Fisiologia Celular

Célula Animal

         No estudo da fisiologia das células, teremos como base as células cardíacas, as hepáticas (fígado), as células dos neurônios e do baço.

         A célula é a menor unidade estrutural de todos os organismos vivos. No interior de cada célula existem estruturas encarregadas de garantir sua respiração, nutrição, movimento e, se necessário, sua divisão. Ela pode ser comparada, de maneira bem simples, com uma fábrica. Através das portas da fábrica chega o material que será usado para a fabricação de seus produtos, esse processo requer o emprego de energia e funcionários devidamente preparados para sua função específica.

     De maneira semelhante encontraremos a vida celular. Delimitada por uma membrana (membrana plasmática), responsável por separar o conteúdo interno da célula do meio externo, encontraremos os organóides (espécie de funcionários com atividades específicas), e o núcleo, que funciona como o corpo administrativo mantendo o bom funcionamento da célula e administrando o contato com o meio exterior. 
    A membrana plasmática é uma estrutura celular de grande importância. Ela é responsável não apenas por determinar os limites de uma célula, mas também, porque regula a entrada e saída de substâncias da mesma. É constituída de moléculas de proteína e lipídios, segundo o Modelo do Mosaico Fluido de Singer e Nicholson. É responsável pelos processos de transporte de substâncias. Esse controle só é possível, pois a membrana plasmática possui uma característica denominada permeabilidade seletiva. Ver imagem abaixo.

Na imagem observamos a dupla camada lipídica com moléculas de proteína anexas, destas expande-se estruturas que lembram uma "árvore", na verdade trata-se de uma estrutura envolvida em processos de reconhecimento de estruturas estranhas, denominado glicocálix.

      Numa célula animal encontramos vários tipos de organelas (estruturas com características e funções específicas). Veja abaixo as funções de cada organela:

ORGANELA/FUNÇÃO PRINCIPAL

Ribossomo: É o responsável pela síntese de proteínas.

Mitocôndria: Responsável pela respiração celular.

Complexo Golginiense: Armazena e secreta substâncias diversas.

Centríolo: Atua na divisão celular.

Lisossomo: Atua na digestão intracelular.

Retículo End. Liso: Transporte de substâncias e produção de esteróides.

Retículo End. Rugoso: Transporte de substâncias e síntese de proteínas.

 

Sistema Nervoso

       O sistema nervoso detecta estímulos externos e internos, tanto físicos quanto químicos, e desencadeia as respostas musculares e glandulares. Assim, é responsável pela integração do organismo com o seu meio ambiente. Ele é formado basicamente por células nervosas, que se interconectam de forma específica e precisa, formando os chamados circuitos neurais. Através desses circuitos, o organismo é capaz de produzir respostas estereotipadas que constituem os comportamentos fixos e invariantes (por exemplo, os reflexos), ou então, produzir comportamentos variáveis em maior ou menor grau.

        A célula nervosa (neurônio) é o principal componente do sistema nervoso. Estima-se que no cérebro humano existam aproximadamente 15 bilhões destas células, responsável por todas as funções do sistema. Existem diversos tipos de neurônios, com diferentes funções dependendo da sua localização e estrutura morfológica, mas em geral constituem-se dos mesmos componentes básicos:

Esquema de um neurônio

       • o corpo celular (soma) constituído de núcleo e pericário, que dá suporte metabólico à toda célula. É a “fábrica” do neurônio. Ele produz todas as proteínas para os dendritos, axônios e terminais sinápticos, além de conter organelas especializadas tais como mitocôndrias, aparelho de Golgi, retículo endoplasmático, grânulos secretórios, ribossomos e polissomos para fornecer energia e agrupar as partes em produtos completos;

       • o axônio (fibra nervosa) prolongamento único e grande que aparece no soma. É responsável pela condução do impulso nervoso para o próximo neurônio, podendo ser revestido ou não por mielina (bainha axonial), célula glial especializada;

      • os dendritos que são prolongamentos menores em forma de ramificações (arborizações terminais) que emergem do pericário e do final do axônio, sendo, na maioria das vezes, responsáveis pela comunicação entre os neurônios através das sinapses. Basicamente, cada neurônio, possui uma região receptiva e outra efetora em relação a condução da sinalização.

     Funcionalmente, pode-se afirmar que o SN é composto por neurônios sensoriais, motores e de associação. As informações provenientes dos receptores sensoriais aferem ao Sistema Nervoso Central (SNC), onde são integradas por neurônios de associação e enviam uma resposta que efere a algum órgão efetor (músculo, glândula).

Fisiologia Cardíaca

     O sistema circulatório tem a função transportar e distribuir substâncias essenciais aos tecidos e retirar subprodutos do metabolismo. Além disso, participa de mecanismos homeostáticos, como o controle da temperatura corporal, da comunicação humoral por todo organismo e dos ajustes do suprimento de oxigênio e nutrientes nos diferentes estados fisiológicos.

