Introdução à Fisiologia - Homeostase

Capítulo 1 - Organização Funcional do Corpo Humano e Controle do meio interno

Livro: Tratado de Fisiologia Médica - Guyton e Hall

O objetivo da Fisiologia é explicar os fatores físicos e químicos que são responsáveis pela origem, pelo desenvolvimento e pela progressão da vida.

• Fisiologia Humana: tenta explicar as características e os mecanismos específicos do corpo humano que fazem dele um ser vivo.

O próprio fato de nos mantermos vivos é o resultado de complexos sistemas de controle, por exemplo a fome, que nos faz buscar alimento ou mesmo o medo, que nos faz buscar proteção.

Esses atributos especiais junto ao fato de possuirmos um cérebro que nos permite sentir, pensar e gerar uma cultura, possibilita que sobrevivamos sob as condições mais amplas e adversas.

- Células: 

A célula é a unidade viva básica do organismo. 

Cada órgão é um agregado de muitas células diferentes, mantidas unidas por estruturas de suporte intercelular (entre as células).

Cada tipo de célula é especialmente adaptado para realizar uma ou mais funções específicas. 

Como exemplo temos as hemácias (25 trilhões em nosso corpo), que transportam o oxigênio em suas hemoglobinas. E os hepatócitos, que possuem enzimas para metabolizar substâncias das mais variadas que ingerimos, tanto as vindas da alimentação como os fármacos.

Neurônio, exemplo de célula - Plantando Ciência

Possuímos, no total, cerca de 100 trilhões de células em nosso corpo, que, apesar de todas as diferenças em relação à morfologia e função, possuem mecanismos de funcionamento muito parecidos:

• Todas possuem o oxigênio como fonte de energia para a respiração celular;
• Mecanismos químicos que transformam os nutrientes em energia são basicamente os mesmos, ou seja, funcionam com os mesmos substratos;
• Todas liberam produtos finais de suas reações químicas (excretas) no líquido que as banham (gás carbônico, ureia, ácido úrico).

- Líquido Extracelular: "o meio interno"

Cerca de 60%-70% do corpo humano adulto é composto por líquidos (principalmente água). Embora 2/3 (dois terços) desse líquido esteja dentro das células (líquido intracelular - LIC), 1/3 (um terço) restante se encontra no espaço fora das células, é o chamado Líquido Extracelular (LEC).

O Líquido Extracelular (LEC) é dividido em dois tipos, o plasma, a parte líquida do sangue, que corre dentro do sistema vascular, e o Líquido Intersticial, que é o líquido que banha todas as células do nosso corpo.

O LEC está em movimento constante por todo o corpo. Nele se encontram todos os íons e nutrientes necessários para manter a vida das células.

Assim, todas as células do nosso corpo vivem, essencialmente, no mesmo ambiente, motivo este pelo qual o LEC é conhecido como Meio Interno do Corpo (termo apresentado por Claude Bernard no século XIX).

As células podem viver, crescer e executar suas funções especiais enquanto o LEC (meio interno) tiver as concentrações adequadas de Oxigênio, glicose, íons, aminoácidos, lipídeos e outros constituintes.

Mecanismos especiais de transporte de íons através da membrana celular mantém as diferenças de concentração iônica entre o Líquido Extracelular (LEC) e o Líquido Intracelular (LIC).

Tratado de Fisiologia Médica - Guyton

- Mecanismos "Homeostáticos" dos principais Sistemas Funcionais:

• Homeostasia: em fisiologia, é utilizada para definir a manutenção de condições quase constantes no meio interno. Descreve um equilíbrio necessário para o bom funcionamento do nosso organismo. Importante sempre lembrar que esse equilíbrio é um equilíbrio dinâmico, que sofre constantes mudanças, está sempre em "movimento".

Todos os órgãos e tecidos do corpo executam funções que contribuem para manter essas condições relativamente constantes
.

Exemplo: pulmões proveem o oxigênio utilizado pelas células.

