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FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO AULA 1 Profª Tatiane Calve 2 CONVERSA INICIAL O termo fisiologia vem do grego phýsis e logos e significa conhecimento da natureza. Os primeiros estudos em fisiologia foram realizados na Grécia, em aproximadamente 2500 anos atrás (Santos, 2020). Galeno (129-200 d.C.), médico que tratava de gladiadores, realizou estudos com animais e seguia uma doutrina conhecida como quatro humores, a qual indica que o corpo é formado por quatro tipos de fluidos: sangue, fleuma, bile amarela e bile negra. O médico indicava ainda que os principais órgãos do corpo são coração, fígado e cérebro (Santos, S.d.). Outros estudiosos, como Versalius, Harvey e Bernard, também tiveram grande importância para a área da fisiologia humana, com estudos da anatomia humana e o funcionamento do corpo. Os grandes avanços nas áreas da biologia, anatomia e fisiologia humana aconteceram durante o século XIX, principalmente na Alemanha e França. Fisiologia é a área da biologia que estuda os processos físico-químicos que atuam no funcionamento do organismo. Com o estudo da fisiologia humana, é possível conhecer não somente os órgãos e os sistemas, mas como essas estruturas se integram e funcionam para que haja manutenção da vida. Dessa maneira, a compreensão da fisiologia une o conhecimento de diferentes áreas, como anatomia, biologia, bioquímica, morfologia, entre outras associadas aos processos que ocorrem em vários níveis de organização relacionados ao funcionamento do organismo. Os estudos dos controles fisiológicos estão relacionados com o funcionamento correto do organismo, ou seja, relacionados à saúde e também às adaptações do organismo em exercício. Assim, surge um campo da fisiologia denominada de fisiologia do exercício, a qual tem por objetivo estudar as adaptações sistêmicas e fisiológicas agudas e crônicas frente à prática de exercícios físicos. O objetivo desta aula será expor os sistemas orgânicos e compreender como eles se integram e funcionam diante da exposição do organismo à prática de exercícios físicos. 3 O exercício físico é caracterizado como uma atividade física estruturada, sistemática e com repetições, objetivando melhorar o condicionamento físico, decorrente de adaptações estruturais e funcionais do organismo. Segundo Weineck (1989), a adaptação é uma mudança estrutural e funcional que ocorre em todo organismo e que pode estar relacionada à prática de exercícios físicos regulares. Os exercícios físicos provocam mudanças no organismo, tirando-o de seu estado estável, a homeostase. Quando praticado de maneira contínua, além das alterações agudas sofridas durante a sua realização, também proporciona adaptações fisiológicas crônicas no organismo (Brum et al., 2004). As adaptações podem ser agudas ou crônicas (Kura; Tourinho, 2011): • Adaptações agudas – são aquelas que ocorrem imediatamente ou em até 72 horas após a prática do exercício; • Adaptações crônicas – alterações morfofuncionais do organismo treinado. Para compreensão das alterações que ocorrem no organismo em decorrência da prática regular de exercício físico, esta aula será dividida nos seguintes temas: • Sistema muscular; • Sistema nervoso; • Sistema endócrino; • Sistema cardiovascular; • Sistema respiratório. TEMA 1 – SISTEMA MUSCULAR Os músculos são estruturas que resultam no movimento, pela sua contração e relaxamento (Tortora; Grabowski, 2002). Essas estruturas representam entre 40% e 50% do peso corporal, e sua coloração avermelhada é decorrente da mioglobina presente nas fibras musculares. 