) Para mostrar os resultados deverá pressionar a tecla RESULTS.
f) Comente os resultados obtidos face aos valores normais.
g) Justifique os valores obtidos.
C. Ventilação por minuto (MV)
Para este teste o aluno deverá respirar normalmente até durante 60 seguidos.
a) Para iniciar este teste deverá carregar na tecla MV.
interior.
e) Para mostrar os resultados deverá pressionar a tecla RESULTS.
f) Comente os resultados obtidos face aos valores normais.
g) Justifique os valores obtidos.
1. Eric P. Widmaier, Hershel Raff, and Kevin T. Strang. Vander's human physiology: the
82
2. Robert M Berne. Physiology. 5th ed. St. Louis: Mosby, 2004
83
8
Aula
Fisiologia Renal I
•
•
•
Identificar os fatores determinantes do processo de filtração glomerular
Identificar as principais funções de cada segmento do túbulo renal
Caracterizar as funções das principais hormonas que atuam no túbulo renal
Exercícios
comando (c:\>) escreva “cd rim” e carregue em ENTER. De seguida escreva “renal”
e carregue novamente em ENTER, o que fará abrir a janela principal do simulador:
Renal Physiology Programs
A – Control of GFR
B – Tubular Osmolality
C – Transport Maximum
R – Return to Main Menu
Q – Quit
2. Pressione a Tecla A – Control of GFR (Controlo da Taxa de Filtração Glomerular).
Pressione sucessivamente a barra de espaços até encontrar a janela principal desta simulação,
como se apresenta abaixo:
A finalidade desta simulação reside em proporcionar ao aluno um modelo de aplicação
dos mais importantes fatores que afetam a Pressão de Filtração Total (NFP - Net
filtration pressure) e a Taxa de Filtração Glomerular (GFR – Glomerular filtration rate), os
indicadores principais do processo de filtração glomerular.
84
Parâmetros modificáveis
Abreviatura
(Termo)
MAP (Mean Aterial
Pressure)
Pressão Arterial
Média (mmHg)
AFF (Afferent
Arteriole)
Arteríola Aferente
EFF (Efferent
Arteriole)
Arteríola Eferente
Modificações possíveis
Tecla P - diminui a pressão
arterial
Shift + P - aumenta a pressão
arterial
Ureter
RFP (Renal Plasmatic Flow)
Fluxo Plasmático Renal
(mL/min)
Modifica o raio da arteríola
aferente:
GFR (Glomerular Filtration
Rate)
Tecla A - diminui o raio
Taxa de Filtração Glomerular
(mL/min)
Shift + A - aumenta o raio
Modifica o raio da arteríola
eferente:
Tecla E - diminui o raio
Shift + E - aumenta o raio
Tecla O - diminui a pressão
oncótica
Shift + O - aumenta a pressão
oncótica
URETER
Abreviatura (Termo)
Modifica a pressão arterial média:
Modifica a pressão oncótica
capilar:
PROT Concentração
Proteica no Plasma
(g%)
Parâmetros não
modificáveis
Contrai ou relaxa o ureter:
Tecla C - contrai o ureter
Tecla N – relaxa o ureter
NFP (Net Filtration Pressure)
Pressão de Filtração Total
(mL)
FF (Filtration Fraction)
Fração de Filtração (%) =
GFR/RPF
Pc (Capillary Hydrostatic
Pressure)
Pressão Hidrostática Capilar
(mmHg)
Oc (Oncotic Pressure)
Pressão Oncótica Capilar
Pbc (Pressure in Bowman’s
Capsule (Hydrostatic))
Pressão Hidrostática do
espaço de Bowman
(mmHg)
85
O aluno deve ter presente que a pressão hidrostática capilar diminui ao longo do capilar
glomerular (2 a 5 mmHg) e que a pressão oncótica capilar aumenta ao longo do mesmo
espaço (10 mmHg ou mais). Para simplificação, apenas um valor é atribuído a cada
parâmetro para todo o sistema capilar.
F3 retoma os valores normais.
F10 retorna ao menu do programa Fisiologia Renal.
3. Pressione a tecla F3 para repor os valores iniciais. Faça contrair a arteríola aferente e
registe os efeitos nos parâmetros RPF, Pc, Oc, Pbc, GFR e FF. Para tal pressione a
tecla A até quatro vezes – de cada vez que a pressionar registe os valores dos
parâmetros na tabela). Explique o que verificou.
AFF
RPF
Pc
Oc
Pbc
GFR
FF
↓
↓↓
↓↓↓
↓↓↓↓
4. Pressione a tecla F3 para repor os valores iniciais. Faça contrair a arteríola eferente e
registe os efeitos nos parâmetros RPF, Pc, Oc, Pbc, GFR e FF. Para tal pressione a
tecla E até três vezes – de cada vez que a pressionar registe os valores dos parâmetros
na tabela). Explique o que verificou.
EFF
RPF
Pc
Oc
↓
↓↓
↓↓↓
86
Pbc
GFR
FF
5. Pressione a tecla F3 para repor os valores iniciais. Aumente a concentração proteica do
plasma (shift + O) por forma a aumentar a Pressão Oncótica Capilar (Oc), e registe os
efeitos nos parâmetros NFP, GFR e FF. Explique o que verificou.
PROT
Oc
NFP
GFR
FF
↑
↑↑
↑↑↑
↑↑↑↑
3. Contraia o ureter (tecla C), registando os efeitos nos parâmetros Pbc, NFP, GFR e
FF. Para relaxar o ureter pressione a tecla N. Explique o que verificou.
Estado do Ureter
Pbc
NFP
GFR
FF
Relaxado
Contraído
Escreva a equação de Starling da filtração. Explique quais os fatores que
influenciam cada componente da equação.
Explique a influência da subida da pressão arterial, hipoproteinémia e diarreia
aguda sobre a GFR.
87
4. Pressione a tecla F10 para regressar ao menu principal. Pressione a Tecla B –
Tubular Osmolality (Osmolaridade tubular). Pressione sucessivamente a barra
de espaços até encontrar a janela principal desta simulação, como se apresenta
abaixo:
Neste programa é apresentado um modelo que permite concentrar ou diluir a urina,
descrevendo estritamente processo pós-túbulo proximal. Este modelo é usualmente
chamado de Modelo de Efeito Único, devido ao facto do único transporte ativo ser o
do NaCl no ramo ascendente espesso da ansa de Henle (TAL – Thick Ascending Loop).
Para selecionar o parâmetro utilize a tecla 8 (↑) ou tecla 2 (↓) (do lado direito do
teclado)
Para alterar o valor do parâmetro selecionado utilize as tecla + e - (do lado direito do
teclado) para aumentar e diminuir, respetivamente
Parâmetro
Variação admitida
ADH (antidiuretic hormone)
0a9
Hormona antidiurética ou vasopressina
PUMPS
Cotransportadores
0a5
Na+/K+/2Cl-
RBF (Renal Blood Flow)
1a5
Fluxo sanguíneo renal
UF (Urinary Flow)
Varia em função dos outros
parâmetros
Fluxo Urinário (mL/min)
88
Pontos específicos a que deverá atender
•
O ramo descendente da ansa de Henle possui uma baixa permeabilidade ao NaCl e à
ureia, sendo altamente permeável à água, enquanto o ramo ascendente da ansa e a
maior parte do tubo distal são impermeáveis à água
•
Os sais de NaCl que saem do ramo ascendente da ansa de Henle para o interstício
aumentam a osmolaridade das zonas mais medulares deste.
•
A reabsorção de água é efetuada de um modo passivo em todo o ramo descendente
da ansa de Henle e no ducto coletor. A osmolaridade do ramo descendente da ansa
entra em equilíbrio passivamente com a osmolaridade do interstício. Daqui resulta
uma reabsorção de água.
•
No ducto coletor a água é reabsorvida proporcionalmente à concentração da
hormona ADH.
•
O fluido move-se ao longo do túbulo coletor por cada cálculo que é efetuado.
Ajuste as variáveis ADH, PUMPS e RBF de acordo com o que é sugerido nos exercícios
seguintes. Note que, à medida que altera os valores destes parâmetros, as alterações na
osmolaridade e no fluxo urinário vão sendo processadas gradualmente, devendo
aguardar que os valores atinjam o equilíbrio para realizar novas alterações.
F10 retorna ao menu do programa Fisiologia Renal
5. Altere os valores de ADH, PUMPS e RBF de modo a que os valores dos
parâmetros indicados na tabela abaixo se situem dentro do intervalo normal para
o ser humano:
Parâmetro
Intervalo
Osmolaridade Intersticial *
3,4 – 4,5
Osmolaridade da Urina (média diária)
1,7 – 2,8
Osmolaridade do Túbulo Distal (mínimo)
0,2 – 0,4
Fluxo Urinário (mL/min)
0,5 – 2,0
* Os valores da osmolaridade são calculados por comparação com os valores da
osmolaridade plasmática, que é cerca de 280-300mOsm/L H2O
89
6. Aumente o RBF para 5 e comente o efeito do aumento da pressão de perfusão
renal sobre a osmolaridade intersticial, a osmolaridade da urina e o fluxo
urinário.