1 - Sistema de Transporte e de Mistura do LEC - O Sistema Circulatório do sangue:

O LEC é transportado por todas as parte do corpo em dois estágios. O primeiro é o movimento do sangue pelo corpo, nos vasos sanguíneos e o segundo é a movimentação de líquido entre os capilares sanguíneos e os espaços intercelulares (entre as células dos tecidos).

Tratado de Fisiologia Médica - Guyton

Todo sangue percorre nosso corpo, em média, uma vez a cada minuto, quando estamos em repouso. 

Em alguém extremamente ativo, durante um exercício intenso, esse percurso pode ser percorrido até 6 vezes por minuto pelo sangue.

Quando o sangue passa pelos capilares sanguíneos ocorre troca contínua entre o plasma e o líquido intersticial. As paredes dos capilares são permeáveis à maior parte das moléculas presentes no plasma sanguíneo, exceto as grandes proteínas plasmáticas. Assim, grandes quantidade de líquidos e nutrientes se difunde em ambas as direções, igual ao exemplo demonstrado na figura abaixo:

Tratado de Fisiologia Médica - Guyton

Assim, o LEC, em todas as partes do corpo (tanto no sangue quanto no líquido intersticial) está continuamente sendo misturado e mantendo a homogeneidade necessária para o equilíbrio (homeostase).

2 - Origem dos nutrientes do fluído extracelular:

- Sistema Respiratório: fornece o oxigênio necessário para as células e envia para o meio ambiente o dióxido de carbono excretado.

- Trato Gastro-Intestinal (TGI): permite a absorção dos nutrientes ingeridos nos alimentos pelo sangue (carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos), necessários para manutenção da vida celular.

- Fígado e outros órgãos metabólicos: nem todas as substâncias absorvidas pelo TGI podem ser utilizadas pelas células na forma absorvida. O fígado altera, quimicamente, muitas dessas substâncias para formas mais utilizáveis. Enquanto outros tecidos como os rins podem modificar ou armazenar as substâncias absorvidas até que sejam necessárias.

3 - Remoção dos produtos finais do metabolismo:

- Remoção de CO2 pelos pulmões (mais comum e abundante dos produtos finais do metabolismo);

- Rins: filtração renal do plasma remove a maior parte das substâncias não necessárias para as células, como a ureia, o ácido úrico, íons, dentre outras.

- TGI: material não digerido e parte dos resíduos não aproveitados do metabolismo são eliminados nas fezes.

- Fígado: desintoxicação ou remoção de muitas substâncias químicas e drogas que são absorvidas. Secreta elas na bile para serem, por fim, eliminadas nas fezes.

4 - Regulação das funções corporais:

O sistema nervoso (SN) é composto por três partes principais: a parte de aferência sensorial (onde estudaremos os receptores sensoriais), o Sistema Nervoso Central (Encéfalo e Medula), que é a porção integrativa e a parte de eferência motora.

Os receptores sensoriais detectam o estado do corpo e do meio ambiente (como um toque, alterações de temperatura), enviam esses sinais por vias aferentes até o cérebro, onde elas são lidas e interpretadas. O cérebro então, é capaz de dar uma resposta adequada (como retirar a mão de uma coisa que está te machucando) através das vias eferentes motoras.

- O sistema nervoso autônomo (SNA) é um importante segmento do SN. Ele opera em um nível subconsciente, controlando muitas funções vitais do nosso corpo (como o nível de atividade do coração, transpiração, movimentos do TGI e secreção das glândulas).

- O sistema hormonal (endócrino), é composto por glândulas que secretam algumas substâncias químicas conhecidas como hormônios. Os hormônios são transportados no LEC para todas as partes do corpo, participando da regulação da função celular. Um exemplo clássico são os hormônios da tireoide, que de uma forma geral aumenta o metabolismo das células.

Os hormônios são, então, um sistema para regulação que complementa o SN. Enquanto o SN regula muitas atividades musculares e secretórias, o sistema hormonal regula muitas funções metabólicas.

