• Introdução à Homeostasia
  • homeostase
• Terminologia da homeostase
  • Termos aplicados à temperatura
• Loops de feedback
• Feedback positivo
• Feedback negativo
• Diabetes: Tipo 1 e Tipo 2

Introdução à Homeostasia

Homeostasia A homeostase está relacionada com processos fisiológicos dinâmicos que nos ajudam a manter um ambiente interno adequado ao funcionamento normal. não Este equilíbrio ocorre quando não está a ocorrer nenhuma mudança líquida: adicione leite ao café e, eventualmente, quando o equilíbrio for alcançado, não haverá difusão líquida de leite na caneca de café. A homeostase, no entanto, é o processo pelo qual as variáveis internas, como a temperatura corporal, a pressão arterial, etc., são mantidas dentro de um intervalo de valores adequado àQuando um estímulo altera uma destas variáveis internas, cria um sinal detectado ao qual o corpo responderá como parte da sua capacidade de levar a cabo a homeostase.

homeostase

• A homeostase é a tendência dos sistemas biológicos para manterem condições relativamente constantes no seu ambiente interno, ao mesmo tempo que interagem e se adaptam continuamente às alterações originadas dentro ou fora do sistema.

Considere que, quando a temperatura exterior desce, o corpo não se limita a "equilibrar-se" com (tornar-se igual a) o ambiente. Vários sistemas trabalham em conjunto para ajudar a manter a temperatura do corpo: trememos, desenvolvemos "arrepios" e o fluxo sanguíneo para a pele, que provoca a perda de calor para o ambiente, diminui.

Esta secção fará uma revisão da terminologia e explicará os mecanismos fisiológicos que estão associados à homeostasia. Discutiremos a homeostasia em todos os sistemas subsequentes. Muitos aspectos do corpo estão em constante estado de mudança - o volume e a localização do fluxo sanguíneo, a taxa de troca de substâncias entre as célulasMas estas alterações contribuem, de facto, para manter muitas das variáveis do corpo e, consequentemente, as condições internas gerais do corpo, dentro de intervalos relativamente estreitos. Por exemplo, o fluxo sanguíneo aumenta para um tecido quando esse tecido se torna mais ativo. Isto assegura que o tecido terá oxigénio suficiente paraapoiar o seu nível mais elevado de metabolismo.

A manutenção das condições internas do corpo chama-se homeostasia (de homeo-, que significa semelhante, e stasis, que significa estar parado). A raiz "stasis" do termo "homeostasia" pode parecer implicar que não está a acontecer nada. Mas se pensarmos em anatomia e fisiologia, mesmo a manutenção do corpo em repouso requer muita atividade interna. O cérebro está constantemente a receber informações sobre oambiente interno e externo, e incorporando essa informação em respostas de que pode nem sequer ter consciência, como ligeiras alterações no ritmo cardíaco, no padrão respiratório, na atividade de certos grupos musculares, no movimento dos olhos, etc. Todas estas acções que ajudam a manter o ambiente interno contribuem para a homeostase.

Podemos considerar a manutenção da homeostase a vários níveis diferentes. Por exemplo, considere o que acontece quando faz exercício físico, o que pode representar desafios para vários sistemas do corpo. No entanto, em vez de estes desafios prejudicarem o seu corpo, os nossos sistemas adaptam-se à situação. A nível do corpo inteiro, notam-se algumas alterações específicas: a respiração e o ritmo cardíaco aumentam, a pele pode ficar ruborizada,Se continuar a fazer exercício, pode sentir sede. Todos estes efeitos resultam do facto de o corpo tentar manter as condições adequadas ao seu funcionamento normal:

