Homeostase e Sistema Circulatório

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HOMEOSTASE
UCIII – Semana 1 (06/05/2019)
· INTRODUÇÃO
Em 1929, o fisiologista americano Walter Cannon (1871-1945) criou o termo homeostasia para descrever a manutenção de condições quase constantes no meio interno. Essencialmente, todos os órgãos e tecidos do corpo humano executam funções que contribuem para manter essas condições relativamente constantes. 
Envolve a regulação do: Volume e pressão internos, concentração iônica e de gases (O2 e CO2 ), pH, temperatura , nutrientes e metabólitos
Os vários íons, nutrientes, produtos degradados e outros componentes do organismo são normalmente regulados dentro de uma faixa de valores, em vez de valores fixos. Para alguns constituintes do corpo, essa faixa é extremamente reduzida. Existem poderosos sistemas de controle para manter as concentrações do sódio e íons de hidrogênio, bem como para a maioria dos outros íons, nutrientes e substâncias do organismo, em níveis que permitam às células, aos tecidos e aos órgãos levarem a cabo as suas funções normais, apesar das grandes variações do meio e das agressões associadas às lesões e às doenças.
A doença é usualmente considerada um estado de ruptura da homeostasia. No entanto, mesmo na presença de doenças, os mecanismos homeostáticos permanecem ativos e mantêm as funções vitais, por meio de múltiplas compensações.
No organismo apresentamos dois meios físicos: 
a) Meio intra-celular – delimitado pela membrana celular. 
b) Meio extra-celular – compreende o meio intersticial “entre as células” e o meio intravascular, que corresponde ao meio no interior dos vasos. Lembramos que o meio intravascular se relaciona com o meio intersticial. O que vai no sangue em uma artéria grande, vai passar também por uma artéria menor, levando até o meio intersticial.
· SISTEMA DE TRANSPORTE E DE TROCAS DO LÍQUIDO EXTRACELULAR — O SISTEMA CIRCULATÓRIO DO SANGUE
O líquido extracelular é transportado através do corpo em dois estágios. O primeiro é a movimentação 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.
Todo o sangue na circulação percorre todo o circuito circulatório, em média, uma vez a cada minuto, quando o corpo está em repouso, e até seis vezes por minuto, quando a pessoa está extremamente ativa.
Como o sangue passa pelos capilares sanguíneos, também ocorre troca contínua do líquido extracelular entre a parte plasmática do sangue e o líquido intersticial que preenche os espaços intercelulares. Dessa forma, o líquido extracelular, em todas as partes do corpo — tanto no plasma quanto no líquido intersticial — está continuamente realizando trocas, mantendo, assim, homogeneidade do líquido extracelular por todo o corpo.
· ORIGEM DOS NUTRIENTES DO líquido EXTRACELULAR 
• Sistema Respiratório. O sangue capta, nos alvéolos, o oxigênio necessário para as células. A membrana entre os alvéolos e o lúmen dos capilares pulmonares, a membrana alveolar, tem apenas 0,4 a 2,0 micrômetros de espessura, e o oxigênio se difunde, rapidamente, por movimento molecular, através dessa membrana para o sangue.
• Trato Gastrointestinal. Grande parte do sangue bombeado pelo coração também flui através das paredes do trato gastrointestinal. Aí, diferentes nutrientes dissolvidos, incluindo carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos, são absorvidos a partir do alimento ingerido para o líquido extracelular no sangue. 
• Fígado e Outros Órgãos que Realizam Funções Essencialmente Metabólicas. O fígado altera as composições químicas de muitas dessas substâncias para formas mais utilizáveis, e outros tecidos do corpo — células adiposas, mucosa gastrointestinal, rins e glândulas endócrinas — contribuem para modificar as substâncias absorvidas ou as armazenam até que sejam necessárias. O fígado também elimina alguns resíduos produzidos no organismo e substâncias tóxicas que são ingeridas. 