5 - Proteção do Corpo:

- Sistema Imune: composto pelos glóbulos brancos, pelas células teciduais derivadas dos glóbulos brancos, pelo timo, pelos linfonodos e pelos vasos linfáticos que protegem o corpo contra patógenos. O sistema imune supre o corpo com um mecanismo que permite distinguir suas próprias células e substâncias estranhas e destruir invasores.

- Sistema Tegumentar: a pele (maior órgão do corpo humano) e seus apêndices (pelos, unhas, glândulas...) cobrem, acolchoam e protegem os tecidos e os órgãos do corpo. Formando, em geral, o limite entre o meio interno do corpo e o mundo externo.

- Sistemas de Controle do Corpo

O corpo humano possui inúmeros sistemas de controle. O mais complexo é o sistema de controle genético, que opera em todas as células para o controle das funções intra e extracelulares.

Alguns sistemas de controle funcionam dentro de um órgão específico, enquanto outros operam por todo o corpo para controlar a inter-relação entre os órgãos. Exemplo é a combinação do Sistema Respiratório com o SN, que regulam a concentração de oxigênio e dióxido de carbono no sangue.

- Regulação das concentrações de O2 e CO2 no LEC:

Devido à importância do oxigênio (O2), o organismo possui mecanismos especiais para manter sua concentração quase constante no LEC. Esse mecanismo depende, principalmente, da Hemoglobina presente nas hemácias sanguíneas. A hemoglobina liga o O2 com alta afinidade quando o sangue passa pelos pulmões. Quando esse sangue rico em oxigênio passa pelos capilares sanguíneos, a hemoglobina só libera o oxigênio caso a concentração de O2 naquele tecido esteja abaixo do suficiente.

Já o dióxido de carbono (CO2) é o principal produto resultante da respiração celular. Quando sua concentração se eleva no LEC, o centro respiratório do cérebro é ativado e ficamos com uma respiração aceleradas, rápida e profunda, permitindo assim que mais CO2 seja mandado embora do organismo e a concentração volte rapidamente ao normal.

- Regulação da Pressão Sanguínea Arterial (PA):

Vários sistemas contribuem para a regulação da pressão sanguínea. Um fácil de observarmos é o sistema conhecido como Barorreceptor.
O sistema barorreceptor é composto de receptores de pressão, conhecido como barorreceptores. Eles são encontrados na bifurcação das artérias carótidas, no pescoço e também no arco da aorta. São estimulados pelo estiramento da parede arterial.
Quando a PA sobe demais, os barorreceptores são ativados e enviam impulsos nervosos para o centro vasomotor, que, por sua vez, diminui o número de impulsos transmitidos para o coração e vasos sanguíneos, através do sistema nervoso autônomo. A redução desses impulsos ocasiona uma diminuição do bombeamento cardíaco e a dilatação dos vasos sanguíneos, diminuindo assim a pressão arterial (PA) até o valor normal.

Inversamente, pressão arterial baixa diminui os estimulados enviados pelos barorreceptores, aumentando assim a atividade do centro vasomotor, fazendo com que aumente o bombeamento cardíaco e a vasoconstrição, elevando a PA.

- Faixas normais e características físicas de importantes constituintes do LEC:

Os constituintes normais e algumas características químicas do líquido extracelular (LEC) são mantidas rigorosamente em valores controlados, com estreita faixa de variação, uma vez que variações muito grandes são geradoras de patologias ou podem até levar à morte. 

Vejamos alguns exemplos:

- Aumento da temperatura corpórea em 7 graus centígrados pode gerar um círculo vicioso de aumento no metabolismo celular que destrói as células.

- pH: faixa de balanço aceitável e saudável gira em torno de 0,5, para mais ou para menos.

- Concentração do íon potássio: se abaixar para menos de um terço da concentração normal pode levar à paralisia, em consequência da incapacidade dos nervos em conduzir os impulsos nervosos.

- Concentração do íon cálcio: se reduzir para menos da metade normal, o indivíduo pode apresentar contração tetânica dos músculos, devido ao excesso de impulsos nos nervos periféricos.