1.1 Tecido muscular O tecido muscular é dividido em três tipos distintos, de acordo com sua anatomia microscópica, localização e controle (sistema nervoso e endócrino). Tecido muscular liso, tecido muscular estriado cardíaco e tecido muscular 4 estriado esquelético são os três tipos de tecido muscular do corpo, os quais serão descritos separadamente a seguir, segundo Tortora e Grabowski (2002): • Tecido muscular liso – é um tecido não estriado, encontrado nas estruturas ocas e internas do organismo, por exemplo, nos vasos sanguíneos, pele, cavidade abdominal e pélvica. Sua ação ocorre de maneira involuntária, sendo regulados por neurônios e hormônios liberados por glândulas endócrinas; • Tecido muscular estriado cardíaco – é um músculo estriado, de contração involuntária. O tecido muscular cardíaco forma a maior parte das paredes das cavidades do coração. O ritmo cardíaco de contração e relaxamento, para bombeamento sanguíneo, é feito de hormônios, nódulo sinoatrial (SA) ou marcapasso e pelo sistema nervoso autônomo (simpático e parassimpático); • Tecido muscular estriado esquelético – assim com o tecido muscular cardíaco, o esquelético é estriado, porém de contração voluntária. Esse tecido tem por função principal realizar o movimento do corpo. A Figura 1 ilustra os três tipos de tecido muscular. Figura 1 – Ilustração dos tecidos musculares esquelético, cardíaco e liso Fonte: Corbac40/Shutterstock. 5 1.2 Função do tecido muscular Por meio de contração e relaxamento, o tecido muscular possui diferentes funções, as quais serão abordados a seguir. • Produção de movimento – o tipo de movimento realizado pelo tecido muscular depende de sua integração com os ossos e as articulações; • Estabilização das posições corporais – a estabilização corporal é feita pela contração dos músculos esqueléticos, que ocorre de maneira voluntária e contínua; • Regulação do volume dos órgãos – por meio da contração sustentada de estruturas denominadas esfíncteres, há a possibilidade armazenamento temporário de substâncias nos órgãos, como alimento no estômago, urina na bexiga e fezes na região anorretal, fechando as saídas desses órgãos; • Movimento de substâncias dentro do corpo – o tecido muscular liso possibilita a movimentação de substâncias dentro do corpo, como sangue nos vasos sanguíneos (regulação de intensidade do fluxo), alimento e outras substâncias no trato gastrintestinal, espermatozoides no sistema reprodutivo, além da urina que é expelida do corpo pelo sistema urinário; • Produção de calor – a produção de calor pelo corpo é feita pela contração do tecido muscular esquelético, auxiliando na manutenção da temperatura corporal. 1.3 Propriedade do tecido muscular O tecido muscular possui quatro propriedades, as quais permitem o funcionamento do organismo e contribuem para a homeostase. • Excitabilidade elétrica – é a capacidade que as fibras musculares tem de responder aos estímulos elétricos (potenciais de ação) ou estímulos químicos (neurotransmissores); • Contratilidade – é a capacidade do tecido muscular de se contrair, gerando força, a qual pode ser com alteração no comprimento ou não do músculo. Assim, podemos citar três tipos de contração muscular, a isotônica (concêntrica e excêntrica), isométrica e, ainda, a isocinética; • Na contração isotônica, há alteração do comprimento do músculo, com movimento articular (trabalho). Há dois tipos de contração isotônica, a 6 concêntrica (há aproximação do músculo em relação às suas inserções, com encurtamento dos sarcômeros) e a excêntrica (há alongamento do músculo, afastando das inserções, com aumento do comprimento dos sarcômeros); • Contração isométrica – há produção de tensão, mas não há movimento articular e alteração do comprimento do músculo; Figura 2 – Ilustração dos tipos de contração – isotônica (concêntrica e excêntrica) e isométrica Fonte: Vector Mine/Shutterstock. • Contração isocinética – ainda há um terceiro tipo de contração, a isocinética, que é caracterizada pela tensão máxima desenvolvida pelo músculo em todos os ângulos articulares, em uma velocidade constante, durante toda a amplitude do movimento. 7 Figura 3 – Imagem representativade um teste de contração isocinética Fonte: Cirkoglu/Shutterstock. É importante destacar também que há contração muscular mesmo com o corpo em repouso. O tônus muscular é conceituado como “um estado de tensão constante a que estão submetidos os músculos em repouso” (Duarte, 2018, p.41), de forma involuntária. Assim, o corpo pode apresentar um tônus normal, em um estado de aumento de tônus muscular (hipertônus), ou em um estado de diminuição de tônus muscular (hipotônus). • Extensibilidade – é a capacidade do músculo de ser estirado, sem que haja lesão; • Elasticidade – é a capacidade do músculo retornar a seu comprimento original, após contração ou extensão. 