Fisiologia_do_exercicio_I

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Fisiologia do exercício
(Homeostasia)
Prof.Dr. Alex Souto Maior
Doutor em fisiologia – IBCCF/UFRJ
Mestre em engenharia biomédica – IP&D/UNIVAP
HOMEOSTASIA
Manutenção do ambiente interno constante em condições de repouso.
Mc Ardle et al. Fisiologia do exercício, 6ºed., 2008
Claude Bernard 
(1813-1878) 
Claude Bernard verificou que, mesmo sob 
fortes variações do meio externo, um organismo 
vivo sempre tende a manter uma constância. 
Exemplos: 
a. Hiperventilação pós-esforço intenso;
b. Sudorese durante o exercícios;
c. etc.......
Aires (2008). Fisiologia. 2ªed. Guanabara Koogan
SISTEMA DE CONTROLE BIOLÓGICO 
É uma série de componentes interconectados para manter o 
parâmetro físico ou químico do corpo em um valor constante.
Agente estressor
Sensores Centro de integração
SNC
EfetoresManutensão da 
homeostasia
Emoção
Estresse
Exercício
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Patologia
RETROALIMENTAÇÃO NEGATIVA 
Retorno do ambiente interno ao normal após o estímulo 
original que desencadeou alterações.
Concentração de 
fluidos corporais
(-) 
SEDE
Ingestão de 
líquidos potáveis
(+) 
RETROALIMENTAÇÃO NEGATIVA
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS BÁSICOS 
1. sistema de transporte do líquido extracelular 
Este sistema ocorre em duas etapas:
1º. O sangue flui pelos vasos sanguíneos;
2º. O sangue flui dos capilares até as células. 
No repouso, o sangue leva cerca de um minuto para percorrer todo o corpo, e durante 
o esforço ele pode percorrer o corpo até seis vezes em cada minuto. PORQUE?
Mc Ardle. Fisiologia do exercício, 6ºed. 2008
MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS BÁSICOS 
2. origem dos nutrientes do líquido extracelular 
É a passagem do sangue pelos capilares do trato gastrintestinal, onde 
incorpora substâncias oriundas do processo de digestão. 
O fígado, as células gordurosas, a mucosa intestinal e as 
glândulas endócrinas, modificam a estrutura química de 
muitas destas substâncias, tornando-as utilizáveis para os 
demais tecidos. 
MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS BÁSICOS 
3. Excreção de produtos metabólicos
uréia
Mecanismo necessário para 
excreção de produtos oriundos do 
metabolismo.
HOMEOSTASIA
36
36,5
37
37,5
38
38,5
39
39,5
10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 - Tempo
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
 
c
o
r
p
o
r
a
l
 
(
º
C
)
Exercícios e Temperatura elevada
O que ocorre fisiologicamente para que ocorra a homeostasia térmica?
HOMEOSTASIA
Hipotálamo anterior
Termorreceptores periféricos de Ruffini (detectam o aumento da temperatura)
Redirecionamento do FS interno do corpo
Síntese de substâncias vasodilatadoras 
(NOs e bradicinina)
> do fluxo sangüíneo cutâneo 
Dissipação do calor=
Porque?
Aires (2008). Fisiologia. 2ªed. Guanabara Koogan
EXPLIQUE O PROCESSO HOMEOSTÁTICO ABAIXO:
Aires (2008). Fisiologia. 2ªed. Guanabara Koogan
Fisiologia do exercício
(Bioenergética)
O que é o metabolismo? 
É o complexo conjunto de reações químicas, catalisadas por enzimas, que ocorrem no organismo.
Lento Rápido
Diferença de sexo?
Responsabilidade deste processo: 
1- síntese e degradação dos nutrientes na célula; 
2- obtenção e utilização de energia; 
3- crescimento e desenvolvimento celular; 
4- remoção de produtos de excreção.
