Sinalização celular e respostas hormonais ao exercício

Prévia do material em texto

Universidade Federal Fluminense
Fisiologia do Movimento I
Sinalização celular e respostas hormonais ao exercício
Jônatas Silveira de Almeida
Introdução
Durante um exercício físico utilizamos diferentes vias para a produção de energia. Mas de onde vem a regulação para sinalizar qual via estará atuando em maior quantidade? Como há sinalização para os adipócitos liberarem ácidos graxos com a quebra de triglicerídeos? Há diversas formas de regulação, porém uma importante e que iremos falar aqui é a via de sinalização hormonal, uma ênfase à neuroendocrinologia. 
Desenvolvimento 
Neuroendrocrinologia 
No controle da homeostasia observamos dois principais sistemas envolvidos, o endócrino e o nervoso. Eles recebem informações, processam, organizam uma resposta e sinalizam um órgão ou tecido específico. Frequentemente, ouvimos falar de respostas neuroendócrinas, que são respostam onde ambos os sistemas estão atuando em conjunto. A atuação de tais sistemas é distinta, enquanto o sistema endócrino libera hormônios (sinais endócrinos) na corrente sanguínea os nervos usam neurotransmissores (sinais sinápticos). 
Os hormônios (mensageiros químicos) para que possam exercer sua função no tecido ou órgão específico necessita que haja na célula receptores específicos, sendo assim, a única maneira de atuar. Tais hormônios podem possuir estruturas distintas, como: derivados dos aminoácidos, peptídeos, proteínas e esteroides. A estrutura implicará na maneira como irá atuar nas células e como serão transportados no sangue. 
 Concentração sanguínea dos hormônios: fatores que irão influenciar ao efeito que um hormônio irá exercer são concentrações e receptores ativos aos quais eles poderão se ligar. A concentração sanguínea pode ser influenciada por: velocidade de secreção pela glândula endócrina; velocidade do metabolismo ou excreção do hormônio; a quantidade de proteína de transporte (quando houver necessidade); mudança no volume plasmático. 
- Controle da secreção hormonal: a velocidade da secreção será de acordo com a magnitude do estímulo e da natureza do hormônio (estimulante ou inibidora). O estímulo será um estimulo químico de diferente natureza para cada um dos casos. Na maioria das vezes as glândulas endócrinas sofrerão influência de mais de um tipo de estímulo, podendo serem com a mesma finalidade ou diferentes. Um exemplo da interferência de diferentes estímulos é a insulina, podendo o pâncreas sofrer estímulos a favor da liberação das seguintes formas: aumento da concentração plasmática de glicose ou aminoácidos, neurônios parassimpáticos; estímulos contra a liberação de hormônios simpáticos e adrenalina; além de outros hormônios podendo atuar a favor ou contra a liberação de tal hormônio. 
- Metabolismo e excreção de hormônios: sua concentração é influenciada pelo metabolismo (inativação) ou sua excreção. Um ponto interessante é que em meio a um exercício físico há diminuição do fluxo sanguíneo para fígado e rins e com isso resulta em menor excreção, além de haver um aumento na velocidade de excreção de diversos hormônios.
- Proteína de transporte: hormônios esteroides e tiroxina são transportados ligados a proteínas plasmáticas. Observa-se que para um hormônio que possui proteína de transporte poder agir na célula alvo ele necessita estar livre, ou seja, a quanto mais hormônios ligados à proteína de transporte, menor é sua concentração plasmática. Um exemplo é na gravidez com os altos níveis de estrogênio aumentando a concentração de proteína de transporte de tiroxina, havendo redução da tiroxina livre; é então produzido maior quantidade de tiroxina pela tireoide para contrapor a tal efeito.
- Volume plasmático: implicará na diluição do hormônio. 
 Interação hormônio-receptor: como já dito, o hormônio estará na corrente sanguínea, percorrerá todos os tecidos, porém só agirão naqueles que apresentarem receptores específicos. Esses receptores não são fixos, eles podem aumentar com uma baixa exposição crônica ao hormônio ou diminuírem com uma alta exposição crônica. 
Um fenômeno que pode acontecer é quando há uma alta taxa de hormônio circulante que todos os receptores celulares estão ligados ao hormônio em questão – denomina-se saturação. Nessa situação, mesmo que haja um aumento na concentração desse hormônio, não haverá efeito. 