1.4 Adaptações crônicas do tecido muscular Durante a prática de exercícios físicos, há adaptações agudas e crônicas que podem ocorrer no tecido muscular, por exemplo, diferentes tipos de contração, como indicados acima. Com a realização de exercícios durante um longo período de tempo, as adaptações crônicas, decorrentes de estímulos fisiológicos, podem proporcionar hipertrofia (aumento do tamanho e do volume das células) ou hiperplasia 8 (aumento do número de células), além de aumento da velocidade de ativação das unidades motoras, aumentando a força e coordenação do movimento. 1.5 Sistema muscular em exercício As adaptações podem ocorrer de maneiras diferentes de acordo com o tipo de fibra muscular, que podem ser oxidativas, oxidativas-glicolíticas ou glicolíticas. O sistema muscular frente ao exercício pode se adaptar quanto: • Ativação muscular; • Atrofia; • Resistência muscular localizada; • Hipertrofia; • Lesão (contusão, distensão e laceração). TEMA 2 – SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso tem por objetivo manter as condições de vida, respondendo imediatamente aos estímulos providos do ambiente e do próprio organismo, para, além de manter a homeostasia, possibilitar a percepção, movimento, comportamento psicossocial e moral, aprendizagem e memória. Esse sistema “é uma malha complexa, muito organizada de neurônios e neuróglia” (Tortora; Grabowski, 2002, p. 347). O neurônio tem a propriedade de excitabilidade elétrica, ou seja, produz potencial de ação, e a neuróglia (glia) é uma estrutura celular mais numerosa que os neurônios, se multiplica, mas não tem a capacidade de produzir potencial de ação; as principais funções da neuréglia são nutrição e regulação do funcionamento dos neurônios. São células da glia, células ependimárias, astrócitos, oligodendrócitos, microglia e células de Schwann. 2.1 Estruturas e funções do sistema nervoso Os neurônios são formados por corpo celular, axônio e dendritos, assim como indicado na Figura 4. 9 Figura 4 – Partes do neurônio e sinapse Fonte: Shade Design/Shutterstock. Dependendo do tipo de função desempenhada pelo neurônio, ele pode ser classificado como sensitivo ou aferentes e motores ou eferentes. Assim, as principais funções do sistema nervoso são: • Função sensorial; • Função integrativa; • Função motora. 2.2 Organização do sistema nervoso O sistema nervoso é o sistema responsável por captar, processar e gerar respostas aos estímulos recebidos, e é dividido em: • Sistema nervoso central: formado pelo encéfalo (tronco encefálico, cerebelo, diencéfalo e cérebro) e medula espinhal; • Sistema nervoso periférico: formado pelos nervos, gânglios e terminações nervosas. O sistema nervoso periférico é subdividido em somático, autônomo (simpático e parassimpático) e entérico. 10 Figura 5 – Representação do sistema nervoso periférico (simpático e parassimpático) Fonte: Vasilisa Tsoy/Shutterstock. 2.3 Ação do sistema nervoso e as adaptações agudas ao exercício Como exposto anteriormente, o sistema nervoso é responsável por manter as condições vitais do organismo, respondendo prontamente aos 11 estímulos. Assim, durante o exercício, ele é responsável por auxiliar o organismo nas adaptações agudas, ocasionando: • Aumento da frequência cardíaca; • Aumento da intensidade da respiração; • Aumento da pressão arterial; • Aumento da temperatura corporal. Essas adaptações preparam o organismo para que o indivíduo possa realizar atividades mais intensas, como as que ocorrem durante a prática de exercícios físicos. 2.4 Sistema nervoso e coordenação motora Em relação ao controle do movimento, o sistema nervoso pode agir de forma que a ação motora ocorra de maneira involuntária (arco reflexo), fazendo com que o estímulo recebido pelo neurônio sensitivo envie a informação até a medula, local onde a resposta é enviada ao músculo pelo neurônio motor, com indicado na Figura 5. As informações sensoriais também podem ser recebidas pelo córtex cerebral, onde são processadas as respostas adequadas aos estímulos e enviadas ao sistema efetor (músculos e articulações). Nesse segundo caso, o movimento realizado é voluntário, intencional. O movimento voluntário pode ser utilizado para controle postural e execução das mais diversas tarefas do dia a dia, da dança, ginástica ou esportes. 