• As células musculares utilizam o oxigénio para converter a energia armazenada na glicose em energia armazenada no ATP (trifosfato de adenosina), que depois utilizam para impulsionar as contracções musculares. Quando se faz exercício, os músculos precisam de mais oxigénio. Por isso, para manter um nível adequado de oxigénio em todos os tecidos do corpo, respira-se mais profundamente e a uma velocidade mais elevada quando se faz exercício.O coração também bombeia mais depressa e com mais força, o que lhe permite fornecer mais sangue rico em oxigénio aos músculos e a outros órgãos que necessitam de mais oxigénio e ATP.
• Os músculos, ao efectuarem a respiração celular para libertarem a energia da glicose, produzem dióxido de carbono e água como produtos residuais, que têm de ser eliminados para ajudar o corpo a manter o equilíbrio dos fluidos e do pH. O aumento da respiração e do ritmo cardíaco também ajuda a eliminar uma grande quantidade de dióxido de carbono e parte do excesso de água.
• Os músculos utilizam a energia armazenada nas moléculas de ATP para gerar a força de que necessitam para se contraírem. Um subproduto da libertação dessa energia é o calor, pelo que o exercício físico aumenta a temperatura corporal. Para manter uma temperatura corporal adequada, o corpo compensa o calor extra dilatando os vasos sanguíneos junto à pele e fazendo com que as glândulas sudoríparas libertem suor. Estas acçõespermitem que o calor se dissipe mais facilmente no ar e através da evaporação da água contida no suor.
• À medida que se faz exercício durante períodos mais longos, perde-se cada vez mais água e sais através do suor (e, em menor grau, da respiração). Se fizer exercício durante demasiado tempo, o corpo pode perder água e sal em quantidade suficiente para que as suas outras funções comecem a ser afectadas. As baixas concentrações de água no sangue provocam a libertação de hormonas que fazem com que se sinta sede. Os rins também produzem mais concentradourinar com menos água se os seus níveis de fluidos forem baixos. Estas acções ajudam-no a manter o equilíbrio dos fluidos.

Terminologia da homeostase

A manutenção da homeostase no organismo ocorre normalmente através da utilização de circuitos de feedback que controlam as condições internas do organismo.

Circuito de retorno é definido como um sistema utilizado para controlar o nível de uma variável, no qual existe um recetor identificável (sensor), um centro de controlo (integrador ou comparador), elementos de ação e métodos de comunicação.

Utilizamos a seguinte terminologia para descrever os circuitos de feedback:

• As variáveis são parâmetros que são monitorizados e controlados ou afectados pelo sistema de feedback.
• Os receptores (sensores) detectam alterações na variável.
• Os centros de controlo (integradores) comparam a variável em relação a um ponto de referência e enviam um sinal aos actuadores para que estes dêem uma resposta. Por vezes, os centros de controlo têm em conta outras informações para além do nível da variável na sua tomada de decisão, como a hora do dia, a idade, as condições externas, etc.
• Os efectores executam as alterações necessárias para ajustar a variável.
• Para que um ciclo de feedback funcione, são necessários métodos de comunicação entre os seus componentes, o que ocorre frequentemente através de nervos ou hormonas, mas em alguns casos os receptores e os centros de controlo são as mesmas estruturas, pelo que não há necessidade destes modos de sinalização nessa parte do ciclo.

A terminologia nesta área é muitas vezes inconsistente. Por exemplo, há casos em que os componentes de um ciclo de feedback não são facilmente identificáveis, mas as variáveis são mantidas num intervalo. Estas situações continuam a ser exemplos de homeostase e são por vezes descritas como um ciclo de feedback em vez de um ciclo de feedback.

Ciclo de feedback é definida como qualquer situação em que uma variável é regulada e o nível da variável tem impacto na direção em que a variável muda (ou seja, aumenta ou diminui), mesmo que não existam componentes de ciclo claramente identificados.

Com esta terminologia em mente, homeostase pode ser descrito como a totalidade dos circuitos e ciclos de feedback que o corpo incorpora para manter um estado de funcionamento adequado.

O ar condicionado é um sistema tecnológico que pode ser descrito em termos de um ciclo de feedback. O termóstato detecta a temperatura, uma interface eletrónica compara a temperatura com um ponto de regulação (a temperatura que se pretende que seja). Se a temperatura for igual ou inferior, não acontece nada. Se a temperatura for demasiado elevada, a interface eletrónica acciona o ar condicionadoQuando a temperatura baixar o suficiente para atingir o ponto de regulação, a interface eletrónica desliga a unidade de ar condicionado. Para este exemplo, identifique as etapas do ciclo de feedback.

O controlo de velocidade de cruzeiro é outro sistema tecnológico de feedback. A ideia do controlo de velocidade de cruzeiro é manter uma velocidade constante no seu automóvel. A velocidade do automóvel é determinada pelo velocímetro e uma interface eletrónica mede a velocidade do automóvel em relação a um ponto definido escolhido pelo condutor. Se a velocidade for demasiado lenta, a interface estimula o motor; se a velocidade for demasiado rápida, a interface reduz a potência do motor.pneus.

