PO 2
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Escassez de recursos no ambiente e efeitos sobre o metabolismo celular Início da privação Nível normal O2 Calor Água Nutrientes Nível letal 0,01 0,1 1,0 10 100 36 s 1000 ~42 d Tempo (h) até atingir o limite letal taxa metabólica de atividade “scope for activity” taxa metabólica basal ou padrão para cada organismo há uma taxa metabólica mínima necessária à simples manutenção dos tecidos “scope for survival” depressão metabólica ou hipobiose DEPRESSÃO METABÓLICA E HIPOBIOSE O2 Metabolismo Basal Mitocondria 90% ATP 80% Síntese protéica 25-30% Na+K+ ATPase 19-28% Oxidases 10% ‘Leak’ 20% Uréia ActMio Ca2+ ATPase Gliconeo 3% ATPase 2-8% 7-10% 4-8% mRNA etc Anoxia: The Sequence of Events Leading to Cell Death ATP turnover Pasteur effect sustains ATP demand Exhaustion of fermentable substrate ATP & pHi fall Chronic membrane damage & leakage aerobe Net Na+ influx & K+ efflux Mito, ER & plasma membrane depolarize Massive Ca2+ entry into cytosol from organelles & cell exterior facultative anaerobe Activation of phospholipases and Ca2+-dependent proteases Membrane rupture Cell Death time in anoxia Animais aquáticos • Água: baixo coeficiente de difusão e solubilidade de O2, solubilidade até 750 vezes maior do CO2 • Ventilação tem alto custo metabólico, 5-10% da taxa metabólica de repouso: Ar: 25 mL (25 mg) = 1 mLO2 H2O: 1000 mL (1Kg) = 1 mLO2 Razão V/Q ótima em torno de 10-20 Baixo VO2 máximo e de repouso Animais terrestres • Ar: maior concentração de O2, coeficiente de difusão e de solubilidade do O2 e CO2 similar • Metabolismo causa uma mudança equivalente na pressão parcial de O2 e CO2 no sangue: estímulo primário de regulação da ventilação? PCO2 ? Distúrbios ácido-base PO2? Indicador pouco acurado do conteúdo arterial de O2 VO2 máximo e de repouso maiores O PAPEL DO O2 E DO CO2 NO CONTROLE DA VENTILAÇÃO respiração aquática respiração aérea 1000 800 galinha peixe pulmonado caranguejo 800 600 rato homem 400 1000 peixe pulmonado 600 galinha 400 peixe pulmonado lagarto 100 cobra 15 10 % O2 andorinha jaboti 200 20 homem jaboti 5 rato cobra peixe pulmonado caranguejo 200 100 5 10 % CO2 15 demanda metabólica ventilação SISTEMA REGULADOR detector sensorial neurônios marca-passo atividade espontânea, produzem o ciclo respiratório básico efetuador motor Ventilação: Trabalho Muscular Controle Neural Complexo • grupo de neurônios no cordão nervoso ventral do verme Arenicola formam o “marca-passo” respiratório • gânglio sub-esofágico de crustáceos decápodes • gânglios do cordão nervoso ventral de insetos • vertebrados em geral: “marca-passo” na região medular + gânglios extra-medulares (modulação) Estímulos ? PO2 , PCO2 (arterial e no ambiente), estiramento da cavidade branquial, estresse osmótico, estresse mecânico, etc... Receptores ?? Natureza e localização pouco conhecidas em muitos animais Demanda Metabólica Ventilação • Repouso: V= 5-7 L/min, extração de O2 cerca de 200 - 300 mL/min • Exercício extenuante: V pode aumentar até 100-150 L/min e a extração de O2 até 37 L/min. Sem o ajuste, as reservas de O2 do sangue seriam esgotadas em cerca de 15 segundos. Causas primárias do aumento da ventilação no exercício: - falta de O2 ? - acúmulo de CO2 ? - controle cortical ? Controle Neural da Ventilação: Estímulos Mecânicos A respiração é diferente de quaisquer outras atividades involuntárias e automáticas pois também está sob nosso controle volitivo. O sistema de controle automático mais primitivo está situado no tronco cerebral, o de controle voluntário situa-se no córtex motor somático e nas estruturas límbicas do telencéfalo. Voluntário e outros estímulos de centros superiores Centro pneumotáxico (PONTE) Centro apnêustico Conexões do sistema ativador reticular Via aferente do reflexo irritante (tosse) Via aferente do reflexo de estiramento Hering-Breuer (no homem, apenas na insuflação máxima) Centro respiratório inspiratório e expiratório (BULBO - medula) Nervo Vago Vias descendentes na medula espinhal Nervo Frênico Medula cervical Via aferente receptor justacapilar alveolar Medula lombar Nervo Intercostal Vias ascendentes Controle Neural da Ventilação: Estímulos Químicos Os quimiorreceptores carotídeos e aórticos são terminações nervosas que respondem a variações na PO2, PCO2, ou no [H+] do sangue arterial por meio de respostas reflexas medulares que promovem o aumento da ventilação CONTROLE QUÍMICO DA VENTILAÇÃO 1. Quimiorreceptores Periféricos • estimulados por pH, PO2, PCO2 • desencadeiam ajustes no sistema cardiovascular, favorecendo o fluxo sanguíneo para os tecidos vitais • resposta rápida graduada 2. Quimiorreceptores Centrais • provêem a maior parte da estimulação respiratória • resposta às mudanças na PCO2, apenas • ajuste lento, cerca de 60 segundos – Por que ? Componentes da Via de Sinalização do O2 efeitos agudos canais iônicos HIPÓXIA sensores de O2 EFETUADORES fatores de transcrição efeitos crônicos 150 Everest 110 Pb=250 70 30 2 4 altitude (km) 6 8 HIPÓXIA Respostas Agudas x Respostas Crônicas segundos a minutos... horas a dias... hiperventilação ativação do metabolismo e do transporte de glicose aumento do débito cardíaco eritropoiese vasodilatação arterial sistêmica angiogênese e neovascularização vasoconstricção pulmonar hipertrofia e remodelagem tecidos ativação da tomada de glicose produção de vasodilatadores