Robergs et al., Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 287: R502–R516, 2004 
Fontes energéticas
Carboidratos Lipídeos Proteínas
ATP
 
N
NN
N
NH2
O
OHOH
HH
H
CH2
H
OPOPOP-O
O
O- O-
O O
O-
adenine 
ribose 
ATP 
adenosine triphosphate 
phosphoanhydride 
bonds (~) 
ATP – função biológica
O ATP é usado pelas células para transferir energia, e não para armazená-la. 
Formação ADP + Pi + 12 kcal ATP
Utilização ADP + Pi + 12 kcalATP ATPase
Onde está o ATP?
Quais as principais reações metabólicas?
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Exercício
CATABOLISMO CELULAR
Hart et al., Ann Surg. 2000; 232(4): 455–465 
Processamento de nutrientes (vias de degradação) para fins de obtenção de energia sob a forma de ATP. 
Catabolismo intenso induzido em modelo experimental
A acetil-CoA é oxidada no Ciclo de 
Krebs em CO² e as Coenzimas 
transportadoras de elétrons NAD e FAD 
podem aceitar 2 eletrons de H+ cada uma e 
transportam o H+ removidos dos nutrientes. 
Desta forma, elas reduzem seus pares de 
eletrons em NADH+ e FADH+.
Exemplo:
Transporte dos eletrons para as moléculas de O²
Produção H²O e ATP pelo processo denominado fosforilação oxidativa
PROCESSOS DE CATABOLISMO CELULAR
Ciclo de Cori Ciclo de Krebs
ANABOLISMO
Ligações glicosídicas
Ocorre a síntese de macromoléculas a partir de 
compostos pequenos.
Glicogênese
É a síntese intracelular do glicogênio (fígado e músculo). 
É ativado pela insulina em resposta aos altos níveis de glicose sangüínea.
The Diabetes Research in Children Network (DirecNet) Study Group (2006)
ANABOLISMO CELULAR DESCONTROLADO
Esteróides anabolizantes
Mutação gênica em que o gene que expressa 
a proteína que inibe o crescimento muscular é
apagado do DNA. 
Miostatina (GDF-8)
Obesidade
ANABOLISMO Vs. CATABOLISMO
Vias metabólicas
WILMORE & COSTILL , 1994
CREATINA E SUAS FUNÇÕES MUSCULO-ESQUELÉTICAS
I) aumento dos conteúdos intramusculares de fosfocreatina;
II) aumento da velocidade de regeneração de fosfocreatina
durante o exercício;
III) melhora na atividade da via glicolítica pelo tamponamento de 
íons H+; 
IV) Melhora o tempo de relaxamento no processo contração-
relaxamento da musculatura esquelética, em decorrência da 
melhora na atividade da bomba sarcoendoplasmática de cálcio;
V) aumento da concentração de glicogênio muscular. 
Terjung et al. Med Sci Sports Exerc 2000;32:706-17.
Kilduff et al. Med Sci Sports Exerc 2002;34:1176-83. 
Metabolismo Anaeróbio
Sistema ATP-CP e ATP disponível
CP + ADP ATP + C
creatina cinase
Rins
Excreção
Journal of Nutrition 134:2888S-2894S; 2004
Metabolismo Anaeróbio – ATP-CP
Re-síntese CP
A creatina é encontrada na carne e no peixe, mas que pode também ser produzida pelo fígado, 
pâncreas e rins a partir dos aminoácidos: arginina, glicina e metionina. 
GLICÓLISE
Sem O2
Ácido lático
Com O2
Acetil CoA
LDH
Piruvato desidrogenase
NADH2 e 2H+
GLICÓLISE ANAERÓBIA 
Guyton AC. Medical of Physiology. Elsevier. 11ºed. 2006 
Fibras musculares glicolítica O acumulo de O acumulo de lactatolactato anuncia o inanuncia o iníício do metabolismo anaercio do metabolismo anaeróóbiobio
GLICÓLISE ANAERÓBIA – Ciclo de Cori
GLICÓLISE AERÓBIA 
O piruvato sofre descarboxilação e agrega uma CoA a partir da ação da 
piruvato desidrogenase. Desta forma promove a conversão de piruvato a 
acetil-CoA.
