apostila neurofisiologia

Comisso Organizadora

Adriessa Aparecida dos Santos

Aline Vilar Machado Nils

Carla Bonetti Madelaire

Danilo Eugnio de Frana Laurindo Flres

Elisa Mari Akagi Jordo

Fbio Moraes Gois

Marcelo Arruda Fiuza de Toledo

Coordenao

Prof. Dr. Fernando Ribeiro Gomes

Realizao

Patrocnio e apoio

Programa de

Ps-Graduao em

Fisiologia Geral

SUMRIO

Apresentao .................................................................................................... 1

Regulamento ..................................................................................................... 2

Programao ..................................................................................................... 5

Mdulos - Resumos das aulas ........................................................................ 6

Fisiologia e ritmos biolgicos

Fundamentos da Cronobiologia .............................................................. 8

Relgio biolgico .................................................................................... 9

Melatonina - mltiplas aes da molcula do escuro ............................ 10

Ritmo no Sistema Imunolgico ............................................................. 11

O Eixo Imune Pineal ............................................................................. 12

Melatonina, sua diversidade fisiolgica e potencial teraputico ............ 13

Referncias bibliogrficas ..................................................................... 14

A clula em cultura como modelo de estudos de relgios perifricos

Comunicao celular: entendendo a ritmicidade endgena .................. 16

Fotorrecepo ...................................................................................... 18

Desvendando os ritmos biolgicos ....................................................... 20

Relgios perifricos .............................................................................. 22

O Sistema circadiano e os sinais de temporizao ambientais: Uma perspectiva comparativa ....................................................................... 24


Fisiologia: animais e ambiente

A importncia da plasticidade fenotpica no ajuste a variaes ambientais previsveis e imprevisveis .................................................. 30

Dinmica parasita-hospedeiro: Aspectos sazonais, reprodutivos e evolutivos ............................................................................................. 32

Desafios ambientais na transferncia de nutrientes ao longo da cadeia trfica: efeitos na fisiologia dos animais ................................................ 34


Reostase

Paradigmas Fisiolgicos: o exemplo da Reostase ................................ 38

Reostase programada .......................................................................... 40

Reostase reativa ................................................................................... 42


Neurocincia cognitiva

Neurofisiologia bsica ........................................................................... 46

Comunicao celular e padres de conectividade ................................ 48

Memria e aprendizagem ..................................................................... 49

Ateno ................................................................................................ 51

Percepo ............................................................................................ 52

Ao ..................................................................................................... 53

Deciso ................................................................................................ 54

Neurobiologia das emoes ................................................................. 55

Emoes e a tomada de deciso .......................................................... 57

Neurognese ........................................................................................ 59

Enriquecimento ambiental e neuroplasticidade ..................................... 60

Neurobiologia do envelhecimento ......................................................... 62

Aula prtica - O mundo real aquele percebemos? ............................ 64

1

APRESENTAO

O Curso de Inverno: Tpicos em Fisiologia Comparativa uma iniciativa dos alunos da ps-

graduao do Departamento de Fisiologia Geral do Instituto de Biocincias da Universidade de So

Paulo. O curso voltado para alunos de graduao e recm-graduados originrios das diversas reas do

conhecimento que tenham interesse em Cincias Fisiolgicas, mais especificamente em Fisiologia

Comparativa. Seu principal objetivo promover discusses de tpicos atuais que nem sempre so

ministrados nos cursos regulares de graduao.

Tradicionalmente o curso dividido em aulas tericas e prticas que so ministradas pelos ps-

graduandos do Departamento de Fisiologia nas duas primeiras semanas do curso (2 a 13 de julho). Na

tentativa de sempre melhorar a qualidade das aulas e a comunicao dos ps-graduandos, a edio do

Curso de Inverno: Tpicos em Fisiologia Comparativa de 2012 est organizada em cinco mdulos. Nesta

apostila tem-se um resumo de cada uma das aulas que sero ministradas.

Ao fim das duas primeiras semanas de curso, os mdulos serviro como temas-base para os

estgios que sero realizados durante a terceira semana de curso (16 a 20 de julho). O estagirio dever

envolver-se nas atividades do laboratrio escolhido e receber suporte cientfico e tcnico adequado sobre

a linha de pesquisa do mesmo. Alm disso, o aluno participar de um projeto a ser desenvolvido durante a

semana do estgio. Para tal, vai aprender noes de como elaborar, executar e analisar um projeto de

pesquisa. Os resultados obtidos sero apresentados pelos estagirios em apresentao oral no ltimo dia

do curso.

Comisso Organizadora

IX Curso de Inverno: Tpicos em Fisiologia Comparativa

Universidade de So Paulo

2 a 20 de Julho de 2012

2

REGULAMENTO

ALUNOS REGULARES

IX Curso de Inverno Tpicos em Fisiologia Comparativa

O curso ter um perodo de trs semanas e ser dividido em aulas tericas e desenvolvimento de

estgio. As aulas tericas e prticas sero realizadas entre os dias 2 e 13 de julho e o estgio entre os dias

16 e 20 de julho. Durante o estgio, os participantes desenvolvero um projeto de pesquisa em um dos

laboratrios do Departamento, sendo os resultados apresentados no dia 20 de julho. Todas as atividades

do curso sero realizadas de segunda a sexta-feira, das 9h s 18h.

Apresentao do Departamento e das Linhas de Pesquisa dos Laboratrios

Para que os alunos tomem conhecimento das linhas de pesquisas e dos trabalhos desenvolvidos

no Departamento, no primeiro dia do curso haver uma srie de apresentaes realizadas pelos

professores responsveis pelos diferentes laboratrios do departamento e, no segundo dia haver uma

sesso de psteres sobre os projetos em andamento dos alunos do departamento.

Aulas tericas e prticas

As aulas tericas e prticas esto organizadas em mdulos. Cada mdulo ser constitudo por uma

aula inaugural, com abordagem ampla e os principais pr-requisitos dos contedos das demais aulas do

mdulo. Na sequncia sero apresentadas aulas com temas mais especficos dentro do eixo-temtico do

mdulo. Ao final do mdulo haver avaliao que abordar os conceitos tratados. Essa prova poder ser

individual ou em grupo e poder ser constituda de questes de mltipla escolha ou dissertativa ou ento

um exerccio terico-prtico.

3

Estgio

Durante a realizao do projeto de pesquisa, o aluno dever se envolver nas atividades do

laboratrio e receber suporte cientfico e tcnico do aluno-orientador. O projeto dever obrigatoriamente

consistir de atividades de elaborao, execuo, anlise e apresentao.

Definio dos projetos de pesquisa e orientadores

Cada aluno dever elaborar no mnimo trs projetos de pesquisa em laboratrios diferentes. O

projeto dever conter hiptese, justificativa e metodologia, descritos em at 1000 caracteres. Os projetos

devem ser ordenados de acordo com a preferncia do aluno. Os formulrios com a descrio dos projetos

devem ser entregues Comisso Organizadora na sexta-feira dia 13/7 at as 17 horas.

A definio dos projetos e orientadores atender s preferncias dos alunos, mas podero ocorrer

casos em que isso no ser possvel. Sendo assim, sero respeitadas as limitaes dos orientadores e seus

respectivos laboratrios. Para os casos onde haja um nmero maior de interessados do que de vagas, os

seguintes critrios de desempate sero aplicados:

1) Interesse em primeira opo;

2) Menor nmero de faltas nas aulas;

3) Maior mdia de notas de provas.

A busca pelos estgios e a formulao das suas propostas de projeto devero ser feitas

exclusivamente no dia 13/07. Uma vez que os orientadores dos estgios esto proibidos de dar

informaes durante o perodo das aulas terico-prticas.

Avaliao do projeto

Desenvolvimento do projeto: o orientador atribuir uma nota ao aluno de acordo com o seu

aproveitamento.

Apresentao: o projeto dever obrigatoriamente ser apresentado oralmente com slides do

PowerPoint na sexta-feira dia 20/7 a partir das 9h. A apresentao dever conter contextualizao do

problema, justificativa, objetivos, mtodos, resultados e discusso. A durao mxima ser de 10 minutos.

4

Avaliao: Uma comisso avaliadora julgar os trabalhos e questionar os alunos sobre o

aprendizado adquirido ao longo do estgio.

Notas e frequncia

Ser considerado aprovado o aluno com presena de pelo menos 75% e que obtiver

aproveitamento igual ou maior que 7,0 (sete).

O aproveitamento dado pela:

(1) mdia das notas dos mdulos tericos 50%

(2) nota do orientador 25%

(3) nota da comisso avaliadora das apresentaes dos estgios 25%

REGULAMENTO ALUNOS ESPECIAIS

Todas as normas referentes aos Alunos Regulares se aplicam aos Alunos Especiais, exceto pela

realizao do estgio e respectiva nota que no haver. Sendo assim, o aproveitamento dos Alunos

Especiais se dar somente atravs das notas das provas e da frequncia nos mdulos tericos. Sendo

considerado aprovado o aluno com presena de pelo menos 75% e que obtiver aproveitamento igual ou

maior que 7,0 (sete).

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MDULOS

Resumos das aulas

FISIOLOGIA E RITMOS

BIOLGICOS

8

Fundamentos da Cronobiologia

Luis Henrique Teodoro

[email protected]

Para investigaes de carter cronobiolgico essencial conhecer os diferentes significados que o

tempo pode assumir.

Nas lnguas de origem latina o vocbulo tempo pode ser empregado em dois contextos diferentes,

de tal modo que tempo pode funcionar como um sinnimo de clima, mas tambm remete a assuno

fsica, que aponta o tempo como uma das sete grandezas fsicas elementares, passvel de ser quantificado

e que independe de outras grandezas para a sua definio.

Em lnguas de origem germnica, como o ingls e o alemo, no entanto, h, respectivamente, os

vocbulos weather e wetter para designar clima, enquanto time e zeit designam a grandeza elementar

tempo.

Essa grandeza elementar, segundo Refinetti (2006), pode ser definida como um contnuo no-

espacial no qual ocorrem eventos e/ou fenmenos sucessivos. A ocorrncia repetida e peridica de um

evento e/ou fenmeno define o conceito de ritmo (Koukkari e Sothern, 2006).