• Sistema Musculoesquelético. Se não existissem os músculos, o corpo não poderia se mover para obter os alimentos necessários para a nutrição. O sistema musculoesquelético também proporciona mobilidade para proteção contra ambientes adversos, sem a qual todo o organismo com seus mecanismos homeostáticos poderia ser destruído.
· REMOÇÃO DOS PRODUTOS FINAIS DO METABOLISMO 
• Remoção do Dióxido de Carbono pelos Pulmões. Ao mesmo tempo em que o sangue capta o oxigênio nos pulmões, o dióxido de carbono é liberado do sangue para os alvéolos pulmonares; o movimento respiratório do ar para dentro e para fora dos pulmões carrega o dióxido de carbono para a atmosfera. O dióxido de carbono é o mais abundante de todos os produtos do metabolismo. 
• Rins. A passagem do sangue pelos rins remove do plasma a maior parte das outras substâncias, além do dióxido de carbono, que não são necessárias para as células. Essas substâncias incluem diferentes produtos finais do metabolismo celular, tais como a ureia e o ácido úrico; também incluem o excesso de íons e de água dos alimentos que podem ter-se acumulado no líquido extracelular. 
Os rins realizam sua função de primeira filtragem de grandes quantidades de plasma através dos capilares glomerulares para os túbulos e depois reabsorve para o sangue as substâncias necessárias ao corpo, tais como glicose, aminoácidos, quantidades adequadas de água e muitos dos íons. A maioria das outras substâncias que não são necessárias para o organismo, principalmente os produtos residuais metabólicos como a ureia, é pouco reabsorvida e passa pelos túbulos renais para a urina.
• Trato Gastrointestinal. O material não digerido que entra no trato gastrointestinal e parte dos resíduos não aproveitáveis do metabolismo é eliminada nas fezes. 
• Fígado. Entre as funções do fígado está a desintoxicação ou a remoção de muitos fármacos e substâncias químicas que são ingeridas. O fígado secreta muitos desses resíduos na bile para serem, por fim, eliminados nas fezes.
· REGULAÇÃO DAS FUNÇÕES CORPORAIS 
• Sistema Nervoso. O sistema nervoso é composto de três partes principais: a parte de aferência sensorial, o sistema nervoso central (ou parte integrativa) e a parte de eferência motora. Os receptores sensoriais detectam o estado do corpo ou o estado do meio ambiente. Por exemplo, os receptores na pele nos alertam sempre que um objeto toca a pele em qualquer ponto. Os olhos são órgãos sensoriais que nos dão a imagem visual do ambiente. As orelhas também são órgãos sensoriais. O sistema nervoso central é composto do cérebro e da medula espinal. O cérebro pode armazenar informações, gerar pensamentos, desenvolver desejos e determinar as reações que o organismo vai desempenhar em resposta às sensações. Os sinais apropriados são, então, transmitidos por meio da eferência motora do sistema nervoso para realizar os desejos de cada um. 
Um importante segmento do sistema nervoso é chamado sistema autônomo. Ele opera em um nível subconsciente e controla várias funções dos órgãos internos, incluindo o nível de atividade de bombeamento do coração, movimentos do trato gastrointestinal e secreção de muitas das glândulas do corpo. 
• Sistema Hormonal. Os hormônios são transportados no líquido extracelular a outras partes do corpo para ajudar na regulação da função celular. Por exemplo, o hormônio da tireoide aumenta a velocidade da maioria das reações químicas em todas as células, contribuindo para estabelecer o ritmo da atividade corporal. A insulina controla o metabolismo de glicose; os hormônios adrenocorticoides controlam os íons de sódio e de potássio e o metabolismo proteico; e o hormônio paratireóideo controla o cálcio e o fosfato dos ossos. Assim, os hormônios formam um sistema para a regulação que complementa o sistema nervoso. O sistema nervoso regula muitas atividades musculares e secretórias do organismo, ao passo que o sistema hormonal regula muitas funções metabólicas. Normalmente, os sistemas nervoso e hormonal trabalham juntos, de forma coordenada, para controlar essencialmente todos os sistemas de órgãos do corpo.