7. Diminua ADH para 0 e comente o efeito da ausência da atividade desta
hormona sobre a osmolaridade intersticial, a osmolaridade tubular e o fluxo
urinário.
8. Imite o efeito de um fármaco diurético (favorece ou estimula a excreção
urinária) de ansa (ex: furosemida) que atua bloqueando as bombas de sais (cotransportador Na+/K+/2Cl-). Para tal diminua PUMPS para 0 e comente o efeito
provocado na osmolaridade intersticial, na osmolaridade da urina e no fluxo
urinário.
De acordo com o que observou, identifique os principais fatores (pósglomerulares) que afetam a participação tubular no processo de formação de
urina
Explique o sistema renal de multiplicação em contracorrente e discuta a sua
importância.
McGraw-Hill, 2011
90
Aula
Equilíbrio Ácido-Base
9
1. Definir ácido volátil e ácido não-volátil
2. Enumerar os diversos sistemas de tamponamento
3. Caracterizar os mecanismos respiratórios e renais de compensação de um desequilíbrio
ácido-base
4. Caracterizar as consequências hidroeletrolíticas de um desequilíbrio ácido-base
Introdução
Em resultado da normal atividade metabólica o organismo humano produz
continuamente ácidos metabólicos e CO2 os quais, acumulados, poderiam originar graves
distúrbios ao nível do pH. Contudo, tal não acontece em condições normais devido à
participação e controlo de vários mecanismos que, no seu conjunto, contribuem para a
homeostasia da regulação da concentração hidrogeniónica, isto é, do pH fisiológico. Os
principais mecanismos que concorrem para essa regulação são:
•
•
•
Diversos sistemas de ação tamponante
Pela capacidade do Sistema Respiratório em controlar os níveis de ácidos carbónicos
voláteis
Pela capacidade do Sistema Renal de excretar ou reter ácidos não-voláteis.
As disfunções deste equilíbrio, isto é, estados de acidose ou de alcalose podem
sobrevir em consequência de disfunções extremas associadas ou não à progressiva
falência ou esgotamento dos mecanismos regulatórios.
A introdução de ácidos carbónicos metabólicos no sangue é tamponada através
da combinação de iões H+ com bases fracas, incluindo-se neste item bicarbonato e
proteínas, como a hemoglobina. As bases fracas atuam como tamponantes devido à sua
baixa afinidade para os iões H+, controlando deste modo possíveis alterações no pH.
Alterações que possam ocorrer ao nível do pH são suficientes para provocar uma
estimulação na ventilação, removendo-se, assim, iões H+ através da eliminação de ácidos
carbónicos voláteis.
91
A ação tamponante aliada à perda de CO2 diminui de um modo muito rápido a
concentração plasmática de HCO3-. Se esta situação se mantiver, passado algum tempo,
o sistema renal começa a excretar ácidos e restitui a concentração plasmática de HCO3-.
Em condições normais, o sistema renal excreta 50-100 mmol de ácidos por dia,
enquanto que o sistema respiratório expele 250 mL CO2/min. Nestas condições, o pH
arterial toma o valor de 7,4 com uma PCO2 (pressão parcial de CO2) a ser igual a 40 mm
Hg (Torr) e uma concentração plasmática de HCO3- de 24 mmol/l.
Alterações no pH podem refletir compensações renais e/ou respiratórias
inadequadas e/ou cargas respiratórias ou metabólicas anormais. O diagrama de
Davenport, que representa HCO3- vs pH, é o meio mais utilizado para a visualização e
manipulação deste tipo de relações.
Equação de Henderson-Hasselbalch
O bicarbonato é o maior componente no sistema tampão básico. No equilíbrio,
a formação de CO2 é favorecida, pois à medida que iões H+ são adicionados, a
quantidade de HCO3- é reduzida, de acordo com as reações abaixo indicadas:
1) CO2 +H2 O↔H2 CO3 ↔H+ +HCO-3
A equação de conservação de massa, conjuntamente com o CO2 proporcional à
sua pressão parcial (PCO2), proporciona-nos a obtenção da equação de HendersonHasselbalch:
pH=6,1+log
[HCO-3 ]
24
=6,1+log =7,4
0,03×PCO2
1,2
É de notar que o pH depende da relação de duas grandezas e não dos seus
valores absolutos. Disfunções metabólicas/renais são refletidas no numerador, com a
compensação respiratória a alterar a PCO2 na mesma direção, enquanto que disfunções
respiratórias se manifestam no denominador, com a compensação renal a alterar a
[HCO3-] na mesma direção, de modo a repor o pH normal. De notar ainda que a
relação normal é de 20 : 1.
92
Neste diagrama de Davenport pode-se visualizar uma representação gráfica destas três
variáveis (pH, [HCO3-] e PCO2). Como se pode notar, valores altos de PCO2 arterial
indicam uma ventilação reduzida, enquanto que valores baixos de PCO2 arterial
implicam uma ventilação elevada. Geralmente, à medida que o pH diminui a [HCO3-]
também diminui.
Outros componentes do sistema tampão básico
Iões H+ adicionados ao sangue são tamponados por outras bases fracas que não
o bicarbonato, como por exemplo fosfatos, proteínas plasmáticas e hemoglobina
presente nos eritrócitos no estado oxidado. Esta hemoglobina é representada pelo
símbolo Pr- enquanto que a sua forma reduzida é representada por PrH. Quando os
níveis de bicarbonato no sangue se encontram em equilíbrio com os níveis nos fluidos
existentes nos espaços extracelulares, o valor considerado como normal para o Sistema
Tampão Sanguíneo Básico Total (BBB) é de 32 mmol/l. Os valores que se situarem
acima deste são denominados por Excesso Básico (BE +) e representam um estado de
alcalose não respiratória, provocada por uma perda de ácido gástrico ou por um ganho
considerável de Na+HCO3-. Os valores inferiores a 32 mmol/l são denominados por
Défice Básico (BE -) e indicam um estado de acidose não-respiratória, provocada, por
exemplo, pela diabetes mellitus ou por falha renal.
Por simplificação, iremos considerar as proteínas plasmáticas, albumina e a
hemoglobina eritrocitária como os mais importantes dos tampões não-bicarbonatos,
utilizando um valor de 8 mmol/l como o seu valor normal.
Deste modo, pode-se ampliar a equação 1):
A adição de CO2 aumenta os níveis de HCO3- diretamente, à medida que os iões
H+ forem sendo tamponados pelas proteínas. Como estas proteínas possuem uma
afinidade elevada para o ião H+, praticamente só ocorre ligação entre os iões H+ e as
proteínas. A esta diminuição da concentração hidrogeniónica contrapõe-se uma subida
dos níveis de bicarbonato. No entanto, a capacidade de tamponamento não é
modificada por esta alteração respiratória, visto não ocorrer qualquer alteração no BE.
Como alterações no sistema tampão básico total não são influenciadas pelos fatores
respiratórios, tais alterações indicam uma disfunção metabólica.
93
Os níveis de bicarbonato no sangue podem ser aumentados por dois fatores:
1. Aumento da PCO2, que origina uma ventilação reduzida.
2. Aumento do sistema tampão básico total, devido à perda de ácidos ou por
adição de HCO3-.
Um nível elevado de bicarbonato com valores de BE normais indica um estado
de acidose respiratória, enquanto que se os valores de BE forem baixos indica um
estado de alcalose metabólica.
A inclusão das linhas referentes ao BE completa o diagrama de Davenport. Se
observarmos a linha correspondente aos zero de BE, podemos constatar que, à medida
que a PCO2 aumenta, os níveis de HCO3- também aumentam, como num estado de
acidose respiratória. Quando se elevam os níveis de PCO2, os valores de pH diminuem
menos quando comparados com os que existem aquando da falência dos sistemas
tampão sanguíneos. A linha do BE = + corresponde a um sistema tampão básico total
elevado, que desencadeia uma ação renal com excreção de iões H+ e retenção de HCO3-,
o que faz regressar o pH para valores próximos de 7,4.
Exercícios
Pontos específicos a que deverá atender em cada exercício de simulação:
A. Ter presente que a relação ácido/base corporal envolve mais do que apenas o
valor de pH. A PCO2 sanguíneo e o excesso/défice básico são parâmetros que
nos permitem conhecer a funcionalidade do papel dos fatores respiratórios e/ou
metabólicos, respetivamente. Para além disso, um nível de pH dentro dos
parâmetros normais resulta da compensação de uma grave disfunção ficando, no
entanto, diminuída a capacidade para futuras correções
B. Procure reconhecer os componentes individuais das disfunções respiratórias
e/ou metabólicas e suas compensações utilizando o diagrama de Davenport
94
C. Observe o mecanismo das compensações simultâneas do sistema
respiratório/renal, avaliando as diferenças relativamente às velocidades de
resposta. Na simulação, a regulação do pH está relacionada com muitos outros
sistemas de controlo
D. Tenha presente que as simulações apresentadas não incluem todos os aspetos do
equilíbrio ácido-base, como, por exemplo, a desidratação, os níveis de potássio,
o papel do sistema hormonal nos processos de retenção e excreção de H+ e Na+
e as diferentes afinidades da hemoglobina para o H+ tendo em conta as
diferentes pressões do O2.
