Regulação nervosa e hormonal em animais

Sistemas e Homeostasia

Um sistema é toda a matéria e energia que existe dentro de uma região bem definida. Podemos diferenciar os sistemas em 3 tipos:

  • Abertos - Realizam constantes trocas de matéria e energia com o exterior;
  • Fechados - Realizam trocas de energia com o exterior mas não de matéria;
  • Isolados - Não realizam trocas de energia nem de matéria com o exterior (estes não existem na Natureza).

Todos os sistemas biológicos são sistemas abertos, pois realizam trocas de energia e matéria com o exterior.

As trocas que um ser vivo realiza com o exterior originam mudanças no organismo. Para compensar estas mudanças, os seres vivos possuem mecanismos que equilibram as alterações provocadas pelo meio externo. Estes mecanismos são designados por meacnismos de homeostasia.

Homeostasia é a capacidade que os seres vivos têm de regular as alterações do seu meio interno de modo a assegurar a sua sobrevivência. Quando esta é rompida, o sistema biológico entra num estado de desagregação chamado doença. Se os mecanismos de homeostasia conseguirem repor o equilíbrio, o estado normal é restabelecido. Caso isso não aconteça, o sistema biológico morre.

Sistema nervoso e regulação nervosa

Para responder de forma rápida às alterações do meio externo e manter em equilíbrio o seu meio interno, os animais desenvolveram o sistema nervoso.

A célula base do sistema nervoso é o neurónio.

Os neurónios são constituídos por:

  • Corpo celular, no qual se situa o núcleo;
  • Dendrites, que são prolongamentos finos, geralmente ramificados, que recebem e conduzem estímulos provenientes de outras células nervosas ou do ambiente até ao corpo celular;
  • Axónio, que é uma fibra fina e longa cuja função é transmitir impulsos nervosos que vêm do corpo celular. Nos seres mais desenvolvidos, o axónio é coberto por uma bainha de mielina. Ao conjunto do axónio com a bainha de mielina dá-se o nome de fibra nervosa.

Impulso nervoso 

Os neurónios são células altamente estimuláveis, capazes de detectar pequenas alterações do meio. Quando há estas variações, verifica-se uma alteração eléctrica, que percorre a membrana. Estas alterações constituem o impulso nervoso.

Os neurónios apresentam uma diferença de concentração de iões entre a face interna e a face externa da sua membrana citoplasmática. No exterior existe uma grande concentração de Na+ e baixa concentração de K+. No meio intracelular acontece o inverso: elevada concentração de K+ e baixa concentração de Na+. O citoplasma dos neurónios contém menor quantidade de iões positivos que o fluido extracelular, a superfície interna da membrana tem carga eléctrica negativa, enquanto que a superfície externa apresenta carga eléctrica positiva. Assim gera-se uma diferença de potencial eléctrico entre as duas faces da membrana - potencial de membrana - que, quando não há transmissão de impulsos nervosos, é cerca de -70 mV - potencial de repouso. A diferença de concentrações de Na+ e K+ que origina o potencial de repouso mantém-se devido ao funcionamento de bombas de sódio e potássio, que bombeiam sódio para o meio externo e potássio para o meio interno, com consumo de ATP. Estas bombas transportam 3 Na+ por cada 2 K+, e contrariam o movimento de difusão passiva dos iões.

Quando um estímulo atinge um neurónio, os canais de Na+ abrem-se, o que leva a uma rápida entrada de Na+ para a célula. O potencial de membrana passa para +35 mV. A este fenómeno dá-se o nome de despolarização.

A alteração do potencial eléctrico tem o nome de potencial de acção e é cerca de +105 mV.

Quando o potencial de acção atinge o seu pico, aumenta a permeabilidade da membrana ao K+ e a permeabiidade ao Na+ volta ao normal. Assim há uma queda do potencial da membrana até ao seu valor de repouso - repolarização.

O potencial de acção que se gera na área estimulada propaga-se à área vizinha, conduzindo à sua despolarização. Verifica-se uma sucessão de despolarização e repolarização ao longo da membrana do neurónio que constitui o impulso nervoso. Este propaga-se numa única direcção, das dendrites para o axónio.

Transmissão do impulso nervoso ao longo dos neurónios

Nos Vertebrados a velocidade de propagação dos impulsos nervosos é bastante superior à dos Invertebrados. Esta é justificada pela presença da bainha de mielina, que recobre os axónios. Esta bainha é formada por camadas concêntricas de membranas das células de Schwann.

A bainha de mielina isola o axónio, mas com interrupções, chamadas nódulos de Ranvier, onde a superfície do axónio fica exposta. É nos nódulos de Ranvier que ocorre a despolarização e repolarização do axónio. O impulso salta de nódulo em nódulo devido à capacidade isoladora da bainha de mielina, tendo uma velocidade superior à que se verifica nos neurónios desmielinizados.