Termos aplicados à temperatura

Considere um dos circuitos de feedback que controla a temperatura corporal.

Variável

Neste caso, a variável é a temperatura corporal.

Receptores

Os termorreceptores detectam alterações na temperatura corporal. Por exemplo, os termorreceptores nos órgãos internos podem detetar uma diminuição da temperatura corporal e produzir impulsos nervosos que viajam para o centro de controlo, o hipotálamo.

Centro de controlo

O hipotálamo controla uma variedade de factores que respondem a uma diminuição da temperatura corporal.

Efectores

Existem vários efectores controlados pelo hipotálamo.

• os vasos sanguíneos perto da pele contraem-se, reduzindo o fluxo sanguíneo (e a consequente perda de calor) para o ambiente.
• Os músculos esqueléticos são também intervenientes neste ciclo de feedback: contraem-se rapidamente em resposta a uma diminuição da temperatura corporal. Este arrepio ajuda a gerar calor, o que aumenta a temperatura corporal.

Loops de feedback

Lembre-se de que a homeostase é a manutenção de um ambiente interno relativamente estável. Quando um estímulo, ou mudança no ambiente, está presente, os circuitos de feedback respondem para manter os sistemas funcionando perto de um ponto de ajuste, ou nível ideal.

Feedback é uma situação em que a saída ou a resposta de um ciclo tem impacto ou influencia a entrada ou o estímulo.

Normalmente, dividimos os circuitos de feedback em dois tipos principais:

1. ciclos de retroação positiva Por exemplo, um aumento na concentração de uma substância provoca uma retroação que produz aumentos contínuos na concentração.
2. circuitos de retroação negativa Por exemplo, um aumento da concentração de uma substância provoca uma retroação que, em última análise, faz com que a concentração da substância diminua.

Os circuitos de retroação positiva são sistemas intrinsecamente instáveis. Uma vez que uma alteração num input provoca respostas que produzem alterações contínuas na mesma direção, os circuitos de retroação positiva podem conduzir a condições de fuga. O termo retroação positiva é normalmente utilizado desde que uma variável tenha a capacidade de se amplificar a si própria, mesmo que os componentes de um circuito (recetor, centro de controlo e efector) não sejamNa maior parte dos casos, o feedback positivo é prejudicial, mas há alguns casos em que o feedback positivo, quando utilizado de forma limitada, contribui para o funcionamento normal. Por exemplo, durante a coagulação do sangue, uma cascata de proteínas enzimáticas ativa-se mutuamente, levando à formação de um coágulo de fibrina que impede a perda de sangue. Uma das enzimas da via, chamada trombina, nãoEste último passo leva a um ciclo de feedback positivo, em que um aumento da trombina leva a novos aumentos da trombina. É de notar que existem outros aspectos da coagulação sanguínea que mantêm o processo global sob controlo, de tal forma que os níveis de trombina não aumentam semMas se considerarmos apenas os efeitos da trombina sobre si própria, é considerado um ciclo de feedback positivo. Embora alguns possam considerar que se trata de um ciclo de feedback positivo, esta terminologia não é universalmente aceite.

Os circuitos de feedback negativo são sistemas inerentemente estáveis. Os circuitos de feedback negativo, em conjunto com os vários estímulos que podem afetar uma variável, produzem normalmente uma condição em que a variável oscila em torno do ponto de ajuste. Por exemplo, os circuitos de feedback negativo que envolvem a insulina e o glucagon ajudam a manter os níveis de glicose no sangue dentro de um intervalo de concentração estreito.A insulina faz com que as células do corpo absorvam e armazenem glicose, baixando a concentração de glicose no sangue. Se a glicose no sangue ficar muito baixa, o corpo liberta glucagon, que provoca a libertação de glicose de algumas células do corpo.

Feedback positivo

Num mecanismo de feedback positivo, a produção do sistema estimula o sistema de forma a aumentar ainda mais a produção. Os termos comuns que podem descrever ciclos ou loops de feedback positivo incluem "bola de neve" e "reação em cadeia". Sem uma reação ou processo de contra-equilíbrio ou de "paragem", um mecanismo de feedback positivo tem o potencial de produzir um processo descontrolado.Existem alguns processos fisiológicos que são normalmente considerados como feedback positivo, embora nem todos tenham componentes identificáveis de um ciclo de feedback. Nestes casos, o ciclo de feedback positivo termina sempre com uma contra-sinalização que suprime o estímulo original.