Existem diversos padres rtmicos ambientais e a capacidade de percepo de ocorrncias

rtmicas que concebe aos organismos vivos a noo de tempo (Markus e col., 2003).

Ritmos so observados em diversos organismos em todos os trs domnios Bacteria, Archea e

Eukarya , demonstrando sua prevalncia, e se relacionam diretamente com os ritmos ambientais

(Refinetti, 2006). Isto , a fim de assegurar sua homeostasia, organismos desenvolveram a capacidade de

se antecipar s variaes rtmicas ambientais, o que lhes configura uma relevante vantagem adaptativa

que foi mantida ao longo da evoluo (Bell-Pedersen e col., 2005; Smolensky e Peppas, 2007, Lemmer,

2009; Ohdo, 2010).

A cronobiologia, portanto, tem como objetivo avaliar a capacidade e o tipo de resposta de um

organismo ante as variaes rtmicas ambientais e a influncia de ritmos ambientais em relao aos ritmos

biolgicos, ou seja, o objeto de estudo da cronobiologia a organizao temporal de um organismo

(Menna-Barreto, 2003).

9

Relgio biolgico

Por que teriam surgido na histria da vida, estruturas capazes de

atuar como verdadeiros relgios biolgicos?

Leila Lima

[email protected]

Natali Nadia Guerrero

[email protected]

Acredita-se que os relgios biolgicos tenham surgido em resposta s presses seletivas impostas

pelas variaes cclicas ambientais. Desde ento, essas estruturas regulam uma grande variedade de

processos fisiolgicos e comportamentais em diversas formas de vida, dos organismos unicelulares aos

pluricelulares. Acredita-se que a vantagem evolutiva desses organismos consista na capacidade de

antecipao aos eventos peridicos do meio ambiente, principalmente mudanas de luz, de temperatura e

umidade, o que confere maior probabilidade de sobrevivncia de qualquer espcie.

O termo relgio biolgico uma analogia para se referir, em conjunto, a mecanismos

endgenos capazes de gerar respostas fisiolgicas e comportamentais rtmicas. Estes ritmos biolgicos

so gerados independentemente das pistas ambientais externas, j que esses mecanismos so bastante

conservados evolutivamente. As estruturas responsveis por gerar a ritmicidade destas respostas so

denominadas osciladores.

Nos mamferos, o oscilador central so os Ncleos Supraquiasmticos (NSQ), composto por

dois pequenos grupos de neurnios localizados na parte ventral do hipotlamo. A capacidade oscilatria

do NSQ decorrente da expresso rtmica de certas protenas ao longo do dia. Por este motivo, os genes

codificantes dessas protenas so designados genes do relgio (clock genes), os quais constituem a base

molecular do sistema oscilatrio interno. Dentre os genes do relgio conhecidos atualmente, os mais bem

estudados em mamferos so: per (period) 1,2 e 3, bmal 1, clk (clock), e cry 1 e 2 (cryptochromes), sendo

que, suas respectivas protenas (PER1, PER2, PER3, BMAL, CLOCK, CRY1 e CRY2) atuam como

fatores de transcrio. Na realidade, todas as clulas nucleadas do corpo apresentam os genes do relgio,

e por isso, diversos rgos podem atuar como osciladores circadianos perifricos. Estes rgos possuem

uma via aferente proveniente do NSQ, e, portanto, so passveis de serem sincronizados por este oscilador

central. Dessa maneira, a sincronia interna desde o nvel molecular at o sistmico permite que os

processos fisiolgicos e comportamentais sejam coordenados temporalmente de forma que o organismo

seja capaz de prever e antecipar as variaes cclicas ambientais.

10

Melatonina - mltiplas aes da molcula do escuro

Cludia Emanuele Carvalho de Sousa

[email protected]

A melatonina uma molcula altamente verstil e ubqua na natureza, conservada ao longo da

evoluo assume diferentes aes e papis em organismos e estruturas distintas. Muito do que se conhece

sobre esta molcula est associada sua produo, primeiramente identificada na glndula pineal de

mamferos e por muitos anos considerada uma molcula exclusiva de vertebrados. Em sua descoberta foi

descrita sua habilidade em promover a agregao de melanforos na pele de anfbios, o que levou a

denominao do seu nome. Anos mais tarde foi elucidado que a produo de melatonina ocorre de

maneira rtmica na glndula pineal e controlada pelo ciclo de iluminao ambiental. Independente da

espcie analisada a produo de melatonina ocorre exclusivamente na ausncia de luz por isso

conhecida a molcula marcadora do escuro. Portanto, as flutuaes dirias da melatonina circulante

informa ao organismo se dia ou noite no meio externo como tambm a durao da noite permitindo

assim a regulao dos ritmos dirios como da resposta fotoperidica. Este conceito ser apresentado nesta

aula, enfatizando o mecanismo de controle da produo de melatonina e como os diversos ritmos so

sincronizados por este hormnio. Outro aspecto a ser destacado ser a anlise comparativa da morfologia

e anatomia da pineal ao longo da escala zoolgica, e como a variao entre os grupos est relacionada

com a sntese de melatonina. Por outro lado, discutiremos tambm a grande ubiqidade e a diversidade de

aes desta molcula nos grupos de seres vivos. A melatonina produzida por outras estruturas alm da

pineal e pode ocorrer de forma independente da funo cronobitica. Em organismos mais primitivos a

principal funo desta molcula e a mais conservada ao longo da escala filogentica sua ao

antioxidante e bloqueadora de processos enzimticos relacionados com o estresse oxidativo. Em

vertebrados, a melatonina acumula funes de defesa com funo cronobitica. Ao final da aula

tentaremos entender a caracterstica evolutiva da melatonina, as possveis causas de ter sido conservada e

por isso to presente na natureza e de estar relacionada ao desenvolvimento de novos rgos e estruturas

envolvidas em sua sntese, em vertebrados intimamente relacionada com a glndula pineal exercendo a

importante funo de marcadora do tempo.

11

Ritmo no Sistema Imunolgico

Sandra M Muxel

[email protected]

Nesta aula iremos abordar a relao entre o ritmo circadiano determinado pela expresso dos

genes do relgio e sua influncia sobre os componentes do sistema imunolgico e qual a importncia da

influncia dos ritmos sobre a capacidade do homem para responder s infeces ou serem mais

suscetveis ao desenvolvimento de algumas doenas. Muitos estudos na rea da neuroimunologia indicam

que o sistema imunolgico susceptvel a modificaes causadas por vrios hormnios, em decorrncia

de mudanas neuroendcrinas provocadas atravs da estimulao mediada pela luz com comprimento de

onda visvel que gera um sinal hormonal.

O ritmo de luz e a progresso de dia-noite durante o perodo de 24 horas de rotao da terra pode

influenciar profundamente a funo do sistema imunolgico nos homens e em outros organismos. Muitos

estudos tm demonstrado que muitas funes e parmetros do sistema imunolgico sofrem variaes

dependendo da hora do dia, como a apresentao antignica, proliferao de linfcitos e expresso de

genes da citocinas e seus receptores e seus nveis no sangue, ativao de clulas NK, resposta imune

humoral (anticorpos), nmero de clulas do sistema imune circulantes no sangue e seus subtipos, nvel de

cortisol no sangue, entre outros. Os ritmos sistmicos comandados pelos hormnios glicocorticides,

melatonina e adrenrgicos/noradrenrgicos possuem um papel importante na sincronizao da resposta

imunolgica em organismos saudveis. No entanto, os genes do relgio circadianos tambm so

ritmicamente expressos nos rgos linfides secundrios de modelos murinos, como o bao e linfonodos,

e tambm so expressos em macrfagos peritoneais, sendo capazes de regular a secreo das citocinas IL-

6 e TNF- nestas clulas. As condies de luz, estado nutricional, privao do sono, horrio de maior

atividade dos indivduos, pode determinar a variao de susceptibilidade a infeces e doenas como o

cncer, a progresso de doenas como a artrite reumatide ou asma, parmetros para o diagnstico clnico

das doenas, bem como a melhor maneira de aplicar a terapia farmacolgica, integrando o sistema

circadiano e o sistema imunolgico.

12

O Eixo Imune Pineal

Adriessa Santos

[email protected]

Em vertebrados, a glndula pineal atua como mediadora da sincronizao interna ao ciclo

claro/escuro. Sua atividade modulada pelos ncleos supraquiasmticos, ou seja, o relgio biolgico

central, atravs da via do trato retino-hipotalmico. A marcao do escuro ocorre atravs da transduo do

fotoperodo ambiental em sinalizao endcrina, atravs da sntese e liberao de melatonina, indolamina

produzida por esta glndula.

Embora tenha seu papel bem conhecido como a molcula marcadora do escuro, atualmente sabe-

se que a melatonina tambm possui outras funes e pode ser produzida por outras clulas e tecidos. So

cada vez mais frequentes os trabalhos que associam o papel da melatonina a aes como: antioxidantes,

oncostticos, modulao da sobrevivncia celular e do processo inflamatrio. Alm disso, estruturas

como, retina, trato gastrointestinal, medula ssea e clulas imunocompetentes tambm j tem seu papel

associado como produtoras deste hormnio.

Recentemente foi demonstrado que mediadores da inflamao podem modular a sntese de

melatonina pela glndula pineal, cujo papel, neste caso, est diretamente relacionado montagem da

resposta inflamatria. Acredita-se que exista uma comunicao recproca entre o sistema imunolgico e

organizao temporal interna e que o aumento das concentraes da citocina pr-inflamatria, TNF na

fase inicial de uma injria leva a uma inibio da produo de melatonina pela glndula pineal. Este um

fator interessante, j que estudos in vitro demonstraram que na microcirculao a melatonina, em

concentraes compatveis quelas encontradas no pico noturno, impede o rolamento e adeso de

neutrfilos para os tecidos dificultando uma montagem eficiente da resposta. Alm disso, estudos indicam

que, uma vez que a sntese de melatonina pela glndula pineal seja interrompida, a produo desse

hormnio passa a ser realizada no local da injria por clulas imunocompetentes, exercendo ao

parcrina. O retorno s condies de higidez ou uma compensao entre mediadores pr e anti-

inflamatrios, restauram a produo noturna de melatonina pela glndula pineal. Esta interao entre o

sistema imunolgico e a organizao temporal interna uma descoberta recente a qual foi proposto o

Eixo Imune-Pineal.