1. A partir de C:\> entre no directório cd fisiolog e pressione em ENTER. Escreva
agora cd acbas e pressione em ENTER. Escreva menu e pressione em ENTER.
Neste momento está dentro do programa com a imagem do menu principal
Fisiologia Ácido-Base
A – Alterações e compensações no diagrama de Davenport
B – Respostas dinâmicas a desequilíbrios
C – Referências
D – Regressar ao DOS
1. Carregue na tecla A – Alterações e compensações no diagrama de Davenport
Nesta simulação irá utilizar o Diagrama de Davenport para visualizar disfunções
respiratórias e metabólicas no pH e as possíveis compensações. No programa estes dois
processos ocorrem em sequência, não podendo esquecer-se que, no organismo, eles
ocorrem simultaneamente, sendo que as compensações respiratórias ocorrem de modo
mais rápido que as renais.
95
O diagrama apresentado é composto por:
A. Diagrama de Davenport representado no canto superior direito
B. Valores numéricos instantâneos da PCO2, do Sistema Tampão Básico Total,
Excesso/Défice Básico (BE) e do pH processados através da relação entre a
equação 2) e a equação de Henderson – Hasselbalch representados no canto
superior esquerdo
C. Ações a realizar pelo simulador (canto inferior esquerdo)
O diagrama que se apresenta no ecrã é relativo a Disfunções Respiratórias
(observe o título do quadro do canto inferior esquerdo e o ícone representativo do
sistema respiratório colocado na parte inferior ao centro). Esta situação é utilizada para
alterar a PCO2, simulando um hipo- ou uma hiperventilação. As linhas do diagrama de
Davenport representam o valor do sistema tampão básico total instantâneo (esta
simulação utiliza uma capacidade tamponante total de 32 mmol/l relativamente ao
fluido extracelular, enquanto que no sangue o valor é de 42 mmol/l).
Disfunções Respiratórias
Aumentar a quantidade de CO2 inspirado
Tecla 1
Diminuir a quantidade de CO2 inspirado
Tecla 2
Compensação Renal
Tecla 3
Disfunções Metabólicas
Tecla 4
Apagar linhas do diagrama e normalizar todos
os valores
Tecla 5
Normalizar todos os valores sem apagar linhas
do diagrama de Davenport
Tecla 6
Para gravar os valores e o diagrama
Tecla 7
Para re-obter o material gravado
Tecla 8
Sair para o menu principal
Tecla 9
96
Para mudar para um diagrama relativo a Disfunções Metabólicas pressione a
tecla 4. Agora, o menu do canto inferior direito será o seguinte:
Disfunções Metabólicas
Adicionar HCO3-
Tecla 1
Adicionar H+
Tecla 2
Compensação Respiratória
Tecla 3
Disfunções Respiratórias
Tecla 4
Apagar linhas do diagrama e normalizar todos os valores
Tecla 5
Normalizar todos os valores sem apagar linhas do diagrama de
Davenport
Tecla 6
Para gravar os valores e o diagrama
Tecla 7
Para rebote material gravado
Tecla 8
Sair para o menu principal
Tecla 9
Neste caso, podemos alterar os níveis de H+ e/ou HCO3-, simulando disfunções
metabólicas. As linhas do diagrama de Davenport são denominadas por isobáricas
relativamente ao CO2.
2. Certifique-se que se encontra na situação relativa a disfunções respiratórias e que
todos os valores e o diagrama de Davenport se encontram normalizados (pressione
a tecla 4 se necessário para retomar à situação desejada e prima a tecla 5 se
necessário para normalizar todos os valores e o diagrama).
Acidose Respiratória
Esta simulação corresponde a um indivíduo com a função respiratória diminuída em
que a sua PCO2 tem o valor de 80 mm Hg, o que, por sua vez, provoca hipercápnia
indutora de uma compensação renal.
3. Pressione a tecla 1 até que o valor PCO2 atinja o valor de 80 mm Hg (observe no
topo do diagrama de Davenport). De seguida, pressione a tecla 3 para realizar uma
compensação renal. Guarde os resultados premindo a tecla 7. Faça diminuir os
níveis da PCO2 rapidamente para 40 mm Hg pressionando a tecla 2. Registe e
comente os resultados.
97
4. Pressione a tecla 5 para normalizar o diagrama de Davenport. Retome os resultados
guardados anteriormente pressionando a tecla 8. Diminua a PCO2 pressionando
uma vez a tecla 2, seguida de uma compensação renal (tecla 3). Proceda desta
maneira até que a PCO2 atinja o valor de 40 mm Hg. Registe e comente estes
resultados, comparando-os com os obtidos na alínea anterior
Alcalose Respiratória
Neste caso vamos simular um estado de ansiedade, o qual é suscetível de originar
hiperventilação. Pressione a tecla 5 para normalizar os valores e o diagrama.
5. Diminua a PCO2 por diminuição dos níveis de CO2 pressionando a tecla 2. Registe
e comente o que sucede aos níveis de base (parâmetro Pr-), HCO3- e pH. Pressione a
tecla 3 para efetuar uma compensação renal. Descreva a natureza das alterações
observadas na razão HCO3-/CO2. Qual a capacidade de ação de uma
compensação renal num estado agudo de ansiedade?
6. Mude agora para a situação relativa a disfunções metabólicas e que todos os
valores e o diagrama de Davenport se encontram normalizados (pressione a tecla 4
para entrar na situação desejada e a tecla 5 para normalizar todos os valores e o
diagrama).
Acidose Metabólica
7. Pressione a tecla 2 para adicionar H+ até que o valor de pH seja igual a 7,25 (repare
na equação de Henderson-Hasselbalch). Registe as alterações existentes ao nível do
bicarbonato, das bases (parâmetro Pr-) e da PCO2.
8. Comente as diferenças deste tipo de acidose quando comparada com uma acidose
respiratória.
9. Pressione a tecla 3 para efetuar uma compensação respiratória. Registe e comente as
alterações ocorridas.
98
Alcalose Metabólica
10. Pressione a tecla 5 para normalizar todos os valores e o diagrama de Davenport.
Pressione a tecla 1 para adicionar HCO3- até que o valor de pH seja igual a 7,50
(repare na equação de Hendersson-Hasselbalch).
11. Pressione a tecla 3 para efetuar uma compensação respiratória. Registe os
resultados e comente a natureza da resposta à perda de H+ e da
compensação correspondente.
12. Explique a razão da relativa ineficácia da compensação respiratória num caso de
alcalose metabólica (reveja o que acontece à PCO2 aquando de uma hipoventilação)
Enumere os principais sistemas tampão fisiológicos
Quais as formas de perda e ganho de H+ e HCO3-?
Descreva como ocorre a secreção tubular de H+ e como se processa a reabsorção
de HCO3-
Bibliografia
1. John E. Hall, and Arthur C. Guyton. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology.
Philadelphia, PA: Saunders/Elsevier, 2011
99
BLOCO III
Fisiologia Integrada
100
Aula
Endocrinologia I
10
•
•
•
•
•
Distinguir hormonas lipofílicas de hidrofílicas com base no seu mecanismo e local
de atuação
Reconhecer o papel dos mecanismos de feedback na regulação da síntese hormonal
Identificar e caracterizar do ponto de vista bioquímico as hormonas hipotalâmicas e
hipofisárias
Caracterizar os eixos hipotálamo-hipófise-hormona do
crescimento/prolactina/TSH
Caracterizar a biossíntese e as ações das hormonas tiroideias
O Sistema Endócrino é um dos componentes indispensáveis do processo de adaptação
do organismo humano às mudanças nos meios externo e interno. Esta adaptação é
produzida em resposta a distúrbios identificados por células específicas através da
produção de substâncias químicas denominadas hormonas. São as hormonas que, através
da sua ação específica a nível celular, vão estimular as células-alvo de modo a produzir o
efeito desejado, que, em última análise, será sempre a manutenção da homeostasia.
Este modelo pretende fornecer ao seu utilizador uma visão integrada e dinâmica do
Sistema Endócrino humano e de como é realizada a sua ação, desde a síntese de uma
hormona até à transdução do seu sinal.
Exercícios
1. Abra o simulador Endocrine Cells que se encontra no Ambiente de Trabalho do
Computador. Clique em OK nas duas janelas seguintes.
101
2. No rodapé da Imagem seleccione (com o botão esquerdo do rato) o ícone
e de
seguida selecione o ícone
(última fila, lado direito). Observe a animação –
pretende ilustrar os vários mecanismos de ativação de uma célula endócrina que
determina a secreção hormonal.