Um bom exemplo de feedback positivo envolve a amplificação das contracções do trabalho de parto. As contracções são iniciadas quando o bebé se coloca em posição, esticando o colo do útero para além da sua posição normal. O feedback aumenta a força e a frequência das contracções até ao nascimento do bebé. Após o nascimento, o estiramento pára e o ciclo é interrompido.

Outro exemplo de feedback positivo ocorre na lactação, durante a qual a mãe produz leite para o bebé. Durante a gravidez, os níveis da hormona prolactina aumentam. Normalmente, a prolactina estimula a produção de leite, mas durante a gravidez, a progesterona inibe a produção de leite. No nascimento, quando a placenta é libertada do útero, os níveis de progesterona diminuem. Como resultado, a produção de leite aumenta.Quando o bebé se alimenta, a sua sucção estimula a mama, promovendo uma maior libertação de prolactina, o que resulta numa maior produção de leite. Este feedback positivo garante que o bebé tem leite suficiente durante a amamentação. Quando o bebé é desmamado e deixa de mamar da mãe, a estimulação cessa e a prolactina no sangue da mãe volta aos níveis anteriores à amamentação.

Os exemplos acima apresentados são de mecanismos de feedback positivo benéficos. No entanto, em muitos casos, o feedback positivo pode ser potencialmente prejudicial para os processos vitais. Por exemplo, a tensão arterial pode baixar significativamente se uma pessoa perder muito sangue devido a um traumatismo.

A pressão arterial é uma variável regulada que leva o coração a aumentar o seu ritmo (ou seja, a frequência cardíaca aumenta) e a contrair-se com mais força. Estas alterações no coração levam-no a necessitar de mais oxigénio e nutrientes, mas se o volume de sangue no corpo for demasiado baixo, o próprio tecido cardíaco não receberá fluxo sanguíneo suficiente para satisfazer estas necessidades acrescidas. O desequilíbrio entre as necessidades de oxigénio do coraçãoO ciclo responde tentando estimular o coração ainda mais fortemente, o que leva a mais danos no coração... e o ciclo continua até à morte.

Feedback negativo

A maioria dos sistemas biológicos de feedback são sistemas de feedback negativo. O feedback negativo ocorre quando a produção de um sistema actua para reduzir ou amortecer os processos que levam à produção desse sistema, resultando numa produção menor. Em geral, os circuitos de feedback negativo permitem que os sistemas se auto-estabilizem. O feedback negativo é um mecanismo de controlo vital para a homeostase do corpo.

Você viu um exemplo de um ciclo de feedback aplicado à temperatura e identificou os componentes envolvidos. Este é um exemplo importante de como um ciclo de feedback negativo mantém a homeostase é o mecanismo de termorregulação do corpo. O corpo mantém uma temperatura interna relativamente constante para otimizar os processos químicos. Os impulsos neurais dos termorreceptores sensíveis ao calor no corpo sinalizam oHipotálamo - O hipotálamo, localizado no cérebro, compara a temperatura corporal com um valor de referência.

Quando a temperatura corporal desce, o hipotálamo inicia várias respostas fisiológicas para aumentar a produção de calor e conservar o calor:

• O estreitamento dos vasos sanguíneos superficiais (vasoconstrição) diminui o fluxo de calor para a pele.
• Começa a tremer, aumentando a produção de calor pelos músculos.
• As glândulas supra-renais segregam hormonas estimulantes, como a norepinefrina e a epinefrina, para aumentar as taxas metabólicas e, consequentemente, a produção de calor.

Estes efeitos provocam o aumento da temperatura do corpo e, quando esta volta ao normal, o hipotálamo deixa de ser estimulado e os efeitos cessam.

Quando a temperatura corporal aumenta, o hipotálamo inicia várias respostas fisiológicas para diminuir a produção de calor e perder calor:

• A dilatação dos vasos sanguíneos superficiais (vasodilatação) aumenta o fluxo de calor para a pele e esta fica ruborizada.
• As glândulas sudoríparas libertam água (suor) e a evaporação arrefece a pele.

Estes efeitos provocam uma diminuição da temperatura corporal que, quando volta ao normal, deixa de ser estimulada pelo hipotálamo e os efeitos cessam.