13

Melatonina, sua diversidade fisiolgica e potencial teraputico

Eliana Paula Pereira

[email protected]

Em 1989 Ebadi e colegas postularam que a pesquisa e a descoberta de como a melatonina, com

seus aparentes onipotentes efeitos, traz tona uma enorme gama de funes, que podem gerar

perspectivas que vo proporcionar novas vias de tratamento de inmeras doenas substituindo assim

antigos mtodos teraputicos que mantm a vida, mas diminuem sua qualidade. Evidncias provenientes

de estudos atestam que esta reflexo vem se concretizando. A melatonina a expresso qumica da noite (

escuro), uma vez que este estimula a sua sntese e liberao pela glndula pineal. Porm, a atividade

desta indolamina no se limita a um simples ndice do tempo, apresentando efeitos citoprotetor,

antioxidante e anti-inflamatrio. Ela controla mecanismos de uma grande variedade de atividades

fisiolgicas, estando presente em vrios fludos (saliva, urina, lquor, smen, lquido amnitico e leite

materno), rgos, tecidos e compartimentos celulares alm de possuir tambm a capacidade de atravessar

todas as barreiras morfofisiolgicas. Devido s caractersticas anteriormente descritas, ela tem sido

considerada uma excelente candidata no uso teraputico em diversas patologias ou como adjuvantes de

tratamentos, tais como doenas neurodegenerativas e cardacas, em diabetes tipo 2, em distrbios do

sono, em degeneraes relacionadas ao envelhecimento, alem do cncer de mama e melanoma. Em

resumo, nesta aula abordaremos diferentes atividades da melatonina as quais a tornam um agente

multifuncional de grande importncia. A melatonina uma molcula com um passado recente intenso,

um presente significante e um futuro promissor. Acreditem!!!

14

Referncias bibliogrficas

Bell-Pedersen, D., Cassone, V. M., Earnest, D. J., Golden, S. S., Hardin, P. E., Thomas, T. L. e Zoran M.

J. (2005).Circadian rhythms from multiple oscillators: lessons from diverse organisms. Nature

Reviews Genetics 6, 544 556.

Koukkari, W. L. e Sothern, R. B. (2006).Introducing biological rhythms. Saint Paul: Springer.

Lemmer, B. (2009). Discoveries of rhythms in human biological functions: a historical review.

Chronobiology International 26, 1019 -1068.

Markus, R. P., Junior, E. J. M. B., Ferreira, Z. S. (2003). Ritmos Biolgicos: entendendo as horas, os dias

e as estaes do ano. Einstein 1, 143 148.

Menna-Barreto, L. (2003). O tempo na biologia. In: Marques, N. e Menna-Barreto, L. (3 Eds.).

Cronobiologia: princpios e aplicaes. So Paulo: edusp. Pp 2529.

Ohdo, S. (2010). Chronotherapeutic strategy: rhythm monitoring, manipulation and disruption. Advanced

Drug Delivery Reviews 62, 859 875.

Refinetti, R. (2006). Circadian physiology. Boca Raton: CRC Press.

Smolensky, M. H. e Peppas, N. A. (2007). Chronobiology, drug delivery and

chronotherapeutics.Advanced Drug Delivery Reviews 59, 828 851.

A CLULA EM CULTURA COMO

MODELO DE ESTUDOS DE

RELGIOS PERIFRICOS

16

Comunicao celular: entendendo a ritmicidade endgena

Maria Nathlia de Carvalho Magalhes Moraes

Laboratrio de Fisiologia Comparativa da Pigmentao

[email protected]

O grande passo evolutivo obtido com a passagem da unicelularidade para a pluricelularidade

certamente foi a capacidade de comunicao entre as clulas, por meio da evoluo a partir de uma nica

clula, a qual desempenhava todas as funes necessrias para o organismo, para um conjunto de clulas

especializadas proporcionando interaes entre elas (Ben-Shlomo et al., 2003). Os ancestrais dos

organismos multicelulares seriam simples agregados de seres unicelulares, que formavam estruturas

designadas colnias. Inicialmente todas as clulas da colnia desempenhavam todas as funes. Contudo,

ao longo do tempo algumas das clulas da colnia especializaram-se em determinadas funes. A

diferenciao celular relacionada com a funo especifica acentuou-se no decorrer da evoluo,

originando os verdadeiros seres multicelulares. Neste processo foram surgindo diferentes tipos de clulas,

que mais tarde originaram tecidos, os quais levaram ao aparecimento de rgos. A especializao celular

permitiu uma melhor utilizao da energia, levando a uma diminuio da taxa metablica, alm de uma

maior independncia em relao ao ambiente. Para que as clulas pudessem sincronizar as tarefas e

perceber informaes do ambiente, foi necessria a especializao de clulas para percepo do ambiente

(receptores sensoriais), centros integradores dessas informaes (sistema nervoso) e efetuadores de

ajustes homeostticos (sistema muscular, endcrino e excrino) (Isoldi & Castrucci, 2007).

Para garantir o sucesso e a diversificao da vida, foi necessrio o aparecimento de estruturas de

ligao e principalmente de comunicao entre as diferentes clulas. Nos organismos multicelulares, a

manuteno da homeostase dependente de um processamento continuo de informaes atravs de uma

complexa rede de clulas. Alm disso, para que o organismo responda a constantes mudanas do

ambiente, sinais devem ser traduzidos em nvel intracelular, ampliados e finalmente convertidos para uma

resposta fisiolgica adequada. Muitos hormnios, neurotransmissores, quimiocinas, mediadores locais e

estmulos sensoriais exercem seus efeitos sobre as clulas atravs de ligao a diferentes classes de

receptores.

Esses transdutores altamente especializados so capazes de modular a sinalizao de vrias vias

que levam a diversas respostas biolgicas (Cabrera-Vera et al., 2003). A maioria das famlias de

receptores evoluiu com o advento da multicelularidade e com a necessidade de um comportamento

coordenado do organismo (Ben-Shlomo et al., 2003).

A comunicao celular pode ser feita por diferentes processos, os mais amplamente usados so

por meio de substncias qumicas, as quais transmitem as informaes clula a clula. As molculas-alvos

de substncias qumicas so fundamentalmente de quatro tipos: enzimas, molculas transportadoras,

17

canais inicos e receptores. Os receptores podem ser definidos como elementos proteicos complexos que

funcionam como sensores no sistema de comunicaes qumicas, coordenando a funo de todas as

clulas. Segundo a estrutura molecular e a natureza do mecanismo de transmisso, os receptores so

agrupados em quatro superfamlias, a saber: (1) superfamlia tipo 1 - receptores-canal (ou ionotrpicos):

receptores de membrana que formam o prprio canal inico; (2) superfamlia tipo 2 - receptores

acoplados protena G (GPCRs ou 7-TM ou metabotrpicos): receptores de membrana acoplados a

sistemas efetores intracelulares por meio de protena G; (3) superfamlia tipo 3 - receptores quinase:

receptores de membrana com domnio intracelular de protena quinase (em geral, tirosina quinase) e, (4)

superfamlia tipo 4 - receptores reguladores da transcrio de genes (ou receptores nucleares ou

receptores intracelulares): receptores solveis no citosol ou intracelularmente.

Nesta aula sero abordados os principais mecanismos envolvidos na comunicao celular com

nfase nos receptores envolvidos no processo de ritmicidade endgena.

18

Fotorrecepo

Rafael Benjamin Arajo Dias


[email protected]

O surgimento e a evoluo da vida na terra foram possveis graas ao desenvolvimento de

mecanismos temporais precisos capazes de ajustar os processos fisiolgicos que ocorriam no interior do

organismo com os ciclos ambientais, promovendo assim, ganhos na capacidade adaptativa e

comportamental desses indivduos (KLEIN et al., 1991).

Muito ainda se questionado com relao s presses seletivas que conduziram os diferentes

organismos necessidade de uma organizao temporal. Algumas suposies so levantadas acerca da

ocorrncia de alguns fenmenos abiticos previsveis como as mars, dias e anos que pudessem ento,

funcionar como ferramentas para demarcar temporalmente os organismos (PITTENGRIGH, 1993).

Nesse contexto os ciclos de claro e escuro, resultados da rotao da terra em torno do seu prprio

eixo, surgem como uma das principais pistas ambientais capazes de arrastar ritmos biolgicos (DUGUAY

& CERMAKIAN, 2009).

O aparecimento da luz como importante forma de ordenao tempo-espacial refutado pela teoria

da Fuga da luz que defende que a capacidade de perceber a luz estava indiretamente ligada

capacidade de perceber altas temperaturas, por sua vez, nocivas para a estabilidade de algumas enzimas e

determinante para os processos metablicos. Como as altas temperaturas coincidiam com as fases mais

claras do dia, fugir da luz seria uma forma eficiente de preservao da homeostase (PITTENDRIGH,

1993).

Uma ampla gama de fotorreceptores e fotopigmentos evoluiram no sentido de perceber essa

informao ftica fornecida pelo ambiente (FOSTER et al., 2010).

Mas, que eventos moleculares so responsveis por mediar o processamento dessa informao

ftica com destino retina?

As opsinas so os principais fotopigmentos sensores de luz dos fotorreceptores da retina, elas

contm um cromforo derivado da vitamina A, conhecido como retinal. (MENON et al., 2001).

Quando o fton de luz incide sobre o fotopigmento, o retinal se isomeriza de 11-cis-retinal para

all- trans-retinal, que inicia uma serie de mudanas conformacionais na molcula de opsina, tornando-a

ativada.