· PROTEÇÃO DO CORPO• Sistema Imune. O sistema imune é composto dos glóbulos brancos, das células teciduais derivadas dos glóbulos brancos, do timo, dos linfonodos e dos vasos linfáticos que protegem o corpo contra patógenos, como as bactérias, os vírus, os parasitas e os fungos. O sistema imune supre o corpo com mecanismo que lhe permite (1) distinguir suas próprias células das células e substâncias estranhas; e (2) destruir os invasores por fagocitose ou pela produção de leucócitos sensibilizados, ou por proteínas especializadas (p. ex., anticorpos) que destroem ou neutralizam os invasores.
• Sistema Tegumentar. A pele e seus diversos apêndices (fâneros, incluindo pelos, unhas, glândulas e várias outras estruturas) cobrem, acolchoam e protegem os tecidos mais profundos e os órgãos do corpo e, em geral, formam o limite entre o meio interno do corpo e o mundo externo. O sistema tegumentar também é importante para a regulação da temperatura corporal e a excreção de resíduos, constituindo a interface sensorial entre o corpo e seu ambiente externo. A pele, em geral, representa cerca de 12% a 15% do peso corporal. 
· REPRODUÇÃO 
Às vezes, a reprodução não é considerada uma função homeostática. Entretanto, ela realmente contribui para a homeostasia por meio da geração de novos seres em substituição dos que estão morrendo. Isto pode parecer um uso pouco rigoroso do termo homeostasia, mas ilustra, em última análise, que essencialmente todas as estruturas do corpo são organizadas para manter a automaticidade e a continuidade da vida. 
· SISTEMAS DE CONTROLE DO CORPO 
Operam dentro dos órgãos para regular funções de partes individuais desses órgãos; outros ainda operam por todo o corpo para controlar as inter-relações entre os órgãos.
· EXEMPLOS DE MECANISMOS DE CONTROLE 
• Regulação das Concentrações de Oxigênio e Dióxido de Carbono no Líquido Extracelular. A hemoglobina combina-se com o oxigênio, durante a passagem do sangue pelos pulmões. Quando o sangue passa pelos capilares dos tecidos, a hemoglobina, devido à sua alta afinidade química com o oxigênio, não o libera para o líquido tecidual se já houver oxigênio demais no local. No entanto, se a concentração de oxigênio no líquido tecidual estiver baixa demais, a quantidade suficiente é liberada para restabelecer a concentração adequada. Portanto, a regulação da concentração de oxigênio nos tecidos depende, principalmente, das características químicas da hemoglobina. Essa regulação é chamada função de tamponamento do oxigênio pela hemoglobina. A concentração de dióxido de carbono no líquido extracelular é regulada de forma muito diferente. O dióxido de carbono é o principal produto final das reações oxidativas nas células. Se todo o dióxido de carbono produzido nas células se acumulasse continuamente nos líquidos teciduais, todas as reações que fornecem energia às células cessariam. Porém, uma concentração mais alta do que a normal, de dióxido de carbono no sangue, excita o centro respiratório, fazendo com que a pessoa respire rápida e profundamente. Essa respiração rápida e profunda aumenta a expiração de dióxido de carbono e, portanto, remove o excesso do gás do sangue e dos líquidos teciduais. Esse processo continua até que a concentração volte ao normal. 
• Regulação da Pressão Sanguínea Arterial. 
Vários sistemas contribuem para a regulação da pressão sanguínea arterial. Um deles, o sistema barorreceptor, é um simples e excelente exemplo de mecanismo de controle de ação rápida. Nas paredes da região de bifurcação das artérias carótidas, no pescoço, e também no arco da aorta, no tórax, encontram-se vários receptores nervosos, chamados barorreceptores, estimulados pelo estiramento da parede arterial. 