     O sistema circulatório é constituído por uma bomba (o coração), que impele o sangue através de uma série de tubos distribuidores e coletores (artérias e veias) e um complexo e extenso sistema de vasos de finas paredes que possibilitam a troca de substâncias entre o sangue e os vários tecidos do organismo. Na verdade, o coração é constituído por duas bombas em série: uma para impelir o sangue através dos pulmões para troca de oxigênio e dióxido de carbono, denominada de circulação pulmonar, e outra para impelir o sangue para todos os outros tecidos do organismo, conhecido como circulação sistêmica. Na circulação sistêmica, apesar do débito cardíaco (quantidade de sangue propelido por cada ventrículo do coração em um minuto), ser intermitente, o fluxo sanguíneo para periferia é contínuo devido à distensão da aorta e de seus ramos durante a contração ventricular (sístole), e a retração elástica das paredes das grandes artérias propulsionando para diante o sangue durante o relaxamento ventricular (diástole).

         O sangue se move rapidamente pela aorta e seus ramos arteriais. Os ramos se estreitam nas artérias mais periféricas e suas paredes se tornam mais finas e se modificam histologicamente. A partir de uma estrutura predominantemente elástica, a aorta, as artérias periféricas se tornam mais musculares até as arteríolas, cuja camada muscular é predominante. Até as arteríolas, a resistência friccional ao fluxo sanguíneo é relativamente pequena e, apesar do fluxo rápido nas artérias, a queda de pressão da raiz da aorta até o início das arteríolas é pequena. Essas arteríolas são as válvulas reguladoras da árvore vascular, são os principais pontos de resistência ao fluxo sanguíneo no sistema circulatório. Essa resistência oferecida pelas arteríolas se reflete na considerável queda de pressão das arteríolas para os capilares. Os ajustes do grau de contração da musculatura circular desses pequenos vasos permitem a regulação do fluxo sanguíneo tecidual e ajudam a controlar a pressão sanguínea. Além da queda rápida da pressão nas arteríolas, ocorre nessa região uma alteração do fluxo, que passa de pulsátil a uniforme. O fluxo sanguíneo arterial pulsátil, provocado pela ejeção cardíaca intermitente, é amortecido nos capilares devido a distensibilidade das grandes artérias e da resistência friccional das arteríolas. Muitos capilares brotam de cada arteríola, de modo que a área transversal total do leito capilar é muito grande, apesar da área transversal de cada capilar ser inferior a de cada arteríola. Conseqüentemente, o fluxo sanguíneo fica bastante lento nos capilares, da mesma forma que a correnteza é mais lenta nas regiões largas de um rio. Como os capilares consistem em pequenos tubos com paredes finas (somente uma camada de celular de espessura, e o fluxo é lento, as condições nos capilares são ideais para troca de substâncias difusíveis entre o sangue e os tecidos.

       No retorno ao coração, o sangue proveniente das arteríolas passa por vênulas e, depois por veias de diâmetros crescentes. Quanto mais próximo do coração, menor é número de veias, a espessura e composição das suas paredes se alteram e menor é a área transversal total dos canais venosos e, portanto, maior é a velocidade do fluxo sanguíneo. A maior parte do sangue circulante fica nos canais venosos. O sangue venoso penetra pelo átrio direito no ventrículo direito de onde é bombeado através do sistema arterial pulmonar (sob pressão média de aproximadamente 1/7 da existente nas artérias sistêmicas) para os pulmões. Nos capilares pulmonares, o dióxido de carbono é liberado e o oxigênio captado. O sangue rico em oxigênio retorna, pelas veias pulmonares, ao átrio e ao ventrículo esquerdos, para que um novo ciclo seja iniciado.

        Vários aspectos biofísicos podem ser abordados no estudo do sistema circulatório. As propriedades eletromecânicas da bomba cardíaca e a hemodinâmica. O miocárdio é um tecido excitável de estrutura complexa, porque é tridimensional e porque suas células não têm propriedades elétricas uniformes em todas as regiões do órgão. Apesar disso, os impulsos elétricos podem espalhar-se pelo coração. A onda elétrica propagada serve para promover a contração das fibras miocárdicas, fazendo funcionar a eficiente bomba cardíaca. O coração é composto, na verdade, por duas bombas que se dispõe em série: o coração direito e o coração esquerdo. O coração direito fornece energia ao sangue para circular pelos pulmões e o esquerdo se encarrega de promover o movimento desse fluido através da grande circulação.

          A bomba cardíaca é um sistema eletromecânico. O ritmo cardíaco é gerado eletricamente no nódulo sinusal, onde na sua zona central são gerados impulsos elétricos. O acoplamento intercelular permite que elas funcionem de modo sincronizado e por esse motivo, o potencial marcapasso é gerado simultaneamente em todas as células centrais e é denominado de potencial de ação de membrana. Esse potencial, que não se propaga entre as células centrais, excita as células periféricas do nódulo e se transforma num potencial de ação propagado, de pequena velocidade (1 a 11 cm / s). Ao passar para células atriais ele ganha amplitude e velocidade (60 cm / s), e se espalha pelas paredes atriais até alcançar o anel valvar e o nódulo atrioventricular. Após percorrer o nódulo AV atinge o feixe de Hess, ganha velocidade (100-200 cm /s) e, através dele, chega aos ventrículos. A passagem pelo nódulo atrioventricular se faz de forma lenta (5 a 10 cm / s).