- Mecanismo de ação hormonal: os mecanismos pelos quais os hormônios alteram a atividade celular são: alteração da atividade do DNA no núcleo para iniciar ou suprimir a síntese de uma proteína específica; ativação de proteínas especiais nas células por “segundos mensageiros”; alteração dos mecanismos de transporte de membrana. 
- Alteração da atividade do DNA no núcleo: hormônios esteroides, por apresentarem estrutura lipídicas se difundem com facilidade na membrana plasmática, posteriormente se ligando a receptores específicos formaram um complexo que irá ao núcleo e dessa maneira ativa/inativa genes que levarão a síntese de mRNA que irá ao citoplasma, ribossomos, e produzirá a proteína específica. Tal mecanismo tem uma ação mais lenta, porém é mais duradoura do que a ação gerada por segundos mensageiros. Hormônios tireoidianos, apresentam funcionalidade semelhante, mesmo não sendo hormônios esteroides. 
- Segundos mensageiros: alguns hormônios por conta de estrutura e tamanho, apresentam dificuldades para atravessar a membrana plasmática, por isso se ligam à um receptor na membrana, que por sua vez ativam proteínas G (localizadas na membrana). A partir da ativação da proteína G haverá uma cascata de reação, como por exemplo: poderá abrir canais para entrada de Ca2+ ou ativar uma enzima na membrana. 
Exemplos de atuação da proteína G:
Ativando adenilato ciclase: haverá formação de AMPc a partir do ATP. Aumento na concentração de AMPc ativa a proteína quinase A, alterando a atividade celular. Mecanismo utilizado para a quebra de glicogênio até a glicose e pela degradação de moléculas de triglicerídeos até ácidos graxos livres. 
Ativando a fosfolipase C: há a hidrolise de um fosfolipídio da membrana em duas moléculas intracelulares, que por sua vez estimulam a liberação de Ca2+ dos estoques intracelulares, e o diacilglicerol (DAG). O cálcio irá se ligar e ativar a calmodulina, que irá alterar a atividade celular. O diacilglicerol irá ativar a proteína quinase C (PKC) que ativará as proteínas na célula. 
São considerados então como segundos mensageiros – AMPc, Ca2+, trifosfato de inositol e diacilglicerol (DAG). Não devem ser vistos como independentes, pois as mudanças em um afetam a ação dos outros.
- Transporte de membrana: uma ação de alguns hormônios após a ligação aos seus receptores é ativar moléculas de transportes no interior da membrana ou próximo a ela, para poder gerar movimentação de substratos do meio extracelular para o meio intra, ou o inverso. Um exemplo é a insulina gerando aumento da síntese e a mobilização de GLUT4 para a membrana celular.
Hormônios – regulação e ação: 
A seguir haverá as principais glândulas endócrinas, seus hormônios e como são regulados, os efeitos nos tecidos, e como alguns respondem ao exercício.
 Hipotálamo e hipófise: a hipófise se localiza na base do cérebro, acoplada ao hipotálamo. Na hipófise encontraremos dois lobos, são eles: lobo anterior, adeno-hipófise, sendo uma glândula endócrina verdadeira; e o lobo posterior, neuro-hipófise, sendo um tecido nervoso que se projeta desde o hipotálamo. Ambos os lobos são controlados pelo hipotálamo. 
- Hipófise anterior: seus hormônios são – hormônio adrenocorticotrófico (ACTH); hormônio foliculoestimulante (FSH); hormônio luteinizante (LH); hormônio estimulante de melanócitos (MSH); hormônio estimulador da tireoide (TSH); hormônio do crescimento (GH); e prolactina. A maioria desses hormônios controlam a liberação de outros hormônios. Exemplos: TSH – hormônios tireoidianos e cortisol no córtex suprerrenal; LH – testosterona nos testículos e progesterona nos ovários; GH – fatores de crescimento semelhantes à insulina (IGF)pelo fígado e outros tecidos. Os IGF podem ser produzidos de outras maneiras também, um exemplo é IGF-1 com atuação local após estímulos de contração no músculo.
