Sebenta Fisiologia Animal 2024-2025 (PDF)

Sebenta Fisiologia Animal 2024/2025: Parte teórica. João Pedro Fernandes Moutinho CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO. Definição de Fisiologia Animal Comparada. Princípio da Homeostase. Fisiologia animal comparada - estudo de propriedades/ características fisiológicas funcionais de vários tipos de organismos d...

Sebenta Fisiologia Animal 2024/2025: Parte teórica. João Pedro Fernandes Moutinho CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO. Definição de Fisiologia Animal Comparada. Princípio da Homeostase. Fisiologia animal comparada - estudo de propriedades/ características fisiológicas funcionais de vários tipos de organismos de uma forma comparativa. Está relacionada com aspetos ambientais e evolutivos. Homeostasia - Existem vários mecanismos de homeostase, estes três combinam-se de forma em que nenhum deles pode falhar, senão pode causar a morte do indivíduo : Estruturais: características particulares como o revestimento do animal que o ajuda a sobreviver em ambientes hostis. (ex: penas hidrofóbicas de um pato, pelo de um urso polar na termorregulação) Funcionais: Alterações metabólicas do animal acompanham as condições ambientais (ocorre nos camelos em ciclo de desidratação/ hidratação). Comportamentais: ações e interações com outros indivíduos ajudam na sobrevivência no seu ambiente particular, (camuflagem com base na cor, hábitos noturnos) Feedback: Negativo (contribui para a homeostase): O sistema responde de forma a reverter o estímulo do meio de forma a voltar ao estado de equilíbrio. Estímulo bloqueia o estimulador. Pipeline de reverter a mudança do meio: Fator → sensor → centro de integração → efetor (inibe o fator) Positivo (não contribui para a homeostase): Ao contrário do feedback negativo, um mecanismo de feedback positivo estimula o fator. Um fenómeno de feedback positivo está sempre associado a um de feedback negativo de forma a não depletar os recursos energéticos de um indivíduo. CAPÍTULO 2: SISTEMA NERVOSO. Estrutura das células nervosas. Transmissão sináptica. Integração nervosa. Sistemas nervosos. Mecanismos sensoriais. Receptores celulares. Comportamento instintivo. Orientação animal. Características do sistema nervoso: - Identificar estímulos do meio ambiente e produzir respostas para que o sistema se adapte aos mesmos estímulos (homeostasia); - Funciona a partir de impulsos gerados e transmitidos por neurónios (unidade funcional do sistema nervoso); Noção importante: O estudo da fisiologia divide um organismo em sistemas para facilitar o seu estudo, mas um animal vive como um todo e a sua verdadeira característica fisiológica reside nesse todo. (Claude Bernard) Daí o SNP ser maioritariamente constituído por nervos e gânglios - condução. Os nervos raquidianos partem da medula e os nervos cranianos partem do encéfalo. Nervos cranianos: 3 sensoriais (I, II, VII), 5 motores e 4 mistos. São nervos bastante importantes maioritariamente para funções relacionadas com a face como a sua movimentação e percepção de sabor. A maioria parte dos corpos celulares neuronais constituem o SNC. Sistema Nervosos Simpático e Parassimpático: Parassimpático: Associado a flight ou repouso no caso de fight or flight. Associado a acetilcolina. Os gânglios encontram-se perto dos órgãos.Outflow craniosacral. Simpático: Associado a fight. Associado a acetilcolina e noradrenalina. Os gânglios encontram-se perto da medula espinal. Outflow toraxicolombar. Proteção do Sistema Nervoso: Barreira hematoencefálica: Limita o transporte de fármacos para o SNC Paul Ehrlich - em 1908, Prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina Paul injectou um corante na corrente sanguínea de ratos. O corante espalhou-se lentamente pelos tecidos, manchando todos os órgãos excepto um, o cérebro. Na altura ele sugeriu que o tecido cerebral teria menos afinidade com o corante Edwin Goldman: injectou o corante diretamente no cérebro e ocorreu o efeito contrário: o cérebro ficou corado e os restantes órgãos foram poupados. Este foi o primeiro indício da existência da barreira hematoencefálica, que separa o sangue que circula no sistema nervoso central (SNC, cérebro e medula espinal) do restante sistema circulatório. Meninges: - Dura máter - Aracnóide - avascular e não é inervada - Espaço subaracnóide - líquido cefalorraquidiano - Pia-máter - muito irrigada Unidade Neurovascular: células endoteliais do cérebro + neurónios + astrócitos + microglia. Áreas funcionais do cérebro: O cérebro divide-se em áreas funcionais, principalmente entre o córtex somatossensorial e o córtex motor. O cérebro divide-se longitudinalmente em dois hemisférios, o esquerdo (racional, lógico e matemático) e o direito (intuitivo, criativo e artístico). Lobo frontal está ligado a funções cognitivas superiores - Planeamento do futuro - Iniciativa e criatividade - Adaptação ao contexto social - Organização do raciocínio - Envolvido na memória de longo prazo. O hipocampo associa-se à memória a curto prazo. Neurónio: - excitável eletricamente, sem perda de corrente através do movimento dos iões. - recebe, processa, analisa e gera uma resposta - análogo a outros grupos em termos de fisiologia comparativa O corpo celular contém corpúsculo de Nissl que contém RER- protein synthesis. As dendrites e telodendrites tornam-se mais finas com a ramificação. O axónio é único com diâmetro constante, conduz impulsos nervosos, tem bainha de mielina. Existem também neurónios com estrutura complexa como as células de Purkinje que apresentam longas dendrites. Função dos neurónios: Os neurónios podem ser sensitivos, motores ou conectores: Sensitivos: recolhem info. do meio exterior para posteriormente ser conduzida ao SNC. Conectores: transmitem o sinal desde os neurónios sensitivos até ao SNC. Ligam neurónios motores entre si. Motores: transmitem o sinal do SNC → órgão efetor. Os neurónios e células da glia provêm de stem cells. Tendo os neurónios e os oligodendrócitos linhagem comum. Células da Glia: Fornecem microambiente adequado para os neurónios Formam a barreira Barreira hematoencefálica no SNC. Num ratio de 10:1 (glia:neurónio). Células pequenas. ex: células de Schwann, oligodendrócitos, astrócitos, micróglia e células ependimais Oligodendrócitos: produzem as bainhas de mielina, que servem como isolante elétrico, (às vezes envolvendo mais que um neurónio). Os prolongamentos enrolam-se em volta dos axónios. As Células de Schwann têm a mesma função, mas em células do SNP. Chama-se de nódulos de Ranvier às interrupções na bainha de mielina. Astrócitos - compõem a barreira hematoencefálica. Controlam a neurogénese e sobrevivência dos neurónios. Regulam pressão sanguínea e metabolismo acumulando glucose para nutrir os neurónios. Captam e reciclam neurotransmissores libertados. Circuito neuronal - pipeline: Neurónios aferentes → inter-neurónios → neurónios eferentes Funcionamento neuronal- A excitação da membrana é dependente de fatores como a capacitância (grandeza escalar que mede a capacidade de armazenar/ acumular energia) e condutância (particularidade do condutor de ocasionar a passagem da corrente elétrica ou conduzir eletricidade - passagem dos iões). Estas grandezas dependem de iões e dos canais que cobrem a membrana. Capacitância - dependente da espessura da membrana e da constante dielétrica. Em repouso: -80mV A força eletromotriz (fem) produzida no fluxo de iões quando nos deparamos com duas soluções com diferentes concentrações de K + compensa a tendência do K+ se difundir contra o gradiente de concentração. Se aplicarmos uma força eletromotriz externa, ex. uma bateria, podemos contrariar o gradiente de concentração químico. Equações como a equação de Nernst e de Goldman permitem calcular a diferença de potencial resultante de um ponto de equilíbrio a partir da relação da concentração do ião móvel, dentro e fora do neurónio, com a diferença que a equação de Goldman consegue calcular o potencial para vários iões que contribuem para o potencial de membrana. Este pode ser medido a partir de dois eléctrodos, um no citosol, e outro no meio extracelular Imagem resumo: Apesar de todas as células apresentarem diferença de potencial, apenas células eletricamente excitáveis (neurónios e fibras musculares) PODEM responder a alterações do seu potencial transmembranar através de um potencial de ação (PA). Potencial de repouso: O potencial de membrana de uma célula excitável em repouso, isto é, que não está a transmitir informação varia de -40 a -99 mV(interior com excesso de cargas negativas). Este é causado por diferentes permeabilidades para o ião Na+ e K+, e haverem diferentes gradientes eletroquímicos (forças eletromotrizes) entre os dois lados para o sódios e o potássio mantidos através da bomba sódio-potássio que mantém o gradiente químico destes iões (dependentes de ATP) (3 Na+ para fora e 2 K+ para dentro da célula). Sup externa: Na+ e Cl- (positivo) Sup interna: K+ e aniões (negativo) A membrana celular apresenta diversos tipos de canais iónicos, onde 2/3 da energia livre nas células é gasto na manutenção dos gradientes iónicos de: H+ ; Na+ ; K+ ; e Ca2+ (maioritariamente pela Na+ /K+ ATPase) - ATP dependente. Propriedades elétricas da membrana: Noção de threshold potential - potencial a que é induzido um potencial de ação. A alta permeabilidade da membrana a um ião dirige o potencial de membrana para próximo do potencial de equilíbrio eletroquímico desse ião. Os leak channels (incluindo os de K+) estão sempre abertos de forma a manter potencial. No repouso existe uma alta permeabilidade da membrana ao K+ que, ao fluir em direcção ao seu potencial de equilíbrio eletroquímico gera a maior parte do potencial de repouso. Em repouso estão então os canais fechados. Sodium channels: Sinapses: A transmissão neuronal foi debatida ao longo de décadas quanto a sua natureza, química ou elétrica. Bioeletricidade: Torpedo de Volta - pilha elétrica e outras evidências da Bioeletricidade foram estabelecidas. Uma sinapse tem fluxo de informação unidirecional com atraso sináptico. War of sparks (eletricidade) and soups (química). Nota: Acetylcholinesterase (AChE) Acetylcholine (ACh) A maioria das sinapses é química, mas a neurotransmissão rápida apresenta valores em termos de tempo que aparentam demonstrar outros fatores (eletricidade). Sinapses elétricas: - A passagem de corrente ocorre pelas gap junctions. - Menos numerosas. - Leve atraso sináptico, com direcionamento bidirecional. - Origina potenciais eletrotónicos graduais cuja amplitude Vm depende da intensidade do estímulo e da resistência e capacitância da MC. - São sinais elétricos que vão perdendo sinal à medida que são transmitidos - Funcionam para distâncias neuronais curtas. Localizam-se em partes do corpo que precisam de transmissões neuronais rápidas e em distâncias curtas. Nota: Enquanto as sinapses químicas não perdem o seu sinal ao longo do PA, as sinapses elétricas não perdem. A integração sináptica resulta da integração de sinais sinápticos (inputs) de vários neurónios adjacentes de forma a coletivizar a resposta e avaliar se há PA (tudo ou nada) na zona de Hillock. Os neurónios podem se encontrar em estados inibitórios ou excitatórios, influenciando a integração sináptica nos seus neurónios adjacentes, a integração destes sinais é feita no