                          Sentido da rapidez do potencial elétrico:

        Os valores acima descritos indicam a rapidez da propagação dos potenciais no músculo cardíaco. Este sistema segue:

- nodo sinoatrial;

- descendo pelas vias internodais;

- atinge o átrio direito;

- feixes de Backmann;

- atinge o átrio esquerdo;

- nodo atrioventricular;

- feixes de Hess;

- fibras de Purkinje;

- ventrículo direito e esquerdo quase que simultaneamente;

- endocárdio;

- miocárdio;

- pericárdio.

      A ativação mecânica do coração é sincronizada eletricamente pela ativação/desativação dos ventrículos produzindo força de contração miocárdica efetiva para expulsar o sangue em direção as artérias.

      O potencial de ação do miocárdio se distingue do potencial de ação do nervo por possuir um longo platô de despolarização que determina a sua duração (150 a 500 ms). Esse potencial se caracteriza por possuir quatro fases: a fase 0 corresponde a despolarização da célula; a fase 1 , uma rápida, precoce e incompleta repolarização; a fase 2 , também chamada de platô , corresponde ao tempo durante o qual a célula permanece despolarizada e o seu potencial mantém-se quase constante; a fase 3 é a fase de repolarização propriamente dita, pois, durante esse intervalo de tempo, a célula recupera o nível inicial do potencial de repouso; a fase 4, finalmente, é aquela que corresponde a diástole elétrica. Com exceção das células nodais e das fibras de Purkinje, as células cardíacas são capazes de manter um potencial de membrana constante durante essa fase.

        O potencial de ação cardíaco é composto de dois componentes, que podem ser separados e cada resposta pode propagar-se isoladamente. O componente rápido muito se assemelha ao potencial de ação do nervo. Sua despolarização depende essencialmente da entrada de sódio pelos canais de cinética rápida. O componente lento é um tipo de resposta elétrica característica das células miocárdicas, apresenta uma taxa de despolarização muito menor do que aquela do componente rápido e sua velocidade de propagação no tecido cardíaco é pequena. Os potenciais de ação no coração apresentam formas diferentes (tipos A, B e C), dependendo da região onde a propagação ocorre. Os potenciais do tipo A são encontrados no miocárdio de trabalho e de condução ventricular. São caracterizados pela presença de componente rápido bem desenvolvido que é responsável pela amplitude do potencial de ação. Os potenciais do tipo B observados nos SA e AV são caracterizados por ter o componente rápido pouco desenvolvido e a amplitude desses potencias é dada pela intensidade do componente lento. Os do tipo C não tem componente rápido e são encontradas nas células nodais.

       A condutância da membrana da célula do miocárdio varia durante a atividade elétrica aos íons sódio, potássio e cálcio. Após um estímulo despolarizante e supralimiar a condutância ao íon sódio aumenta cerca de 30 vezes em relação aquela do íon potássio. Contudo, ela não se mantém elevada, devido à inativação dos canais de sódio. Durante o platô, a membrana ainda apresenta uma permeabilidade aumentada para o sódio, que penetra na célula pelos canais lentos. Somente com a completa repolarização é que a condutância ao sódio retorna ao seu valor de repouso.

       A condutância da membrana ao íon potássio apresenta um comportamento diferente daquele observado no nervo. Na célula cardíaca, a condutância da membrana reduz-se temporariamente, em resposta a despolarização. Essa diminuição da corrente transportada pelo potássio para fora da célula colabora para manter a célula despolarizada. Com o passar do tempo, no entanto, a condutância ao potássio retorna ao seu valor de repouso. Nesse instante ocorre um grande fluxo de saída de potássio, movido gradiente eletroquímico favorável a saída desses íons. A saída do íon potássio contribui para negativar o citoplasma, produzindo, assim, a repolarização das células.

       A condutância da membrana ao íon cálcio, muito pequena no potencial de repouso, aumenta discretamente durante o platô. Esse pequeno aumento da condutância ao íon cálcio permite que ocorra um grande influxo desse íon, em virtude do seu elevado gradiente de concentração (com uma alta concentração extracelular e baixa no interior da célula).

      As células marcapasso, encarregadas de promover a auto-estimulação do coração, e, portanto o seu ritmo, são caracterizadas pela variação contínua do potencial de membrana durante a diástole elétrica (fase 4), fenômeno denominado despolarização diastólica lenta(DDL) , que ocorre devido a uma progressiva redução da permeabilidade da membrana ao íon potássio. Como o efluxo de potássio diminui, o influxo lento dos íons sódio e cálcio despolarizam lentamente a célula e conduz o potencial de membrana até o limiar de excitação. Quanto maior for a taxa de variação da DDL maior será a freqüência de disparo das células marcapasso. Esses potenciais são encontrados principalmente nos nódulos e nas bordas do anel valvar e vários estudos mostraram que, dessas células as que possuem maior freqüência intrínseca são as do nódulo AS, depois delas em ordem decrescente estão as células do nódulo AV, feixe de His e fibras de Purkinje.