A ativao da protena G leva a uma diminuio da afinidade do GDP pela subunidade do

complexo -GDPY que ento liberado e trocado por GTP. A ligao do GTP faz com que todo o

complexo perca a afinidade pela rodopsina, bem como a subunidade perca a afinidade pelas

subunidades Y, que por sua vez so instantaneamente liberadas no citoplasma e conduzem a ativao de

uma enzima que hidroliza GMPc (fosfodiesterase de GMPc), o que leva ao fechamento dos canais de

19

membrana dependentes de GMPc e uma hiperpolarizao a nvel de fotorreceptores (HARGRAVE &

MCDOWELL, 1992).

a isomerizao do cromforo na regio transmembrnica que direciona a formao do stio da

transducina na superfcie citoplasmtica (PFISTER et al. , 1985).

Essa informao transmitida para as outras clulas das outras camadas subsequentes que

formam a retina, como as clulas bipolares. Estudos de microscopia eletrnica demonstram que os

dendritos das clulas bipolares dos bastonetes, penetram nas esferas de bastonetes e sofrem uma

invaginao em seu interior, no intuito de aumentar a superfcie de contato com essas clulas. Clulas

bipolares fazem sinapse com clulas fotorreceptoras (bastonetes) na camada plexiforme externa e no

extremo oposto conectam-se com clulas amcrinas localizadas na camada plexiforme interna

(WERBLIN & DOWLING, 1969).

As clulas amcrinas apresentam um papel fascinante na modulao de informaes advindas dos

fotorreceptores ligando as vias de cones com as vias dos bastonetes (atravs de junes tipo gap),

conduzindo-as concomitantemente para um mesmo destino, as clulas ganglionares (WASSLE et al.,

1995).

Por ltimo, todavia no menos importante, as clulas ganglionares representam a porta de sada

da informao processada na retina. As caractersticas morfolgicas intrnsecas desse subtipo celular,

como o extenso dimetro de seus axnios permitem a passagem da informao eltrica da retina para

centros corticais. Essa informao transportada via nervo ptico, formado pela unio dos axnios das

clulas ganglionares (NELSON, 1993).

As fibras do nervo ptico so direcionadas ao alvo mais relevante para a percepo visual o

ncleo geniculado lateral. Dessa regio partem diversas eferncias para vrias outras reas que sero

responsveis por integrar e interpretar a informao ftica, formando a imagem, propriamente dita

(COHEN et al., 1994).

Embora a percepo visual seja o resultado mais intrigante da capacidade que o nosso sistema

nervoso apresenta de captar e processar a informao luminosa, algumas funes imperceptveis so

tambm ativadas pela luz. Uma dessas funes a ao da luz na sincronizao dos ritmos biolgicos

(LENT, 2005).

Um caminho alternativo que a informao ftica toma ao deixar a retina pelas clulas

ganglionares atingir reas corticais especficas responsveis por essa sincronizao. De forma

semelhante ao nervo ptico, as clulas ganglionares formam um feixe de fibras chamado trato Retino-

hipotalmico (TRH) que chega at uma regio do hipotlamo chamada Nucleo Supraquiasmtico (NSQ)

responsvel, nos mamferos, pela gerao dos ritmos circadianos (LENT, 2005).

A informao ftica no posicionamento tempo-espacial dos organismos , sem dvida, o aspecto

mais apurado e sofisticado das modalidades sensoriais. Um funcionamento orquestrado desses complexos

sistemas ir garantir aos organismos ganhos adaptativos importantes que vo, em ltima instncia,

assegurar a sobrevivncia das espcies.

20

Desvendando os ritmos biolgicos

Bruno Cesar Ribeiro Ramos


[email protected]

De bactrias at seres humanos, praticamente todos os organismos so capazes de organizar seus

processos fisiolgicos frente a mudanas cclicas do ambiente. Tal fato se deve presena de um

oscilador interno, popularmente conhecido como relgio biolgico, que foi selecionado ao longo de

milhares de anos, permitindo um aumento da eficincia fisiolgica e de sobrevivncia, pela organizao

do comportamento e das funes do corpo.

O primeiro pesquisador a estudar ritmos biolgicos cientificamente, foi o astrnomo francs Jean

Jacques Ortous de Mairan. De Mairan, atravs de experimentos com uma planta conhecida como mimosa,

demonstrou pela primeira vez a endogenicidade de um ritmo, ou seja, que ritmos biolgicos se mantm

mesmo na ausncia de estmulos externos. Apesar dessa importante descoberta o estudo dos ritmos

biolgicos s foi reconhecido como uma nova rea da cincia em 1960, com a realizao do Cold Spring

Harbor Symposium on Quantitative Biology sobre relgios biolgicos. Nessa mesma poca a hiptese de

um relgio interno j ganhara fora, e em 1967 um pesquisador chamado Curt Richter conseguiu causar

arritmia em ratos lesando a poro frontal do hipotlamo desses animais. Em 1972 Stephan e Zucker,

dando continuidade aos trabalhos de Richter de leses localizadas, chegaram a uma estrutura na poro

frontal do hipotlamo conhecida como ncleo supraquiasmtico (NSQs), a qual foi indicada como

provvel oscilador circadiano de mamferos. Um estudo em paralelo, conduzido por Robert Moore, alm

de confirmar os NSQs como provveis osciladores circadianos, evidenciou que o estmulo luminoso

chega a essa estrutura atravs de um caminho monossinptico exclusivo, conhecido como trato

retinohipotalmico. Mesmo com essas estruturas evidenciadas a prova final de que os NSQs eram, de

fato, os osciladores centrais de mamferos s ocorreu em 1990 com experimentos realizados em hamsters

com a mutao tau. No incio dos anos 90, pesquisas realizadas em camundongos com degenerao de

retina verificaram que esses animais eram capazes de se sincronizarem normalmente aos ciclos de claro e

escuro. Tal fato levantou uma srie de questes a respeito de quais eram os fotorreceptores responsveis

pela captao dos estmulos que levariam a sincronizao desses animais. A questo s foi resolvida em

2002 com a descoberta de um novo fotorreceptor na retina de mamferos, as clulas ganglionares

intrinsecamente fotossensveis (ipRGCs), e com a descoberta de um novo fotopigmento presente nessas

clulas, a melanopsina.

Atualmente muitos estudos tm se focado nas bases moleculares dos ritmos circadianos, e no

centro desses ritmos so encontrados os genes de relgio. As primeiras evidncias de que os ritmos

circadianos eram codificados no DNA foram observadas em 1971, em Drosophila melanogaster, onde

21

mutaes de um mesmo gene do cromossomo X levavam a arritimicidade e a ritmos mais longos ou

curtos. O mecanismo molecular desse controle se d atravs de uma ala de retroalimentao de produtos

gnicos cclicos, que controlam sua prpria sntese atravs da regulao positiva e negativa de genes de

relgio e protenas. Hoje se sabe que os genes de relgio so encontrados em praticamente todos os

organismos e na maioria das clulas, e sua autorregulao impe ritmicidade funo de praticamente

todos os rgos onde se encontra. Apesar do cenrio aparentemente claro do funcionamento das estruturas

envolvidas nos ritmos biolgicos, muitas questes ainda permanecem a respeito das interaes entre o

oscilador central e o restante do organismo assim como o controle desses osciladores atravs dos genes de

relgio. Para reviso ler Mark et al, 2007 e Golombek e Rosensten 2010.

22

Relgios perifricos

Maria Nathlia de Carvalho Magalhes Moraes


[email protected]

Nos mamferos, quase todos os aspectos da fisiologia e comportamento esto sob controle do

sistema circadiano e, portanto exibem oscilaes dirias. Relgios circadianos foram identificados em

uma variedade de tecidos e parecem estar organizados de maneira hierrquica. No topo desta hierarquia

esto os neurnios do ncleo supraquiasmtico (NSQ). Como visto anteriormente, o relgio mestre nos

NSQs recebe informaes fticas diretas via trato retino-hipotalmico (Stratmann & Schebler, 2006).

Durante muito tempo acreditou-se que os NSQs eram os nicos reguladores dos ritmos

circadianos em mamferos. Essa concluso era fundamentada em estudos de leso e transplante dos

NSQs, e em demonstraes de que os NSQs geram seus prprios ritmos de potencial de ao (Lowrey &

Takahashi 2004). O mecanismo responsvel pelas oscilaes espontneas de cada neurnio do NSQ

baseia-se num sistema molecular de retroalimentao de controle de expresso gnica (Reppert &

Weaver, 2001). Ainda, neurnios dos NSQs quando dissociados e mantidos em cultura, exibem ritmos de

disparos independentes, e apresentam fases e perodos diferentes entre si (Welsh et al 1995; Liu et al,

1997; Herzog et al, 1998).

Aps o esclarecimento de que o mecanismo molecular do relgio circadiano de mamferos

consiste de um grupo de genes denominados genes de relgio, e que estes regulam a ritmicidade

endgena por meio de alas de retro-alimentao de transcrio gnica, verificou-se que a expresso de

genes de relgio tambm ocorre fora dos NSQs, em diversas clulas e tecidos do organismo.

Inesperadamente, observou-se que at mesmo clulas imortalizadas mantidas em cultura apresentam uma

maquinaria molecular do relgio funcional (Balsalobre et al., 1998). Em organismos intactos, acredita-se

que os relgios perifricos so sincronizados pelo marcapasso central, residente no NSQ. Alm dos sinais

diretos do NSQ, outros estmulos ambientais como alimentao, comportamento social, temperatura entre

outros, parecem desempenhar um papel no ajuste dos relgios perifricos.

Foi demonstrado que os relgios perifricos ocorrem de peixes a mamferos. A ritmicidade de

expresso de genes de relgio em tecidos perifricos j foi observada em corao, rim e em linhagens

celulares embrionrias de Danio rerio (Whitmore et al., 2000; Farhat et al., 2009), e hepatcitos de

camundongos (Kornman et al., 2007). Estudos da regio promotora do gene Per de Drosophila e de

Danio rerio atravs de sondas bioluminescentes mostraram que existem osciladores perifricos

independentes em diferentes tecidos desses organismos (Whitmore et al., 2000). A partir desses estudos,

diversos outros laboratrios demonstraram a independncia dos osciladores perifricos, os quais

provavelmente devem conter elementos sincronizadores prprios. Com base nestas constataes postulou-

23

se que osciladores perifricos de mamferos dependem de sinais sincronizadores neurais ou humorais do

oscilador dos NSQs para manter a homeostase do organismo (Yamazaki et al., 2000), ao contrrio do que

ocorre em tecidos perifricos de Drosophila e Danio, que so fotossensveis e capazes de se

sincronizarem at mesmo quando isolados (Whitmore et al., 2000). As primeiras evidncias de que os

relgios perifricos podem ser sincronizados por sinais humorais surgiram junto com a descoberta de que

culturas de fibroblastos de mamferos expressam genes de relgio de forma rtmica quando submetidos a

choque de soro (Balsalobre et al., 1998).