SNC e é o somatório de todos estes sinais. A libertação de neurotransmissores pode depender de cálcio ou não. Kiss-and-run: Não há fusão total da vesícula transportadora do Ca2+, não havendo perda de material biológico (mais “ecológico”). Full fusion: Integração da vesícula, apresenta maquinaria de fissão Critérios para ser neurotransmissor: A velocidade de resposta depende do receptor presente. Receptores ionotrópicos abrem instantaneamente sob estímulo do neurotransmissor e tem um efeito rápido. Receptores Metabotrópicos: O neurotransmissor abre o canal iónico indiretamente. Depende de um 2º mensageiro para modificar a excitabilidade do neurónio pós-sináptico. Os receptores de neurotransmissores podem depender ou agir sob o mecanismo de proteínas G. Os neurotransmissores ligam-se a estas ativando-as, onde as subunidades destas modulam atividade dos canais iónicos. Potencial de ação: The relative refractory period is the interval of time during which a second action potential can be initiated, but initiation will require a greater stimulus than before. Refractory periods are caused by the inactivation gate of the Na+ channel. Período refratário absoluto: Se um estímulo é desencadeado durante um PA ou imediatamente após não origina um segundo PA. - Os canais de Na+ estão totalmente inativos e os de K + encontram-se abertos. Período refratário relativo: Se um estímulo é desencadeado ligeiramente mais tarde, pode desencadear um segundo PA desde que esteja acima do limiar da estimulação; a resposta vai ser de amplitude mais reduzida (lei do tudo ou nada não se aplica aqui). - Necessário despolarização acima do normal pois a entrada de Na+ é diminuída. Muitos canais Na+ estão já fechados e a maioria permanece inativa; o nº mais reduzido de canais exige um PA superior. Canais de K + ainda se encontram abertos Propagação do impulso nervoso: - Unidirecional e ativada por um estímulo recebido nas dendrites do neurónio;  - A condução saltatória (graças às bainhas mielínicas) é 50x mais rápida. O salto dá-se entre regiões despolarizadas (nódulos de Ranvier) entre bainhas mielínicas. Porque é unidirecional o PA? Action potentials move one-way along the axon because of the absolute refractory period of the voltage gated Na+ channel. Large diameter, myelinated axons transmit action potentials very rapidly. Voltage gated channels are concentrated at the nodes. Action potentials travel in only one direction along an axon due to a brief refractory period that prevents depolarization from occurring in the direction from which the impulse came. Neurotransmissores: NT’s excitatórios levam à despolarização da membrana, e são característicos de sinapses excitatórias. NT’s initórios levam à hiperpolarização da membrana, e são característicos de sinapses inibitórias. Mecanismos Agonistas: 1. Estimula a libertação do neurotransmissor (NT) 2. Inativa enzima que degrada o NT na fenda sináptica e/ou bloqueia a reabsorção do NT 3. Bloqueia auto receptores, aumenta a síntese ou libertação do NT 4. Estimula receptores pós-sinápticos 5. É percursor do NT Mecanismos Antagonistas: 1. Inibe a libertação do neurotransmissor (NT) 2. Aumenta a metabolização e reabsorção do NT na fenda sináptica 3. Estimula auto receptores, inibindo a síntese ou libertação do NT 4. Bloqueia receptores pós-sinápticos 5. Inibe a síntese do NT e/ou previne o seu armazenamento em vesículas Síntese e armazenamento: Os NT’s são sintetizados a partir de péptidos precursores sintetizados no RE, que é clivado no Golgi, resultando no NT ativo transportadas em vesículas que se armazenam no terminal axonal. Acetylcholinesterase (AChE) is a cholinergic enzyme primarily found at postsynaptic neuromuscular junctions, especially in muscles and nerves. It immediately breaks down or hydrolyzes acetylcholine (ACh), a naturally occurring neurotransmitter, into acetic acid and choline. Receptores Colinérgicos: Associados a respostas excitatórias Os receptores nicotínicos são neuromusculares de ação rápida. Os receptores muscarínicos produzem efeitos parassimpáticos no coração, músculos liso e glândulas, sendo receptores associados a proteínas G, são recetores metabotrópicos acoplados a proteínas G, presentes no corpo humano e animal. São estimulados pela acetilcolina, desencadeando uma cascata intracelular que é responsável pelas respostas ditas "muscarínicas" → excitatórias GABA: A benzodiacepina é agonista do GABA. Serotonina: Tem receptores associados a proteínas G e canais iónicos. Podem ser excitatórios (por aumentar níveis de cAMP, IP3 ou DAG e despolarização de membrana) ou inibitórios (por diminuição de níveis de cAMP). Fármacos são responsáveis por evitar degradação da degradação, armazenamento e recaptação (mantendo-os ativos mais tempo) Células receptoras: - Neurónios e células epiteliais; - Cada fibra nervosa codifica um tipo de sensação apenas TRANSDUÇÃO: Energia dos estímulos é convertida em impulsos nervosos pelas células recetoras, levando à abertura (ou encerramento) de canais e origina PA Neurónios aferentes + Inter-neurónios + neurónios eferentes = Circuito neuronal - Estímulos graduais (refletem a amplitude e duração do mesmo nos neurónio sensoriais), ou do tudo ou nada alternam uns com os outros num mesmo neurónio! Transdução: permite a conversão de estímulos (visuais, gustativos ou olfativos por ex.) em potenciais de ação. Arco reflexo: Resposta imediata, involuntária perante um estímulo Estímulo → recetor → neurónio sensitivo → medula → músculo efetor (associado a neurónio motor) CAPÍTULO 3: CONTROLO HORMONAL. Sistemas endócrinos. Regulação da secreção hormonal. Neurossecreções. Secreções celulares: Noção de glicocálice como revestimento que provém de secreções que atua em reconhecimento celular por parte de outras células à distância. Secreção classificada quanto à perda da glândula que a secreta: Ex. Auto-inibição da libertação da norepinefrina pelos recetores adrenérgicos (autócrina) Ex:. Resposta inflamatória provocada pelas histaminas libertadas em tecidos vizinhos da área afectada (parácrina) Glândulas exócrinas: Glicocálice: glicoproteínas + mucopolissacarídeos (que se associam a mucoproteínas formando géis). A função do muco é de revestir e lubrificar as superfícies. A produção de muco é aumentada nos fumadores. Colagénio: Proteína fibrosa encontrada na matriz extracelular responsável pelas propriedades físicas dos tecidos; Proteína mais abundante dos animais Feromonas: Secreções exócrinas, permitem a comunicação entre animais diferentes para funções importantes tais como a reprodução, marcamento do território ou alarme. Nota: As hormonas agem sempre por via endócrina (corrente sanguínea), enquanto as hormonas agem por via exócrina. Algumas secreções atuam tanto localmente como à distância, combinando efeitos autócrinos, parácrinos e endócrinos. As experiências de Berthold em 1849 consistiram em remover ambos os testículos a um galo normal, tendo este adquirido fenótipo de galo castrado. Ao fornecer a um galo castrado um testículo, este adquire fenótipo de galo normal. → testículos produzem testosterona. Pipeline: As hormonas são específicas para atuar numa determinada célula, onde essa célula tem um recetor para a mesma, com um Km muito baixo (alta afinidade) para aquela hormona, de forma a garantir que esta atua na célula desejada. Atuam então de forma lenta e à distância. Pelo contrário, os neurónios atuam de forma rápida e a distâncias curtas As neurohormonas atuam pelo sangue de forma a atuar em alvos à distância. Estes estímulos numa célula podem levar à secreção de uma substância. Sistema endócrino: Tipos de hormonas: A maioria das glândulas endócrinas possui uma capacidade limitada de armazenamento : - A libertação de hormonas para a corrente sanguínea envolve: - Conversão de derivados insolúveis (Tiroglobulina – hormona da tiróide) - Exocitose de grânulos de armazenamento(insulina, prolactina, GH) - Difusão passiva (H esteróides; lipossolúveis) Algumas hormonas obedecem a ritmos de secreção periódica, que podem ter periodicidade menstrual (28 dias), circadianos (24h) ou pulsáteis (indefinidos). As hormonas são transportadas pelo sangue, linfa e fluidos extracelulares e necessitam de proteínas de transporte. Hormonas lipossolúveis: envolvem receptores de membrana e mensageiros secundários, que têm efeitos transitórios ou receptores citoplasmáticos (prostaglandinas)/ nucleares que atuam na transcrição de genes diretamente (esteroides e tiroideias) Hormonas lipoinssolúveis:.As catecolaminas (epinefrina, norepinefrina) não conseguem entrar nas células; ligam-se a receptores superficiais que levam à produção de mensageiros secundários (cAMP, IP3, DAG E Ca2+) que amplificam o sinal e respondem de forma rápida (segundos); levam à fosforilação de cinases protéicas. → efeito transitório. O sistema nervoso apresenta relação com o sistema endócrino: Noção de sistema neuroendócrino. Os centros hipotalâmicos são responsáveis por regulação de temperatura, de energia de fatores autónomos como pressão sanguínea, batimentos cardíacos e taxa de transpiração face a estímulos variados tratados pelo neocórtex. Os níveis de líquidos são tratados pela neurohipófise e a adenohipófise trata de toda a taxa metabólica destes aspetos. Vasopressina - fundamental para adaptação à vida terrestre. Estas hormonas (ADH + oxitocina) são sintetizadas no hipotálamo e armazenadas em conjunto com as respectivas neurofisinas em grânulos secretores nos terminais dos axónios na neurohipófise, denominados por corpos de Herring. - Liga-se a receptores V2 - Aumenta número de aquaporinas na membrana do tubo colector, o que leva a uma maior reabsorção de água (efeito antidiurético); - Intervêm na retenção de água e mantém a tonicidade dos fluidos corporais como a urina; - Altamente regulada; Oxitocina - hormona do amor, feedback positivo - para libertação de leite, estimulada pela sucção do bebé, estes níveis disparam no parto, sendo que o útero imaturo é imune a estes efeitos. Adenohipófise: Na adenohipófise são produzidas as hormonas trópicas que atuam em outras glândulas endócrinas. Estas hormonas incluem: ACTH: regula o crescimento e secreção do córtex supra renal (adrenal gland) Secreção: - Ritmicidade circadiana (pico 2-4 h antes de despertar) - Surtos secretores cíclicos (duram cerca de 20 min) - Controlo por feedback (cortisol reprime secreção de ACTH pela adeno-hipófise) - Resposta a diversos estímulos (stress emocional, metabolismo, atividade física, ritmos circadianos) (FIG. X) Importante saber a morfologia das glândulas supra renais: Diferentes zonas produzem diferentes hormonas, a este processo chama-se esteróidogenese. A espessura relativa de cada camada está relacionada com a eficácia e produção de esteróides (maiores camadas para > produção de hormona) FIG.X Metabolismo do colesterol: O colesterol forma hormonas como a progesterona, estradiol, cortisol, testosterona e aldosterona. As hormonas esteróides incluem os mineralocorticoides, glucocorticoides e androgénios adrenais. De que forma age a ACTH no córtex adrenal ? O ACTH é detectado por receptores membranares que ativam mensageiros secundários que mobilizam colesterol para a produção das hormonas já anteriormente referidas. Ou seja: Cascata de sinalização estimuladas pela ACTH no córtex adrenal - Ligação a recetor MC2R - Cascata de sinalização intracelular e libertação de colesterol - Início da esteroidogénese na mitocôndria Ação da aldosterona: Atuam no rim aumentando a reabsorção de sódio e consequentemente de água, por troca com potássio e iões H+. O resultado é um aumento do volume de fluido extracelular e ligeiro aumento da concentração plasmática de sódio. Retem Na+ → retem H2O e elimina K+, aumentando o volume de fluido extracelular, controlando a pressão arterial. A síntese de aldosterona é ativada pela ACTH: “A ação da ACTH é determinada pelo nível de expressão dos receptores ACTH (MC2R) nas células ZG. MC2R, que é um recetor associada à proteína G acoplado à subunidade GSα estimuladora, pode induzir um aumento da concentração intracelular de cAMP que ativa a proteína quinase A, aumentando assim a fosforilação do CREB e a transcrição do CYP11B2 - gene expression mediada por hormonas” Sistema Renina-Angiotensina-Aldosterona (S-RAA): Este é um sistema que consiste numa série de reações concebidas para ajudar a regular a pressão arterial. Glucocorticoides: Stress = necessidade de glucose Este esquema abaixo relembra que há “um nível anterior” ainda de regulação hormonal antes da ACTH para a libertação de hormonas, esta é feita pelo hipotálamo pela libertação da CRH. Cortisol: Cortisol tem ação anti-inflamatória e imunossupressora. Controla o metabolismo dos carboidratos, gordura e proteínas. Promove a lipólise, inibe os efeitos da insulina, promove proteólise e reduz absorção de aminoácidos e induz a gliconeogênese + desaminação de aa’s. - < serotonina - < sensibilidade à dor - > pressão arterial - > açúcar no sangue - > memória e atenção (stress) - suprime sistema imunitário Tem uma regulação circadiana, onde quando os seus níveis são baixo há a sensação de apatia e cansaço, e quando estão altos sentimo-nos energéticos. Os níveis deste começam a subir mesmo antes do indivíduo acordar. A produção excessiva de ACTH leva à produção excessiva de cortisol - Doença de Cushing’s. Glucocorticóides: (produção sintética são corticosteróides, podem ser mais ou menos potentes que o cortisol e é assim que são avaliados) 1) Evitam que os monócitos entram em apoptose 2) Inibem libertação de mediadores pró inflamatórios pelos monócitos e macrófagos 3) Promovem a fagocitosee a motilidade dos macrófagos, ao mesmo tempo que inibem a adesão, a apoptose e a capacidade oxidativa 4) Inibem A função dos neutrófilos: rolamento, adesão e ativação. Suprarrenais: Desidroepiandrosterona (DHEA) - hormona esteróide produzida a partir do colesterol pelas glândulas suprarrenais - Hormona esteróide mais abundante do corpo humano responsável pela produção de 50% das hormonas masculinas e 70% das femininas Hormona da juventude (sobe aos 6/7 anos e tem pico aos 20 e poucos, a partir daí começa a descer para ambos os sexos). Catecolaminas: Fight or flight Medula (gânglio simpático modificado) → Catecolaminas As catecolaminas atuam como hormonas se libertadas pela medula adrenal para o sangue, ou como neurotransmissores se libertadas pelos neurónios adrenérgicos; a epinefrina e norepinefrina circulante libertada da medula adrenal tem o mesmo efeito sobre os órgãos alvo que a estimulação direta por nervos simpáticos. A epinefrina é incapaz de atravessar a membrana plasmática, e a sua atividade é facilitada pelos recetores membranares Resposta das suprarrenais a um estímulo causador de stress: Hipotálamo ativa neurónios sensoriais na medula que causam um impulso nervoso na medula adrenal e produzem adrenalina transportada no sangue para órgãos efetores. Leva a respostas como > batimentos cardíacos, pressão arterial, dilatação das vias respiratórias e > atividade digestiva a de excreção (não são necessárias porque o que importa é sobreviver, fight or flight). Efeitos metabólicos das catecolaminas: - > nível de glucose e lípidos - > gliconeogênese e glicogenólise - > glucagon e < insulina As catecolaminas são hormonas que mobilizam energia para os músculos (atua no músculo liso levando à dilatação da pupila), coração, cérebro e, ao mesmo tempo, reduzem o fluxo sanguíneo para outros órgãos, como o sistema gastrintestinal, garantindo a sobrevivência do indivíduo. MDMA - aumenta a concentração de catecolaminas e particularmente de Dopamina (neurotransmissor), por inibição da recaptação neuronal que seria responsável pelas sensações de euforia e excitação. Tiróide: Hormona da tiróide (TSH) O sistema porta hipofisário é um sistema de vasos sanguíneos na microcirculação na base do cérebro, conectando o hipotálamo à hipófise anterior. Sua principal função é transportar e trocar rapidamente hormônios entre o núcleo arqueado do hipotálamo e a glândula pituitária anterior. T3 e T4 - produção de hormona da tiróide por retroinibição negativa. Hipotálamo TRH-TSH: A tiróide produz T4 → T3 (no fígado e trato intestinal) A TSH age nas células da tiróide pelos receptores, aumentando o nivel de mensageiros secundários e por conseguinte vários fatores tais como Tiróide e a paratiróide: A calcitonina, produzida pelas células C da tiróide, promove a fixação de cálcio. A Hormona da Paratiróide, PTH, controla a excreção renal de cálcio. Calcitriol ou 1,25-dihidroxicholecalciferol é a forma ativa da vitamina D encontrada no corpo (vitamina D3) e promove absorção intestinal de Ca2+. GH - Hormona do crescimento: - Responsável pelo crescimento e renovação celular; IGFS: Fatores de crescimento produzidos na maioria dos órgãos e tecidos do organismo, possuindo ações autócrinas, parácrinas e endócrinas sobre o metabolismo, proliferação, crescimento e diferenciação celular. As IGFs exercem ações mediante interação com dois receptores denominados receptores de IGF tipo 1(IGF 1R) e tipo 2 (IGF 2R). Regulação da GH: 1. GH é liberada na corrente sanguínea pelas células somatotrópicas encontradas na hipófise anterior. 2. GH estimula a secreção de IGFs em diferentes tecidos. 3. IGF-1 de forma direta inibe a secreção de GH. 4. IGF-1 de forma indireta inibe a secreção de GH. 5. IGF-1 de forma direita aumenta a secreção de somatostatina ou que vai indiretamente inibir GH. 6. GH inibe a sua própria secreção mediante feedback de ansa curta. Fatores como sono, fatores emocionais, exercício, estado de jejum, NT’s e algumas drogas antagonistas de dopamina aumentam a libertação de GH. A GH tem uma secreção pulsátil que acompanha o ritmo circadiano com um tempo de semi-vida de 20 minutos. Naturalmente, tem um pico na juventude que decresce ao longo da vida e tem maior concentração na primeira metade do sono que decresce ao longo da noite, o completo oposto do cortisol. Apesar disso, o aumento de horas de sono não se relaciona com o maior crescimento. Em geral a GH: - No tecido adiposo: - aumenta a lipólise - reduz uptake de glucose - reduz lipogénese - reduz esterificação de AG’s - Músculo: - Reduz uptake de glucose  - Aumenta atividade da lipoproteína lipase (hidrólise de triglicérideos, quilomicras e VLDL para monoglicerídeos) e B-oxidação - Fígado: - Aumenta secreção de VLDL, HL (IDL -> LDL) A insulina e GH atuam em termos de transcrição. A GH é feita na glândula pituitária. Deficiência em GH: Pâncreas: Glândula do sistema digestivo e endócrino; Secreta insulina (leva glucose às células), glucagon, Peptido intestinal vasoativo e somatostatina; Estas hormonas estão principalmente relacionadas com a regulação da glucose, algo vital visto que é a fonte de energia principal das células. As principais hormonas da regulação são a insulina e o glucagon, garantido por mecanismo de feedback negativo um nível homeostático de glucose no sangue. Diferentes células do pâncreas secretam diferentes hormonas responsáveis pela regulação da glucose. A insulina liga-se a um recetor, uma tirosina cinase que é auto fosforilada e catalisa a fosforilação de uma cascata de proteínas da família IRS. Estas regulam o tráfico de vesículas, a ativação/inativação enzimática e a síntese proteica, regulando o metabolismo da glucose, lípidos e aminoácidos. Nos hepatócitos, a insulina aumenta a síntese e deposição de glicogénio e lípidos, inibindo a síntese e libertação hepática de glucose. É uma hormona que promove a acumulação de reservas. Regulação de insulina: Esta é uma hormona secretada após uma refeição, onde os níveis de glucose no sangue acompanham os níveis de insulina no sangue. A facilidade de metabolizar glucose diminui com a idade. Resistência à insulina: Esta pode advir de uma dieta alta em carboidratos que levam a uma constante secreção de insulina, visto que há constantes elevados níveis de glucose no sangue, levando a uma resistência dos receptores de insulina nas células. Existem outras formas de diabetes como a diabetes tipo 3, associada à resistência de insulina no cérebro devido a acumulação de neurotoxinas que causam stress neuronal → neurodegeneração. Também existe a diabetes gestacional, que está associada à produção de hormonas que interferem com a insulina pela placenta, levando a uma resistência à insulina a nível dos receptores, onde o pâncreas não consegue acompanhar este elevado nível de glucose no sangue. Fatores de risco incluem: Genética, dieta, stress e sono, idade e etnia Diabetes mellitus também pode ocorrer em outras espécies, mais comum em gatos. Pode ser combatida com alimentação saudável, reduzir níveis de stress, etc. Cetoacidose diabética: Algumas dietas surgiram em resposta a este fenómeno de cetoacidose, tal como a dieta cetogénica. Importante: Ação do glucagon Mecanismo de feedback negativo (legenda) O ciclo da hipoglicemia advém do consumo de demasiados carboidratos muito frequentemente. O pâncreas consegue esperar (devido à ritmicidade) que os niveis de glucose no sangue irão aumentar, levando a uma secreção de insulina que levam a uma diminuição dos níveis de glicose no sangue. Isto leva ao indivíduo querer consumir ainda mais carboidratos, sendo um ciclo vicioso. A forma de evitar esta situação é a prevenção ! Relação somatostatina - insulina - glucagon: In your pancreas, somatostatin prevents (inhibits) the release of pancreatic hormones, including insulin, glucagon and gastrin, and pancreatic enzymes that aid in digestion. A GH tem uma ação antagonista à regulação destas hormonas, tendo um efeito semelhante ao glucagon vs. insulina. Regulação da ingestão/ apetite - chamada de regulação homeostática: Feita tanto por sinais neuroendócrinos segregados por hormonas pelos seus respectivos órgãos, por informação metabólica dadas pelos níveis de macromoléculas presentes, como por stress e informações do ritmo circadiano. Estes sinais são integrados no hipotálamo por sensores que afetam sinais transcricionais. Hormonas e péptidos da saciedade e da fome: A leptina sinaliza ao cérebro para suprimir o apetite, enquanto a grelina sinaliza ao cérebro para comer. Adipócitos produzem leptina, enquanto um estômago vazio leva a que os níveis de grelina aumentem. Para além de hormonas, existem péptidos (anorexigénicos e orexigénicos) que levam a que haja um menor ou maior consumo de alimento, respetivamente. Regulação hedónica: A palatabilidade dos alimentos também afeta a ingestão para além dos nutrientes, e sinais endócrinos, estes podem ser detectados pelos animais sobre a forma de sinal químico. A regulação hedónica e a regulação homeostática têm que estar estritamente interconectados de forma