          O acoplamento excitação-contração permite o funcionamento do coração como uma bomba eletromecânica. Esse fenômeno ocorre em várias etapas, inicia-se com o potencial de ação cardíaco, que ao se propagar pelo sarcolema do miocárdio, também se propaga para o interior das células pelos túbulos (invaginações das fibras cardíacas). Devido à presença desse potencial, íons cálcio podem entrar, via canais, no interior da célula miocárdica tanto pelos túbulos T como pelo sarcolema. Esses íons cálcio não são suficientes para induzir a contração das miofribilas, mas serve como um ativador para liberar íons cálcio das suas reservas intracelulares, o retículo sarcoplasmáticos. A concentração de íon cálcio livre no citosol aumenta cerca de duas a três ordens de grandezas, durante a atividade elétrica do miocárdio, e isto permite sua ligação a troponina C. O complexo íon cálcio-troponina interage com a tropomiosina para desbloquear os locais ativos entre os filamentos de actina e miosina. Essa interação permite a contração das miofibrilas (sístole). O relaxamento das miofibrila (diástole) ocorre como uma conseqüência da captação do íon cálcio pelo retículo sarcoplasmático, através da bomba de cálcio e a eliminação do íon cálcio intracelular pelo trocador eletroneutro sódio-cálcio.

Efeitos dos íons potássio e cálcio no músculo cardíaco:

1. 
   
   Alto cálcio = efeito estimulatório ao coração.
2. 
   
   Alto potássio = efeito inibitório ao coração.

Fisiologia do Fígado

   O fígado é constituído por milhões de células, como se fossem milhões de tijolinhos agrupados. Cada célula representa uma microindústria e desempenha uma função específica, essencial para o equilíbrio do organismo. O fígado é um órgão de funções múltiplas e fundamentais para o funcionamento do organismo. Entre elas, destacam-se:

a) Secretar a bile - A bile que funciona como detergente e auxilia na dissolução e aproveitamento das gorduras. Por isso, quando os canais da bile entopem, o metabolismo das gorduras fica prejudicado;

b) Armazenar glicose – A glicose extraída do bolo alimentar é armazenada no fígado sob a forma de glicogênio, que será posto à disposição do organismo conforme seja necessário. Nesse caso, as células hepá-ticas funcionam como um reservatório de combustível.

c) Produzir proteínas nobres - Entre elas, destaca-se a albumina, uma substância muito importante para o organismo, porque mantém a água dentro da circulação. Além dessa, a albumina tem outra função curiosa. Serve de meio de transporte, na corrente sanguínea, para outras substâncias, como hormônios, pigmentos e drogas.

d) Desintoxicar o organismo – O fígado tem a capacidade de transformar hormônios ou drogas em substâncias não ativas para que o organismo possa excretá-los;

e) Sintetizar o colesterol – No fígado, o colesterol é metabolizado e excretado pela bile;

f) Filtrar microorganismos - Há uma extensa rede de defesa imunológica no fígado. Além das células hepáticas, existem inúmeros “tijolinhos” responsáveis por segurar bactérias ou outros microorganismos que transmitem infecções.

g) Transformar amônia em uréia - O fígado é um órgão privilegiado. Tem uma artéria e uma veia de entrada e uma veia de saída. A veia de entrada recebe o nome curioso de “veia porta” e é responsável por 75% do sangue que chega ao fígado, levando consigo substâncias importantes, como as vitaminas e as proteínas. No entanto, por ela chega também à amônia produzida no intestino e derivada especialmente de proteínas animais para ser transformada em uréia.

    As estruturas situadas entre o lúmen do intestino e o sangue são as camadas de muco que cobre as microvilosidades, o epitélio da mucosa, o espaço intersticial, e as paredes capilares. As vias percorridas através dessas diferentes barreiras diferem para as diferentes substâncias. As formas em que as moléculas de nutrientes podem ser absorvidas pelo corpo são geralmente bastante diferentes para as moléculas mais complexas oferecidas na dieta. A digestão de lipídios, de carboidratos e de proteínas tem um fator em comum, todas elas envolvem uma hidrólise. Nas reações hidrolíticas, é rompida a ligação que une as subunidades da molécula alimentar, e um íon hidrogênio e um íon hidroxila de uma molécula de água são adicionados às duas extremidades da molécula subdividida. As enzimas digestivas catalisam a hidrólise de categorias específicas de ligações; sua ação é otimizada por secreções que ajustam o pH e a força osmótica do conteúdo do tubo gastrintestinal.