- Glicose: abaixo da metade dos valores normais gera irritabilidade extrema e até mesmo convulsões.

Esse aumento de irritabilidade é visto, de maneira menos drástica, quando uma pessoa reduz grandemente e de uma só vez o consumo de carboidratos.

Assim, com esses exemplos, conseguimos observar melhor o tamanho da importância do nosso corpo possuir inúmeros sistemas de controle para o equilíbrio. 
A ausência de qualquer um desses sistemas de controle pode causar sério desequilíbrio devido ao mau funcionamento do organismo e até mesmo levar à morte.

- Características dos Sistemas de Controle:

Apesar de inúmeros e variados, os sistemas de controle do nosso organismo possuem mecanismos em comum.

• Feed back Negativo:

A maioria dos sistemas de controle do organismo agem por meio do feedback negativo.

Um exemplo clássico é a regulação do Dióxido de Carbono (CO2). Se sua concentração no LEC aumenta, aumenta nossa ventilação pulmonar, o que gera uma diminuição na concentração de CO2 no LEC.

Em outras palavras, a alta concentração de CO2 desencadeia eventos que diminuem a concentração do próprio CO2 até os valores normais, o que é uma resposta negativa (contrária) ao estímulo inicial. Se a concentração de CO2 está muito baixa, existe a produção de um feedback para aumentá-la, o que também é um efeito negativo em relação ao estímulo inicial, sendo assim um feedback negativo.

Nos mecanismos de regulação da PA, a pressão elevada causa uma série de reações que promovem redução da pressão, ou a pressão baixa faz com que uma série de reações eleve a pressão. Em ambos os casos, esses efeitos são negativos em relação ao estímulo inicial.

No geral, então, podemos dizer que se algum fator se torna excessivo ou deficiente, um sistema de controle aciona um mecanismo de feedback negativo, gerando uma série de alterações que restabelecem o valor médio do fator, buscando sempre manter a homeostasia.

Exemplo de feedback negativo:

• Feed back Positivo:

Para entender o por que o corpo utiliza mais o feedback negativo do que o positivo é só pensar no seguinte: o feedback positivo, por essência, não leva à estabilidade e sim à instabilidade, sendo que em alguns casos pode levar até à morte.

No gráfico acima, vemos que o coração de uma pessoa saudável bombeia em média cerca de 5 litros de sangue por minuto. Se a pessoa perde subitamente 1 litro de sangue, seu corpo consegue fazer as alterações necessárias através dos sistemas de controle e retorna os valores ao normal. Se a pessoa perder subitamente 2 litros de sangue, a quantidade de sangue no corpo cai tanto que é insuficiente para o bom funcionamento do bombeamento cardíaco. Em consequência, temos a diminuição da PA, diminuindo também o retorno sanguíneo para o coração, enfraquecendo mais e mais, em cada ciclo, o coração, diminuindo a pressão e assim por diante. Até que, depois de repetidas vezes nesse ciclo vicioso, a pessoa vem a óbito.

Observe nesse exemplo acima que cada ciclo de feedback positivo (pois vai aumentando o estímulo inicial), há maior enfraquecimento do coração.

Porém, quando o feedback positivo é moderado, os mecanismos de feedback negativo conseguem superá-lo, e o círculo vicioso não se inicia.

O feedback pode ser útil e utilizado pelo corpo em algumas ocasiões:

- Coagulação sanguínea: interior do próprio coágulo tem ativação de enzimas (fatores) de coagulação. Essas enzimas agem no sangue próximo aumentando a coagulação. Isso ocorre até que o orifício aberto se feche e cesse o sangramento inicial.

- Parto: contrações uterinas fortes o suficiente para que a cabeça do bebe empurre o colo uterino gera uma resposta no corpo do útero, tornando as contrações uterinas mais fortes e intensas. Quando esse processo (ciclo) fica suficientemente poderoso, o bebe consegue nascer.

Bons estudos pessoal!