O estudo e a compreenso dos relgios perifricos vm se tornando cada vez mais importantes

para o entendimento do controle dos genes do relgio e tambm dos sinais sistmicos para o

funcionamento correto de rgos e tecidos no organismo. Pesquisas clnicas e epidemiolgicas sugerem

que disfunes circadianas so associadas a complicaes cardiovasculares e metablicas em diversos

segmentos da populao humana. Trabalhadores de turnos apresentam aumento da prevalncia de

sndrome metablica, aumento do ndice da massa corprea (IMC) e tambm de complicaes

cardiovasculares e cncer. Essas observaes levantam a possibilidade de que o desalinhamento crnico

entre os ciclos de sono-viglia, e tambm os de jejum-alimentao contribui para a progresso de quadros

de obesidade, sndrome metablica, hipertenso, diabetes (Frank et al., 2009).

Esta aula tem como objetivo mostrar como os osciladores centrais e perifricos interagem para

manter o fino equilbrio das atividades vitais e como uma desorganizao do sistema de temporizao

pode prejudicar o funcionamento do organismo ocasionando problemas de sade pblica.

24

O Sistema circadiano e os sinais de temporizao ambientais: Uma

perspectiva comparativa

Jennifer Caroline de Sousa


[email protected]

A aula explorar a diversidade dos organismos quanto estruturao e funcionamento do sistema

circadiano atravs de uma abordagem comparativa. Para isso, as questes a que nortearo esto

relacionadas origem e natureza de um sistema circadiano; qualificao de pistas ambientais como

sinais de temporizao; s diferenas estruturais no marca-passo central e a presena de relgios

perifricos em espcies mais estudadas nos estudos cronobiolgicos.

Hipteses acerca da origem de um sistema de temporizao baseado na durao de uma volta

completa do planeta Terra ao redor do seu prprio eixo, que denominamos por dia, ainda no

conseguem desvendar satisfatoriamente a possvel origem dos ritmos circadianos nos seres vivos. No

entanto, todas elas, ao estudar seres unicelulares atualmente existentes, j observam a presena de ritmos,

o que evidenciaria uma gnese muito remota destes (Marques, 2003).

Tomando-se a origem da ritmicidade biolgica nos eucariontes (estudos em procariontes ainda

so inconclusivos para afirmar com segurana se h ou no ritmicidade nesses seres), as suposies se

norteiam em dois pontos iniciais divergentes: 1. A adaptao ao meio cclico como fator primordial para o

estabelecimento da estrutura temporal e 2. O surgimento de um padro rtmico interno estabelecido sem a

participao do ambiente (Marques, 2003).

Apesar dessa incompatibilidade, no se nega que a existncia da ritmicidade biolgica foi um

fator viabilizador da vida primitiva na Terra e, mesmo sem fatos e trabalhos cientficos que fundamentem

com consistncia a origem dela, hoje vemos que a diversidade da vida apresenta-se apta a reconhecer os

sinais ambientais como pistas para antecipar, regular e otimizar seus mecanismos vitais e aumentar as

chances de sobrevivncia e perpetuao na natureza (Marques, 2003; Marques et al., 2003).

Essas pistas, na linguagem mais usual da Cronobiologia, so corriqueiramente designadas por

zeitgebers, neologismo literalmente traduzido da lngua alem como doador de tempo e que na prtica

se refere ao fator cclico ambiental que promove o arrastamento dos ritmos biolgicos. A importncia de

cada tipo de zeitgeber depende das caractersticas da espcie, sendo que os ritmos de uma espcie podem

ser sincronizados por zeitgebers diferentes, organizados segundo uma hierarquia (Marques, 2003).

O principal deles o ciclo claro/escuro, considerado o estmulo temporal mais absolutamente

estvel e confivel ao longo da histria da vida. Em relao existncia de outros zeitgebers no-fticos

como disponibilidade de alimento, som e interao social, h estudiosos que os consideram fracos ou

no-confiveis quando comparados ao ciclo claro/escuro; todavia, necessrio ter em mente que, em

25

certos ambientes tais como cavernas subterrneas, o meio marinho e regies polares, essa alternncia de

luz ambiental perde importncia em detrimento de outros sinais temporais alternativos (Menna-Barreto e

Dez-Nogueira, 2022).

Teramos, portanto, ciclos de disponibilidade de alimento, ciclo de mars, ciclos lunares, ciclos

sazonais (estaes do ano), variaes de salinidade e pH (ambientes estuarinos), variao de umidade

relativa, ciclos de temperatura, ciclos biticos como florao, relaes sociais (inter e intra-especficas),

como outros potenciais zeitgebers, sempre lembrando que a importncia de cada um deles est inserida no

contexto das espcies que lhe so responsivas, isto , eles s podem recebem esse nome se foram capazes

de serem reconhecidos e se levaram ao processo de sincronizao dos ritmos biolgicos ao ambiente

(Marques, 2003; Menna-Barreto e Dez-Nogueira, 2011).

Porm, pela preponderncia do ciclo claro/escuro, facilmente os estudos acerca do seu papel

como agente arrastador dos ritmos a um perodo de 24 (vinte e quatro) horas tomaram espao nos

trabalhos cronobiolgicos e, abordando diferentes espcies de grupos animais distintos, podemos

comparar semelhanas e diferenas anatmico-fisiolgicas no sistema de percepo luminosa

(fotorrecepo), tido, nesse contexto, como uma parte constituinte do sistema circadiano, assim tambm

como na regulao dos ritmos biolgicos no organismo como um todo.

Para muitas espcies, um marca-passo central circadiano foi identificado em regies discretas em

ou prximas ao crebro, que incluem: o Ncleo Supraquiasmtico (NSQ) no hipotlamo de mamferos,

retina de moluscos marinhos (procurar fotos das espcies) e lobo ptico de baratas, grilos e moscas (estas

ltimas do gnero Drosophila). Em um peixe telesteo vulgarmente chamado de peixe-zebra, muitas

clulas e tecidos possuem relgios circadianos (temporizadores circadianos), mas um marca-passo central

ainda foi identificado (Vansteensel et al., 2008).

Identificam-se em peixes, anfbios e rpteis osciladores circadianos oculares, com as propriedades

descritas para invertebrados, como moluscos e crustceos. Ento, poderamos inferir que as modificaes

dos padres anatmicos tomaram rumos bastante paralelos nos dois grupos zoolgicos. Em ambos

observa-se uma tendncia interiorizao dos osciladores, que em grupos anteriores ocupam uma posio

bastante perifrica, em geral, junto aos olhos, ou ento, so estruturais visuais, como clulas retinianas,

que admitem funo de osciladores (Golombek e Aguilar-Roblero, 2003).

Em vertebrados no-mamferos, a retina e a pineal so tidas como osciladores hierarquizados,

enquanto que em mamferos o NSQ ainda tido como o oscilador central e, a respeito da origem dele em

mamferos, tem-se identificado em certos peixes, anfbios e nos rpteis, especialmente nos lagartos, um

conjunto de neurnios hipotalmicos osciladores, que poderiam ser considerados os precursores dos

neurnios supraquiasmticos de mamferos (Golombek e Aguilar-Roblero, 2003). Entretanto, o

pensarmos em um sistema circadiano, seria razovel imaginar uma ampliao do sinal transmitido por

osciladores centrais ao organismo como um todo, assim como a necessidade uma retroalimentao

(feedback) por parte do organismo para este relgio central, a fim de que houvesse uma sincronizao

entre todos os ritmos, havendo, portanto, o estabelecimento de relao de fases estveis. Sendo assim, um

26

sistema de temporizao poderia contar com outros osciladores espalhados pelo organismo que pudessem

auxiliar o processo de sincronizao de todos os ritmos biolgicos, com algum grau de independncia.

Esses seriam os relgios perifricos, que hoje recebem ateno nos estudos cronobiolgicos tambm.

27


Balsalobre A, Damiola F, Schibler U. (1998). A serum shock induces circadian gene expression in

mammalian tissue culture cells. Cell v. 93, p. 929-937.

Ben-Shlomo I, Yu Hsu S, Rauch R, Kowalski WH, Hsueh AJ. (2003) Signaling Receptome: A genomic

and evolutionary perspective of plasma membrane receptor involved in signal transduction.

Sciences STKE. v. 187, p. RE9.

Cabrera-Vera TM, Vanhauwe J, Thomas TO, Medkova M, Preininger A, Mazzoni MR, Hamm HE.

(2003) Insights into G Protein Structure, Function, and Regulation. Endocrine Reviews. n. 24, v. 6.

p. 765-81.

Cohen ED, Zhou ZJ, Fain GL. (1994). Ligand-gated currents of alpha and beta ganglion cells in the cat

retinal slice. J Neurophysiol. 72, 12601269

Duguay D, Cermakian N. (2009). The crosstalk between physiology and circadian clock proteins.

Chronobiol. Int. 26,14791513.

Foster RG & Kreitzman L. (2005) Rhythms of life. New Raven. Yale University.

Foster RG. (1998). Shedding light on the biological clock. Neuron. 20, 829832.

Golombek AD & Rosenstein RE. (2010). Physiology of Circadian Entrainment. Physiol. Rev. 90, 1063-

1102.

Golombek D, Aguilar-Roblero R. (2003). Mecanismos de temporizao nos vertebrados. In: Marques, N.;

Menna-Barreto, L. (Orgs.) Cronobiologia: Princpios e Aplicaes. So Paulo: Edusp.

Hargrave P, McDowell J. (1992). Rhodopsin and phototransduction. Int. Rev. Cytol., 137B, 49-97.

Herzog ED, Takahashi JS, Block GD. (1998). Clock controls circadian period in isolated suprachiasmatic

nucleus neurons. Nat. Neurosci. v. 1, p. 708713.