   Após o alimento ser reduzido a moléculas que podem ser transportadas para dentro do corpo, tem início o processo de absorção. Muitos açúcares e aminoácidos são transportados para dentro das células epiteliais do intestino delgado por sistemas de cotransporte mediados por carreadores "energizados" pelo movimento do Na+ ao longo de seu gradiente de concentração e para dentro das células. O custo energético desse sistema de transporte é pago pelo ATP consumido pela Na+ -K+ ATPase para bombear para fora os íons Na+ que entram por este cotransporte. As gotículas lipídicas grandes e insolúveis têm de ser decompostas em gotículas menores antes de poderem ser integralmente digeridas no intestino delgado. Após a digestão, em vez de passar das células epiteliais para o plasma juntamente com os açucares e os aminoácidos, os lipídios seguem outra via. Primeiro eles passam para os vasos lacteais e, depois, para a circulação sistêmica juntamente com a linfa.

     Dos 8,5 L de água que entram no sistema gastrintestinal a cada dia, cerca de 7,5 L são normalmente absorvidos pelo intestino delgado e cerca de 0.9 L é absorvido pelo intestino grosso,deixando 100 ml nas fezes. A maior parte da absorção de água no tubo gastrintestinal ocorre pelo mesmo mecanismo encontrado nos túbulos proximais renais. Isto quer dizer que a reabsorção de água é secundária ao transporte ativo de Na+. Uma bomba de Na+, localizada na superfície basolateral das células epiteliais intestinais, transporta Na+ ativamente do citoplasma das células epiteliais para o líquido intersticial, reduzindo a concentração intracelular de Na+. Como conseqüência, o Na+ penetra nas células epiteliais Por difusão a partir do lúmen do tubo gastrintestinal e o movimento passivo de Cl-, juntamente com o Na+, mantém a neutralidade. O efeito final é o movimento de NaCl, inicialmente para o líquido intersticial e, depois, para os capilares. O transporte de sal cria um gradiente osmótico entre o lúmen do tubo gastrintestinal e o liquido intersticial, e esse gradiente osmótico dependente do transporte de Na+ é a principal força motriz para a absorção de água pelos capilares.

     Aminoácidos e açúcares são captados pelas células epiteliais intestinais por sistemas específicos de cotransporte dependentes do Na+. Este é um segundo mecanismo que cria gradiente osmótico para o movimento da água, porque seu efeito final é captação de NaCl. Alem disso, a absorção de aminoácidos e açúcares diminui a osmolaridade do quimo, gerando força motriz osmótica para a absorção de água. Um fator interessante, porém de menor importância, que contribui para a absorção da água é a reação do H+ liberado no estomago com o HCO3 secretado pelo pâncreas e pelas células secretoras do intestino. Esses dois íons combinam-se formando H2CO3, que é decomposto nas células epiteliais, produzindo CO2 e H2O. Assim, duas partículas que aumentam a atividade osmótica do quimo reagem para produzir uma molécula de H2O e o gás CO2, os quais passam para o sangue.

   O quimo que chega ao duodeno proveniente do estômago e normalmente hipertônico. A permeabilidade do duodeno à água é alta e a água flui osmoticamente para o quimo, tornando-o isotônico. Após o equilíbrio duodenal, água, eletrólitos e produtos finais da digestão são reabsorvidos na passagem do quimo pelo restante do tubo gastrintestinal. Como o intestino delgado é permeável à água, o quimo permanece isotônico no jejuno e na maior parte do ílio, com a reabsorção de solutos e de água ocorrendo com a mesma intensidade.

     A quantidade de água absorvida pelo sistema gastrintestinal depende da rapidez com que o quimo passa pelo intestino. A passagem rápida do material pelo intestino delgado não permite tempo suficiente para o transporte e absorção de solutos, e a água também não é absorvida. Absorção reduzida de líquidos e eletrólitos pode ocorrer quando a motilidade aumenta, devido à irritação do epitélio. Inversamente, quanto mais tempo o material permanece no intestino grosso, maior é a quantidade reabsorvida de água.

   Os íons que não podem ser reabsorvidos, tal como o Mg++ (ingredientes de vários laxantes e antiácidos), podem ser ingeridos, e sua presença mantém elevada a osmolaridade do conteúdo intestinal, impedindo que a água seja absorvida para fora do lúmen do tubo gastrintestinal. A diarréia conseqüente a esta reabsorção hídrica insuficiente é produzida por um mecanismo que é semelhante à ação dos diuréticos osmóticos.

   O fígado tem papel importante na digestão, no metabolismo energético, na biossíntese e na desintoxicação. Sua função digestiva é a secreção de bile, que é essencial para a digestão dos lipídios no intestino. A bile é secretada continuamente e passa do fígado para a vesícula biliar, onde é armazenada e concentrada. Durante a digestão, as contrações da vesícula biliar expelem a bile para o duodeno.

    O sangue que passa pelos capilares do estômago, intestino delgado e grosso, baço e pâncreas é levado pela veia porta hepática. Esse sangue passa por um segundo conjunto de capilares no fígado antes de retornar ao coração. Cerca de 75% do sangue que chega ao fígado provêm do sistema gastrintestinal, pela veia porta hepática, e os outros 25% (trazendo oxigênio vital para as células hepáticas) vêm da circulação sistêmica, pela artéria hepática. O sangue de ambas as origens sai do fígado pela veia hepática.