12 Figura 6 – Representação do sistema de arco reflexo Fonte: Vector Mine/Shutterstock. 2.5 Sistema nervoso e aprendizagem motora A aprendizagem motora é conceituada como sendo alterações relativamente permanentes no comportamento motor, decorrente de experiências prévias ao longo da vida (Magill, 2000). Assim, o sistema nervoso tem papel crucial nesse processo por ser o sistema responsável pela aprendizagem e memória. Dessa forma, a capacidade de aprender novas habilidades motora passa por três estágios (cognitivo, associativo e autônomo), que exigem a atuação do sistema nervoso em conjunto com o sistema motor e articular. TEMA 3 – SISTEMA ENDÓCRINO O sistema endócrino, junto com o sistema nervoso, é responsável por coordenar todo o funcionamento de todos os sistemas orgânicos do corpo. Os hormônios, principais componentes do sistema endócrino, alteram o metabolismo, regulam o crescimento e o desenvolvimento humano e influenciam os processos reprodutivos. 13 3.1 Glândulas As glândulas são estruturas formadas por tecido epitelial glandular, as quais são especializadas para sintetizar e liberar substâncias. Assim, temos dois tipos principais de glândulas, as exócrinas (secretam seus produtos para ductos que levam as secreções para as cavidades corporais) e as glândulas endócrinas (secretam seus produtos, os hormônios, para o líquido intersticial, em torno das células secretoras e não para os ductos). As principais glândulas do corpo são: • Hipófise; • Tireoide; • Paratireoide; • Adrenal; • Pineal. 3.2 Receptores hormonais Os hormônios são substâncias que têm como função controlar inúmeras funções no organismo. Essas substâncias afetam tipos específicos de células, devido aos receptores hormonais, os quais têm diferentes funções: • Células-alvo – células específicas para receber os hormônios; • Receptor – pode ser proteico ou glicoproteico; • Regulação para baixo (down-regulation) – diminuição de células-alvo quando há quantidades excessivas de hormônio; • Regulação para cima (up-regulation) – aumento do número de receptores quando há quantidades pequenas de hormônio. A seguir, são destacados alguns hormônios que estão associados às mudanças fisiológicas e funcionais em relação à prática de exercícios físicos. 3.3 Hormônio do crescimento (GH) O hormônio do crescimento, conhecido como GH (growth hormone) ou STH (somatotrophic hormone) é um polipeptídeo formado por 191 aminoácidos de cadeia única e grande agente anabólico (Zanuto; Lima, 2010). O GH está indiretamente ligado ao processo de crescimento humano (Zanuto; Lima, 2010). 14 Exercícios físicos de curta duração e alta intensidade têm grande influência na quantidade de GH secretado, estimulando principalmente o crescimentode tecido muscular e a regulação do uso de substratos energéticos durante a realização da atividade (Zanuto; Lima, 2010). Essa característica leva a crer que é esse um dos motivos pelo qual crianças e adolescentes demoram mais para fadigar durante a prática de atividade física, seja de curto ou longo prazo. Com a prática regular de exercícios físicos, há estimulação da liberação de GH, auxiliando na hipertrofia muscular, pelo aumento da síntese proteica (Zanuto; Lima, 2010). É importante ressaltar que esse processo é anabólico e fica interrompido durante o exercício. Ao se adaptar, com a prática contínua do exercício físico, passa a haver menor presença de GH na corrente sanguínea, indicando que a resposta do GH ao exercício pode ser influenciada pela intensidade, duração e condicionamento do indivíduo (Zanuto; Lima, 2010). 