Quando a pressão arterial sobe demais, os barorreceptores enviam impulsos nervosos para o tronco cerebral. Aí, esses impulsos inibem o centro vasomotor que, por sua vez, diminui o número de impulsos transmitidos por esse centro, por meio do sistema nervoso simpático, para o coração e vasos sanguíneos. A redução desses impulsos ocasiona a diminuição da atividade de bombeamento do coração e também a dilatação dos vasos sanguíneos periféricos, permitindo o aumento do fluxo sanguíneo pelos vasos. Ambos os efeitos diminuem a pressão arterial levando-a de volta ao seu valor normal. Inversamente, pressão arterial abaixo do normal reduz o estímulo dos receptores de estiramento, permitindo que o centro vasomotor torne-se mais ativo do que o usual, causando, assim, vasoconstrição e aumento do bombeamento cardíaco. A diminuição da pressão arterial também eleva a pressão arterial levando-a de volta ao normal.
· Faixas Normais e Características Físicas de Importantes Constituintes do Líquido Extracelular
· CARACTERÍSTICAS DOS SISTEMAS DE CONTROLE 
· Natureza de Feedback Negativo da Maioria dos Sistemas de Controle 
É quando a alteração funcional se faz num sentido e a reação para a correção em outro, ou seja, a resposta do sistema de controle é oposta ao estímulo. A maior parte dos sistemas de controle do corpo atua por meio de feedback negativo. 
 Na regulação da concentração de dióxido de carbono, a alta concentração de dióxido de carbono no líquido extracelular aumenta a ventilação pulmonar. Em outras palavras, a alta concentração produz redução da concentração, o que é negativo em relação ao estímulo desencadeante. De modo inverso, caso a concentração de dióxido de carbono caia a valores muito baixos, isso faz com que ocorra aumento por feedback dessa concentração. Essa resposta também é negativa em relação ao estímulo inicial.
 Nos mecanismos de regulação da pressão arterial, a pressão elevada causa uma série de reações para promover a redução da pressão, ou a pressão baixa faz com que uma série de reações promova a elevação da pressão. Em ambos os casos, esses efeitos são negativos em relação ao estímulo inicial. Portanto, em geral, se algum fator se torna excessivo ou deficiente, um sistema de controle inicia um feedback negativo que consiste em série de alterações que restabelecem o 
valor médio do fator, mantendo, assim, a homeostasia. 
 A regulação da glicemia no organismo depende basicamente de dois hormônios, o glucagon e a insulina. A ação do glucagon é estimular a produção de glicose pelo fígado, e a da insulina é bloquear essa produção, além de aumentar a captação da glicose pelos tecidos periféricos insulino-sensíveis. Com isso, eles promovem o ajuste, minuto a minuto, da homeostasia da glicose.
• Ganho do Sistema de Controle. O grau de eficácia com que um sistema de controle mantém as condições constantes é determinado pelo ganho do feedback negativo. Por exemplo, admita-se que grande volume de sangue foi transfundido em pessoa cujo sistema de controle dos barorreceptores para a pressão não esteja atuando, e que a pressão arterial se eleve de seu valor normal de 100 mm Hg até 175 mm Hg. Em seguida, admita-se que esse mesmo volume de sangue seja transfundido na mesma pessoa, quando seu sistema barorreceptor estiver atuante e, nesse caso, a pressão só se eleva por 25 mm Hg. Assim, o sistema de controle por feedback produziu "correção" de -50 mm Hg, isto é, de 175 mm Hg para 125 mm Hg. Contudo, ainda persiste um aumento da pressão de +25 mm Hg, o que é chamado de "erro", e que significa que o sistema de controle não é 100% eficaz em impedir a variação da pressão. 
· O Feedback Positivo Pode, Às Vezes, Causar Ciclos Viciosos e Morte
O feedback positivo é mais conhecido como ciclo vicioso. O estímulo inicial produz mais estimulação do mesmo tipo, é a retro alimentação positiva observada em casos nos quais a alteração funcional e a reação se fazem no mesmo sentido, aumentando o desequilíbrio.Se a pessoa, subitamente, perde 2 litros de sangue, a quantidade de sangue no corpo cai para nível muito baixo, insuficiente para que o coração bombeie eficientemente. Em consequência, a pressão arterial cai e o fluxo de sangue para o músculo cardíaco pelos vasos coronários diminui. Esse cenário resulta no enfraquecimento do coração, acentuandoa diminuição do bombeamento, na diminuição ainda maior do fluxo sanguíneo coronariano e ainda mais enfraquecimento do coração; esse ciclo se repete várias vezes até que ocorra a morte. 