- Hormônio do crescimento (GH): secretado pela hipófise anterior, exercem efeitos de crescimento em todos os tecidos por meio dos IGF. O hormônio liberador do hormônio do crescimento (GHRH) estimula a liberação enquanto a somatostatina hipotalâmica tem ação inibidora. Há regulação de GH por feedback negativo com as concentrações sanguíneas de GH e IGF. O GH então, estimulará a síntese de proteínas e o crescimento; aumento da gliconeogênese no fígado; o bloqueio da entrada de glicose nas células adiposas para favorecer a mobilização das gorduras. 
- Hipófise posterior: armazena dois hormônios produzidos no hipotálamo: ocitocina e hormônio antidiurético (ADH). 
- Hormônio antidiurético: o ADH diminui a perda hídrica do corpo, aumentando a sua reabsorção pelos túbulos renais. Podemos ter dois principais estímulos para a sua liberação: elevada osmolaridade plasmática (baixa concentração hídrica); e hipovolemia. Osmoceptores percebem a baixa concentração hídrica e estimulam a liberação de ADH, diminuindo a perda de água com a reabsorção nos rins. Caso haja uma osmolaridade normal, porém uma hipovolemia, receptores de estiramento existentes no átrio esquerdo promovem um reflexo que resulta na liberação de ADH. Durante um exercício físico observamos uma diminuição do volume sanguíneo e um aumento da osmolaridade, resultando em liberação de ADH. 
 Tireoide: é estimulada pelo TSH para produzir e secretar dois hormônios (ambos possuem iodo), tri-iodotironina (T3) e a tiroxina (T4). Ambas são proteínas que se ligam a proteínas plasmáticas. T4 é produzido em maior quantidade, entretanto, grande parte posteriormente é convertida a T3. 
- Hormônios tireoidianos: são de suma importância para a taxa metabólica basal. Temos indivíduos com baixa T3, com hipotireoidismo, letárgicos e hipocinéticos. Tanto o T3 quanto o T4 funcionam como hormônio permissivos, ou seja, permitem que outros hormônios exerçam por completo suas respectivas funções. Podemos observar o controle de sua secreção por feedback negativo, a partir de suas concentrações sanguíneas, e então, a liberação de TSH. 
- Calcitonina: envolvida secundariamente na regulação do cálcio plasmático. Quando há um aumento da concentração de cálcio, a calcitonina é liberada para impedir a liberação de cálcio dos ossos e estimular a excreção pelos rins. 
 Paratireoide: o paratormônio é o principal envolvido na regulação de cálcio plasmático. Com baixas concentrações de cálcio, há liberação do paratormônio e assim há estimulação da liberação de cálcio pelos ossos, reabsorção renal, além de estimular à conversão da vitamina D ativa nos rins (D3). Pode ter aumento durante um exercício intenso e prolongado. 
 Glândula suprarrenal: composta por duas glândulas – medula suprarrenal, secreta as catecolaminas (adrenalina e noradrenalina); córtex suprarrenal, secretando hormônios esteroides.
- Medula suprarrenal: parte do sistema nervoso simpático. Maior parte de sua secreção hormonal é de adrenalina, hormônio que age em diversos tecidos. A adrenalina e noradrenalina se envolvem na manutenção da PA e glicemia. Ambos os hormônios se ligam a receptores adrenérgicos e agem por meio de segundos mensageiros. 
- Córtex suprarrenal: secreta hormônios esteroides que podem ser classificados como: mineralocorticoides, aldosterona, se envolvem na manutenção das concentrações plasmáticas de potássio e sódio; glicocorticoides, cortisol, regulação de glicemia; esteroides sexuais, andrógenos e estrógenos, crescimento pré-pubescência. Observamos o colesterol como percursor químico comum para todos esses hormônios esteroides.
- Aldosterona: importante na reabsorção de sódio e secreção de potássio nos rins. Se envolve no equilíbrio do volume plasmático e na pressão arterial. Pode ter sua liberação liberada pela concentração de potássio plasmático; ou uma baixa PA no rim ou aumento das atividades simpáticas nos rins fazem com que haja secreção de renina (enzima), que irá para corrente sanguínea que converte o seu substrato (angiostensinogênio) em angiostensina I que nos pulmões será convertida em angiostensina II, a qual estimula a liberação de aldosterona, aumentando a reabsorção de sódio. Estímulos para secreção de ADH e aldosterona são estímulos para a sede também. 