Transmissão do impulso nervoso entre os neurónios - sinapses

Os impulsos nervosos passam de neurónio para neurónio devido às ligações que as terminações dos axónios estabelecem com as dendrites ou o corpo celular do neurónio seguinte, através de sinapses. A sinapse é uma região de contacto muito próxima entre a extremidade do neurónio e a superfície de outras células.

Conhecem-se dois tipos de sinapses: as sinapses químicas e as sinapses eléctricas.

Nas sinapses químicas existe um pequeno espaço entre as membranas celulares designado fenda sinápitca.

Quando o impulso nervoso atinge as extremidades do axónio pré-sináptico é induzida a fusão das vesículas que contêm neurotransmissores com a membrana do axónio. Este fenómeno de exocitose permite que os neurotransmissores sejam lançados na fenda sináptica. Estes, ao ligarem-se a receptores da membrana do neurónio pós-sináptico, fazem abrir os canais iónicos associados aos receptores, permitindo a entrada de Na+ na célula. Isto provoca a despolarização da membrana, originando um impulso nervoso.

As sinapses eléctricas, menos comuns, permitem que o impulso nervoso se propague muito rapidamente de um neurónio para o seguinte. Neste caso, o impulso propaga-se directamente de um neurónio para o outro porque há contacto entre alguns ponts da membrana, permitindo que a despolarização se propague de forma contínua. Estas ocorrem no Sistema Central Nervoso dos Vertebrados, estando envolvidas em processos que exigem respostas muito rápidas.

Sistema endócrino - regulação hormonal

Este sistema, também existente nos animais, é constituído por glândulas secretoras de hormonas que são lançadas na corrente sanguínea, atingindo células-alvo, que vão efectuar uma determinada resposta.

As hormonas só actuam nas células que possuem receptores capazes de detectar a sua presença. Assim é possível garantir uma resposta específica de determinadas células, perante um determinado sinal e, assim, contribuir de forma eficaz para a manutenção do equilíbrio dinâmico do organismo.

Interacção Sistema Nervoso - Sistema Endócrino

Estes dois sistemas interagem entre si no sentido de regularem os mecanismos homeostáticos. Grande parte da actividade endócrina é controlada pelo hipotálamo. Esta região do cérebro estabelece a ligação entre o sistema nervoso e o sistema hormonal.

O hipotálamo recebe estímulos e, como resposta, os nurónios hipotalámicos produzem neuro-hormonas que atingem a hipófise. Estas hormonas são encaminhadas para o lóbulo posterior, que as lança para a corrente sanguínea, atingindo as células-alvo. Outras hormonas actuam sobre o lóbulo anterior da hipófise, estimulando ou inibindo a produção e libertação de hormonas hipofisárias que vão controlar o funcionamento de diversos tecidos do organismo.

Termorregulação

A temperatura é um dos factores ambientais que sofre frequentes alterações.

Os animais podem ser classificados através da reacção que demonstram a estas alterações. Os que têm a capacidade de regular a sua temperatura para um nível constante designam-se homeotérmicos. Os que, pelo contrário, não mantêm a sua temperatura constante e esta varia com as alterações do meio têm o nome de poiquilotérmicos.

Podem também ser classificados quanto à fonte de calor que etermina a temperatura corporal. Aos animais que regulam a sua temperatura corporal, produzindo calor por processos metabólicos ou que usam mecanismos para perderem calor dá-se o nome de endotérmicos. Os animais cuja taxa metabólica não contraria as alterações da temperatura e que, por esta razão, dependem de fontes de calor externas designam-se ectotérmicos.

A temperatura é considerada um factor limitante porque condiciona a vida dos animais, visto que esta só é possível dentro de certos valores. Os animais endotérmicos têm a capacidade de regular a temperatura, mas dentro de determinados limites. Se esses limites forem ultrapassados, a homeostasia entra em ruptura e a sobrevivência é posta em causa.

Na pele existem céluas termo-sensoriais que funcionam como receptores do calor e do frio. Estas geram impulsos nervosos, quando estimuladas, que são conduzidos até ao hipotálamo.

  • Quando o estímulo é um aumento da temperatura, ocorre uma vasodilatação (vasos sanguíneos são dilatados, o que aumenta o ritmo de transferência de calor para a pele) e um aumento da produção de suor (as glândulas sudoríparas são estimuladas a libertar suor para a superfície da pele, cuja evaporação contribui fortemente para a perda de calor);
  • Quano o estímulo é uma diminuição da temperatura, verifica-se vasoconstrição (os vasos sanguíneos contraem-se de modo a reduzir as perdas de calor), erecção dos pelos (numa posição vertical, os pêlos criam uma camada de ar isolante junto à pele, diminuindo a perda de calor para o meio) e um aumento da produção de calor (aumenta a taxa metabólica, o que se traduz por tremuras e pelo aumento das reacções catabólicas geradoras de calor).