Isoldi MC & Castrucci AML. (2007) Sinalizao celular. In: Aires. M. M. Fisiologia. 3 edio. Ed.

Guanabara & Koogan, Rio de Janeiro, pp. 57-94.

Klein DC, Moore RY, Reppert SM. (1991). Suprachiasmatic Nucleus: The Minds Clock. Oxford

University Press, New York.

Kornmann B, Schaad O, Bujard H, Takahashi JS, Schinbler U. (2007). System-driven and oscillator-

dependent circadian transcription in mice with a conditionally active liver clock. PLoS Biol. v. 5, p.

e34.

Liu C, Weaver DR, Strogatz SH, Reppert SM. (1997). Cellular construction of a circadian clock: period

determination in the suprachiasmatic nuclei. Cell. V.91, p. 855860.

Lowrey PL & Takahashi JS. (2004). Mammalian circadian biology: elucidating genome-wide levels of

temporal organization. Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. V. 5, p. 407441.

Mark W, Stuart NP, Russell, GF. (2007). Melanopsin: an exciting photopigment. Trends in Neurosci. 31,

27-36

28

Marques MD, (2003). Evoluo da Ritmicidade Biolgica. In: Marques, N.; Menna-Barreto, L. (Orgs.)

Cronobiologia: Princpios e Aplicaes. So Paulo: Edusp.

Marques MD, Golombek D, Moreno C. (2003). Adaptao Temporal. In: Marques, N.; Menna-Barreto,

L. (Orgs.) Cronobiologia: Princpios e Aplicaes. So Paulo: Edusp, 2003.

Menna-Barreto L, Dez-Nogueira A. (2011). External Temporal organization in biological rhythms. Biol.

Rhythm Res., v. 43, n. 1. Disponvel em: <

http://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/09291016.2011.638111> ISSN 1744-4179

Menon ST, Han M, Sakmar TP. (2001). Rhodopsin: Structural basis of molecular

Nelson R, Kolb H, Freed M. (1993) Off-alpha and Off-beta ganglion cells in cat retina. I. Intracellular

electrophysiology and HRP stains. J Comp Neurol. 329, 6884.

Pfister C, Chabre M, Plouet J, Tuyen VV, Kozak Y, Faure JP, Kuhn, H. (1985). Retinal S-antigen

identified as the 48K protein regulating light-dependent phosphodiesterase in rods. Science, 228,

891 -893.

physiology. Physiol. Rev., 81, 1659-1658.

Pittenrdigh, C. S. (1993). Temporal Organization: Reflections of a Darwinwan Clock-Watcher. Anu. Rev.

Physiol. 55, 17-54.

Reppert SM & Weaver DR. (2001). Molecular analysis of mammalian circadian rhythms. Annu Rev

Physiol. 63:647-676.

Stratmann M, Schibler U. (2006). Properties, entrainment, and physiological functions of mammalian

peripheral oscillators. Journal of Biological Rhythms, v.21, p. 494-506.

Vansteensel MJ, Michel S, Meijer JH. (2008) Organization of cell and tissue circadian pacemakers: A

comparison among species. Brain Res Rev, v. 58.

Wassle H, Grunert U, Chun M-H, Boycott BB. (1995). The rod pathway of the macaque monkey retina:

identification of AII-amacrine cells with antibodies against calretinin. J Comp Neurol. 361, 537

551.

Welsh DK, Logothetis DE, Meister M, Reppert SM. (1995). Individual neurons dissociated from rat

suprachiasmatic nucleus express independently phased circadian firing rhythms. Neuron. v.14, p.

697706.

Werblin FS. & Dowling JE. (1969) Organization of the retina of the mudpuppy, Necturus maculosus. II.

Intracellular recording. J Neurophysiol, 32, 339-55.

Whitmore D, Foulkes NS, Sassone-Corsi P. (2000). Light acts on organs and cells in culture to set the

vertebrate circadian clock. Nature. v. 404, p. 87-91.

Yamazaki S, Numano R, Abe M, Hida A, Takahashi R, Ueda M, Block GD, Sakaki Y, Menaker M, Tei

H. (2000). Resetting central and peripheral circadian oscillators in transgenic rats. Science. v. 5466,

p. 682-685.

FISIOLOGIA: ANIMAIS E

AMBIENTE

30

A importncia da plasticidade fenotpica no ajuste a variaes

ambientais previsveis e imprevisveis

Lilian Cristina da Silveira

[email protected]

A capacidade de exibir mudanas reversveis do comportamento, fisiologia e morfologia confere

vantagem seletiva aos organismos frente a variaes das condies ambientais. Plasticidade fenotpica o

termo usado mais frequentemente para se referir a variaes fenotpicas irreversveis entre indivduos

adultos que ocorreram durante o desenvolvimento em consequncia da exposio a diferentes fatores

ambientais. Por outro lado, algumas caractersticas dos indivduos adultos como, por exemplo, o nvel de

adiposidade, plumagem e o tamanho e a capacidade funcional de rgos e caractersticas fisiolgicas

derivadas, tais como a taxa metablica basal (TMB), podem variar entre estaes do ano e tambm em

escalas temporais mais curtas. Esta capacidade de exibir mudanas do comportamento, fisiologia e

morfologia uma caracterstica amplamente difundida entre vertebrados e invertebrados e um

componente crtico do repertrio adaptativo fisiolgico dos animais. Aconteam em resposta a fatores

ambientais no sazonais ou sazonais, estas mudanas reversveis so consideradas um subtipo de

plasticidade fenotpica, mais recentemente denominada flexibilidade fenotpica.

Diversos animais so capazes de prever fases em que as condies do ambiente tornam-se

desfavorveis para funes vitais, por meio de um sistema temporizador interno e da percepo de sinais

ambientais cclicos, tais como fotoperodo, temperatura e umidade. Animais que apresentam dormncia

sazonal, por exemplo, so capazes de se antecipar fase de escassez de alimentos atravs de uma srie de

ajustes comportamentais e metablicos que possibilitam, dentre outros eventos, o armazenamento de

substratos energticos. De modo semelhante, aves migratrias apresentam um conjunto de ajustes

fisiolgicos, incluindo mudanas notveis da adiposidade e do tamanho de rgos, antes e durante os vos

migratrios, bem como nas durante as paradas de reabastecimento. O tamanho dos rgos pode ser

modificado por mecanismos ativos (neurais e hormonais) ou passivos (mudanas da demanda imposta

sobre eles). A regulao interna, atravs de mecanismos neurais e hormonais, desempenha um importante

papel nestes ajustes em aves migratrias.

Sobreposto a este ciclo de vida previsvel esto os eventos imprevisveis (tempestades, secas,

fogo, escassez de alimento e interferncia humana) que podem ser estressantes para o animal. Uma vez

que estes eventos no podem ser previstos, pelo menos com antecedncia suficiente, os ajustes

fisiolgicos ocorrem durante e aps o evento; ao contrrio dos ajustes antecipatrios no caso das

variaes ambientais previsveis. Um dos fatores ambientais mais crticos que est sujeito a flutuaes

imprevisveis a disponibilidade de alimento. Muitos rpteis de regies tropicais e subtropicais,

principalmente cobras, como as cobras boas e ptons, passam por fases de jejum que podem durar vrios

31

meses e no possuem um padro sazonal de variao. Na pton, durante a fase entre as refeies, todos os

processos metablicos so mantidos utilizando reservas energticas endgenas e a reduo da taxa

metablica padro, associada atrofia de alguns rgos, contribui para o aumento do tempo de

sobrevivncia com base nestas reservas e aumenta as chances de sobrevivncia at a prxima refeio.

Aps a ingesto de uma presa, a taxa metablica se eleva muito e ocorrem mudanas abrangentes e muito

rpidas da massa intestinal e das taxas de transporte de nutrientes aps a alimentao alm de um

aumento de expressivo da massa ventricular. Estes e outros impressionantes ajustes da massa de rgos e

da taxa metablica que acompanham os ciclos de jejum-alimentao em ptons fazem com que estes

animais sejam considerados modelos de regulao fisiolgica extrema.

A resposta dos organismos s variaes ambientais alvo de estudos h vrias dcadas, mas

recentemente tem recebido maior ateno devido s mudanas climticas em curso no nosso planeta. Ao

longo do sculo passado a temperatura da superfcie da Terra aumentou 0,74C e estima-se um aumento

de cerca de 3C nos prximos 100 anos, juntamente a um aumento da frequncia, intensidade e durao

de eventos climticos extremos, tais como secas, e ondas de calor. O aumento da frequncia e

intensidade de eventos climticos extremos provavelmente impem presses seletivas diferentes daquelas

impostas por um aumento gradual da temperatura e acredita-se que ser a principal causa da extino de

espcies no prximo sculo. Diversos estudos tm demonstrado que as mudanas climticas globais que

ocorreram nas ltimas dcadas tiveram grande impacto na migrao, comportamento reprodutivo e outros

aspectos do ciclo de vida dos organismos e tem se tornado cada vez mais claro que os fisiologistas

comparativos possuem um importante papel na compreenso dos impactos destas mudanas na fisiologia

dos organismos.

32

Dinmica parasita-hospedeiro: Aspectos sazonais, reprodutivos e

evolutivos

Carla Bonetti Madelaire

Laboratrio de Comportamento e Fisiologia Evolutiva

[email protected]

Mudanas sazonais de temperatura e fotoperodo so cclicas e previsveis, fazendo parte da

histria de vida dos animais. No entanto, a variao anual de presso seletiva por parte dos patgenos

um tipo de mudana no previsvel que pode afetar o indivduo, no que diz respeito a imunidade e

reproduo (Altizer 2006). Alm disso, existem hipteses na literatura que os parasitas podem afetar as

caractersticas reprodutivas de exibio dos machos, tendo uma implicao direta na escolha da fmea.

Assim, a resistncia dos machos aos parasitas seria evidenciado por meio da intensidade de exibio de

ornamentos e displays sexuais (Hamilton & Zuk, 1982).