Fibras musculares oxidativa
1 1
Nelson & Cox. Lehninger principles of biochemistry, 4ºed. 
PROTEÓLISE
(Aminoácido)
É produzido através da transaminação
do piruvato, ou seja, é uma reação 
caracterizada pela transferência de um 
grupo amina (nitrogênio) de um 
aminoácido (transportado pelo glutamato) 
para um piruvato formando alanina e um 
ácido α-cetônico, efetuado enzima 
transaminases.
(Novo aminoácido)
No fígado a alanina transfere um grupo 
amina para o α-cetoglutarato, assim
sintetiza piruvato com a participação da 
enzima alanina aminotransferase.
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Glicose
Músculo Fígado Gorduras
Glicogênese
> Triglicerídeos
Glut 2
* A variação da glicemia é detectada pelas células β pancreáticas, iniciando automaticamente o controle da 
secreção de insulina. Alterações na expressão de GLUT2 (através das células β pancreáticas) esta associada a um 
defeito de estimulação da insulina, o que não permite o controle da glicemia. 
Glut 4
Diabetes
Não ocorre
(responde pela ação insulínica)
ÁCIDO GRAXO e ENERGIA AERÓBIA
Acil-CoA sintase
CPT1 = Carnitina Acil transferase I 
CPT2 = Carnitina Acil transferase II
Transportada pela Carnitina translocase
Acil perde a CoA
Liga o grupo Acil a CoA
Energia aeróbia
METABOLISMO ENERGÉTICO AERÓBIAFox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
OBRIGADO
HORMÔNIOS E METABOLISMO
Insulina = hormônio anabólico
INSULINA
Guyton AC. Medical of Physiology. Elsevier. 11ºed. 2006 
INSULINA
Maltase e água
Guyton AC. Medical of Physiology. Elsevier. 11ºed. 2006 
Van Cauter et al., Endocrine Reviews 18 (5): 716-738. 1997 
Fatores que inibem a síntese da insulina
• Jejum;
• Atividade adrenérgica;
• Leptina;
• Redução da glicose plasmática 
Guyton AC. Medical of Physiology. Elsevier. 11ºed. 2006 
Exercício
Repouso
INSULINA
GLUCAGON
Ilhotas de Langerhans
Mantêm os níveis de glicose plasmática ao se ligar aos receptores do glucagon nos 
hepatócitos promovendo a síntese de glicose hepática a partir da glicogenólise. 
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Catecolaminas – elevam com o esforço e antagonizam os efeitos da insulina, 
estimulando a glicogenólise hepática e muscular, a gliconeogênese e a 
lipólise.
CATECOLAMINAS 
Adrenalina
Fosforilase Glicogênio
fosforilase
> glicose
Fígado
Tecido adiposo (LIPÓLISE)
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Aires M. Fisiologia. 3ªed. Guanabara Koogan 2008
HORMÔNIO DO CRESCIMENTO
Estimula a divisão celular
Guyton AC. Medical of Physiology. Elsevier. 11ºed. 2006 
ou somatomedina
glicólise
Somatotrófos
Efeito catabólico
gliconeogênese
hGH e resistência insulínica 
Kim et al. Am J Physiol Endocrinol Metab 277: 742-749, 1999; 
hGH Ácidos graxos livre
Redução da expressão 
do GLUT 4
Resistência insulínica e 
redução da captação de glicose
Pode induzir a diabetes 
em doses suprafisiológicas
hGH e exercícios aeróbios
Cruzat et al. Rev. Bras. Cienc. Farm. 44(4): 2008 
10 a 15 min 30% do VO2max Aumento hGH
Concentração basal = 1-2 µg/L 
30% e 75% do VO2max Aumento hGH = 5-25 µg/L 
>90% do VO2max Aumento hGH = 50 µg/L 
Retorno aos níveis basais em até 60 min. pós esforço
SISTEMA ENDÓCRINO e CORTISOL
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Stress
Jejum
Exercício
EFEITO CATABÓLICO e CORTISOL
Fox: Human Physiology. p.169, 8º ed. Mc Graw-Hill. 2003
Stress
Jejum
Exercício
ESTUDEM PARA NÃO FICAREM NO MUNDO DA LUA
LIMIAR DE LACTATO
GLICÓLISE
Sem O2
Ácido lático
LDH
NADH2 e 2H+
Intensidade de moderada a alta
FormaFormaçção de ão de áácido lcido lááticotico
►► Quando a intensidade do esforQuando a intensidade do esforçço encontrao encontra--se elevada a produse elevada a produçção ão 
de de ííons de H ons de H éé maior que a disponibilidade de NAD nas cmaior que a disponibilidade de NAD nas céélula para lula para 
utilizutilizáá--lo. lo. 