a não causarem distúrbios alimentares. Os péptidos anorexigénicos e orexigénicos também têm de estar sobre equilíbrio de forma a não levar a consequências como obesidade Medicação: Novas medicações anti-obesidade atuam sobre vias anorexigénica ou oréxigénica, levando a redução do apetite e consequentemente ingestão alimentar. A saúde mental do indivíduo é capaz de alterar a secreção de certas hormonas de forma a alterar a alimentação para uma alimentação irregular. Fatores como o stress (stress eating) ou situações de depressão podem levar a aumento ou diminuição do apetite. Autocuidados auxiliam a manter os adequados níveis hormonais. Adenohipófise: Hormonas trópicas (atuam noutras glândulas endócrinas) FSH e LH masculinas: LH - hormona luteinizante: estimula produção de testosterona (células de Leydig) nos machos. FSH - hormona folículo-estimulante: atua sobre células de Sertoli e estimula a maturação dos espermatozóides. Tanto a testosterona como o estrogénio são hormonas muito importantes tanto para os homens como para as mulheres. LH e FSH femininas: FSH - hormona folículo estimulante: promove maturação folicular, que por sua vez produz estrogénio. LH - hormona luteinizante: estimula produção de progesterona e induz ovulação. Preparação do corpo lúteo e parede uterina. A transição para a menopausa traduz-se na progressiva diminuição da FSH e LH. O declínio hormonal também está diretamente relacionado com a fertilidade feminina. Também na ADENOHIPÓFISE - Hormonas trópicas: atuam noutras glândulas endócrinas - MSH MSH - melanotropinas: produzidas na pars intermedia - hormona estimulante de melanócitos. São hormonas que respondem a radiação ultravioleta. A pars intermédia está atrofiada em humanos mas muito desenvolvida noutros animais; MSH estimula a produção e secreção de melanina pelos melanócitos. Um déficit de produção melanina chama-se albinismo. A melanina é produzida nos melanossomas no interior das melanócitos. O albinismo é gerado em vários genes: TYR, OCA2, TYRP1 e SLC45A2. Noção de Homeostase metabólica como uma rede de interações entre diferentes sistemas. Sistema de interações entre tudo o que foi ensinado até agora. Sistema muito complexo constantemente governado por sistemas de feedback negativos e positivos de forma a garantir a homeostasia. CAPÍTULO 4: MOVIMENTO E MÚSCULO. Locomoção amebóide, ciliar e flagelar. Estrutura e desenvolvimento do tecido muscular. Contracção muscular. O transporte axonal é mediado por proteínas cinases. Cinesina - Transporte anterógrado ao longo de filamentos do citoesqueleto. A cabeça de cinesinas liga-se a microtúbulos e ATP, a cauda liga-se à carga a transportar ao longo dos axónios. Dineína: Transporte Retrógrado ao longo de filamentos do citoesqueleto. O movimento de dineínas é dependente de ATP. Actina e Miosina: A miosina é a proteína estrutural mais abundante no músculo. Tem 18 classes de miosinas, tendo todas estas propriedades distintas. Mesmo assim esta é uma proteína extremamente conservada ao longo da evolução. A região S1 é a mais conservada. Sarcómero: Um maior nível de ligações ponte cruzada está associada a uma maior nível de execução de esforço muscular até um limite superior. “O comprimento do sarcómero depende da sobreposição entre filamentos; A tensão é máxima quando todas as ligações transversais estão efetuadas. O número de sarcómeros e o número de fibras musculares determinam a tensão máxima de um músculo: efeito aditivo. A tensão é máxima quando todas as ligações transversais estão efetuadas.” Força—Resultado da tensão máxima que um músculo ou grupo de músculos pode desenvolver quando se opõe ou vencer uma resistência exterior - Usado para levantar um peso uma única vez. Potência—Produto entre a força e a velocidade do movimento - usada para levantar um músculo várias vezes o mais rapidamente possível. Resistência muscular—Capacidade para manter uma ação muscular repetida contra uma resistência exterior submáxima Curva força-velocidade: Para um animal se mover os músculos têm que contrair em determinadas zonas. A relação entre a produção de força e a taxa a que o músculo contrai, ou seja, a curva força-velocidade determina o trabalho muscular. Existe um plateau para intervalos para o qual a tensão produzida pelo músculo é máxima. A tensão máxima só é possível para comprimentos do músculo intermédios (sarcómero). Para comprimentos superiores ou inferiores a produção de força pelo músculo começa a diminuir. O músculo contém componentes contráteis e elásticos. What is tetanus? São high frequency action potentials (AP 's). > Força de contração: Aumentando a frequência de estimulação das fibras musculares que leva a um maior recrutamento de fibras; o aumento da força ocorre por somação. Efeitos do Ca2+: O Ca2 + regula a contração via troponina e tropomiosina. O cálcio livre modula a atividade das fibras musculares: - Aumenta a atividade da ATPase - Juntamente com ATP modula a contração: - É preciso ATP e Ca2+ para a contração; Relaxamento ocorre com ATP e sem Ca2+; A contração ocorre após estímulo nervoso que leva à despolarização da membrana. Um potencial de ação depende da alteração da concentração de Ca, levando a tensão muscular. Tríade muscular: “The triad is a skeletal muscle substructure responsible for the regulation of excitation-contraction coupling.” A despolarização da membrana dos tubos T leva a uma abertura dos canais de Ca2+ do retículo sarcoplasmático Potencial de membrana e contração: A substituição extracelular de iões Na+ por K+ leva a uma despolarização da membrana, Vm; O grau de despolarização modula a intensidade da contração de forma diretamente proporcional. Atrasos da contração muscular: O PA chega ao músculo e sofre 2 atrasos até ocorrer contração 1) Difusão do Ca2+ até às microfibrilas 2) Atraso mecânico muscular (propriedades inerentes ao músculos graças aos seus componentes elásticos) A contração inicia-se depois de ter terminado o PA e os iões Ca2+ tiverem sido libertados do retículo sarcoplasmático via tubos T Diferentes fibras musculares determinam o tipo de performance muscular. Diferentes animais têm diferentes tipos de fibras musculares, levando a diferentes tipos de atividades. CAPÍTULO 5: ALIMENTAÇÃO, DIGESTÃO E ABSORÇÃO. Estratégias alimentares. Hidrólise digestiva. Secreções glandulares. Absorção intestinal. Os animais alimentam-se (pode ser tanto por ingestão de moléculas individuais como engolir uma presa por inteiro) de forma a obter matérias primas que se traduzem em energia. Isto garante a sua reprodução, crescimento e manutenção de funções. Existem vários regimes alimentares: Herbívoros Carnívoros Omnívoros e Detritívoros. A globalização e a domesticação de animais levou a que se tentasse alterar os hábitos naturais de alimentação de alguns animais, como os gatos, carnívoros restritos. Uma dieta vegetal para um gato é possível, mas há uma grande necessidade de suplementar esta dieta com proteínas e compostos como taurina, ácido araquidónico e vitamina A pré-formada devido às suas deficiências nestes aspetos.  Em aquacultura ocorre o mesmo, em que há a tentativa de otimizar ao máximo o tipo de nutrição fornecida aos peixes. Este fator tem muitas vezes conjugado com viabilizar ao máximo economicamente os ingredientes iniciais e aproveitar também os subprodutos industriais. Daí, é comum ser cada vez mais recorrente fornecer uma dieta vegetal aos peixes, e suplementar a mesma com proteínas ausentes neste tipo de dietas. Grande parte do comportamento animal está implicado no esforço envolvido na obtenção de alimento adequado (quantitativa e qualitativamente). A seleção natural favoreceu a efetiva capacidade de aquisição de alimento e de evitar servir de alimento a outros. A evolução traduz-se sempre em indivíduos mais aptos a sobreviver, e esta adaptabilidade traduz-se de numerosas formas. - Caça em grupo vs solitária; - Técnicas de caça diferentes; - Caçar individuos em diferentes quantidades dependendo do seu tamanho (gato caça sozinho muitos ratos por dia vs. um grupo de predadores precisar apenas de caçar apenas um elefante para comer todo grupo). A evolução traduz-se também em características morfológicas / fisiológicas e de comportamento alimentar. Ao domesticar um animal, há que garantir que se iguala as necessidades alimentares in the wild desse mesmo animal como referido anteriormente. Por vezes, a dieta contribui negativamente para a vida do animal domesticado, tendo ela de ser alterada. Métodos de alimentação: Absorção através da superfície corporal exterior: Não dependente da captura especializada nem de mecanismos digestivos; Endocitose: Esta forma de alimentação ocorre a nível celular, formando vacúolos digestivos. Fagocitose ou Pinocitose. Filtração: Ocorre maioritariamente nas esponjas (órgão → coanócitos) e consiste na captura de alimentos suspensos na água através de vários dispositivos de aprisionamento, formando uma corrente gerada por cílios ou flagelos que levam a esta captura. Os bivalves também têm este método de alimentação, a corrente gerada é gerada pelos cílios do sifão inalante, esta água vai depois para as brânquias e é capturada pela boca (+ muco das brânquias → traps the food). Animais filtradores móveis: Baleias trap krill pelas placas ósseas na boca. Os flamingos também têm este método de alimentação, o bico controla o fluxo de água pela abertura do bico + língua. Alimentação de fluidos: Platelmintos, nematodos, anelídeos (sanguessuga) e artrópodes (mosquitos, piolhos). Muitos segregam anticoagulantes ou enzimas que lançam ao hospedeiro. Leech therapy: Alguns estudos mostram benefícios a esta terapia. Blood drainage + improved circulation. Há outros formas de alimentação por fluídos: - Cortar e lamber: envolve anticoagulantes e anestésicos para anestesiar a vítima - morcegos vampiros e lampreias) Apreensão de presas: Recorrem a aparelhos bucais ou a apêndices corporais para capturar o alimento e processá-lo. Alguns utilizam toxinas para imobilizar a presa. - Vertebrados: Dentes, acessórios bucais em forma de agulha. - Vertebrados não mamíferos: geralmente dentes indiferenciados. Cobras - dentes que injetam veneno. - Invertebrados: na ausência de dentes desenvolveram outro tipo de estruturas quitinosas para morder ou comer.4 Pelo contrário, mamíferos utilizam os dentes para rasgar e mastigar a presa. A evolução levou ao desenvolvimento de vários tipos de dentes de acordo com a sua dieta. Os felinos apresentam dentes carnássios e garras, as aves não têm dentes, tendo então um bico adaptado de várias formas e tamanho adaptados ao tipo de alimentação e às formas que os obtêm. Os peixes apresentam diferentes formatos bucais dependendo da altura onde se situam na coluna de água. Mandíbulas inferiores usualmente são apresentadas por peixes mais acima da coluna de água, enquanto que os peixes com mandíbulas superiores encontram-se mais abaixo na coluna de água. Toxinas: usualmente proteínas, e têm como objetivo subjugar presas ou afastar predadores, atuando no sistema nervoso (sinapses)., paralisando competidores. As toxinas podem ser substâncias hemolíticas como nas cobras e cefalópodes, ou neurotoxinas como nos artrópodes (escorpiões). Herbívoros: apresentam acessórios auxiliares à digestão. Como já referido, a alimentação e a fisiologia são temas intimamente relacionados, daí