     As células hepáticas, ou hepatócitos, estão dispostas numa serie de folhetos com apenas uma ou duas células de espessura, separados pela rede capilar hepática. Os lóbulos, ou unidade funcionais do fígado, são folhetos de hepatócitos organizados em torno de uma veia central. Grandes capilares, ou sinusóides, passam entre os folhetos de hepatócitos. Os sinusóides recebem sangue enriquecido pelos nutrientes absorvidos por um ramo da veia porta hepática. Esse sangue tem baixo teor de O2, por já haver efetuado o aporte de O2 ao tubo gastrintestinal. Entretanto, os sinusóides também recebem sangue com elevado conteúdo de O2 da artéria hepática, e este se mistura ao sangue porta. O suprimento sangüíneo da artéria hepática para o fígado atende as necessidades das trocas gasosas deste órgão e também possibilita que ele regule a quantidade de açucares e aminoácidos na circulação geral. A bile secretada pelos hepatócitos não passa para o sangue, mas, sim, para dutos especializados que formam um sistema de canais, denominados canalículos biliares, localizados em cada lóbulo do fígado. Estes acabam Por convergir para formar o duto cístico.

     O fígado tem papel importante na metabolização de numerosas substâncias encontradas no sangue, incluindo medicamentos, hormônios e produtos metabólicos finais. O fígado converte algumas substâncias a formas mais hidrossolúveis que podem ser eliminadas pelos rins. Em geral, isto é realizado por conjugação (adição à substancia de um grupo polar, como o ácido glicorônico, a taurina ou a glicina). Um exemplo de substância tratada desta forma é a bilirrubina, o produto das porfirinas tóxicas liberadas na degradação da hemoglobina. As substâncias conjugadas podem passar para a bile ou reentrar no sangue e ser excretadas pelos rins por uma via secretora específica para ânions orgânicos. O fígado também converte algumas substâncias a formas menos tóxicas. A amônia, por exemplo, é convertida em uréia, de menor toxidade. As enzimas do fígado degradam alguns hormônios e convertem certos medicamentos e toxinas a formas inativas, enquanto outros medicamentos, e algumas toxinas tornam-se, de fato, mais tóxicos devido a reações no fígado. A capacidade de desintoxicação do fígado relativamente aos medicamentos diminui com a idade, de modo que doses apropriadas para adultos jovens podem produzir níveis plasmáticos excessivamente elevados, e, portanto, efeitos colaterais tóxicos, nas pessoas de mais idade.

    Outro papel do fígado é sintetizar todas as proteínas plasmáticas, exceto as alfa-globulinas. As proteínas secretadas pelo fígado incluem a albumina (importante na manutenção da pressão osmótica do plasma), as proteínas carreadoras para o transporte plasmático de colesterol e de triglicerídeos, fatores da coagulação, angiotensinogênio e as proteínas do complemento envolvidas na resposta imune.

Fisiologia do Baço

Localização do baço

        É o maior dos órgãos linfáticos e faz parte do Sistema Retículo-Endotelial, participando dos processos de hematopoiese (produção de células sangüíneas, principalmente em crianças) e hemocaterese (destruição de células velhas, como hemácias senescentes - com mais de 120 dias). Tem importante função imunológica de produção de anticorpos e proliferação de linfócitos ativados, protegendo contra infecções.

    O baço produz, controla, armazena e destrói células sangüíneas. O baço funciona como dois órgãos fazendo parte do sistema de defesa (sistema imune) e removendo os materiais inúteis do sangue (p.ex., eritrócitos defeituosos). Certos leucócitos (linfócitos) produzem anticorpos protetores e têm um papel importante no combate às infecções. Esse órgão controla os eritrócitos. Ele determina quais são anormais ou velhos demais ou lesados e não funcionam adequadamente, e os destrói. O baço também serve como depósito de elementos do sangue, especialmente de leucócitos e plaquetas (partículas semelhantes a células e que estão envolvidas no processo de coagulação).

Relação do funcionamento de uma célula com o de uma máquina térmica

Transformação da energia solar em energia química.

        A fotossíntese é o processo através do qual os vegetais produzem os alimentos, o combustível indispensável para a vida da planta, do homem e outros animais. É na fotossíntese realizada pelas plantas que ocorre o primeiro e principal processo de transformação de energia no ambiente terrestre. Os vegetais que possuem clorofila absorvem energia solar e gás carbônico do ar e realizam reações químicas produzindo material orgânico como açúcares, gorduras e proteínas e liberam oxigênio.