- Cortisol: principal glicocorticoide secretado pela suprarrenal. Contribui para a manutenção da glicose em meio a um exercício físico prolongado ou jejum. Pode atuar de algumas maneiras: inibindo a síntese proteica e estimulando a quebra de proteínas para a gliconeogênese; estimulam mobilização de ácidos graxos livres do tecido adiposo; estimulam enzimas hepáticas que participam da síntese de glicose; bloqueia a entrada de glicose nos tecidos, fazendo com que haja maior utilização de gordura. Sua regulação é por feedback negativo, o hipotálamo secreta o hormônio liberador corticotrófico (CRH) e com isso a hipófise libera mais ACTH havendo aumento de cortisol, quando há uma elevada concentração de cortisol o hipotálamo recebe informações e com isso há diminuição de ACTH e consequentemente cortisol.
 Pâncreas: é uma glândula mista, sendo endócrina e exócrina. As secreções exócrinas são enzimas digestivas e bicarbonato, os hormônios liberados pela parte endócrina (ilhotas de Langerhans) são a insulina, glucagon e somatostatina.
- Insulina: secretada pelas células β das ilhotas pancreáticas. É o hormônio mais importante na fase pós pandrial. Principal estimulo para a síntese e liberação de glicose é a glicemia.
- Glucagon: secretado pelas células α das ilhotas pancreáticas. Age de maneira oposta à insulina. Sua secreção aumenta com a diminuição da glicemia. 
- Somatostatina: secretado pelas células delta das ilhotas pancreáticas. Pode se envolver na regulação da secreção de insulina. A somatostatina aumentará sua concentração no período de absorção, ele influenciará a velocidade de absorção pelo trato intestinal.
 Testículos e ovários: os principais hormônios esteroides são, testosterona e estrogênio. São importantes para a reprodução e para as características sexuais secundárias. 
- Testosterona: apresenta regulação controlada pelo hormônio estimulante, o LH, o qual é controlado por um hormônio hipotalâmico. A produção de espermatozoide, nos túbulos seminíferos, dependerá da testosterona e do FSH. A testosterona, assim como o androgênio é um hormônio anabólico, por estimular síntese de proteínas e ser responsável pelas mudanças masculinas na puberdade. 
- Estrogênio e progesterona: os estrogênios são um grupo de hormônios que apresentam efeitos semelhantes. São esses hormônios – estradiol (estrogênio primário), estrona e estriol.
Controle hormonal da mobilização do substrato durante o exercício:
Uns dos determinantes para a escolha do substrato a ser utilizado e sua velocidade durante o exercício físico são a intensidade e a duração do exercício.
 Utilização do glicogênio muscular: na maioria dos exercícios físicos ele será o principal combustível para os músculos. A intensidade do exercício irá influenciar a velocidade em que ele será utilizado. Observamos que quanto mais intenso o exercício mais rápido é a utilização de glicogênio muscular. A glicogenólise muscular encontra-se sob um duplo controle de adrenalina-AMPc e de Ca2+-calmodulina.
 Homeostase de glicose sanguínea durante o exercício: observamos diversos hormônios atuando para a manutenção da glicemia em períodos de jejum, inanição e durante exercício físico. A glicemia é mantida ocorrendo alguns processos como: mobilização do glicogênio hepático; mobilização de AGL e das reservas adiposas para poupar glicose; gliconeogênese hepática; bloqueio da entrada de glicose nas células para forçar a utilização de AGL como combustível. 
- Hormônios passivos e de ação lenta: tiroxina, cortisol e GH se envolvem na regulação do metabolismo de proteínas, gorduras e glicose. Eles podem facilitar interaçãode outros hormônios ou apresentarem uma ação lenta. 
- Hormônios da tireoide: são hormônios importantes na regulação da TMB e para permitirem a ação completa de outros hormônios (hormônios permissivos). Eles agem influenciando no número de receptores para outros hormônios ou a afinidade. Um exemplo é o T3 e a adrenalina, sem T3 a adrenalina não iria ter uma atuação excelente na mobilização dos AGL do tecido adiposo. Baixos níveis de T3 e T4 (hipotireoidismo) diminuiria a ação de outros hormônios na mobilização de combustível durante o exercício físico.
- Cortisol: ele estimula a mobilização de AGL do tecido adiposo; mobiliza proteína dos tecidos para a produção de aminoácidos para a síntese de glicose hepática (gliconeogênese); diminui a velocidade de utilização da glicose pelas células. 