é possível observar que nos mamíferos do tipo herbívoro a dentição está adequada à preensão e moenda dos alimentos grosseiros que constituem a fração mais importante da sua dieta alimentar. Mastigam a comida com o maxilar com movimentos para o lado enquanto que os carnívoros mastigam para cima e para baixo. Sistemas de alimentação: Qualidade da comida: comida de melhor qualidade não leva a perda de energia relacionada com a captura de comida, e demora menos tempo a ser digerida. Fatores como o comprimento do intestino estão relacionados à facilidade de digestão do alimento circundante nesse mesmo habitat. Intestinos maiores têm a possibilidade de aproveitar mais nutrientes, realçando um ambiente com alimentos com baixa digestibilidade/ qualidade, o contrário aplica-se para intestinos mais pequenos. Forma de aumentar a digestibilidade do alimento PARA ALÉM de um intestino maior. Canal alimentar: Nota: Storage of waste → absorção de água e armazenamento do material indigestível. O canal alimentar tem organização tubular em que diferentes regiões têm especialidades em tarefas digestivas particulares. Há ocorrência simultânea de secreções ácidas e alcalinas. Região da receção do alimento/ Headgut: Região anterior, cranial : Alimentação e deglutição Partes bucais, Cavidade oral (bucal), Faringe, Dentes, Bico, Língua e Glândulas salivares. Nos animais inferiores (esponjas, celenterados (e.g., alforrecas) e platelmintos) não há secreções salivares. Língua: Apreensão, digestão mecânica, quimiorrecepção e deglutição, tem uma função motora e tem grande flexibilidade de movimentos. Tem também função sensorial de percepção de sabor e ao ser muito enervada, pode sentir temperatura, toque, e dor. Nem todos os animais têm esta percepção completa tão completa como os humanos. Secreção salivar: Quantidade produzida depende de espécie para espécie e depende do alimento. Secreção salivar → Resposta ao estímulo parassimpático Constituição: Água, Eletrólitos (Na+ , K+ , Cl- , HCO3- e, em ruminantes, PO4 3- ), Ligeiramente alcalina nos ruminantes e altamente tamponada (iões bicarbonato e fosfato); ,Mucina, Amilase (variável) , Ureia (nos ruminantes), Toxinas ou anticoagulantes ,Agentes antimicrobianos (lisozima e tiocianato). Função: - Ajuda na ingestão e na digestão mecânica (e muitas vezes química); - Facilita a deglutição (mucina); - Nos ruminantes é essencial para a digestão microbiana no rúmen (secreção contínua das gl. parótidas); Uma dieta rica em fibra necessita de maior produção de saliva por parte de um ruminante. Deglutição: Esófago : Condução do bolo alimentar por movimentos peristálticos. Há esfíncteres que fecham esófago junto à faringe e junto ao estômago. Esfíncteres esofágicos superior e inferiores. Movimentação do bolo alimentar auxiliado por movimentos peristálticos. Papo: Aves granívoras Armazena alimento para posterior digestão, pode auxiliar na alimentação das crias. Local onde ocorre a fermentação e prévia digestão. Estômago: Armazenamento dos alimentos, contrações das paredes = mistura dos alimentos. É neste órgão que se inicia a digestão. Ambiente rico em pepsinogênio (pepsina que degrada proteínas em péptidos) e HCl. O HCl desnatura proteínas, ativa o pepsinogénio em pepsina, solubiliza de sais minerais e tem efeito bactericida em alimentos contaminados. Fases da secreção gástrica: Fase cefálica: Em resposta à visão, cheiro, sabor ou reflexos condicionados - Reflexo vagal : Nalguns invertebrados (insetos) existem cecos gástricos rodeados por células secretoras de enzimas e fagocitárias que continuam a digestão; O restante tubo digestivo serve apenas para recuperação da água e eletrólitos e defecação Particularidades de digestão das aves: When it comes to chicken digestion, grit is an important component that helps them to assimilate their food properly. Made up of small, hard particles that the birds eat and that grind up food in their gizzards, grit allows them to extract nutrients and absorb them into their bodies. O proventrículo dos insetos e estômago dos crustáceos contém estruturas para moer os alimentos. Há sistemas digestivos monogástricos e poligástricos: Os ruminantes são poligástricos, tendo o estômago composto. O retículo, rúmen, omaso e abomaso preenchem grande percentagem da cavidade abdominal, preenchendo quase todo o lado esquerdo e estende-se para o lado direito. Tamanho relativo: retículo-rúmen: 84%, Omaso: 12%, Abomaso: 4%. A ruminação é uma relação simbiótica entre microrganismos e ruminantes. “Ótimas condições de crescimento”: Os nutrientes que chegam ao animal, após fermentação ruminal, são muito diferentes dos existentes e fornecidos pelos alimentos, devido a transformações de microrganismos ruminais. Daí há que considerar e atender às necessidades dos microrganismos ruminais quando se alimenta um ruminante. Importante a reter: produção de H + durante a fermentação de glúcidos no rúmen. As vias de eliminação do H2 incluem a formação de metano (metanogénese) - evita a acumulação de H (inibe a atividade da desidrogenase). Archaea metanogénicas: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O É de interesse diminuir a produção de metano sem alterar a produção animal, visto que é de interesse diminuir a emissão de gases de efeitos de estufa para a atmosfera e a eficiência da conversão alimentar. A produção de metano pode ser reduzida na redução da produção de H, utilizar o H para outras vias ou inibindo as archeas metanogênicas. A quantidade de glucose absorvida é muito pequena, a maioria dos glícidos escapa à fermentação. A taxa de utilização de glucose em mamíferos varia com a espécie, gestação e estado de jejum/ alimentado. A neoglicogênese nos ruminantes tem como substratos o propionato (propilenoglicol como precursor), aminoácidos, lactato e glicerol. AGV: ácidos gordos voláteis Ao longo deste processo, há interconversão entre dipéptido e aminoácidos com proteína microbiana. Lípidos ruminantes: Lipólise: Triglicéridos Glicerol + 3 ácidos gordos Biohidrogenação: Adição de H aos ácidos gordos insaturados Saturação Se completa, todas as ligações duplas tornam-se ligações simples. Abomaso = estômago do mongástricos. – pH 2-5; morte de microrganismos e início da sua digestão (proteína microbiana) e da proteína alimentar não degradada no rúmen. Mericismo: Maior produção de saliva, o mericismo é um distúrbio alimentar caracterizado pela regurgitação frequente, sem esforço nem dor, involuntariamente, devido à contração involuntária dos músculos do abdômen. Intestino Médio (Mid gut): Região de digestão e absorção Epitélio intestinal - Músculo liso que facilita os movimentos peristálticos. Tal como as vilosidades, as microvilosidades aumentam ainda mais a taxa de absorção, aumentando a área de contacto para absorção. Bílis e suco pancreático entram no duodeno. Secreção biliar: armazenada na vesícula biliar, e contém bílis, água, colesterol, lecitina, sais inorgânicos, sais biliares e pigmentos biliares e é formada no fígado. Secreção pancreática: Sintetizada nos ilhéus de Langerhans e têm função endócrina. Têm função de tampão e contém várias enzimas: proteolíticas (tripsinógeno, quimotripsinógeno, carboxipeptidade, lipase e amilase). Digestão e absorção: Enquanto a digestão consiste em degradar macromoléculas em constituintes cada vez mais pequenos, a absorção consiste em incorporar esses nutrientes por transporte para o meio celular. Hind Gut: Região de armazenamento, absorção de água e iões. Alguns animais como os coelhos praticam a cecotrofia, que é o consumo das fezes (cecotrofos). Esta é uma adaptação de animais de pequenas dimensões a condições alimentares difíceis como ter alimentos de baixa digestibilidade no meio circundante. A cecotrofia inicia-se por volta das 3 semanas de idade em simultâneo com o início da ingestão de alimento sólido. Esta é uma atividade importante para garantir necessidades vitamínicas e recuperação de água e elementos minerais. Cloaca: O intestino grosso termina numa cloaca em muitos vertebrados, que permite, ainda, uma reabsorção de água e iões da urina. Ideia de conservação dos animais. Qual a prioridade de utilização dos nutrientes nestes animais?  A utilização destes nutrientes transfere-se em atividade física, níveis estes que dependem das condições do habitats como temperatura e inclinação de terreno, raça do animal e peso do mesmo. ZNT- Zona de neutralidade térmica: Depende da raça do animal e do seu revestimento, nível alimentar, dieta e atividade física, por exemplo. Os ruminantes e equinos têm um intervalo de neutralidade térmica muito maior do que os suínos e as aves. Necessidades para o crescimento e taxas de crescimento: Sexo: os machos inteiros são mais “magros” que as fêmeas com igual peso vivo; os machos castrados ocupam uma posição intermédia nos bovinos, mas nos suínos são mais “gordos” que as fêmeas. Os machos suínos têm um maior potencial de crescimento de tecido muscular do que as fêmeas e muito maior que machos castrados (testosterona). Necessidades para a reprodução: Meses em que é atingida a puberdade: Notas: Níveis altos de nutrição resultam em puberdade mais precoce. Níveis baixos de nutrição atrasam significativamente a puberdade. O peso é maior em animais com alta nutrição, enquanto a altura varia menos, mas ainda reflete uma tendência de crescimento mais rápido em condições nutricionais melhores. Machos tendem a ter maior peso e altura em relação às fêmeas no momento da puberdade. Na gestação, à medida que uma gravidez avança há maiores requisitos nutricionais por parte da mãe. Necessidades para a Lactação: Este gráfico destaca a importância de uma alimentação adequada durante a lactação para atender às crescentes necessidades energéticas, especialmente à medida que os estoques corporais são consumidos e a produção de leite continua. CAPÍTULO 6: METABOLISMO E REGULAÇÃO DA TEMPERATURA CORPORAL. Metabolismo energético e taxa metabólica. Regulação da temperatura. Estados de dormência. No reino animal ser eficiente é ter vantagem sobre a competição. Compreende as sucessões de reações bioquímicas, catalisadas e reguladas por moléculas orgânicas, nas quais há transformação de energia. Estas têm uma eficiência inferior a 100% e englobam todo o tipo de atividades animais. As vias metabólicas dividem-se entre anabolismo e catabolismo. Anabolismo: síntese de moléculas para reparação, regeneração e crescimento Catabolismo: degradação de moléculas para produção de energia (ATP) Esquema MUITO importante: Abreviatura: TM - Taxa metabólica; Esta define-se como a medida do calor libertado por unidade de tempo, na conversão de energia química em calor. Na ZNT, a taxa metabólica de animais endotérmicos (geram a maior parte do calor que necessitam internamente. Quando está frio, eles aumentam a produção de calor metabólico para manter sua temperatura corporal constante) é baixa e independente da temperatura ambiente. Fatores reguladores do metabolismo: Altura do dia Temperatura Alimentação Massa Locomoção Idade Sexo Estação do ano Hormonas (insulina, glucagon, da tiróide, de crescimento, sexuais,...) Reprodução Exemplos: 1) A taxa metabólica basal de animais em climas frios é superior à de animais em climas quentes. 2) Hormonas Tiroxina: aumenta a taxa metabólica: efeito a longo prazo Adrenalina: produz aumento da atividade metabólica por curtos períodos 3) Sexo: fêmeas têm menor BMR. 4) Idade: A BMR vai diminuindo ao longo da idade. 