A testosterona um hormnio esteride que confere o desenvolvimento das caractersticas

sexuais secundrias e pode aumentar o sucesso reprodutivo dos machos, no entanto, este hormnio

tambm pode causar imunossupresso (Folstad & Karter, 1992). Esta situao cria um dilema fisiolgico

potencial, uma vez que essa depresso do sistema imune, por sua vez, facilita a proliferao dos parasitas

j estabelecidos, assim como a ocorrncia de novas infeces (Cohen & Sadun 1976). Uma infeco

parasitria instalada ou acidental expe o macho a um custo substancial durante o perodo em que

necessita desenvolver e manter os caracteres sexuais secundrios (Folstad & Karter, 1992).

Devido ao conspcuo comportamento vocal dos machos de anuros, este grupo tm se mostrado

particularmente interessante para testes de premissas associadas seleo sexual (Hausfater 1990;

Sullivan 1991; Pfennig & Tinsley 2002; Sullivan & Kwiatkowski 2007; Castellano 2009). Para a maior

parte das espcies de anuros, caracteres associados ao tamanho corpreo e propriedades das vocalizaes

so importantes nos processos de seleo intra e inter-sexual. Fmeas de diversos grupos de anuros

preferem, de uma forma geral, caractersticas comportamentais energeticamente exigentes, como a

manuteno de altas taxa de vocalizao, e que expe os machos a um maior risco de predao (custo

direto) e/ou reduo do crescimento (custo indireto), mas que, provavelmente, aumentam o sucesso

reprodutivo dos machos (Hinshaw e Sullivan 1990; Sullivan e Kwiatkowski 2007; Andersson 1994;

Wells 2001). O desenvolvimento das bases controladoras e efetoras do comportamento vocal, bem como

sua ativao na poca reprodutiva, mediado por hormnios esterides, como a testosterona (Wilczynski

e Chu 2001) e a corticosterona, que est relacionada mobilizao energtica necessria para a

sustentao desta atividade (Emerson 2001). Tanto os andrgenos quanto os hormnios inter-renais

podem apresentar efeitos imunossupressores, aumentando a probabilidade de infeces parasitarias

(Wingfield 1994).

33

Alm do comportamento de corte, outros aspectos do fentipo dos hospedeiros so remodelados

devido interao com parasitas, afetando potencialmente seu valor adaptativo, como por exemplo, taxa

de crescimento, desempenho locomotor e anorexia (Goater e Ward, 1992; Goater e col. 1993)

encontraram que parasitas pulmonares tambm reduzem o desempenho locomotor em Bufondeos, taxa

de crescimento que leva reduo de tamanho corpreo e tambm diminuir o ndice de sobrevivncia dos

indivduos. Assim, possvel observar como os parasitas podem afetar diversos aspectos de vida dos

indivduos de forma a diminuir substancialmente o valor adaptativo dos hospedeiros.

34

Desafios ambientais na transferncia de nutrientes ao longo da

cadeia trfica: efeitos na fisiologia dos animais

Aline DalOlio Gomes

[email protected]

As alteraes no ecossistema em grande escala, como mudana climtica e processos de

eutrofizao, considerados eventos imprevisveis, esto frequentemente associadas s alteraes na

estrutura de comunidades biolgicas, o que pode afetar os padres de fluxo de energia e nutrientes,

incluindo cidos graxos, ao longo das cadeias alimentares. Deste modo, para entender como o equilbrio

de um ecossistema se mantm, ou alterado, uma anlise das relaes alimentares muito importante.

Pensando no ambiente aqutico, muitos estudos tm focado nas relaes trficas de fitoplncton,

zooplncton, bivalves e peixes atravs de anlises de contedo estomacal ou, mais recentemente, da

composio dos cidos graxos (AGs) presentes nesses organismos. Estes compostos apresentam

diferentes funes e estruturas que podem variar entre as espcies e em resposta s condies ambientais.

As algas so a base da pirmide trfica dos ecossistemas aquticos, sendo essencialmente os

nicos organismos que possuem as enzimas necessrias produo de AGs polinsaturados (PUFAs) com

18 carbonos. Sendo assim, esses PUFAs so importantes biomarcadores, pois incluem os AGs que so

assimilados pelos animais em sua dieta ao longo de toda a cadeia trfica. Os peixes de origem marinha

geralmente apresentam maiores quantidades de PUFAs mega 3 de cadeia longa do que peixes de gua

doce, devido expressiva quantidade desses AGs no fitoplncton marinho.

De modo geral, os AGs apresentam importantes funes na fisiologia dos animais. Os AGs

saturados, com o seu alto contedo calrico, so primariamente utilizados como fonte de energia,

enquanto os PUFAs participam da regulao da fluidez de membranas biolgicas, alm de serem

precursores de eicosanides, os quais incluem prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos. Estes

componentes podem influenciar no crescimento, na esteroidognese, regulao da produo de ovos,

oviposio, desova e ecloso; no controle do fluxo de ons e gua e no ajuste de set point da temperatura,

alm de mediarem respostas imunolgicas a infeces e terem um papel importante na neurofisiologia.

Dessa maneira, a dieta afeta a disponibilidade de AGs especficos, alterando, por exemplo, a

composio final dos fosfolipdios. Esse processo atrelado a uma perturbao ambiental que cause

deficincia em certos AGs pode influenciar na habilidade dos peixes em manter a fluidez das membranas

e at mesmo em outros aspectos da fisiologia, como a reproduo. Trabalhos realizados nos Grandes

Lagos, no Canad, tm demonstrado que as populaes do anfpoda Diporeia, ricas em lipdios,

declinaram em muitas reas desses lagos, como consequncia de interaes com bivalves invasivos. As

diporias so ricas em AGs mega 3 e, este fato, combinado sua alta densidade, sugere que esta espcie

prov uma importante funo na contribuio de PUFAs essenciais aos peixes desse ambiente. Assim, a

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diminuio deste componente do zooplncton tem forte efeito na disponibilidade de AGs aos peixes,

tendo uma potencial ao na fluidez das membranas nesses animais e em seus predadores.

Do mesmo modo, a mudana na alimentao do homem nos ltimos 20 anos, principalmente em

decorrncia do aumento da ingesto de alimentos industrializados, ricos em PUFAs mega 6, tem

causado efeitos deletrios para a sade, como desenvolvimento de doenas cardiovasculares, hipertenso,

diabetes melito e obesidade. Assim, a razo entre a ingesto diria de alimentos ricos em AGs mega 6 e

3 assume grande importncia tambm na nutrio humana.

36


Altizer, S., Dobson, A., Hosseini, P., Hudson, P., Pascual, M., Rohani, P. (2006) Seasonality and the dynamics

of infectious diseases. Ecol Let. 9: 467 - 484.

Castellano S, Zanollo V, Marconi V, Berto G (2009) The mechanisms of sexual selection in a lek-breeding

anuran, Hyla intermedia. Anim behav. 77: 213224.

Cohen S, Sadun E. (1976) Immunology of parasitic infections. Paris: Blackwell Scient. Publ.

Emerson SB (2001) Male advertisement calls: behavioral variation and physiological processes. In: Anuran

Communication, ed. MJ Ryan. Washington, D.C: Smithsonian Institution Press

Folstad I, Karter AJ. (1992) Parasites, bright males, and immunocompetence handicap. Am Nat 139:603-622.

Goater CP, Ward PI. (1992) Negative effects of Rhabdias bufonis (Nematoda) on the growth and survival of

toads (Bufo bufo). Oecologia 89:161-165

Goater CP, Semlitsch RD, Bernasconi MV (1993) Effects of Body Size and Parasite Infection on the

Locomotory Performance of Juvenile Toads, Bufo bufo. Oikos. 66(1):129-136.

Hamilton WD, ZUK M. (1982) Heritable true fitness and bright birds: a role for parasites? Science 218:384-

387.

Hausfater G, Gerhart HC, Klump GM. (1990) Parasites and mate choice in gray treefrog, Hyla versicolor. Am

Zool 30:299-311.

Hinshaw SH, Sullivan BK. (1990) Predation on Hyla versicolor and Pseudacris crucifer during reproduction. J

Herpetol 24:196197.

Penna M, Narins PM, Feng AS (2005) Thresholds for evolked vocal responses of Eusophus emiliopuginni

(Amphibia, Leptodactylidae). Herpetologica 61:1-8.

Pfennig KS, Tinsley RC. (2002) Different mate preferences by parasitized and unparasitized females

potentially reduces sexual selection. J Evol Biol. 15(3):399-406.

Sullivan BK (1991) Parasites and sexual selection: separating causes and effects. Herpetologica. 47:250264.

Sullivan BK, Kwiatkowski MA. (2007) Courtship displays in anurans and lizards: theoretical and empirical

contributions to our understanding of costs and selection on males due to female choice. Func Ecol.

21:666-675.

Wells KD. (2001) The energetics of calling in frogs. In: Anuran Communication, Ryan MJ editor. Washington,

DC: Smithsonian Institute Press. p. 4560.

Wilczynski W, Chu J. (2001) Acoustic communication, endocrine control, and the neurochemical systems of

the brain. In: Anuran communication. Ryan MJ, editor. Smithsonian Institution Press, Washington, D.C.

p. 23-35.

Wingfield JC. (1994) Modulation of the adrenocortical response to stress in birds. In: Perspectives in

Comparative Endocrinology Davey KG, Peter RE, Tob SS, editors. Ottawa, Canada: National Research

Council. p 520-528.

REOSTASE

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Paradigmas Fisiolgicos: o exemplo da Reostase

Tatiana H. Kawamoto

[email protected]

fcil encontrar a palavra Fisiologia associada Fisiologia Mdica. Esta forte associao de

significados deve-se origem siamesa de ambas as reas, e imprime, mesmo na Fisiologia Geral, esta

forma de organizar o conhecimento, estruturada por sistemas funcionais. Apesar de ser didtica, esta

estrutura trs consigo uma forma enciclopdica de organizar o conhecimento tendo o ser humano como

referencial. Nesta linha de pensamento, todos os demais animais tornam-se excees e seus estudos,

anedticos, exemplos ilustrativos de formas imperfeitas de funcionamento. Exemplo disso a ideia senso

comum de que a endotermia homeotrmica a forma mais eficiente e otimizada de regulao trmica e

energtica dentre as muitas existentes na natureza. O erro aqui est em imaginar eficincias e

desempenhos desassociadas do contexto em que elas ocorrem. Tendo em vista um panorama mais amplo

da fisiologia, como uma subrea da biologia, podemos notar a necessidade de uma abordagem menos

enciclopdica e anedtica, e mais conceitual e paradigmtica, procurando abranger leis mais gerais de

funcionamento.