A medida que pares de A medida que pares de ííons de H se formam, são combinados com o ons de H se formam, são combinados com o 
piruvatopiruvato para formar para formar áácido lcido láático a partir da enzima tico a partir da enzima lactatolactato
desidrogenasedesidrogenase. . 
MAIOR PREVALÊNCIA FIBRAS ANAERÓBIAS (Tipo II)
M
a i
o r
 i n
t e
n s
i d
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e 
m
e n
o r
 o
x i
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ç ã
o 
d o
s 
á c
i d
o s
 g
r a
x o
s ?
J Am Coll Nutr. 2001 Oct;20(5):529-36. 
ConseqConseqüüências do aumento de ências do aumento de áácido lcido lááticotico
1.Depleção de fosfocreatina = <ATP;
2. Depleção de glicogênio muscular;
3. Aumento das concentrações de íons de H+ = 
falha concêntrica e menor produção celular de 
energia;
4. Falhas na transmissão neural.
5. Inibição da fosfofrutoquinase (PFK).
LIMIAR DE LACTATO
É o ponto no qual o lactato sangüíneo aumenta sistematicamente durante o exercício graduado
Anuncia o início do metabolismo anaeróbio
65
Tempo de treinamento?
Compensação
AUMENTO DO LIMIAR DE LACTATO
O lactato atravessa as membranas celulares de muitos tecidos 
(incluindo coração e músculo esquelético) por transporte facilitado 
através do sistema de transporte dos monocarboxilatos (MCT);
QUANTO MAIOR O Nº DE MCT MAIOR A LIBERAÇÃO DE LACTATO 
PARA O MEIO EXTRACELULAR.
Brooks (2000). Med Sci Sports Exerc 32:790–799. 
Proposta do termo “limiar anaeróbico” Wasserman e McIlroy, Am J Cardiol 1964
Quais os fatores que interferem no limiar de lactato?
PORQUE REMOVEU RAPIDAMENTE?
Sistema cardio-respiratório
Ciclo cardíaco
*Conjunto de movimentos encadeados a partir do início da atividade atrial
e final da atividade ventricular. 
Fases do ciclo:
* Contração(sístole) – 0,3s 
-sístole atrial
- sístole ventricular
* Relaxamento(diástole) – 0,5s 
-diástole ventricular
Hundley WG et al., J Am Coll Cardiol, 2001; 38:796-802
PAS = SPAS = Síístole ventricularstole ventricular
Ponto mPonto mááxima de expulsão do sangue xima de expulsão do sangue 
pelo ventrpelo ventríículoculo
Mitral Tricúspide Aorta Pulmonar
PAD = DiPAD = Diáástole ventricularstole ventricular
Ponto de fechamento da vPonto de fechamento da váálvula lvula aaóórticartica
CICLO CARDÍACO
120 mmHg
80 mmHg
Maior AS. Phorte Ed. 2008
Válvulas atrioventriculares
Válvulas atrioventriculares
Atividade elétrica cardíaca
internodais Bachmann A despolarização cardíaca é
propagada a partir do nodo sinoatrial
(SA) pelo trato internodais no átrio 
direito e pelo feixe de Bachmann para 
o átrio esquerdo.