5) > Atividade física = > atividade metabólica 6) Gestação: aumento de atividade metabólica ao longo da gestação Componentes Celulares e Bioquímicos (BMR = Soma de processos que ocorrem nos tecidos) Estes são aspetos importantes a considerar porque há funções que ocorrem a nível celular que têm um ENORME dispêndio energético para a célula como a Bomba Na +/K + e a bomba de protões. Aerobic metabolic scope: Mede um intervalo entre taxa metabólica máxima (máxima atividade física) e BMR (ou SMR). Constrangimentos: Esta pode ser muito difícil de medir porque é difícil colocar um animal numa situação artificial de atividade física, in the wild ao correr de um predador (por exemplo), o animal poderia exibir maiores níveis de atividade física, dando um valor correto de AMS maior do que medido experimentalmente. SMR/BMR medido em animais adormecidos ou em torpor: estimativas muito elevadas de AMS, porque há animais que conseguem baixar imenso o seu BMR ao ponto do intervalo de AMS medido ser demasiado grande comparado ao real. Não tem em consideração a contribuição do metabolismo anaeróbio que pode levar a um débito de oxigénio, especialmente durante curtos períodos de esforço intenso. (Músculo branco especialmente adaptado para desenvolver um débito de oxigénio através do metabolismo anaeróbio). Daí, é preferível efetuar medições apenas durante a atividade sustentada, a um nível constante de esforço. A imagem seguinte apresenta o 1º dos 3 passos de medição da AMS de um cavalo: 2) A meio da curva de steady state há fornecimento de O2 estritamente necessário. 3) Curva a verde escuro: EPOC (excessive post-exercise oxygen consumption) Calorimetria animal: Medição da Produção de Calor ou a Retenção de Energia. Calorimetria Direta Calorimetria Indireta: Intercâmbio respiratório; Balanço de C e de N. A calorimetria direta mede a quantidade de energia libertada sob a forma de calor com um simples calorímetro (Lavoisier - quantas kcal de calor do animal derrete 1kg de gelo) Para animais grandes há o constrangimento do seu comportamento ser alterado pelo confinamento (valores podem ser alterados), precisarem de grandes calorímetro, e imprecisa para animais com taxas metabólicas muito baixas. O C e o N são medidos a partir de proteínas e gorduras, e depois são feitos alguns cálculos de forma a converter essas informações para gramas e MJ.. Calorimetria Indireta aeróbica: Na oxidação aeróbia, a quantidade de calor produzido está diretamente relacionada com a quantidade de O2 consumido Medição do O2 consumido e CO2 produzido Proteínas catabolizadas = excreção urinária de N Quociente respiratório = CO2 eliminado do corpo /O2 consumido, esta razão reflete as proporções de C e de H. Resultados obtidos em aula prática (metabolismo do ratinho): A ratazana (maior tamanho que o ratinho) tem uma maior taxa metabólica absoluta, mas o ratinho tem uma taxa metabólica relativa. Como animais pequenos perdem calor mais rapidamente devido à maior área relativa, precisam de um metabolismo mais elevado para manter a temperatura corporal estável e compensar a perda de calor, para além de uma maior taxa metabólica para manter os órgãos vitais em funcionamento que em termos proporcionais são maiores do que animais de grande porte. Isto deve-se ao facto de haver uma alteração das características anatómicas e fisiológicas com massa corporal. A produção total de calor nos animais endotérmicos depende do volume corporal e a taxa de perda de calor depende da área de superfície. > Relação área de superfície/ volume = maior calor perdido. Daí em geral: Regiões frias: animais tendem a ser grandes (pequena relação A:V) Regiões quentes: animais tendem a ser pequenos (grande relação A:V) Os animais não apresentam crescimento isométrico, que é quando as dimensões proporcionais são independentes do tamanho. Isto é porque a sua superfície não aumenta com velocidade suficiente para manter as necessidades do seu aumento de volume sem comprometimentos fisiológicos e anatómicos (como os ossos suportarem o peso do animal etc). Crescimento isométrico (2/3=0.67) (declive linear de isometria) → não é este declive. Daí a grande maioria dos animais apresentarem crescimentos alométrico, em que há alterações nas proporções corporais com o aumento do tamanho corporal (ao longo do desenvolvimento). Intensidade metabólica = taxa metabólica específica = consumo de O2 /massa/tempo. Espécies mais pequenas têm canais respiratórios mais extensos e vasos sanguíneos: - Tamanho do coração varia com o tamanho corporal, contudo, organismos mais pequenos têm MR superior! - Como fornecer O2 suficiente ao organismo para suportar um MR mais intenso? Através de uma maior taxa respiratória e cardíaca (manutenção dos órgãos vitais). Hipótese de superfície (Max Rubner, 1883): a taxa metabólica para animais que mantém a sua temperatura corporal +/- constante, deve ser proporcional à sua área de superfície. A taxa de transferência de calor entre dois compartimentos (isto é, entre o corpo quente e o ambiente frio) é proporcional à área de contacto. Esta é uma hipótese baseada nos princípios de crescimento isométrico, o que é válido para alguns (poucos) casos de animais que apresentem este tipo de crescimento, mas é inválido para animais com crescimento alométrico. Espécies maiores apresentam espessamento de estruturas corporais e proporcionalmente têm menor área de superfície. A hipótese de Max Rubner verifica-se para amostras de indivíduos adultos da mesma espécie. Slope = 0.67 (⅔) Lei de Kleiber: Diz que na comparação de diferentes espécies, as diferenças nas taxas metabólicas não podem ser previstas simplesmente com base nas diferenças na área de superfície. Ao contrário da hipótese de superfície, a Lei de Kleiber prevê a taxa metabólica de animais com temperaturas corporais variáveis. Slope = 0,75 Diferenças de efeitos de escala a nível celular: Maior número de mitocôndrias em espécies mais pequenas (> respiração oxidativa). Alometria intraespecífica vs interespecífica: Caixa a amarelo super importante. A taxa metabólica varia com alterações na massa corporal e ao longo do desenvolvimento. Custos da locomoção: Até agora comparamos taxas de metabolismo basal entre animais. E quando o animal se torna ativo ? Há que alocar alguma energia do animal para essa mesma locomoção. Dependendo do animal, os custos de locomoção serão diferentes, porque alguns têm estratégias de locomoção específicas que permitem gastar menos energia nesse aspeto. Os animais podem mudar de marcha tendo uma maior eficiência sendo bípedes, e animais como cangurus podem armazenar energia cinética ao saltar sendo então mais eficientes. Existem também custos de não locomoção, que é o esforço muscular que não contribui diretamente para o movimento para a frente ou custos de ativação muscular e geração de força (porque a locomoção não é instantânea). Peixes: Os animais aquáticos conseguem reduzir os seus custos de locomoção devido à sua bexiga natatória (órgão que os peixes ósseos têm e permite controlar a sua densidade na coluna de água), estarem suspensos na água e pela fricção de arrasto. Aves: Os custos energéticos da locomoção estão mais relacionados com o modo de locomoção (nadar, voar, correr) do que com o grupo taxonómico. Músculos na locomoção: músculos impulsores geram potência (movimento) músculos desaceleradores absorvem o movimento. Ecto vs endotérmicos - Animais endotérmicos possuem uma TMB 6-10x superior à dos ectotérmicos de massa equivalente (porque regulam a sua temperatura corporal gastando enormes quantidades de energia) - Em ambos os grupos o consumo de oxigénio com a locomoção aumenta linearmente Custo da locomoção - Produção de gâmetas - Cuidados parentais: alimentação, proteção etc. - Corte R-selection: animais que têm muitos filhos, pequenos e não gastam muita energia com cuidados parentais (peixes) K-selection: poucos filhos, maiores, devotam mais energia a cuidados parentais (mamíferos) CAPÍTULO 7: CIRCULAÇÃO SANGUÍNEA. Sistema circulatório. Pressão arterial e regulação do fluxo sanguíneo. Sangue.  Em animais com tamanhos inferiores a 1 mm de espessura, os nutrientes são distribuídos pelo corpo por DIFUSÃO. Porém, com o aumento da atividade metabólica dos animais e do seu tamanho, a difusão torna-se inviável. Daí desenvolveu-se o sistema circulatório, que transporta rapidamente várias moléculas como gases, nutrientes, produtos de excreção, hormonas, anticorpos e sais. Constituintes principais do sistema circulatório: - órgão propulsor: coração (impulsiona o sangue pelo corpo todo) - sistema arterial (distribuição do sangue), venoso (retorno do sangue ao coração) e capilares (transferência de materiais entre o sangue e tecidos) O movimento do sangue através do corpo depende dos seguintes mecanismos: - Contração rítmica do coração. - Distensão elástica das artérias após preenchimento pela ação do coração. - Compressão dos vasos sanguíneos durante os movimentos corporais. - Contrações do músculo liso em torno dos vasos sanguíneos. Os sistemas circulatórios podem ser abertos ou fechados. Os sistemas abertos têm um maior volume de sangue para garantir as trocas necessárias entre os tecidos e sangue. Nestes sistemas não existem capilares porque o hemocélio (20%-40% do volume corporal) banha os tecidos diretamente, ao contrário dos sistemas circulatórios fechados que apresentam elevada pressão arterial (+ de 10x mais pressão) e ocupam muito menos volume. Sistemas circulatórios fechados: O fluxo sanguíneo para os vários órgãos pode ser ajustado. O fluido retido nos tecidos é recuperado pelo sistema linfático e devolvido ao sistema venoso. Como é sabido a circulação divide-se em pulmonar e sistémica: Os anfíbios apresentam apenas 3 câmaras no seu coração, havendo menor taxa de oxigenação no sangue arterial dos mesmos (menor eficiência). Coração: Vertebrados Por vezes, pode haver anomalias nas válvulas, onde estas não abrem nem fecham na totalidade (estenótica). Contração rítmica do coração: Sístole: contração. Diástole: relaxamento. Durante a sístole auricular, o ventrículo relaxa (diástole ventricular). A diástole auricular é acompanhada pela sístole ventricular. Como foi visto, os batimentos cardíacos estão relacionados com o nível de metabolismo de um animal e toda a ideia de animais mais pequenos terem um maior batimento cardíaco por terem maior taxa metabólica relativa mantém-se. Novo conceito: Pacemaker: neurogénico vs. miogénico Propagação do impulso elétrico: A onda de excitação espalha-se a partir do nódulo sino auricular para o nódulo atrioventricular através de fibras internodais. As fibras do nódulo atrioventricular (AV) apresentam uma condução muito lenta até ao feixe His. O feixe de HIS através das fibras de Purkinje distribuem a onda de excitação por todas as regiões do miocárdio ventricular muito rapidamente. Condução lenta através das fibras nodais e rápida através do feixe de His, permite que as aurículas e ventrículos contraiam desfasadamente. → Conferindo ritmicidade ao batimento cardíaco e não contraírem ao mesmo tempo. Tudo em ação: Eletrocardiograma: - Regista a atividade elétrica do coração que se propaga até à superfície corporal. - Mede os processos de excitação e repolarização