       A reação química que ocorre na fotossíntese poderia ser esquematizada da seguinte forma:

Gás carbônico + água > glicose + oxigênio

A energia dos alimentos

          Os alimentos, dos quais a energia é liberada (carboidratos, lipídeos e proteínas) são convertidos no corpo em glicose, ácidos graxos e aminoácidos. A energia liberada pela desintegração dos alimentos não é utilizado prontamente para realizar trabalho, e sim, utilizada para fabricar outro composto químico, o ATP (adenosina trifosfato). Ele é um nucleotídeo composto de adenina, ribose e três radicais fosfato (dos quais dois são adicionados por meio de ligações ricas em energia), que pode ser liberado rapidamente no trabalho mecânico, síntese de componentes químicos, etc. O ATP é considerado como a energia corrente da célula, pois pode ser gasto e refeito várias vezes.

         Diariamente ingerimos alimentos cuja energia é utilizada na realização de nossas atividades. Veja abaixo, a taxa de utilização de energia medida em quilocalorias por hora em algumas atividades.

          Atividade kcal/h

Dormir 78 kcal/h
Ficar sentado 108 kcal/h
Assistir aula ou estudar 180 kcal/h
Trabalhar 180 kcal/h
Ficar em pé 120 kcal/h
Andar 228 kcal/h

Metabolismo

Estrutura do trifosfato de adenosina, um intermediário central no metabolismo energético.

            Metabolismo é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células. Estas reações são responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.

           As reações químicas do metabolismo estão organizadas em vias metabólicas, que são sequências de reações em que o produto de uma reação é utilizado como reagente na reação seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma concentrada de modo a não interromper o fluxo nessas vias. As enzimas são vitais para o metabolismo porque permitem a realização de reações desejáveis mas termodinamicamente desfavoráveis, ao acoplá-las a reações mais favoráveis. As enzimas regulam as vias metabólicas em resposta a mudanças no ambiente celular ou a sinais de outras células.

           O metabolismo é normalmente dividido em dois grupos: anabolismo e catabolismo. Reações anabólicas, ou reações de síntese, são reações químicas que produzem nova matéria orgânica nos seres vivos. Sintetizam-se novos compostos (moléculas mais complexas) a partir de moléculas simples (com consumo de ATP). Reações catabólicas, ou reações de decomposição/degradação, são reações químicas que produzem grandes quantidades de energia livre (sob a forma de ATP) a partir da decomposição ou degradação de moléculas mais complexas (matéria orgânica). Quando o catabolismo supera em atividade o anabolismo, o organismo perde peso, o que acontece em períodos de jejum ou doença; mas se o anabolismo superar o catabolismo, o organismo cresce ou ganha peso. Se ambos os processos estão em equilíbrio, o organismo encontra-se em equilíbrio dinâmico ou homeostase.

           O metabolismo envolve um vasto conjunto de reações químicas, mas a maioria cai dentro de alguns tipos básicos de transferências de grupos funcionais. Esta química comum permite às células usarem um conjunto relativamente pequeno de intermediários metabólicos no transporte de grupos químicos de uma reação para a seguinte. Estes intermediários de transferência de grupos são as coenzimas. Cada classe de reação de transferência de grupos corresponde a uma determinada coenzima, servindo de substrato para um conjunto de enzimas que a produz e que a consome. Assim, as coenzimas são continuamente produzidas, consumidas e então recicladas.

           A coenzima mais central é o trifosfato de adenosina (ATP), a moeda de troca energética universal das células. Este nucleótido é utilizado para transferir energia química entre diferentes reações químicas. Existe uma pequena quantidade de ATP permanentemente presente nas células, mas como é constantemente regenerado, o corpo humano é capaz de utilizar o seu peso em ATP por dia. O ATP atua como uma ponte entre catabolismo e anabolismo, tendo a s reações catabólicas como produtoras de ATP e as anabólicas como consumidoras. Também serve como um transportador de grupos fosfato em reacções de fosforilação.

Termodinâmica de sistemas vivos

             Os sistemas vivos têm de obedecer às leis da termodinâmica. A grande complexidade dos organismos aparentemente contradiz a segunda lei da termodinâmica, que enuncia que a entropia de um sistema fechado tende a aumentar; no entanto, os sistemas vivos são sistemas abertos que trocam energia e massa com o seu exterior. Assim, os organismos não se encontram em equilíbrio termodinâmico, sendo antes sistemas dissipativos, pois mantêm a sua ordem ao aumentar a entropia do seu ambiente. O metabolismo celular faz o acoplamento entre o processo espontâneo de catabolismo e o processo não espontâneo de anabolismo para obter este efeito. Em termos termodinâmicos, o metabolismo mantém a ordem ao criar desordem.

A energia que vem dos alimentos

           É fácil entender que as máquinas funcionam à custa do consumo de combustível. Afinal se está familiarizado com postos de gasolina, que vendem o combustível que mantém os carros funcionando, utilizando a energia liberada no processo de combustão.