O disparo elétrico propaga dos 
átrios para os ventrículos através do 
nódulo atrioventricular (AV). O 
nódulo AV é despolarizado, o sinal 
elétrico prossegue ao longo de um 
sistema de condução no feixe de His
e nas fibras de Purkinje nos ramos 
direito e esquerdo dos ventrículos.
Fox. Human Physiology. 8ªed. 2003
fibras de Purkinje
feixe de His
Fox. Human Physiology. 8ªed. 2003
O exercício físico caracteriza-se por uma situação que retira o organismo de 
sua homeostase. 
( FC x VS) x RVP = PA
DC
Atividade 
simpática
Retorno 
venoso
Agente
estressor
Guyton and Hall (2006) Nervous Regulation Rapid Control of Arterial Pressure. Ed. Elsevier
Redistribuição do fluxo sanguíneo
É o conjunto de órgãos responsáveis pela entrada, filtração, aquecimento, 
umidificação e saída de ar do nosso organismo. Faz as trocas gasosas do 
organismo com o meio ambiente, oxigenando o sangue e possibilitando que ele 
possa suprir a demanda de oxigênio do indivíduo para que seja realizada a 
respiração celular.
RESPIRAÇÃO PULMONAR
A função respiratória se processa mediante três atividades distintas, mas coordenadas: 
1.ventilação: o ar da atmosfera chega aos alvéolos (freqüência X 
profundidade da respiração).
2. Perfusão: processo pelo qual o sangue venoso procedente do coração 
chega aos capilares dos alvéolos. (determinado pelo débito cardíaco –
freqüência cardíaca X volume sistólico referente ao ventrículo direito).
3. Difusão: habilidade dos pulmões para a transferência de gases, ou seja, 
processo em que o oxigênio do ar contido nos alvéolos passa para o sangue 
ao mesmo tempo em que o dióxido de carbono contido no sangue passa 
para os alvéolos 
Membrana alvéolo-capilar
Parênquima pulmonar
A troca gasosa se processa através da 
parede alveolar, do líquido extracelular 
contido nos espaços entre alvéolos e 
capilares, da parede do capilar (troca 
gasosa), do plasma sanguíneo e da 
membrana dos glóbulos vermelhos.
Inspiração
Diafragma traciona a superfície inferior 
dos pulmões para baixo
Impulso nervoso Atividade dos nervos frênicos
Contração diafragma 
e 
intercostais
Redução da pressão interna
Perfusão do AR 
Pressão igualada 
fim da inspiração
Qual a diferença?
Espaço pleural mantém permanentemente
uma pressão negativa no seu interior, que 
impede o colapso dos pulmões.
Bloqueio na passagem do ar
de menor ou maior calibre
Pressão negativa = -4mmHg
Inspiração profunda = -18mmHg
Expansão máxima
relaxamento da musculatura do diafragma 
e dos 
músculos intercostais.
Diafragma Costelas
Expiração
> pressão interna = saída do ar
Fatores Limitantes para melhora do desempenho físico
Howley et al. Med. Sci. Sports Exerc., 32(1): 70–84, 2000.
Navare & Thompson. J. Nucl. Cardiol 2003; 10:521-528.
• Contratilidade cardíaca• Volume sanguíneo 
Músculos
Circulação
Cardíaca
Pulmões
Vco2
Vo2
.
.
Ins
Exp
Fluxo O2
Fluxo CO2
Produção CO2
Consumo de 
O2
Qco2
Qo2
.
.
CONDICIONAMENTO FÍSICO E INTERAÇÃO SISTEMA CARDIORESPIRATÓRIO
Navare & Thompson. J. Nucl. Cardiol 2003; 10:521-528.
Burton et al. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain 2006; 4(6): 185-188.
Burton et al. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain 2006; 4(6): 185-188.
Débito cardíaco = FC x VS
30
40
50
60
70
20
100 200 300 400
V
O
2
m
á
x
(
m
l
.
k
g
-
1
.
m
i
n
-
1
)
.
