Escassez de recursos no ambiente e efeitos sobre o metabolismo
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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 O2 Metabolismo Basal Mitocondrial 90% ATP 80% Oxidases 10% ‘Leak’ 20% Uréia ActMio Ca2+ ATPase Gliconeo3% Na+K+ ATPase 2-8% 7-10% Síntese ATPase 4-8% protéica 19-28% 25-30% mRNA etc The Sequence of Events Leading to Anoxic 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 SISTEMA REGULADOR detector sensorial neurônios marca-passo atividade espontânea, produz o ciclo respiratório básico demanda metabólica efetuador motor ventilação 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 Animais aquáticos • Ventilação tem alto custo metabólico (5-10% da taxa metabólica de repouso) H2O: 1 L (1Kg) = 1 mLO2 Ar: 25 mL (25 mg) = 1 mLO2 • Baixo coeficiente de difusão e conteúdo de O2, alta taxa de fluxo, razão V/Q ótima em torno de 10-20 Baixo VO2 máximo e de repouso Animais terrestres Estímulo primário: PCO2 – Por que? • Coeficiente de solubilidade do O2 e CO2 no ar é similar; metabolismo causa uma mudança equivalente na pressão parcial de O2 e CO2 no sangue • Distúrbio do equilíbrio ácido-básico • PO2 pode não ser um indicador acurado do conteúdo arterial de O2 VO2 máximo e de repouso maiores (maior disponibilidade de O2 em meio aéreo) 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 • ventilação no repouso é cerca de 5 - 7 L/min, extração de O2 cerca de 200 - 300 mL/min • No exercício extenuante, a ventilação pode aumentar até 100 - 150 L/min e a extração de O2 até 3 – 7 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 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 Químico da Ventilação 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 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 de tecidos ativação da tomada de glicose produção de vasodilatadores