Muitos mecanismos homeostáticos, como a temperatura, têm respostas diferentes se a variável estiver acima ou abaixo do ponto de ajuste. Quando a temperatura aumenta, suamos, quando diminui, trememos. Estas respostas utilizam diferentes efectores para ajustar a variável. Noutros casos, um ciclo de feedback utilizará o mesmo efector para ajustar a variável de volta ao ponto de ajuste, quer a alteração inicial daPor exemplo, o diâmetro pupilar é ajustado para garantir que uma quantidade adequada de luz está a entrar no olho. Se a quantidade de luz for demasiado baixa, a pupila dilata-se, se for demasiado alta, a pupila contrai-se.

Se a sua velocidade for superior ao ponto de referência (o valor que pretende que seja), pode simplesmente diminuir o nível do acelerador (ou seja, abrandar), ou pode ativar um segundo sistema - o travão. Em ambos os casos, abranda, mas isso pode ser feito "recuando" num sistema ou adicionando um segundo sistema.

Vejamos como estes dois exemplos funcionam em relação à homeostase normal da tensão arterial.

A pressão arterial é medida à medida que o sangue circulante exerce pressão sobre as paredes das artérias do corpo. A pressão arterial é criada inicialmente pela contração do coração. As alterações da força e da velocidade de contração estão diretamente relacionadas com as alterações da pressão arterial. As alterações do volume de sangue também estão diretamente relacionadas com as alterações da pressão arterial.A homeostase da pressão arterial implica que os receptores monitorizem a pressão arterial e que os centros de controlo iniciem alterações nos efectores para a manter dentro de um intervalo normal.

Diabetes: Tipo 1 e Tipo 2

Um exemplo importante de feedback negativo é o controlo do açúcar no sangue.

1. Após uma refeição, o intestino delgado absorve a glicose dos alimentos digeridos e os níveis de glicose no sangue aumentam.
2. O aumento dos níveis de glucose no sangue estimula as células beta do pâncreas a produzir insulina.
3. A insulina ativa as células do fígado, dos músculos e do tecido adiposo para absorverem a glicose, onde esta é armazenada. À medida que a glicose é absorvida, os níveis de glicose no sangue baixam.
4. Quando os níveis de glicose descem abaixo de um limiar, deixa de haver um estímulo suficiente para a libertação de insulina e as células beta deixam de a libertar.

Devido à sincronização da libertação de insulina entre as células beta, a concentração basal de insulina oscila no sangue após uma refeição. As oscilações são clinicamente importantes, uma vez que se acredita que ajudam a manter a sensibilidade dos receptores de insulina nas células-alvo. Esta perda de sensibilidade é a base da resistência à insulina. Assim, a falha do mecanismo de feedback negativo pode resultar em elevados níveis de insulina.níveis de glucose no sangue, que têm uma variedade de efeitos negativos para a saúde.

Vamos analisar mais detalhadamente a diabetes, em particular a diabetes tipo 1 e tipo 2. A diabetes pode ser causada por falta de insulina, resistência à insulina ou ambas.

Diabetes tipo 1 A diabetes tipo 1 ocorre quando as células beta pancreáticas são destruídas por um processo imunomediado. Uma vez que as células beta pancreáticas detectam os níveis de glucose no plasma e respondem libertando insulina, os indivíduos com diabetes tipo 1 têm uma falta total de insulina. Nesta doença, são necessárias injecções diárias de insulina.

Uma vez retirado o pâncreas (por exemplo, devido a um cancro), a diabetes tipo 1 está sempre presente.

Diabetes tipo 2 é muito mais comum do que o tipo 1 e constitui a maioria dos casos de diabetes. Ocorre geralmente na idade adulta, mas os jovens estão a ser cada vez mais diagnosticados com esta doença. Na diabetes tipo 2, o pâncreas continua a produzir insulina, mas os tecidos não respondem eficazmente aos níveis normais de insulina, uma condição designada por resistência à insulina. Ao longo de muitos anos, o pâncreas irá diminuir os níveis de insulinaMuitas pessoas com diabetes tipo 2 não sabem que a têm, apesar de se tratar de uma doença grave. A diabetes tipo 2 está a tornar-se mais comum devido ao aumento da obesidade e à falta de exercício físico, dois factores que contribuem para a resistência à insulina.