- Hormônio do crescimento: temos o GH não contribuindo somente para a síntese de proteína por meio da secreção de IGF pelo fígado, mas observamos auxilio ao cortisol, contribuindo par o metabolismo de glicose e gordura. O GH diminui a absorção de glicose pelos tecidos; aumenta a mobilização de AGL; promove gliconeogênese hepática. Com isso, temos a preservação da glicemia. 
- Hormônios de ação rápida: diferente dos hormônios de ação lenta/permissivos, os de ação rápida conseguem rapidamente fazer com que haja uma regulação da glicemia em meio a um exercício físico. 
- Adrenalina e noradrenalina: além de estarem envolvidos na mobilização de glicogênio muscular, estão também em: mobilização de glicose hepática; mobilização de AGL do tecido adiposo; interferência na absorção de glicose pelos tecidos. A adrenalina liberada pela medula suprarrenal é a catecolamina mais importante referente à mobilização de glicose hepática e dos AGL do tecido adiposo. A adrenalina parece responder melhor que a noradrenalina às mudanças na glicemia. Quando há uma queda da glicemia os receptores do hipotálamo são estimulados a liberarem mais adrenalina, porém esse efeito é pequeno em relação a noradrenalina. Entretanto, quando há alteração na pressão arterial, que pode ocorrer devido um aumento térmico, a principal catecolamina em questão é a noradrenalina. A adrenalina se liga a receptores β-adrenérgicos no fígado e estimula a degradação de glicogênio hepático para haver liberação de glicose no sangue.
- Insulina e glucagon: tais hormônios apresentam respostas distintas em relação à sua ação na mobilização de glicose hepática de dos AGL do tecido adiposo. Podemos ter tais hormônios como os principais responsáveis da mobilização de glicose hepática durante um exercício moderado a vigoroso. A insulina é o principal hormônio responsável pela absorção de glicose e AGL, enquanto o glucagon promove a mobilização de tais substratos e a gliconeogênese. Durante um exercício a concentração de insulina vai diminuindo, com isso vai favorecendo a mobilização de AGL do tecido adiposo e glicose hepática, visto que a medida que vai diminuindo o glucagon vai aumentando. Observa-se que em indivíduos treinados há menor variação desses hormônios, o que pode ser entendido como maior sensibilização por parte dos seus receptores, e maior utilização de gordura como combustível nos músculos. Em meio a uma constância da glicemia, a adrenalina e noradrenalina estimulam receptores α-adrenérgicos nas células β das ilhotas pancreáticas a reduzirem a secreção de insulina, enquanto estimulam receptores β-adrenérgicos das células α a aumentarem a secreção de glucagon. 
Ciente de tais eventos, nas variações das concentrações dos hormônios, observamos o aumento da adrenalina, noradrenalina, GH, cortisol, glucagon e a diminuição da insulina em meio a um exercício físico contribuindo para a mobilização da glicose hepática e dos AGL de tecido adiposo e a gliconeogênese hepática, além da diminuição da captação de glicose pelas células contribuindo para a manutenção da glicemia e assim fornecendo combustível necessário para as contrações musculares e o funcionamento do sistema nervoso central. 
Interação hormônio-substrato:
Observamos uma diminuição de AGL em exercícios físicos intensos, mesmo com hormônios que estimulem maior quebra dos triglicerídeos, podendo ser consequência de um aumento de H+ (inibe a lipase sensível a hormônio); aumento da concentração de lactato, havendo ressíntese de triglicerídeos; má fluxo sanguíneo até o tecido adiposo; diminuição de albumina para o transporte de AGL no plasma.
Conclusão
É possível observar a importância do entendimento dos hormônios e suas funções para a fisiologia do exercício. Há uma cascata de reações que provocam aumento e diminuição de diversos hormônios que irão contribuir na mobilização do combustível para o exercício físico. 
Sabendo disso, podemos adotar diferentes estratégias nutricionais visando aumentar a performance esportiva, trazendo benefícios não só para atletas mas como para os praticantes de atividades físicas. 
Referências 
POWERS, S.K. & HOWLEY, E.T. Fisiologia do Exercício – Teoria e Aplicação ao Condicionamento e ao Desempenho. 9a ed., São Paulo: Manole, 2017.
Niterói, 2018