3. Quando terminar a demonstração, volte atrás seleccionando o ícone
.Com o botão
esquerdo do “rato” clique sobre o ícone
. A simulação seguinte permite demonstrar
os principais mecanismos de ação hormonal, de acordo com a natureza bioquímica
destas substâncias. Assim, teremos, principalmente:
•
•
Hormonas Lipofílicas, que actuam através de um receptor intracelular, visto
atravessarem facilmente a membrana plasmática (caso das hormonas esteróides)
Hormonas Hidrofílicas, que actuam através de receptores membranares (caso
da insulina)
4. Assista às respectivas demonstrações (Hormonas Lipofílicas e Hormonas Hidrofílicas)
prosseguindo a sequência clicando sobre o
ícone .
5. Clique nas zonas sensíveis Lipophylic Hormones/Intracellular Receptors e
Hydrophilic Hormones/Cell Membrane Receptors para obter uma lista de
hormonas lipofílicas e hidrofílicas.
6. Volte ao Menu Principal e clique na janela Overview. Clique de seguida na zona
sensível releasing hormones. Caracterize as hormonas de libertação
hipotalâmicas sob o ponto de vista bioquímico e diga quais as suas funções
quando alcançam a hipófise anterior.
7. Volte ao Menu Principal e clique na janela Hypothalamus. Use a informação
disponível para responder à seguinte questão:
•
Caracterize o sistema porta-hipofisário e diga qual a sua importância
para o eixo hipotálamo-hipófise
102
8. Volte ao Menu Principal e clique na janela Pituitary Gland que apresenta um
diagrama mais detalhado do sistema hipotálamo-hipófise, com o seu lóbulo anterior e
posterior e a respectiva produção hormonal. Abra as zonas sensíveis relativas às
hormonas da hipófise anterior e da hipófise posterior
9. Volte ao Menu Principal e clique na janela Overview. Clique agora em GH (Growth
Hormone), que lhe permitirá visualizar um diagrama do eixo hipotálamo-hipófisehormona do crescimento. Caracterize este eixo endócrino.
A GH estimula o crescimento somático e o desenvolvimento pós-natal. É ao nível
das crianças que anomalias ao nível desta hormona acarretam malformações e
deficiências alarmantes, como crescimento muito reduzido e maturação sexual tardia. A
massa muscular encontra-se muito diminuída, enquanto que o tecido adiposo vem
aumentado. Ao nível dos adultos, deficiências de GH são muito difíceis de detectar,
visto que as consequências são mínimas, podendo contudo, em situações graves,
conduzir ao envelhecimento precoce por atrofia dos tecidos (Caquexia ou Doença de
Simon). O excesso desta hormona provoca gigantismo nas crianças, enquanto que
nos adultos, devido ao acréscimo de tecido ósseo em determinados locais do esqueleto,
produz alterações marcadas no aspecto do indivíduo, podendo ainda provocar
distúrbios metabólicos graves, como diabetes mellitus. De facto, esta hormona é
diabetogénica, antagonizando o efeito da insulina ao nível do metabolismo de vários
tecidos e órgãos (fígado, tecido adiposo, etc.), para além de possuir uma ação sinérgica
para com o cortisol (ver adiante).
10. Volte ao menu Overview e clique agora sobre TSH, que irá abrir o eixo hipotálamohipófise-tiróide. Poderá agora visualizar um diagrama da ação integrada do efeito da
TRH sobre a libertação das hormonas tiroideias T3 e T4 através da sua ação
estimuladora sobre a libertação de TSH (Tireotropina ou Hormona Estimulante da
Tiróide) pela hipófise. A TSH interage com receptores membranares que, através de
uma via de 2º mensageiro (AMPc), vai actuar a todos os níveis da produção das
hormonas tiroideias, promovendo:
•
•
•
Aumento da entrada de resíduos aminados de tirosina para dentro da célula
Aumento da entrada de iodeto para dentro da célula
Aumento da pinocitose
11. Clique sobre a ilustração da glândula tiróide, por forma a abrir um corte ampliado desta
glândula. A tiróide é responsável pela produção de três hormonas:
• Tiroxina (T4) e a Triiodotironina (T3) ao nível dos folículos tiroideus
• Calcitonina ao nível das células C, ou parafoliculares
Nesta imagem pode visualizar os folículos tiroideus, as células foliculares e as células
parafoliculares.
103
12. Clique sobre as células foliculares, e clique sobre o texto Follicle cells→T3 T4 que
entretanto surgiu. Será direcionado para uma animação relativa à síntese das hormonas
tiroideias. Observe a animação.
13. Clique agora sobre a seta (→) encontrada no final do texto intodutório no topo da
janela onde se encontra. Será direcionado para um diagrama da biossíntese das
hormonas tiroideas T3 e T4.
14. Clique agora sobre a zona sensível que corresponde às estruturas moleculares das
hormonas T3 e T4. A página apresenta agora a ação destas hormonas sobre vários
pontos do corpo humano.
104
15. Volte ao Menu Principal e abra a janela Prolactin.
A Prolactina é uma hormona sintetizada no lóbulo anterior da hipófise, ao nível das
chamadas células mamotróficas, que se encontram em maior número durante a gravidez e a
lactação; a sua síntese e libertação é estimulada pela ação combinada da TRH, da serotonina
e do VIP (Péptido Intestinal Vasoativo) e inibida pela Dopamina, sendo que todos estes
fatores são de natureza hipotalâmica.
A página apresenta um esquema de ação da prolactina. Esta hormona, juntamente com o
estrogénio, progesterona, cortisol e a hormona do crescimento (GH), estimula a
proliferação e a ramificação dos ductos mamários. Antes do parto, a lactação encontra-se
inibida em virtude dos níveis elevados de progesterona e estrogénio, que actuam inibindo
os receptores alveolares da prolactina.
Durante a gravidez, a prolactina induz o desenvolvimento do tecido glandular (alvéolos),
no interior do qual ocorrerá a produção de leite. Após o parto, e visto os níveis de
estrogénio como de progesterona diminuírem nesta altura, os receptores alveolares
encontram-se desimpedidos, podendo a prolactina exercer a sua ação estimulatória ao nível
da produção de proteínas lácteas, como a caseína e a lactoalbumina, ao nível da formação
das enzimas necessárias para a síntese de lactose, o principal açúcar do leite, assim como
exercer o controlo do conteúdo electrolítico do leite. Os níveis elevados de prolactina pósparto são mantidos por sucção do bebé ao nível do mamilo ou por outro tipo de
estimulação mecânica do seio que irão induzir a produção de prolactina ao nível dos
mamótrofos. Esta ação induz ainda a produção de oxitocina pelo hipotálamo, que irá
promover a ejeção do leite por estimulação das células mioepiteliais.
Uma outra ação relevante da prolactina parece estar relacionada com o eixo
reprodutivo. Aparentemente, um excesso de prolactina pode bloquear a síntese e libertação
de LH, inibindo a secreção de gonadotropinas, impedindo, deste modo, a ovulação e a
espermatogénese. No entanto, os efeitos da prolactina na reprodução humana permanecem
incertos.
16. Preencha o quadro abaixo de modo a fazer corresponder a (s) hormona (s) hipofisária
com a hormona hipotalâmica correspondente (Exemplo: a TRH regula a TSH)
Hormonas Hipotalâmicas
TRH
GnRH
CRH
GHRH
AVP (ADH)
Dopamina
Hormonas Hipofisárias
Prolactina
LH
FSH
TSH
ACTH
GH
A
B
C
D
E
F
105
17. Indique, no quadro seguinte, com o sinal “X” o efeito dos seguintes fatores sobre a
produção da hormona TRH:
Aumento da temperatura corporal
Stress
Ingestão de alimentos
Aumenta
Diminui
18. Diga qual o efeito das hormonas foliculares da tiróide sobre os seguintes indicadores e
funções fisiológicos(as) – aumento, diminuição.
Parâmetro
Débito Cardíaco
Ventilação
Mobilização de hidratos de
carbono, proteínas e
lípidos
Consumo de Oxigénio
Taxa metabólica
Dióxido de carbono
Ureia
Massa muscular
Tecido adiposo
Termogénese
Efeito
McGraw-Hill, 2011
106
Aula
11
Endocrinologia II
•
•
•
•
Caracterizar as principais ações do cortisol
Caracterizar as principais ações das hormonas do pâncreas endócrino e a sua expressão
na PTOG
Reconhecer a importância da barreira hematotesticular
Relacionar as variações dos níveis de FSH, LH, estrogénios e progesterona com os
diferentes fenómenos observados ao longo do ciclo menstrual
Exercícios
1. Abra o simulador Endocrine Cells que se encontra no Ambiente de Trabalho do seu
computador. Clique em OK nas duas janelas seguintes para aceder à página Endocrine
System Overview.