das membranas das células musculares cardíacas. - É medida com elétrodos em várias zonas do corpo de forma a fornecer uma base comum e vários pontos de registo para obter valores fiáveis. - EKGs podem revelar episódios de taquicardia, bradicardia, fibrilação ventricular (ventrículos descoordenados) e heart block (falha em estimular os ventrículos seguidos de contração auricular). Isto pode-se dever a um mau funcionamento do pacemaker, que leva a bloqueio cardíaco completo ou batimento prematuro. No coração os PA que precedem a contração são de maior duração do que os do músculo esquelético. Nas fibras cardíacas, ocorre uma rápida despolarização mas o PA atinge um plateau no qual permanece algum tempo. O batimento cardíaco é determinado pela frequência de PA 's e extensão da repolarização. O PA inicia-se imediatamente após o precedente, quando a condutância de K + é elevada. Esta diminui gradualmente levando à abertura dos canais de Na + e Ca2+ que desplotam o PA. Plateau cardíaco: O plateau prolongado ocorre devido à entrada contínua de cálcio (Ca²⁺) (através da sua passagem pelos túbulos T na célula) e ao atraso na saída de potássio (K⁺). Este fenómeno é essencial para o funcionamento do coração, permitindo que ele tenha um período de contração mais longo para bombear sangue. Período refratário: ocorre apenas em células musculares cardíacas, e não nas células musculares esqueléticas, de forma a evitar contrações permanentes antes de relaxamento. Daí, os canais de K + responsáveis pela fase ascendente só podem ser reativados após a repolarização. Acerca da entrada de cálcio durante o plateau do potencial de ação do músculo cardíaco: Acoplamento excitação-contração: O Prolongado plateau cardíaco resulta de: – manutenção de uma elevada condutância do Ca2 + – atraso no subsequente aumento da do K + (contrariamente ao músculo esquelético). Nos invertebrados o Ca2 + entra pela membrana. Em aves e mamíferos a maioria é libertado do retículo sarcoplasmático. Propriedades mecânicas do coração: A disposição não retilínea leva a que o sangue não perca momentum. Batimento Cardíaco: Fluxo sanguíneo: Quais são os fatores que alteram o batimento cardíaco? Sistema nervoso simpático, catecolaminas e exercício físico (aumentam a frequência cardíaca e volume sistólico devido aos maiores requisitos em oxigénio) estimulam o pacemaker aumentando a velocidade de propagação do estímulo aumentando os batimentos cardíacos, ejetando um maior volume de sangue num menor intervalo de tempo (com limites, tal como a taxa máxima de enchimento e esvaziamento e circulação coronária [remoção de sangue desoxigenado do coração]). Sistema circulatório periférico:  Sistema pulmonar de aves e mamíferos possui P inferiores às do sistema sistémico, só possível devido à existência de 2 séries de câmaras em paralelo - para garantir melhores trocas gasosas no contexto respiratório. As elevadas P do sistema sistémico permitem manter um trânsito rápido e trocas eficazes nos capilares de pequeno diâmetro. P demasiado elevadas conduzem, no entanto, a uma filtração através das paredes dos capilares que levam a uma drenagem linfática muito extensa. O facto do coração ser dividido permite que haja fluxo corporal com pressões distintas e impede trocas entre circuitos. Nos casos em que não há 4 cavidades, não há capacidade de ter essas pressões distintas, ajustam os fluxos de acordo com as necessidades dos vários órgãos, nos anfíbios e répteis, o fluxo pulmonar é muito reduzido durante mergulhos prolongados para garantir trocas gasosas eficientes. Hemodinâmica: a velocidade do fluxo de sangue não depende da proximidade do coração, mas da área transversal total da área (menor pressão sanguínea para a extensa rede de capilares). - Valves prevent backflow, e a circulação contra a gravidade é garantido para contração muscular de músculos adjacentes à veia. - Varicose: quando as válvulas não estão funcionais ao ponto de haver backflow do sangue, dilatando a veia. Sistema linfático: A linfa, um fluido transparente ou ligeiramente amarelado, é recolhida do fluído intersticial e devolvida ao sangue pelo sistema linfático. Possui glóbulos brancos, mas não vermelhos. Nos mamíferos e outros vertebrados, a linfa é drenada via ducto torácico numa zona de pressão venosa muito baixa (perto do coração). Alguns animais têm corações linfáticos que impulsionam a linfa, sendo que as rãs têm múltiplos. As gorduras e nutrientes lipossolúveis (vitaminas A, D, E e K) passam do lúmen intestinal para o vaso central lacteal. Os peixes não possuem sistema linfático Os sistemas circulatório e linfático estão envolvidos na resposta imune para a defesa do organismo contra infeções através dos leucócitos. Sangue: 1) Glóbulos brancos: Os neutrófilos, eosinófilos e basófilos são leucócitos granulócitos. Agranulócitos: Todas as células do sangue provêm de células estaminais progenitoras hematopoiéticas, que posteriormente se diferenciam em células iniciais do tipo -blastos. Citometria de fluxo: Instrumentos que fazem contagens automáticas de células do sangue. É medida a impedância (medida com corrente elétrica de baixa frequência, mede o volume celular), condutividade (opacidade medida com corrente elétrica de alta frequência) e dispersão frontal da luz (feixe de luz, mede a dispersão luminosa rotada), extrapolando-se o volume celular contra cada uma das três funções discriminantes.  Pode ser incorporada fluorescência neste método. Coagulação:  Um coágulo na circulação pode bloquear o fluxo sanguíneo, normalmente isto é algo que não acontece devido à produção de anticoagulantes como a heparina que inibe a adesão das plaquetas evitando formação de protrombina e trombomodulina, uma proteína da superfície celular que se liga à trombina. Abaixamento do ritmo cardíaco: Nervo vago O aumento do batimento cardíaco implica inativação do vago e ativação dos nervos simpáticos. A circulação é sempre regulada a partir do controlo da pressão arterial, mas garantindo sempre que o cérebro e o oxigénio têm oxigênio suficiente, para além de outros órgãos importantes e manter fatores como o volume tecidular e a composição do líquido intersticial sem alterações significativas. Pressão Arterial e Volume Sanguíneo: O volume sanguíneo é um fator determinante da pressão arterial. Em caso de hemorragia é importante lembrar que há ativação de barorreceptores já que houve mudança da pressão sanguínea. Exercício físico: Controlado pelo SNC, SNP e sistema nervoso local. Há um aumento do fluxo muscular, débito cardíaco e retorno venoso. Há uma diminuição de resistência periférica (quantidade de (ou a falta de) "elasticidade" nas paredes dos vasos). Durante exercício físico intenso, há ligeiro redirecionamento do fluxo sanguíneo do cérebro, coração e outros órgãos para a atividade muscular. Quanto mais vigorosa esta atividade física, mais redirecionamento há de sangue há para os músculos. Mergulho: Aumenta: Resistência periférica através de uma vasoconstrição Diminui: Fluxo renal e Débito cardíaco CAPÍTULO 8: RESPIRAÇÃO. Regulação da troca de gases e respiração. Pigmentos respiratórios O sistema respiratório tem como funções o fornecimento de oxigénio, eliminar CO2, regular pH sanguíneo e produção de sons. Esta imagem explica os mecanismos pelos quais o CO₂ e o O₂ são transportados no sangue, destacando o papel central da hemoglobina e do sistema de bicarbonato. Estes processos são fundamentais para a troca gasosa eficiente e para a manutenção do pH no sangue. O sistema de bicarbonato converte CO₂ em bicarbonato para transporte no sangue, e o Cloride Shift equilibra a carga elétrica durante o processo. Esses mecanismos são cruciais para a troca gasosa e o equilíbrio ácido-base. A hemoglobina é importante na medida em que tem muito mais afinidade para o CO do que para o O2, o que pode ser letal (carbon monoxide poisoning). A afinidade da hemoglobina para o O2 varia com a pressão parcial (numa mistura) deste gás: é alta a P elevadas e baixa a P reduzida.  A maior parte do CO₂ é transportada como bicarbonato, facilitando sua remoção nos pulmões, onde é convertido de volta em gás e exalado. A entrada de Cl- → chloride shift Processos de ventilação: Sistemas traqueais (moscas), que se baseiam na maior difusão dos gases no ar do que na água, sangue ou tecidos. Existem vários sacos aéreos que armazenam ar. Os espiráculos apresentam um ciclo descontínuo de abertura e fecho, libertando CO2 e captando O2. Sistemas Branquiais: Ventilação através do fluxo unidirecional da água (diferenças de pressão entre a cavidade bucal e branquial garante este fluxo); Taxas de ventilação superiores aos animais terrestres devido ao menor conteúdo de oxigênio na água. Animais amoniotélicos são aqueles que excretam a maior parte do nitrogênio metabólico na forma de amoníaco (NH₃). Esse processo ocorre principalmente em animais aquáticos, pois a amoníaco é altamente tóxica e precisa ser rapidamente diluída em grandes volumes de água para evitar danos ao organismo. O sistema respiratório: É formado por uma parte condutora e parte respiratória. Parede alveolar, é formada pelos seguintes tipos de células: Pneumócitos tipo I: célula epitelial de revestimento que forma a estrutura da parede alveolar Pneumócitos tipo II: precursoras dos pneumócitos tipo I secretam o surfactante pulmonar que reduz a tensão superficial impedindo o colapso dos alvéolos. A ventilação caracteriza-se pela contração dos músculos intercostais durante a inspiração e contração do diafragma (moves down), e pelo relaxamento dos músculos intercostais e diafragma na expiração (moves up). ESPAÇOS MORTOS Espaço morto anatómico – corresponde à porção condutora, onde não há trocas gasosas; Espaço morto fisiológico – corresponde a determinados alvéolos que não estão a respirar (patológico). Breathing cycles das aves - a saber. Circulação pulmonar: A pressão arterial na circulação pulmonar, nas aves e mamíferos, é inferior à da circulação sistémica. Isto reduz a filtração de fluidos para os pulmões. Uma maior drenagem linfática também ajuda a reduzir a distância de difusão entre o sangue e o ar. - como já foi visto no sistema circulatório. Circulação em contracorrente (o ar volta para ser ligeiramente aquecido) Turbinas nasais: Labirinto de placas ósseas que levam à conservação de água, aquecimento do ar/ minimizar perdas de calor e funções olfativas. Hipóxia: Os peixes podem: - Reduzir gastos de energia; - Tornar-se mais ativos para escapar para zonas mais oxigenadas; - Ir para zonas mais frias - menor metabolismo; - Ajustar sistema respiratório e cardiovascular - maior ventilação abrindo mais a boca;  A hipóxia também pode ser causada pela altitude, existe uma menor temperatura e pressão de oxigénio, que pode levar a mal de montanha com sintomas como fadiga, dor de cabeça, tonturas, náuseas e insónias, mas que a longo prazo aumentam a quantidade de hemácias produzidas. Lembrar que o DPG aumenta a afinidade da hemoglobina ao O2. Permanência a altitudes elevadas resulta em: - Vasodilatação sistémica - Aumento da frequência respiratória e cardíaca (pode conduzir a alcalose) - Aumento da produção de eritrócitos e dos níveis de hemoglobina no sangue Exposição crónica a hipóxia: - Aumento do volume sanguíneo em 1/3 e diminuição do tempo de circulação - Manutenção da frequência cardíaca - Vasoconstrição dos capilares pulmonares que pode ser reduzida em animais que vivem permanentemente nestes ambientes. - Os humanos são geralmente baixos e com volumes pulmonares por unidade de peso elevados. - Aumento do nº eritrócitos e hemoglobina - Proliferação dos capilares Doença aguda das montanhas: Aumento da ventilação leva a alcalose respiratória (eliminação excessiva de CO2), que causa sintomas semelhantes ao mal de montanha. Acetazolamida: inibidor da enzima anidrase carbónica que leva a um aumento da ventilação facilitando a adaptação nos momentos iniciais; tem efeito diurético.  