Um feedback positivo moderado pode ser superado pelos mecanismos de controle de feedback negativo do corpo, e o ciclo vicioso não se desenvolve. Por exemplo, se a pessoa do exemplo mencionado sangrasse apenas 1 litro em vez de 2 litros, os mecanismos normais de feedback negativo para controle do débito cardíaco e da pressão arterial superariam o feedback positivo, e a pessoa se recuperaria, conforme mostra a curva pontilhada.
· O Feedback Positivo Pode, Às Vezes, Ser Útil. 
 Quando um vaso sanguíneo é rompido e começa a formação do coágulo, diversas enzimas, chamadas de fatores de coagulação, são ativadas no interior do próprio coágulo. Algumas dessas enzimas atuam sobre outras enzimas, ainda inativas, presentes no sangue imediatamente adjacente ao coágulo, ativando-as e produzindo coagulação adicional. Esse processo persiste até que a rotura do vaso fique ocluída e não mais ocorra sangramento. Infelizmente, por vezes, esse processo pode ficar descontrolado e produzir coágulos indesejados. Na verdade, é isso que desencadeia a maioria dos ataques cardíacos agudos, causados por coágulo que se forma com placa aterosclerótica em artéria coronária e que cresce até ocluir completamente essa artéria. 
 O parto é outro exemplo de participação de feedback positivo. Quando as contrações uterinas ficam suficientemente intensas para empurrar a cabeça do feto contra a cérvix, o estiramento da cérvix emite sinais, por meio do próprio músculo uterino, até o corpo do útero, que responde com contrações ainda mais intensas. Assim, as contrações uterinas distendem a cérvix e o estiramento da cérvix produz mais contrações. Quando esse processo fica suficientemente intenso, o feto nasce. Caso não sejam suficientemente intensas, essas contrações cessam, para reaparecer alguns dias depois.
 Outro uso importante do feedback positivo é na geração de sinais nervosos. Isto é, a estimulação da membrana de uma fibra nervosa, provoca ligeiro vazamento de íons sódio, pelos canais de sódio, na membrana do nervo, para o interior da fibra. Os íons sódio que entram na fibra mudam então o potencial da membrana, o que, por sua vez, causa maior abertura dos canais, mais alteração de potencial e ainda maior abertura de canais, e assim por diante. Assim, o leve vazamento se torna explosão de sódio que entra na fibra nervosa, criando o potencial de ação do nervo. Esse potencial de ação, por sua vez, faz com que a corrente elétrica flua ao longo da fibra, tanto no exterior quanto no interior dela, dando início a outros potenciais de ação. Esse processo continua ininterruptamente até que o sinal nervoso chegue à extremidade da fibra. 
Nos casos em que o feedback positivo é útil, o feedback positivo faz parte de um processo geral de feedback negativo. Por exemplo, no caso de coagulação sanguínea, o processo de coagulação por feedback positivo é processo de feedback negativo para a manutenção do volume normal de sangue. Além disso, o feedback positivo que causa sinais nervosos permite que os nervos participem de milhares de sistemas de controle nervosos por feedback negativo.
· Controle Adaptativo 
Alguns movimentos do corpo ocorrem tão rapidamente que não há tempo suficiente para que os sinais nervosos percorram todo o caminho da periferia do corpo até o cérebro e, então, novamente voltem à periferia para controlar o movimento. Portanto, o cérebro usa o princípio, chamado controle por feed-forward, para provocar as contrações musculares necessárias. Isto é, os sinais nervosos sensoriais das partes que se movem informam o cérebro se o movimento é realizado corretamente. 
Se não, o cérebro corrige os sinais de feed-forward que envia aos músculos na próxima vez que o movimento for necessário. Se ainda forem necessárias mais correções, este processo será realizado de novo por movimentos subsequentes. Isto é chamado controle adaptativo(feedback negativo retardado).