Relação CRH – ACTH – Cortisol
(Eixo Hipotálamo-Hipófise-Suprarrenal)
2. Clique sobre ACTH, o que irá abrir uma janela ilustrativa deste eixo endócrino.
Este diagrama apresenta a ação integrada da CRH sobre a libertação de ACTH, que vai
exercer uma ação direta ao nível do córtex da glândula suprarrenal, induzindo a
produção de glucocorticóides (cortisol, em particular) de mineralocorticóides (a
aldosterona), e de androgénios suprarrenais.
A CRH pode ainda exercer várias outras ações ao nível do sistema nervoso central,
como a estimulação da atividade simpática, supressão da função reprodutiva e da
107
atividade sexual, bem como inibição da libertação da GH. A CRH é estimulada por
diversos fatores, como se pode observar no quadro abaixo indicado.
Fatores que estimulam a produção e libertação de CRH
•
•
•
•
Stress (Infeção, Trauma, Anestesia, Cirurgia, Hipoglicémia)
Ciclos sono/vigília
Alimentação
Neurotransmissores (Acetilcolina, Ácido γ-aminobutírico, Serotonina, Noradrenalina)
A ação indutora da ACTH no córtex suprarrenal é realizada a muitos níveis. Assim, a
ACTH promove a captação de colesterol pela célula e a sua transferência para próximo
das mitocôndrias (o colesterol é o precursor comum das hormonas produzidas nesta
área desta glândula), aumentando ainda os índices de transcrição do sistema citocromo
P450, que participa ativamente na síntese das hormonas acima citadas
(glucocorticóides, mineralocorticóides e de androgénios suprarrenais).
3. Regresse à janela anterior – Endocrine System Overview e clique sobre a glândula
suprarrenal, o que irá fazer surgir uma janela intitulada The Adrenal Cortex. Na
imagem está agora apresentado um diagrama detalhado das três zonas que compõem o
córtex suprarrenal:
• Zona Glomerulosa: responsável pela produção dos mineralocorticóides
• Zona Fasciculada: responsável pela produção dos glucocorticóides
• Zona Reticular: que é responsável pela produção dos androgénios suprarrenais
108
4. Selecione a zona Glomerulosa - surgirá no ecrã um pequeno resumo do processo de
síntese da aldosterona. Pressione o botão direito do rato para regressar à imagem
inicial. Proceda de igual modo para as zonas Fasciculada e Reticular.
5. Regresse à janela Endocrine System Overview e clique sobre a palavra Cortisol, que
irá abrir uma janela com a esquematização das diversas ações do cortisol. Clique sobre
cada órgão evidenciado na figura para expandir uma janela explicativa das ações do
cortisol nesse órgão.
Não se conhece ainda claramente o modo de atuação do cortisol no organismo, visto
que não atua diretamente sobre os sistemas. O termo permissivo é usualmente
empregue para descrever as suas ações, pois o cortisol não parece iniciar, mas antes
“criar condições para...”, ou potenciar a ocorrência de processos importantes (e.g.: o
cortisol não estimula diretamente a glicogenólise, mas potencia-a indiretamente através
do glucagon).
O efeito global mais importante do cortisol ocorre ao nível do metabolismo. Assim, o
cortisol estimula a mobilização de aminoácidos das reservas musculares e a sua
conversão em glucose. Esta é preferencialmente armazenada sob a forma de glicogénio.
No entanto, o cortisol não possui um sinergismo com a insulina, antes pelo contrário.
Pese embora o facto de ambos favorecerem o armazenamento de glucose sob a forma
de glicogénio hepático, através do aumento da atividade da enzima glicogénio sintetase,
o cortisol favorece a libertação de glucose pelo fígado, devido ao aumento que induz na
expressão da glucose-6-fosfatase, ao contrário da insulina.
O cortisol também inibe a captação de glucose estimulada pela insulina no músculo e
tecido adiposo. A este nível, o cortisol facilita ainda o armazenamento da gordura em
locais selecionados do tecido adiposo, mas também facilita a libertação de ácidos
gordos livres noutros locais.
Assim, o cortisol pode ser caracterizado como uma hormona com efeito:
•
•
•
Catabólico
Anti-anabólico
Diabetogénico
A nível imunitário, o cortisol exerce um efeito de inibição de todas as etapas da resposta à
lesão tecidual. Os mecanismos através dos quais o cortisol produz tais efeitos podem ser
caracterizados através dos seguintes exemplos:
•
•
•
•
Indução de uma fosfoproteína, a lipocortina, que inibe a fosfolipase A2, o que
provoca uma diminuição da produção de certos mediadores de resposta
inflamatória
Diminuição da produção e secreção de interleucinas, bloqueando toda a cascata da
imunidade celular
Estabilização de lisossomas, impedindo a degradação de substâncias estranhas
Diminuição do recrutamento de leucócitos
109
Como se pode constatar, embora o cortisol seja essencial à vida, a sua ação pode também
provocar uma situação de imunodeficiência. Para explicar este paradoxo, foi sugerida a
possível necessidade de níveis permissivos mais baixos de cortisol para as respostas iniciais
do indivíduo ao stress, ocorrendo, posteriormente, a secreção de níveis mais elevados desta
hormona para limitar as reações celulares e tecidulares, de modo a que elas não produzam
lesões graves no indivíduo.
Resumindo, o cortisol desempenha um papel importante ao nível de:
•
•
•
Metabolismo dos hidratos de carbono, lípidos, proteínas e tecido ósseo
Regulação da função imunitária, circulatória e renal
Crescimento e desenvolvimento e atividade do SNC
6. Diga qual o efeito do cortisol sobre os seguintes funções fisiológicas –
aumenta/diminui:
Parâmetro
Pressão arterial
Força de contração cardíaca
Taxa de Filtração Glomerular
Secreção de interleucina-2 pelos linfócitos T
Produção de anticorpos pelos linfócitos B
Mobilização, circulação e transporte de linfócitos T
Síntese de prostaglandinas
Produção de colagénio
Calcémia
Glicémia
Ação da ADH
Relação Sono/Vigília
Febre
Obesidade da face e de tronco
Obesidade dos membros (superiores e inferiores)
Líbido
Memória
110
Efeito
Função Reprodutora
As gónadas (ovário e testículo) são compostas por duas partes anatómica e funcionalmente
distintas. Uma parte é constituída pela linhagem de células germinativas em
desenvolvimento, protegidas da exposição aos constituintes do plasma e líquido intersticial
por barreiras especializadas. No ovário, é o folículo que protege a célula germinativa do
plasma e líquido intersticial, enquanto que nos testículos essa função é levada a cabo pelo
túbulo espermatogénico ou seminífero. A outra parte é constituída por células
endócrinas circundantes que segregam diferentes tipos de hormonas e outros produtos
indispensáveis ao desenvolvimento pleno das células germinativas.
Existem dois tipos distintos de células endócrinas ao nível das gônadas. Assim, as células
imediatamente adjacentes às células germinativas são denominadas células granulosas no
ovário, e células de Sertoli no testículo. As células mais distantes e separadas das células
germinativas por uma membrana basal são denominadas de células tecais ou intersticiais
no ovário e células de Leydig no testículo.
Cada uma destas células produz um tipo de hormona característico possuidor de uma
função específica ao nível da maturação das células germinativas. Assim, além das
hormonas esteróides (estradiol e progesterona, mais importantes no sexo feminino e
testosterona no sexo masculino), estas células produzem ainda outras hormonas proteicas,
como a inibina, activina, folistatina, etc. Todas estas hormonas possuem diversos
mecanismos de atuação. Se o mecanismo for parácrino ou autócrino, elas estimulam o
desenvolvimento das células germinativas. Se a sua ação for endócrina, estas hormonas:
•
Estimulam o desenvolvimento e a função dos órgãos sexuais secundários,
essenciais para a manutenção e o transporte dos óvulos e espermatozoides até ao
local de fecundação
•
Regulam a secreção das hormonas hipotalâmicas-hipofisárias essenciais à função
gonadal
•
Modificam a forma somática e certas funções fisiológicas em cada sexo
•
Mantém o produto da conceção na fase inicial da gestação no sexo feminino
111
Eixo Hipotalâmico-Hipofisário-Gonodal
6. De novo na janela Endocrine System Overview clique sobre as hormonas FSH e
LH. Irá então visualizar um diagrama da ação integrada da GnRH sobre as hormonas
gonodais (estrogénio e progesterona, a nível dos ovários e testosterona a nível dos
testículos), após a indução da libertação das gonadotropinas da hipófise anterior LH
(Hormona Luteinizante) e FSH (Hormona Foliculo-Estimulante).
A libertação de GnRH nos adultos é usualmente processada de uma forma pulsátil,
obedecendo a um padrão geral (os homens apresentam 8 a 10 pulsos diários, enquanto
que nas mulheres a frequência e periodicidade dos pulsos variam com o ciclo
menstrual). Esta libertação pode ser influenciada por diversas áreas do cérebro.