A temperatura corporal é regulada por mecanismos de feedback negativo, dado que o efeito contraria a causa.

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Osmorregulação

A osmorregulação é o processo que permite manter o equilíbrio de água e sais no organismo.

Podemos distinguir dois tipos de animais em relação à regulação da concentração de sais no organismo: os osmoconformantes e os osmorreguladores.

Os animais osmoconformantes são animais que não regulam a concentração de sais dos seus fluidos corporais e cuja concentração varia de acordo com a concentração da água que os rodeia. A salinidade é um factor limitante, visto que os animais osmoconformantes só podem viver dentro de determinados limites.

Os animais osmorreguladores apresentam uma concentração do seu meio interno muito diferente da concentração salina do meio externo. Neste caso, os animais têm que controlar activamente a quantidade de água que entra e sai do corpo, devido a fenómenos de osmose.

Osmorregulação em meio aquático
  • Os peixes ósseos marinhos possuem fluídos internos hipotónicos relativamente à água do mar. Devido a fenómenos osmóticos, tendem a perder muita água para o meio. Para compensar estas perdas, estes peixes eliminam o excesso de sal através de fenómenos de transporte activo, ao nível das brânquias, e excretam urina muito concentrada.
  • Os peixes de água doce possuem um meio interno hipertónico em relação ao meio. Para compensar as perdas de sais, por difusão, para o meio estes peixes produze urina muito diluída e possuem células branquiais que transportam activamente sais da água para o seu sangue.
Osmorregulação em meio terrestre
  • Os anelídeos, como a minhoca, apresentam um sistema excretor constituídos por unidades filtradoras chamadas nefrídeos. Em cada segmento do seu corpo existe um par de nefrídeos. À medida que os fluidos se deslocam ao longo dos nefrídeos, ocorre reabsorção de substâncias importantes para o organismo, que passam para os capilares. Ao mesmo tempo, outras substâncias são segregadas dos capilares para o túbulo que termina num poro excretor. A urina produzida é muito diluída, pelo que se verificam grandes perdas de água que são compensadas pela entrada de grandes quantidades de água através da pele, devido a fenómenos osmóticos.
  • Os insectos e os aracnídeos possuem um sistema excretor constituído por túbulos de Malpighi, que operam juntamente com glândulas especializadas, presentes nas paredes do recto. Os túbulos de Malpighi absorvem substâncias da hemolinfa, lançando-as no intestino, onde se misturam com as fezes. A água e alguns sais são reabsorvidos pelas glândulas do recto, libertado-se para o exterior os produtos de excreção.

Nos Vertebrados, os órgãos de excreção são os rins.

  • As aves têm elevadas taxas metabólicas. Isto conduz a elevadas perdas de água, que são conpensadas com a produção de urina muito concentrada. Nas aves marinhas, verifica-se a ingestão de água salgada juntamente com o alimento. Como os rins não são suficientes para manter o equilíbrio interno, estes animais excretam activamente o excesso de sal através de glândulas nasais.
  • No Homem, o sistema urinário é contituído por um par de rins, um par de uréteres, pela bexiga e pela uretra. Os rins possuem mais de um milhão de unidades funcionais, os nefrónios. Cada nefrónio é constituído por uma cápsula de Bowman, que rodeia um glomérulo de Malpighi. Esta cápsula liga-se ao tubo contornado proximal, que se prolonga pela ansa de Henle, que é seguida pelo tubo contornado distal; este termina no tubo colector. O sangue chega ao nefrónio pela arteríola aferente e chega ao glomérulo, onde ocorre a filtração. Neste processo, os capilares do glomérulo deixam passar para a cápsula de Bowman diversas substância, que vão constituir o filtrado glomerular. O filtrado segue pelo tubo contornado proximal e pela ansa de Henle (permeável à água e impermeável ao NaCl), onde é reabsorvida grande parte da água presente no filtrado. No tubo contornado distal, onde o filtrado passa de seguida, é reabsorvida grande parte dos sais. O filtrado perde cerca de 60% do seu volume na reabsorção. A secreção ocorre simultaneamente à reabsorção mas em sentido oposto. Células das paredes dos tubos transportam substâncias dos capilares envolventes para o filtrado. No tubo colector, a reabsorção de água é controlada pela hormona anti-diurética (ADH), que é produzida pelo hipotálamo e libertada pela hipófise. Quando a pressão osmótica no sangue aumenta, esta alteração é detectada e é libertada a ADH. Quando esta atinge o tubo colector, a sua permeabilidade aumenta e dá-se uma maior reabsorção de água, tornando a urina mais concentrada. Quando ocorre o inverso (a pressão osmótica no sangue diminui), a hipófise é inibida de libertar ADH e a permeabilidade do tubo colector diminui, o que leva a uma menor reabsorção da água, o que torna a urina mais diluída.