Carga (watts)
Sedentários
Ativos
Condicionados
Atletas de 
Endurance
VO2máx = DCmáx x Difmáx (a-v) O2
Fatores determinantes para 
melhora do DC e VO2máx
• Volume sanguíneo;
• Contratilidade cardíaca (inotropismo);
• Diferença arterio-nenosa.
Burton et al. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain 2006; 4(6): 185-188.
Foss & Keteyian. Bases Fisiológicas da exercício. 6ºed. 2000
Retorno venoso e dRetorno venoso e déébito cardbito cardííacoaco
É a quantidade de sangue que retorna ao coração através das veias cava superior 
e inferior.
* Recolher o sangue da periferia e 
conduzí-lo de volta ao coração.
* Armazenar grande quantidade de 
sangue, mobilizando-o para o 
coração quando necessário.
Função das veias
Retorno venoso é dependente:
• freqüência respiratória;
• massa muscular;
• posição corporal. 
Pressões intratorácica
e intra-abdominal
Vander et al. Human Physiology. McGraw-Hill Ed. 2001.
Mecanismos básicos da hipertrofia cardíaca
- Sobrecarga de Volume (Lei de Laplace)
Hipertrofia compensatória
A força do miocárdio é diretamente proporcional à pressão intraventricular e ao 
raio da cavidade e, inversamente proporcional à espessura da parede.
(F = P x R / 2h).
Pré Pós
Volume da cavidade = Pressão = Força do miocárdio = VO2máx
Burton et al. Continuing Education in Anaesthesia, Critical Care & Pain 2006; 4(6): 185-188.
Cavidades cardíacas
DIFERENÇA ARTERIO-VENOSA
É a diferença do conteúdo misto de O² arterial e venoso.
Repouso
Exercício
ADAPTAÇÕES e DIFERENÇA ARTERIO-VENOSA
Célula muscular antes do 
treinamento de endurance
Célula muscular após o 
treinamento de endurance
Barorreceptores 
São mecanorreceptores estimulados pela deformação da parede arterial
* Responsáveis por manter a regulação da PA e da FC 
* Promove a regulação da PA e 
da FC para que ocorra a 
perfusão tecidual e 
homeostasia metabólica.
* Promove mudanças na resistência vascular periférica e no débito cardíaco.
Guyton and Hall (2006) Nervous Regulation Rapid Control of Arterial Pressure. Ed. Elsevier
* Inibição do centro vasoconstritor bulbar
e 
excitação parassimpática
Barorreceptores – Sinal de aferência
N. HERING
Gânglio nodoso
Gânglio petroso
IX (N. glossofaríngeo)
X (N. Vago)
N. DEPRESSOR 
AÓRTICO
-
+
NTS
NA - DMV
Mielinizado
Guyenet PG. Nature. 2006; 7:335-346
Heusser K. et al. Hypertension 2010;55;619-626
AUMENTO DA SENSIBILIDADE BAROREFLEXO
Aferentes 
vagais
( FC x VS) x RVP = PA
DC
Atividade 
simpática
Retorno 
venoso
normalizado
Atividade 
vagal
Guyton and Hall (2006) Nervous Regulation Rapid Control of Arterial Pressure. Ed. Elsevier
Resposta pós-esforço e regulação da PA e FC
Princípios básicos para uma melhor eficiência do coração com exercício:
1. Determinado volume-contração pode ser ejetado com menor tensão e 
perda de energia pelo miocárdio quando a contração tem início com 
maior volume diastólico final.
2. O gasto energético é maior quando a contração ocorre mais 
rapidamente (hiperatividade simpática).
3. Freqüência cardíaca baixas, aumento no volume e raio da cavidade 
diastólica final de indivíduos treinados (hipertrofia fisiológica) 
proporciona maior eficiência ventricular.
4. Quanto maior o volume do coração, maior a tensão das fibras 
miocárdicas para manutenção da pressão intraventricular (Lei de La
Place). Desta forma, elevação do consumo de oxigênio.
Thompson PD. O exercício e cardiologia do esporte. Manole. 2004
CONCLUSÃO