Estímulos de natureza dopaminérgica e endorfinérgica vão inibir a sua libertação,
enquanto que estímulos noradrenérgicos estimulam a sua libertação.
A LH estimula primariamente as células intersticiais de Leydig, induzindo a síntese e
secreção de androgénios e, em menor grau, de estrogénios. A LH estimula as células
granulosas durante o ciclo feminino, mas apenas quando estas se expressam para o
recetor da LH. A LH possui ainda uma ação análoga da ACTH, induzindo a síntese de
hormonas esteróides. O aspeto mais relevante a este nível é que a LH aumenta
particularmente a formação de uma enzima específica da síntese de testosterona,
elevando desta forma os níveis desta hormona.
A FSH estimula a secreção de estrogénios pelas células granulosas e de Sertoli e
aumenta a sensibilidade dos recetores da LH, potenciando a sua ação. A FSH induz
ainda a libertação de inibina e de outras hormonas gonadais proteicas. Uma outra ação
que esta hormona possui é a capacidade de induzir a replicação do gene de uma enzima
limitante na síntese do estradiol, a aromatase.
O eixo Hipotalâmico-Hipofisário-Gonadal apresenta diversas alterações durante a vida
do indivíduo.
A. Padrão intrauterino e infantil
Durante o período compreendido entre as 10 a 12 semanas de gestação já é possível
identificar a GnRH ao nível do hipotálamo fetal e a LH e FSH na hipófise. Durante a
segunda metade de gestação ocorre um pico de concentração das hormonas
gonadotrópicas no plasma fetal. Estas concentrações diminuem radicalmente no feto, no
período anterior ao parto, para aumentarem transitoriamente nos primeiros dois meses de
vida extrauterina. A partir deste período, e durante toda a infância, ambas as
gonadotrofinas são segregadas a níveis muito baixos.
112
B. Puberdade
A transição do estado não-reprodutivo para o estado reprodutivo que ocorre durante esta
fase, requer a maturação de todo o eixo Hipotalâmico-Hipofisário-Gonodal. Até aos 10
anos de vida, os mecanismos de feedback negativo estão inoperantes ou a hipófise está
extremamente sensível à ação da testosterona, estradiol e inibina. Assim, um dos processos
que devem ocorrem nesta fase é a maturação gradual dos neurónios hipotalâmicos,
aumentando-se o nível de GnRH e de LH e FSH. Deste modo, durante a puberdade
origina-se um padrão pulsátil de secreção de LH e FSH que evolui até ao estado adulto.
Reprodução Masculina
7. Na janela Endocrine System Overview clique na imagem do testículo.
O testículo é o local onde se processa todo o processo da espermatogénese. Estes
encontram-se no escroto, onde são mantidos abaixo da temperatura corporal. Os túbulos
espermatogénicos constituem cerca de 80% dos testículos, sendo que os restantes 20% são
constituídos por tecido conjuntivo que contém as células de Leydig. A estrutura dos
túbulos seminíferos é apresentada esquematicamente na Figura 2.
8. Com o botão esquerdo do rato selecione o campo seminiferous tubules. Ser-lhe-á
apresentado um corte ampliado do testículo, onde podem visualizar-se os túbulos
seminíferos rodeados por tecido conjuntivo onde se situam as células de Leydig.Com o
botão esquerdo do “rato” selecione a zona A da figura 2. Poderá agora observar um
corte transversal de um túbulo seminífero, onde se visualizam as células de Leydig (L),
a membrana basal, as células de Sertoli (S) e as células germinativas.
113
Cada túbulo é delimitado por uma membrana basal que os separam dos vasos
sanguíneos e das células de Leydig. Abaixo dessa membrana encontram-se as células de
Sertoli e as células germinativas. As células de Sertoli possuem um papel nutritivo e
mecânico na espermatogénese. Esta ação mecânica é muito importante, visto que as células
de Sertoli formam uma barreira sangue-testículo, impedindo a passagem de substâncias
circulantes nocivas para o líquido intersticial que banha as células germinativas em
maturação e para o líquido tubular. Por outro lado, os produtos dos estádios terminais da
espermatogénese não podem afectar os estádios iniciais ou difundir-se para a corrente
sanguínea, onde poderiam originar situações de autoimunidade. Este impedimento é devido
ao facto do citoplasma das células de Sertoli possuírem prolongamentos especiais que se
fundem em junções fechadas, criando vários compartimentos entre a membrana basal e o
lúmen. Estas células são ainda responsáveis pela secreção de estradiol e fatores proteicos.
As células de Leydig são as responsáveis pela síntese do mais importante androgénio
(hormona masculinizante) da espécie humana - a testosterona.
Testosterona
9. Clique sobre as células de Leydig, assinaladas a cor rosa. Clique agora sobre a palavra
testosterone.
Estamos agora perante uma esquematização da ação da testosterona no organismo
humano. A metade inferior apresenta um diagrama da relação da testosterona com outras
hormonas, assim como as suas ações no feto masculino e no homem. A metade superior
apresenta um diagrama da relação dos androgénios suprarrenais com outras hormonas,
assim como as suas ações na mulher.
A testosterona é a hormona esteróide mais importante no homem. Esta hormona
exerce diversas ações a nível da diferenciação e desenvolvimento de tecidos nos indivíduos
do sexo masculino. A testosterona é metabolizada em muitos tecidos a diferentes produtos.
Esta reação é necessária, por exemplo, para a inibição da LH. A nível da hipófise, a
testosterona sofre uma aromatização, passando a estradiol, sendo este que vai exercer um
efeito de feedback negativo sobre a LH.
Caracteristicamente, as ações da testosterona são principalmente mediadas pela
DHT (dihidrotestosterona) formada nos órgãos-alvo através da ação da enzima 5α-redutase
presente nesses tecidos. É esse o androgénio essencial para a diferenciação fetal do pénis,
escroto, uretra peniana e próstata (na puberdade, promove o crescimento do escroto e da
próstata e a estimulação das secreções prostáticas), sendo ainda responsável pela
estimulação dos folículos pilosos, produzindo o crescimento característico da barba, dos
pelos púbicos e a recessão da linha de implantação dos cabelos na região temporal, e ainda
pelo crescimento das glândulas sebáceas e a produção de sebo.
114
Em conjunto (sinergicamente) a testosterona e o DHT são co-responsáveis pelo
crescimento do pénis, das vesículas seminíferas, bem como da secreção destas últimas,
participando ambos nos processos de espermatogénese.
A testosterona potencia ainda os efeitos da GH (embora através da sua
metabolização a estradiol) e provoca o aumento da massa muscular no sexo masculino. Por
fim, promove o aumento da laringe, originando o espessamento das cordas vocais, o que
torna a voz caracteristicamente mais grave no sexo masculino (note que a voz mais aguda
da mulher se deve ao facto de a laringe manter no estado adulto com dimensão análoga à
laringe pré-púbere).
Os androgénios em geral aumentam o número de eritrócitos, a massa muscular, os
níveis de tecido adiposo na parte superior do corpo, regulam negativamente a síntese
hepática de muitas proteínas de ligação a hormonas e aumentam os índices de lipoproteínas
de densidade muito baixa (LDL), diminuindo as de densidade muito alta (HLD). Esta
última ação pode ser responsável pelo maior risco de coronariopatias no homem. Por outro
lado, os androgénios criam uma maior massa corporal no homem, constituindo,
aparentemente, um fator protetor da osteoporose.
No sexo feminino, não existe produção direta de testosterona. Esta é formada
através da conversão dos androgénio suprarrenais (DHEA) produzidos ao nível da zona
reticular do córtex da suprarrenal, que são convertidos ao androgénio ativo testosterona,
visto que esses androgénios possuem uma atividade androgénica muito fraca (exceto se em
hipersecreção). Como foi referido para o caso da regulação do cortisol, a ACTH é também
determinante para a produção androgénios suprarrenais. Nos indivíduos do sexo
masculino, esta fonte não é significativa, mas no sexo feminino apresenta-se como a
principal fonte de androgénios existente no organismo.
Puberdade masculina
Existem muitas diferenças entre a puberdade masculina e feminina.
O aumento da dimensão testicular constitui o primeiro sinal da puberdade, que
ocorre por volta dos 10 ou 11 anos de idade. Este aumento reflete principalmente um
aumento do volume dos túbulos espermatogénicos, o qual é precedido de ligeiras
flutuações dos índices de FSH. As células de Leydig aparecem e a secreção de testosterona
aumenta com a elevação dos níveis de LH. Este aumento de testosterona promove o
surgimento dos pelos púbicos, o pénis aumenta e o indivíduo atinge a sua velocidade
máxima de crescimento linear. Por volta dos 13 anos inicia-se a produção de esperma. Em
cerca de 1/3 dos jovens do sexo masculino, verifica-se uma estimulação transitória do
tecido mamário, refletindo, provavelmente, um aumento nos níveis de estradiol. À medida
que os índices de testosterona se vão tornando dominantes, ocorre a regressão do tecido
mamário.