3.4 Hormônios tireoidianos Os hormônios tireoidianos são responsáveis pelo crescimento, diferenciação e funcionamento de diversos tecidos e órgãos (Zanuto; Lima, 2010) e têm a função de regular o metabolismo e influenciar no processo de crescimento e maturação dos indivíduos. Durante a prática do exercício resistido e exercícios aeróbios com intensidade e volumes elevados, é observada a elevação da taxa de hormônios tireoidianos na corrente sanguínea, o que não é apresentado na prática de exercícios de resistência aeróbia de baixo volume e intensidade (Zanuto; Lima, 2010). Os hormônios tireoidianos estão presentes em maior quantidade em indivíduos treinados, devido a uma resposta entre hipófise e tireoide (Zanuto; Lima, 2010). O aumento da renovação dos hormônios tireoidianos tende a resultar em uma condição de hipertireoidismo em indivíduos treinados, levando- os à redução do peso pelo aumento do metabolismo. 15 3.5 Cortisol O cortisol é um hormônio esteroide, que tem como função acionar os processos de adaptação do organismo em situação de estresse físico e psicológico (Zanuto; Lima, 2010). McArdle et. al. (2003, citados por Zanuto e Lima, 2010) salientam que há aumento da concentração de cortisol durante o exercício físico, e que essa concentração plasmática aumenta de acordo com a intensidade e volume do exercício. Outra ação do cortisol é a resposta imune e anti-inflamatória no organismo, presente após exercícios intensos ou de longa duração (Zanuto; Lima, 2010). A adaptação do organismo à prática regular de exercícios físicos está associada aos processos catabólicos e das ações antianabólicas, causados pela liberação de cortisol (Zanuto; Lima, 2010). Porém vários autores afirmam não haver mudanças nos níveis de cortisol associadas à prática regular de exercícios físicos. 3.6 Testosterona A testosterona é um hormônio esteroide e tem como função regular a síntese de glicogênio muscular e proteica, além de estimular o desenvolvimento das características sexuais secundárias masculinas (Zanuto; Lima, 2010). Na puberdade, é um dos principais fatores de diferenciação de massa muscular e força entre meninos e meninas. Durante a realização de exercícios físicos, a concentração da testosterona aumenta de acordo com sua intensidade e volume, apresentando picos de concentração ao final da atividade (Zanuto; Lima, 2010). A testosterona tem um papel significante no aumento de massa muscular e ganho de força, durante a prática de exercícios resistido. Em indivíduos praticantes de exercícios de resistência, é apresentada a redução de níveis de testosterona plasmática, o que é esperado, pois o ganho de massa muscular pode prejudicar o desempenho desses atletas. 16 TEMA 4 – SISTEMA CARDIOVASCULAR O sistema cardiovascular é o sistema que tem como função transportar o sangue para o corpo todo, para que as células recebam nutrientes e oxigênio. Esse sistema é formado pelo coração e vasos sanguíneos (artérias, veias e capilares), como exemplificado na Figura 7. Figura 7 – Representação do coração e dos vasos sanguíneos (artéria e veia) Fonte: Mari-Leal/Shutterstock; Sciencepics/Shutterstock. Como indicado acima, os vasos sanguíneos são divididos em: • Artérias – as principais funções das artérias são levar sangue para órgãos e tecidos e realizar a vasodilatação e a vasoconstrição. As ramificações das artérias são chamadas de arteríolas; • Veias – são vasos sanguíneos que garantem o retorno do sangue ao coração. Para que o sangue venoso não retorne pelas veias, esses vasos sanguíneos são dotados de válvulas; • Capilares – os capilares são responsáveis pela microcirculação, possibilitando as trocas de substâncias entre o sangue e os tecidos corporais. Durante a prática de exercício físico, o sistema cardiovascular se adapta para suprir as necessidades de oxigenação e gasto de substratos energéticos. Assim, a seguir, são elencados algumas alterações que ocorrem no sistema cardiovascular frente à prática de exercício físico: • Menor frequência cardíaca em repouso e durante o exercício; • Maior volume sistólico em repouso e durante exercícios progressivo; • Elevação do débito cardíaco máxima; 17 • Aumento do consumo máximo de oxigênio; • Aumento da extração de oxigênio pelos músculos esqueléticos periféricos; • Dilatação e hipertrofia cardíacas. TEMA 5 – SISTEMA RESPIRATÓRIO O sistema respiratório é um conjunto de estruturas que têm por função garantir a captação de oxigênio do ambiente e expelir gás carbônico do organismo, produzido pela respiração celular, nas reações metabólicas. O sistema respiratório também está diretamente ligado ao sistema olfativo e fala, devido às pregas vocais, estrutura que faz parte desse sistema. Fazem parte do sistema respiratório: • Fossas nasais; • Faringe; • Laringe; • Traqueia; • Brônquios; • Bronquíolos; • Alvéolos pulmonares; • Pulmões. Figura 8 – Representação das estruturas do sistema respiratório Fonte: Solar22/Shutterstock. 