          O ser humano também precisa de combustível para "funcionar" e aproveita a energia liberada no processo de combustão dos alimentos, de modo similar ao que acontece nos carros, isto é, através de reação com oxigênio e produção de substâncias mais simples, geralmente gás carbônico e água. A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos, substâncias compostas apenas de hidrogênio e carbono, em diferentes quantidades e proporções. O principal componente é o octano, C8H18. A reação envolvida é:

C8H18(g) + 12½ O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O(l)

           A principal fonte de energia do ser humano são os alimentos, compostos basicamente de carboidratos, proteínas e gorduras. Aliás, cerca de 50% do que ingere é de carboidratos, mas boa parte não sofre o processo de digestão e, portanto a energia que está armazenada nestas substâncias não é aproveitada. Por exemplo, a celulose, que é o material estrutural da madeira, é uma fonte primária de fibras na dieta do homem. As fibras são necessárias e auxiliam no movimento de material através dos intestinos, mas não fornecem energia porque não são digeridas.

            Os carboidratos digeríveis são os açúcares e amidos. O organismo transforma estas substâncias em glicose, que se dissolve na corrente sanguínea e pode ser transportada até as células. Nos animais, inclusive humanos, a glicose passa por reação de combustão e fornece a energia necessária para o organismo.

C6H12O6(aq) + 6 O2(g) 6 CO2(g) + 6 H2O(l)

            O calor liberado durante este processo é igual a 16 mil joules (ou 16 kilojoules) por grama de glicose queimada. O número parece assustadoramente alto, principalmente para quem deseja emagrecer! Este calor é suficiente para aquecer 1 litro de água em 4ºC. O ser humano queima 1 grama de glicose em um minuto andando de bicicleta ou em 2 minutos estudando química. Uma batida do coração consome a energia de aproximadamente 1 joule. Na média considera-se que a queima dos açúcares e amidos no organismo libera a energia correspondente de 17 mil joules (ou 17 kJ) por grama do carboidrato.

            Habitualmente o conteúdo energético dos alimentos é descrito em calorias alimentares, que na verdade são quilocalorias (kcal). Passando para esta outra unidade, observa-se que o calor liberado pela queima dos carboidratos é de cerca de 4 kcal por grama. Outro combustível alimentar importante são as proteínas que são substâncias compostas principalmente de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, formadas por enormes seqüências de unidades simples, os aminoácidos.

             As proteínas desempenham várias e importantes funções nos seres vivos e também são usadas como fonte de energia. Boa parte das proteínas que se come é decomposta em partes durante o processo de digestão e estas partes são aproveitadas para a construção de outras proteínas, como músculos, por exemplo, no próprio organismo.

             Entretanto, uma parte é queimada, isto é, reage com oxigênio e tem como produto final a uréia CO(NH2)2. Neste processo, a energia liberada, em média, é de 17 mil joules por grama, aproximadamente a mesma quantidade de energia liberada com a queima dos açúcares.

As gorduras são a principal fonte de energia.

          Estes compostos têm longas cadeias do grupo CH2 e, neste aspecto, são similares aos hidrocarbonetos que compõem a gasolina, comportando-se de modo parecido. Por exemplo, a tristearina, C57H110O6, componente da gordura da carne bovina, consiste de três longas cadeias do grupo CH2 ligadas entre si em uma das extremidades por grupos que contém oxigênio. A queima desta substância libera 38 mil joules por grama, ou seja, 9 kcal por grama, mais do que o dobro do calor liberado pelos carboidratos e proteínas, e próximo do calor liberado na queima da gasolina que é de 48 mil joules por grama (12 kcal por grama).

             As gorduras contêm uma proporção muito pequena de átomos de oxigênio e durante a combustão liberam mais calor do que as proteínas e os carboidratos. Quando se come mais combustível do que se utiliza, o excesso é armazenado na forma de gordura para uso futuro. Animais e máquinas precisam ser muito eficientes em estocar combustível para uso futuro. O acúmulo de gordura no corpo humano exerce o mesmo papel dos depósitos de petróleo na Terra. Ambos correspondem a energia armazenada de modo altamente compacto, à espera de utilização.

              Entretanto, a quantidade de combustível necessária para um indivíduo depende das suas atividades e do seu preparo físico. Quanto mais ativos for, mais combustível necessita. Uma pessoa muito ativa pode consumir o dobro da energia de uma pessoa sedentária. Além de simplesmente consumir energia, a atividade física viabiliza a construção de músculos e a diminuição de gordura no corpo. Como o tecido muscular requer mais energia para a sua própria manutenção do que o tecido gorduroso, a pessoa ativa e com musculatura bem desenvolvida, apenas respirando, queima mais combustível do que a pessoa sedentária e isto também colabora para evitar o ganho de peso.

2,5 x 106 / 7,5 x 1013 = Qa

Qa = 3,3 x 10-8 cal por célula.

η=1-Qb

   Qa

0,42 = 1-Qb

                  3,3 x 10-8

13,86 x 10-9 = 3,3 x 10-8 - Qb

1,38 x 10-8 - 3,3 x 10-8 = -Qb

-1,92 x 10-8 = -Qb

Qb = 1,9 x 10-8 cal

  Assim como uma máquina não,a célula não aproveita toda a quantidade de energia recebida,sempre terá uma porcentagem que será desperdiçada.