115
No que respeita ao controlo da espermatogénese os mecanismos envolvidos não
são ainda totalmente conhecidos. Pensa-se que poderão ocorrer múltiplos processos
autócrinos e parácrinos mal identificados, que participarão na regulação deste processo. A
FSH, a LH, a testosterona e o estradiol estão, possivelmente, coordenados nesta atividade
(a supressão experimental da FSH e LH provoca uma paragem quase por completo da
espermatogénese). A FSH parece ser mais importante numa primeira fase da
espermatogénese, enquanto que a LH possui uma atividade mais de manutenção.
O término da longa profase dos espermatócitos primários quiescentes (formados
ainda durante o desenvolvimento fetal) só acontece quando existem concentrações
intratesticulares muito elevadas de testosterona. Essas concentrações são produzidas pela
ação específica da LH sobre as células de Leydig. A prolactina parece possuir uma ação
potenciadora desta função.
Não se conhece ainda todo o processo de regulação das células de Sertoli (a função
destas células até à puberdade permanece desconhecida). Durante a puberdade, estas
células alteram a sua morfologia, ao nível do núcleo, tamanho, ramificações, forma,
modificam a sua atividade mitocondrial, alteram as suas concentrações lipídicas, de
glicogénio e de certas enzimas. A FSH induz as células de Sertoli a produzirem estradiol a
partir da testosterona produzida nas células de Leydig e de uma proteína de ligação aos
androgénios, que exibe alta afinidade para a testosterona, DHT e estradiol. Esta proteína
parece permitir que estas hormonas não sejam reabsorvidas ao nível do epidídimio,
garantindo a sua disponibilidade para os espermatozóides. A transferrina (uma globulina de
ligação ao ferro) e péptidos semelhantes ao GnRH são também produzidos e excretados
para o lúmen.
Existem inúmeros mecanismos de feedback entre produtos das células de Sertoli e
Leydig. Assim, a FSH estimula a produção de inibina e estradiol nas células de Sertoli; no
entanto, a inibina inibe a produção de estradiol. A testosterona produzida nas células de
Leydig estimula a secreção de inibina nas células de Sertoli, enquanto que a activina
proveniente destas células inibe a produção de testosterona. Toda esta regulação deve ser
de algum modo coordenada para produzir um balanço ótimo de modo a favorecer a
espermatogénese.
Reprodução Feminina
10. Entre no Menu Principal do simulador e selecione a janela Menstrual Cycle.
O simulador apresenta um diagrama do ciclo sexual feminino, esquematizando a relação
temporal entre a oogénese (dividida nas suas diferentes fases), os índices de várias hormonas que
participam na sua regulação e as alterações de dimensão que ocorrem ao nível do endométrio.
As fases que constituem este ciclo serão agora caracterizadas separadamente – para tal
expanda os campos a negrito com os nomes de cada uma das fases.
116
1. Fase Folicular
O diagrama representa esta fase, sendo possível abordar os diferentes componentes que a
caracterizam. Selecione o campo granulosa cells para poder visualizar um diagrama do
desenvolvimento folicular, o qual compreende 3 fases:
• Folículo primordial - consiste num ovócito rodeado por uma camada de células
fusiformes precursoras das células granulosas. Exteriormente, forma-se a lâmina basal
• Folículo primário - ocorre a multiplicação das células granulosas já diferenciadas,
responsáveis pela secreção de um polissacarídeo que irá formar a zona pelúcida. Esta
zona fornece nutrientes e sinais hormonais ao ovócito em maturação
• Folículo de Graaf - ocorre a mobilização de uma camada de células exteriores à lâmina
basal, que vão ser as precursoras das células intersticiais Estas vão dar origem à teca
interna e externa. As células granulosas começam a produzir um líquido que é libertado
para o seio dessas células, de modo a formar o antro. Estamos perante o maior
desenvolvimento folicular.
2. Fase Ovulatória
Observe os acontecimentos presentes no esquema. A ovulação ocorre por volta do
14.º dia do ciclo menstrual da mulher. Esta coincide com um pico acentuado das hormonas LH
e FSH que é originado pelo efeito de feedback positivo provocado pelo estradiol. Os índices de
estradiol começam a aumentar e atingem um máximo que terá de ser mantido pelo menos
durante os dois anteriores. A LH aumenta a produção do líquido antral, que vai promover a
dilatação do folículo e que origina a compressão do óvulo através da parede folicular e do
folículo através da parede do ovário. A LH induz ainda uma atividade enzimática ao nível da
parede do ovário, de modo a facilitar o rompimento desta e a passagem do óvulo.
3. Fase Luteínica
Observe os acontecimentos presentes no esquema. Após a ovulação, as células
granulosas alteram a sua morfologia. Estas células sofrem hipertrofia e formam cordões, as suas
mitocôndrias desenvolvem-se, ocorre a diminuição do retículo endoplasmático, e surgem
numerosas gotículas lipídicas no citoplasma. A este processo dá-se o nome de luteinização, em
que ocorre a formação do corpo lúteo. As células intersticiais não sofrem uma luteinização tão
pronunciada, mantendo-se à superfície do corpo lúteo dispostas em pregas. O corpo lúteo
regride após 14 dias se não ocorrer a fertilização.
A formação do corpo lúteo está sob controlo hormonal. É o surto ovulatório de
LH que estimula a luteinização das células granulosas. Subsequentemente, a LH mantém
elevada a produção de progesterona através do corpo lúteo. Se os níveis decrescentes de
LH no final da fase luteínica não forem substituídos pela hormona placentária equivalente,
a gonadotropina coriónica humana, ocorre a regressão do corpo lúteo. Os amplos picos
luteínicos de progesterona e estradiol, reforçados pela inibina, exercem uma ação de
feedback negativo sobre as hormonas gonadotrópicas. Com a diminuição destas hormonas,
117
está assegurada a regressão se não ocorrer a fertilização. A luteólise processa-se
rapidamente, sendo mediada por prostaglandinas locais. A diminuição da secreção de
progesterona e estradiol pelo corpo lúteo faz com que o efeito de feedback negativo não
ocorra, o que permite a libertação de FSH para o início de um novo ciclo.
Estradiol
11. Volte à janela Menstrual Cycle e clique em Estrogen. O programa mostra agora um
diagrama esquematizando os processos de controlo e ações do estradiol.
O estradiol é uma hormona esteróide formada através da aromatização dos androgénios.
No processo de síntese do estradiol o precursor parece ser sempre a androstenodiona, que
se julga ser um intermediário da conversão da DHEA em testosterona. Esta conversão
parece ser estimulada pela LH, embora este mecanismo ainda não seja totalmente
conhecido.
Nos indivíduos do sexo feminino o estradiol, juntamente com a progesterona,
apresenta-se como a hormona sexual mais importante. Ele participa no desenvolvimento
do indivíduo a diversos níveis e no desenvolvimento das células germinativas.
Progesterona
12. Volte à janela Menstrual Cycle e clique em Progesterone. O programa mostra agora
um diagrama esquematizando os processos de controlo e ações da progesterona.
A progesterona é uma hormona esteróide que, como tal, pode ser transformada através de
diversas reações enzimáticas em outras hormonas esteróides (e.g. aldosterona, cortisol).
Como vimos anteriormente, a progesterona é produzida preferencialmente ao nível do
corpo lúteo. Os seus índices são extremamente baixos até à ovulação e formação do corpo
lúteo. Desde o início da fase luteínica e durante o seu decorrer os índices de progesterona
aumentam gradualmente. Esta libertação está dependente dos índices de LH circulantes.
Durante a gravidez é a placenta a principal responsável pela produção desta hormona.
118
Prova de Tolerância Oral à Glucose (PTOG)
A prova de tolerância oral à glucose (PTOG) é utilizada no diagnóstico, principalmente
quando os níveis de glicemia são ambíguos, durante gravidez, ou em estudos
epidemiológicos. A PTGO deve ser realizada de manhã, após pelo menos 3 dias de regime
alimentar não restritivo (superior a 150 g de hidratos de carbono por dia) e atividade física
habitual.
Evidências recentes sugerem que uma refeição com um razoável conteúdo de
hidratos de carbono (30-50 g) deve ser consumida na noite anterior ao teste que deve ser
precedido de jejum de 8-12 horas, podendo beber-se água. Durante o teste não é
permitido fumar. Deve ser registada a presença de fatores que possam influenciar
interpretação dos resultados (ex. medicação, inatividade, infeções, etc.).
Após colheita em jejum de uma amostra de sangue, o doente deverá beber uma
solução de 75 g de glucose anidra ou 82.5 g de glucose mono-hidratada (ou hidrolisados
parciais de amido com um conteúdo equivalente de hidratos de carbono) em 250-300 mL
de água durante um período de 5 minutos. Para as crianças, a quantidade de glucose deve
ser de 1.75 g por kg de peso corporal, até um máximo de 75 g de glucose. A contagem do
tempo é efectuada a partir do momento em que se começa beber esta solução. Devem ser
recolhidas amostras sanguíneas ao fim de 2 horas da sua ingestão.