18 5.1 Etapas da respiração A respiração é controlada pelo sistema nervoso, mais especificamente pelos neurônios localizados na região do bulbo, que identifica as alterações no pH do líquido do tecido circundante e desencadeia respostas para que haja alteração do ritmo da respiração. O processo respiratório passa por diferentes etapas, sendo elas: • Ventilação pulmonar – também denominada de respiração, é o fluxo mecânico de ar para dentro dos pulmões (inspiração) e para fora deles; • Respiração externa – é a troca de gases entre os espaços de ar dos pulmões e o sangue nos capilares pulmonares, ganhando oxigênio e perdendo gás carbônico; • Respiração interna – é a troca de gases que ocorre entre o sangue nos capilares sistêmicos e as células teciduais, para que haja reações metabólicas. Esses processos permitem, então, que haja trocas gasosas entre organismo e ambiente. 5.2 Respiração e exercício Em exercício, os sistemas respiratórios e circulatórios fazem adaptações para de acordo com o tipo, intensidade e duração do exercício. Durante o exercício, o fluxo de sangue para os pulmões aumenta (perfusão pulmonar). Além disso, há aumento também da capacidade de difusão de oxigênio, ou seja, aumenta a velocidade com que o oxigênio se espalha a partir do ar alveolar. A respiração ocorre com o auxílio do diafragma, ou seja, respiração abdominal (diafragmática), em que a contração e o relaxamento das fibras musculares do diafragma auxiliam na respiração, o que é denominado de cinética diafragmática. O movimento do tórax auxilia na respiração, que, nesse caso, é denominada de torácica. Com o início do exercício, o trabalho respiratório, caracterizado pelo aumentado o volume respiratório, é auxiliado pelos músculos auxiliares da respiração. A alteração do volume respiratório que ocorre durante o exercício é 19 indicada a seguir: • Respiração em repouso: o 1% metabolismo basal; o 1% absorção de oxigênio. • Respiração duranteo exercício: o 25% a 30% do metabolismo basal; o até 12% da absorção total de oxigênio. NA PRÁTICA Diante dos conceitos expostos e exemplos oferecidos sobre a influência do exercício físico em relação aos sistemas orgânicos, indique os dois tipos de adaptação fisiológica frente à exposição do corpo ao exercício. • Adaptações agudas – ocorrem imediatamente ou em até 72 horas após o exercício. • Adaptações crônicas – alterações morfofuncionais do organismo treinado. FINALIZANDO Nesta aula, foram abordados os principais sistemas e suas alterações em relação ao exercício. Foram descritos, também, alguns tipos de adaptações agudas e crônicas do organismo frente à prática de exercício. 20 REFERÊNCIAS BRUM, P. C. et al. Adaptações agudas e crônicas do exercício físico no sistema cardiovascular. Revista Paulista de Educação Física, São Paulo, v. 18, p. 21- 31, ago. 2004. DUARTE, R. C. B. Hipotonia na infância. Residência Pediátrica, v. 8, suplem. 1, p. 40-44, 2018. KURA, G. G.; TOURINHO FILHO, H. Adaptações agudas e crônicas dos exercícios resistidos no sistema cardiovascular. EF Deportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, ano 15, n,. 153, fev., 2011. Disponível em: <https://www.efdeportes.com/efd153/adaptacoes-agudas-e-cronicas-dos- exercicios-resistidos.htm>. Acesso em: 22 abr. 2020. MAGILL. R. A. Aprendizagem motora: conceitos e aplicações. São Paulo: Edgard Blucher, 2000. SANTOS, V. Fisiologia. Brasil Escola, S.d. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/biologia/fisiologia.htm>. Acesso em: 22 abr. 2020. TORTORA, G. J.; S. R. GRABOWSKI. Princípios de anatomia e fisiologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. WEINECK, J. Manual de treinamento esportivo. 2. ed. Barueri/SP: Manole, 1989.