Historicamente, alguns destes passos j foram dados. Dentre os eventos que marcaram grandes

mudanas paradigmticas na fisiologia destacam-se a Teoria Celular, e a Homeostase. A primeira por

estabelecer a unidade funcional da vida, permitindo a busca por padres gerais de funcionamento dos

organismos. A segunda, por acrescentar o componente regulatrio que caracteriza os organismos. Esta

caracterstica regulatria dos seres vivos est subjacente a toda a Fisiologia, como a conhecemos hoje. O

conceito de milieu intrieur foi primeiramente proposto e intensamente defendido por Claude Bernard nos

trabalhos publicados ao longo de sua carreira, posteriormente nomeada como homeostase por Walter

Cannon. O conceito de milieu intrieur substituiu a ideia vitalista de fora vital ao propor um processo

mecanstico que explica a manuteno dos organismos por sistemas de regulaes internas mltiplas

realizadas atravs de retroalimentao de informao. Os trabalhos de Claude Bernard foram essenciais

para o estabelecimento da Fisiologia Experimental e desvendou mecanismos bsicos do funcionamento

dos animais atravs do uso de vivisseco de mamferos, o que lhe conferiu o ttulo de pai da Fisiologia

Moderna. A cada novo experimento, Claude Bernard estava mais convencido da existncia de um

controle interno que mantinha, por exemplo, a temperatura corprea e glicemia no sangue de maneira

constante. Apesar do conceito de tamanha importncia, o seu uso corrente e reconhecimento como

conceito-chave nos estudos de fisiologia s foi amplamente reconhecido 50 anos aps sua morte, quando

o meio acadmico estava finalmente preparado conceitualmente.

A homeostase resultado de pelo menos trs componentes independentes de regulao que

caracterizam a retroalimentao: um sistema de recepo sensvel varivel ambiental, um sistema

39

central de controle, e um sistema de resposta variao ambiental percebida. A implicao da homeostase

como modelo de regulao a existncia de um valor defendido pelo organismos atravs do sistema de

retroalimentao. Um exemplo didtico a manuteno de temperatura corprea em humanos: quando

levados para ambientes com temperaturas diferentes da temperatura corprea tpica, o corpo gasta energia

exibindo resposta que provoque aumento (p.e. tremor, busca por local protegido ou aquecido) ou

diminuio da temperatura corprea (p.e. transpirao). O acmulo de informaes e da constatao da

variabilidade fisiolgica presente no mundo consequente do advento da Fisiologia Comparativa tem feito

os fisilogos repensarem seus modelos tericos que foram inicialmente pensados com base nos

mamferos como modelos experimentais. Atualmente sabemos que o valor defendido pode no ser

nico e nem mesmo constante ao longo do ano, ou nas diferentes situaes enfrentadas pelos animais, e

uma reformulao do conceito de homeostase para comportar a variabilidade e mudana ambiental foi

proposta sob o nome de Reostase. A Reostase prope a existncia de mais de um valor defendido

acionado conforme o contexto. As respostas previstas para este modelo de regulao podem ser de dois

tipos: reativa e programada. A Reostase Reativa uma mudana de valor defendido mais rpido

ocasionado por alguma alterao inesperada no organismo. A Reostase Programada uma mudana

antecipatria do valor defendido frente a uma mudana ambiental regular. O objetivo do presente

mdulo apresentar este modelo terico da fisiologia, os fenmenos que ele ajuda a compreender e os

limites das generalizaes propostas.

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Reostase programada

Danilo E. F. L. Flres

[email protected]

Aps a apresentao do contexto histrico e conceitual da reostase na aula introdutria, vamos

agora conhecer mais de perto uma das suas vertentes: a reostase programada. Em seu livro, Nicholas

Mrosovsky (1990) define a reostase programada como mudanas no valor defendido (set-point) de uma

varivel fisiolgica, em resposta a eventos previsveis do ambiente ou em uma fase especfica da vida do

organismo. Dentro dessa ideia de eventos previsveis, esto includos tanto os ciclos ambientais (dirios e

sazonais), quanto, por exemplo, as mudanas na fisiologia durante alguma fase do ciclo reprodutivo. A

aula ir apresentar alguns exemplos de mudanas programadas de set-point observadas nessas

condies.

A massa corprea um exemplo ilustrativo de uma varivel fisiolgica que muda ao longo do

tempo de forma previsvel. Por exemplo, quando as galinhas banquiva chocam seus ovos, elas devem

permanecer sobre eles quase constantemente, no tendo muitas oportunidades de se alimentar. Nessa

ocasio, as galinhas diminuem sua massa corprea. primeira vista, deduzimos que elas emagrecem

porque no podem abandonar os ovos por muito tempo e, por isso, acabam diminuindo sua ingesto de

alimentos.

Porm, Sherry e col. (1980) mostraram que a diminuio da massa corprea no uma simples

consequncia da impossibilidade de se alimentar. Mesmo em uma situao em que a comida est

disponvel ao seu alcance, as galinhas banquiva na poca do choco no aumentam sua ingesto de

alimento e, portanto, continuam perdendo peso normalmente. Ou seja, parece haver uma regulao no

apetite, que sustenta a condio de emagrecimento.

H ainda outra evidncia de que aqueles valores decrescentes de massa corprea esto sendo

ativamente regulados nas galinhas banquiva durante o choco. Quando elas so completamente impedidas

de comer por alguns dias, diminuem sua massa corprea, como esperado; assim que o alimento

novamente disponibilizado, as galinhas adquirem um grande apetite e comem bastante, elevando

novamente a massa. Entretanto, sua massa corprea aumenta somente at atingir o valor de referncia,

voltando ento a decair, conforme as galinhas controle. Conclumos, portanto, que h uma regulao ativa

para que a massa corprea se mantenha nos nveis observados; parece, de fato, que o valor defendido de

massa corprea ativamente diminudo ao longo do processo de choca dos ovos.

Um segundo exemplo caracterstico de reostase programada so as mudanas da temperatura

corporal em animais hibernantes. A hibernao uma estratgia que permite sobreviver no inverno

rigoroso sem um consumo alto de energia, visto que, ao baixar sua temperatura, o organismo diminui seus

gastos com metabolismo e termognese. Assim como no caso das galinhas banquiva, tambm intuitivo

41

pensar que a diminuio na temperatura uma submisso s temperaturas baixas do ambiente no inverno.

A hipotermia seria uma ausncia de regulao ou uma regulao deficiente da temperatura.

Essa era a viso inicial dos pesquisadores que comearam os estudos na rea. Para verificar se o

sistema de controle da temperatura corporal de fato deficiente durante a hibernao, foram feitos

estudos de interferncia na rea pr-ptica do hipotlamo: uma regio do crebro que regula a

temperatura corporal. Os estudos revelaram que as baixas temperaturas so ativamente defendidas pelo

sistema regulatrio, e no decorrem simplesmente da impossibilidade de se esquentar. Logo, do ponto de

vista da reostase, os animais hibernantes modificam o valor defendido da temperatura corporal durante o

inverno.

Nos dois exemplos apresentados, as mudanas de set-point parecem ter um papel essencial para

a sobrevivncia dos animais. A defesa de um valor baixo de massa corprea pode ser uma estratgia

importante para que as galinhas banquiva no precisem buscar comida frequentemente enquanto chocam

seus ovos. Da mesma forma, a regulao ativa de um valor baixo de temperatura corporal na hibernao

pode ser mais vantajosa que um simples desligamento do sistema de regulao, visto que o animal pode

garantir que, no caso de uma queda extrema da temperatura ambiental, o corpo no ir se esfriar at

atingir temperaturas letais.

Em concluso, o conceito original da homeostase traz a ideia de que as variveis fisiolgicas so

mantidas em valores defendidos fixos, mesmo que o ambiente mude. Segundo a reformulao, na reostase

programada, os organismos podem ter seus valores defendidos reprogramados, frente a mudanas

regulares do ambiente externo ou interno, como uma forma de preparao fisiolgica a esses desafios

previsveis.

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Reostase reativa

Patricia Tachinardi

[email protected]

Por mais estvel e previsvel que um determinado habitat possa parecer, os animais que nele

vivem sempre esto sujeitos ocorrncia de eventos imprevisveis. Esses eventos compreendem desde

mudanas no prprio ambiente, como uma escassez de alimento inesperada, at alteraes que ocorrem

no prprio corpo do animal, como infeces ou ferimentos. Frente a essas situaes, o organismo reage

atravs do ajuste de diversas variveis fisiolgicas. Muitos desses ajustes fisiolgicos se do pela

mudana nos valores defendidos (setpoints) das variveis. Isso significa que os centros regulatrios

transmitem informaes ao organismo para que os ajustes fisiolgicos necessrios sejam feitos e a

varivel passe a ser mantida em um novo nvel. A essa alterao nos valores defendidos em reao a um

evento imprevisvel damos o nome de reostase reativa.

O processo de mudana no valor defendido pode ser ilustrado pela elevao da temperatura

corporal durante a febre, um exemplo clssico de reostase reativa. A febre caracterizada pelo aumento

da temperatura corporal que geralmente ocorre quando h infeces por determinados tipos de patgenos.

Embora esse aumento de temperatura costume afligir as pessoas, que buscam rapidamente uma forma de

baix-la, a febre mais do que uma mera consequncia desagradvel de uma infeco e pode, inclusive,

ser uma importante arma do organismo no combate ao patgeno. A elevao da temperatura corporal que

ocorre durante a febre um processo regulado, no qual o organismo passa a defender um valor de

temperatura corporal mais alto do que o normal. Dessa forma, so ativados mecanismos

termorregulatrios que favoream a manuteno de valores mais altos de temperatura. Humanos, por

exemplo, tr

apostila neurofisiologia

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