Salvo se a concentração da glucose possa ser determinada imediatamente, a
amostra sanguínea deve ser recolhida num tubo contendo fluoreto de sódio (6 mg por mL
de sangue total) e centrifugado imediatamente para separação do plasma, o qual deve ser
congelado até que a concentração da glucose possa ser determinada. Para interpretação
dos resultados, consulte o quadro abaixo.
Procedimento
1. Realizar a punção capilar de valor basal
2. Ingerir a glucose 75 g em 200-300 mL de água
3. Fazer medições da glicémia aos 30 minutos, 1 h, 1h30 e 2 h
Interpretação de Resultados
•
•
•
•
•
•
Diabetes Mellitus
Anomalia a Tolerância à Glucose
Anomalia da Glicemia em jejum
119
Em jejum >126 mg/gl
Após 2 h >200 mg/dl
Em jejum < 126 mg/gl
Após 2 h >140 e <200 mg/dl
Em jejum >110 e < 126 mg/gl
Após 2 h <140 mg/dl
Colesterol
É um lípido indispensável ao crescimento do organismo quaisquer que sejam as
células que necessitem regenerar-se, substituir-se ou desenvolver-se; no entanto, os valores
elevados são prejudiciais à saúde. O colesterol provém de algumas gorduras alimentares
que ingerimos e forma-se no fígado que, por vezes, o fabrica exageradamente. No sangue,
doseiam-se essencialmente três formas lipoproteícas – o colesterol total, o colesterol HDL
e o colesterol LDL.
Valores de referência
•
Colesterol total: igual ou inferior a 190 mg/dL
•
Colesterol HDL: sempre superior a 35 mg/dL; constitui fator de risco quando inferior
a 35; o exercício físico aumenta os seus níveis sanguíneos.
•
Colesterol LDL: o seu valor ideal deve ser abaixo de 130 mg/dL
Triglicéridos
Mistura de lípidos que é ingeridos na dieta alimentar ou formados a partir de hidratos de
carbono que, ao estarem elevados no organismo, se podem transformar nesta gordura.
Quimicamente são ésteres derivados do glicerol e de três ácidos gordos. Há uma grande
variedade de triglicéridos, atendendo à sua composição química (nomeadamente ao grau de
insaturação dos ácidos gordos).
Valores de referência
•
Ideal: Inferior a 150 mg/dL
McGraw-Hill, 2011
120
Aula
Fisiologia da Integração
12
•
Caracterizar os diferentes tipos de respostas compensatórias em situações de:
o Hemorragia – caracterizar as fases de compensação (rápida, médio prazo e de
longo prazo) e os mecanismos pelos quais operam (cardíacos, vasculares,
renais)
o Fome – identificar quais as principais hormonas que intervêm neste processo e
caracterizar as suas ações no metabolismo
As regulações homeostáticas ocorrem devido à integração de vários mecanismos
fisiológicos que concorrem para trazer equilíbrio ao organismo após um estímulo inicial. A
presente aula serve para demonstrar alguns mecanismos homeostáticos relevantes e a forma
como se processa a integração fisiológica dos vários sistemas do organismo.
O presente simulador permite ao utilizador alterar diversas variáveis fisiológicas de um
indivíduo bem como variáveis ambientais por forma a provocar um desiquilíbrio homeostático,
evidenciando de forma interativa os diversos mecanismos compensatórios que entram em ação
para o reverter.
Exercícios
1. Abra o ícone do simulador QCP 2005, que se encontra no Ambiente de Trabalho do
seu computador.
2. Carregue no separador View no cimo da janela e certifique-se que os itens Clinical
Buttons, Basic Physiology, Organ Details e Nephron Details estão selecionados:
121
3. Procure, clicando nos vários botões do simulador, as variáveis fisiológicas indicadas na
tabela. Preencha a tabela abaixo para a coluna correspondente ao tempo 12:00 AM, ou
seja, antes de ser provocado qualquer desequilíbrio. Note que, por definição, as
simulações iniciam-se sempre às 12:00 AM (meia-noite) do dia 1:
4. Clique
no
botão e escolha a opção Control. De seguida clique em Switch
on, o que irá ativar uma rotina diária pré-definida para o indivíduo – para a consultar
escolha a opção Schedule. Não faça alterações à rotina do indivíduo. Note, ainda, que
às 12:00 AM (meia-noite) o indivíduo se encontra a dormir.
5. Clique no separador Go no cimo da página e clique em 6 Hours para ativar as
alterações que definiu e avançar o tempo em 6 horas. Neste momento, 6:00 AM, o
indivíduo já se encontra no estado de vigília, mas em repouso. Registe os valores na
coluna correspondente da tabela (6:00 AM).
6. Clique no botão
– selecione a opção Blood volume. No modo Switch clique
no botão On
para criar uma hemorragia – defina os parâmetros Volume
para 800 (mL) e Timespan para 10 (min). Deste modo o indivíduo perderá 800 mL de
sangue em 10 min, a uma velocidade de 80 mL/min.
7. Clique no separador Go no cimo da página e clique em 10 min para ativar as alterações
que definiu e avançar o tempo em 10 minutos. Registe os novos valores na coluna
correspondente da tabela (6:10 AM).
8. Clique no separador Go e clique em To Next Hour para avançar o tempo para as 7:00
AM. Registe os novos valores na coluna correspondente da tabela (7:00 AM).
9. Responda agora às seguintes questões:
o A que se deve o aumento da frequência cardíaca?
o A que se deve a diminuição brusca da taxa de excreção urinária de
sódio? Quais os mecanismos fisiológicos que produziram essa
diminuição?
122
o Prevê alguma alteração na concentração plasmática de eritropoietina?
Justifique.
I.
Ícone
Comando
Simulação de Hemorragia
Parâmetro
6 AM
Blood volume (Total) (mL)
Blood Volume
Blood
Chemistry
Hematocrit (%)
Plasma Renin Activity (nG AI/mL)/h
Arterial Pressure (mmHg)
Cardiac Output (Flow) (mL/Min)
Stroke Volume (mL)
Flow
Autonomic
Efferents
Urine
Brain Circulation
Heart Rate (Bat/Min)
Sympathetic Ganglia (General firing
rate) (Hz)
Urine excretion rates (Na+) (mL/Min)
Blood flow (mL/Min)
123
6:10 AM
7:00 AM
II.
Simulação do estado de Fome
Este exercício demonstra a resposta metabólica à completa ausência de aporte calórico. Se
o substrato metabólico não provém da alimentação de onde provirá?
10. Pressione Restart para estabelecer as condições iniciais.
11. Clique no botão
e escolha a opção Control. De seguida clique em Switch on.
Clique agora na
opção Schedule e altere a rotina do indivíduo de modo a
substituir os períodos de atividade (Work) por períodos de repouso (Rest):
12. Clique no separador Go no cimo da página e clique em 6 Hours para ativar as
alterações que definiu e avançar o tempo em 6 horas. Neste momento, 6:00 AM, o
indivíduo já se encontra no estado de vigília, mas em repouso. Registe os valores na
coluna correspondente da tabela (6:00 AM Day 1).
13. Clique sobre o ícone
e defina o aporte de hidratos de carbono (Carbo’s), lípidos
(Fat) e proteínas (Protein) para 0 kcal/dia.
14. Clique no separador Go no cimo da página e clique em 1 Day para ativar as alterações
que definiu e avançar o tempo em 1 dia. Registe os novos valores na coluna
correspondente da tabela (6:00 AM Day 2).
124
Ícone
Comando
Parâmetro
Liver glycogen mass (g)
Glucose/Glycogen
Adipose Tissue Mass (g)
Cell Protein Mass (g)
Plasma [Glucose] (mg/dL)
Glucose
Brain Glucose Use (mg/min)
Skeletal Muscle Glucose Use (mg/min)
Plasma [Ketoacids] (mg/dL)
Ketoacids
Brain Ketoacid Delivery (mg/min)
Skeletal Muscle FFA use (mg/min)
Fatty acids
Plasma [Insulin] (μU/mL)
Plasma [Glucagon] (pg/mL)
125
6:00 AM
Day 1
6:00 AM
Day 2
•
Durante as 24H desta simulação, quais foram as principais alterações
metabólicas que encontrou? Como as justifica?
•
Dê exemplos de hormonas que aumentem a Taxa Metabólica.
•
O que entende por Quociente Respiratório (QR)? Como prevê que se altere
numa situação de ausência de aporte calórico? Justifique.
•
O que são corpos cetónicos? Como são produzidos e em que circunstâncias?
•
Se a ausência de aporte calórico se mantiver, como prevê que se altere o pH
sanguíneo? Justifique.
1. Robert M. Berne. Physiology. 5th ed. St. Louis: Mosby, 2004.
126

Tutorial 2015-16 - Plataforma de e

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