Regulação nervosa e hormonal em animais

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