Os animais pulmonados ao mergulhar usam menos O2 do que os humanos porque têm uma menor taxa metabólica absoluta, mesmo tendo as mesmas reservas. Quanto ao mergulho e ventilação: Os receptores que identificam a presença de água perto da boca inibem a ventilação. Relembrando do módulo de metabolismo: CAPÍTULO 9: OSMORREGULAÇÃO E EXCREÇÃO. Conceitos gerais. Princípios físicos da troca de solutos e fluidos. A água e a osmorregulação. Excreção. Osmorregulação: A distribuição geográfica dos animais depende maioritariamente da temperatura e pressão osmótica deste mesmo ambiente. Noção de que a vida começou no mar, e havia maior semelhança entre fluido extracelular e meio externo ao organismo. Uma membrana citoplasmática mantém diferenças iónicas mas não osmóticas, sendo que um epitélio mantém ambas estas diferenças.  As células reagem aos estímulos de osmorregulação porque a sobrevivência inclui a capacidade de retenção de água e manutenção dos solutos internos. De forma a ter esta retenção de fluídos, os mamíferos têm de ingeri-los, visto que os perdem. Trocas obrigatórias: Dependentes do gradiente entre meio interno e externo e da razão superfície - volume do animal. Os animais pequenos desidratam e re-hidratam mais depressa, visto que a sua relação superfície/ volume é maior do que em animais maiores (volume scales faster than area, relembrando do módulo de metabolismo). A permeabilidade de um tegumento depende da concentração de aquaporinas nesse mesmo tegumento.  As trocas obrigatórias dependem de barreiras a trocas iónicas entre os dois meios e do tipo de superfície de contacto. É pertinente notar que o tegumento nem sempre é permeável. Em artrópodes, a epicutícula impermeabiliza o tegumento e limita a perda de água. Estas epicutículas têm uma camada cerosa que limita MUITO as perdas de água, visto que acima do ponto de fusão das ceras as perdas de água disparam. No caso dos mamíferos, há peles tão impermeáveis que servem para transportar água hoje em dia, que são usadas para fazer garrafas etc. As perdas de água podem ser feitas a partir de suor, normalmente acontece para diminuir a temperatura corporal, visto que o vapor de água libertado com o suor liberta calor do corpo do animal.  Noção importante - água metabólica, com alto conteúdo em lípidos. Esta é a principal fonte de água do canguru do deserto. Há também grandes perdas de água durante a respiração por parte dos terrestres. Como já foi estudado no módulo de respiração, as trocas gasosas em contracorrente conservam calor e reduzem a perda de água na respiração. É possível um animal desidratar por não estar num ambiente osmoticamente natural para esse animal (maior ou menor concentração de sal). Adaptações: Estratégias de osmorregulação: Muitos animais osmoconformes mantêm o volume celular em ambientes hiperosmóticos através do aumento da concentração de iões orgânicos, evitando assim trocas iónicas que podem interferir com atividades enzimáticas: UREIA e ÓXIDO DE TIMETILAMINA (TMAO). Os elasmobrânquios acumulam ureia de forma a manter a diferença iónica, mas pouca diferença de osmolalidade. Os animais osmorreguladores realizam a regulação da osmolaridade nos rins, brânquias e glândulas do sal, chamam-se a estes órgãos: órgãos osmorreguladores, têm o objetivo de reter água e manter a concentração dos solutos internos uniforme conforme o meio ambiente No metabolismo, o rim tem como grande objetivo eliminar os produtos tóxicos e a água. Dependente do organismo, o nefrónio do rim adapta-se de forma a ir de encontro às necessidades de regulação de osmolaridade. Outros órgãos osmorreguladores:  Nos metazoa depende das propriedades do epitélio de transporte localizado: - Brânquias - Pele - Rim - Intestino. Adaptação do nefrónio: Gradientes eletroquímicos: conseguidos a partir de bombas como V e P-ATPases. Células epiteliais: A composição do líquido extracelular/intersticial depende da osmorregulação conseguida pelas células epiteliais. Estas estão em contacto com compartimentos internos e todas as restantes células do animal. São células que contém duas superfícies, a basal (serosa) e a apical (mucosa ou luminal). Bomba Na +/K+ - Esta bomba diretamente ou indiretamente suporta o movimento de muitas outras substâncias…. Formação de urina: Cápsula de Bowman: Pressão:  A taxa de filtração glomerular (TFG): volume de líquido filtrado para a cápsula de Bowman por unidade de tempo Quando é mantida a pressão arterial média entre 80 mmHg e 180 mmHg, a TFG é em média 125mL/min. Anatomia: Tubo contornado proximal: Epitélio simples cúbico com bordadura em escova Estrutura ideal para a reabsorção de sal e água: ↑ área de superfície, promovendo a difusão de água e sal do lúmen tubular para as epiteliais. Início do processo de concentração do filtrado glomerular. É o passo mais importante na reabsorção ativa de sais. Para além de reabsorção de Na+, Cl- e H2O no tubo contornado proximal, há co-transporte de glicose. Vasa recta circula em contra-corrente e recupera a água que sai da ansa de Henle. Na Ansa de Henle há aquaporinas, e a sua quantidade dita a permeabilidade do tegumento (relembrando). Em condições áridas, há maior retenção de água na ansa de Henle, enquanto que em condições normais não. Túbulo contornado distal: Tubo coletor: Regulação hormonal: A regulação hormonal da formação de urina está sob o controlo de inúmeras hormonas. Por exemplo: - ADH (vasopressina) aumenta a reabsorção de H2O (relembrando). - PTH (hormona da paratiróide) aumenta a reabsorção de Ca2+ (como faz noutros tecidos) - Aldosterona (Aumenta a reabsorção de Na+ e excreção de K+) - ANP (Peptídeo natriurético atrial) - diminui a reabsorção de Na+ Atividade da aldosterona: Unknown ? Vasopressina: Resumo: Excreção de produtos azotados: A forma de como é excretada depende, porque diferentes animais excretam os produtos azotados de formas diferentes porque os seus produtos azotados existem sobre diferentes formas no seu organismo. Aves e patos têm produtos azotados maioritariamente na forma de ácido úrico, enquanto mamíferos têm estes produtos na forma de ureia. A síntese de ureia gasta ATP, logo a excreção de amónia, se houver disponibilidade de água fica mais económica energeticamente. Aclimatização e migração: Durante as migrações, os peixes migradores têm de se aclimatizar a diferenças de salinidade. Esta é dependente de cortisol que aumenta a atividade da bomba Na +/K+, aumentando a excreção de sódio. Há muitos fatores de regulação de genes e mudanças de expressão de certos genes (maioritariamente transportadores de iões e de hormonas que levam a mudanças relevantes à aclimatização no novo ambiente). Sebenta Fisiologia Animal 2024/2025: Parte prática. João Pedro Fernandes Moutinho Atividade 1- Neurofisiologia dos impulsos nervosos: Feita in silico. Política dos 3Rs: R- substituir e R- refinar como são usados os animais. PAs e estímulo nervoso: O impulso nervoso tem uma voltagem threshold necessária para se estabelecer um potencial de ação, este pode ser ligeiramente variável entre indivíduos da mesma espécie mas segue uma distribuição normal havendo uma média bem definida para este valor. Uma maior voltagem para estimular um nervo leva a um maior pico de voltagem e a um maior vale de repolarização, visto que há mais axónio do feixe nervoso a serem estimulados (até se atingir um pico limite quando todos os axónios são estimulados). O nervo também foi estimulado por ação mecânica e térmica para além da ação elétrica. A ação mecânica foi feita por uma glass rod que levou a um PA igual ao do threshold potential. A estimulação térmica levou a um maior pico e vale de PA em comparação à glass rod sem aquecimento. Isto deve-se a um maior número de estímulos levarem a uma maior resposta em termos de PA. Quanto à ação química: a solução de NaCl levou a um PA. Estimulando o nervo (salted) com threshold potential não houve PA. Limpando o nervo (salted → unsalted), este tem um PA quando é limpo. Apesar disso, o nervo fica permeável ao sódio, o que leva à despolarização. Em suma, em laboratório a estimulação preferida é a mecânica por ser a mais barata. Inibição da resposta nervosa: Adicionando éter ao nervo: não há PA. Este demora algum tempo até voltar ao normal quando estimulado repetidamente por um estímulo elétrico (6 minutos). Isto é porque o éter se liga aos canais de Na +. Adicionando curare ao nervo: Há PA, mas de um só axónio. O efeito do curare é de parálise num nervo. Liga-se aos binding sites de acetilcolina no nervo pós-sináptico, impedindo a mesma de agir. Assim é impedido o impulso neural de neurónio para neurónio. Adicionando lidocaína ao nervo: não há PA, visto que a lidocaína é um antagonista da abertura de canais de Na +. Velocidade de condução nervosa: nervos variam em tamanho (diâmetro, não comprimento) nervo earthworm frog(médio, rat 1 (médio rat 2 (médio (small) mielinizado) sem mielina) com mielina) threshold 5 3 2,5 2,53 elapsed time 4,72 1,39 2,31 0,69 from stimulation to PA. conduction 9,11 30,95 18,61 62,32 velocity - nervo + pequeno = + voltagem de threshold A amarelo - comparáveis porque são da mesma espécie, só varia a mielinização Nervo mielinizado = condução nervosa mais rápida, devido à natureza saltatória do PA.  A resistência de um fio elétrico diminui com o seu tamanho. O mesmo acontece para os nervos da atividade. Maior tamanho de nervo = maior velocidade de condução. Atividade 2- Ação da insulina e adrenalina na glicemia: De acordo com soluções padrões que simulam os valores de glicose no sangue de coelhos ao longo do tempo, foram traçados dois gráficos de pontos com estes valores para cada hormona, a insulina e a adrenalina. Efeitos de cada uma das hormonas: - Adrenalina: hiperglicemia transitória (fight or flight = stress response = necessidade de energia) - > glicose = glicogenólise muscular e hepática + gluconeogénese; - Ação rápida, > 3 minutos, em efeito prolongado há ainda maior aumento da curva de hiperglicemia; - Insulina: hipoglicemia (glicose vai do sangue para as células); - Efeito não imediato de hipoglicemia, ao início o nível de glucose no sangue aumenta porque possivelmente o coelho ficou stressado ao ser manuseado (um pouquinho de adrenalina causou hiperglicemia) e depois aí sim atuou a insulina. Em condições normais há apenas hipoglicemia causada pela insulina. Atividade 3: Identificação dos tipos de fibras musculares esqueléticas através de técnicas histoquímicas. Pergunta tipo exame (dita na aula): Numa preparação histológica corada com hemateína-eosina pode-se distinguir fibras tipo I e IIB ? R: Sim em peixes porque coram de forma diferente, mas em coelho não, visto que coram da mesma forma. Num peixes elas são diferentes e estão segregadas espacialmente em diferentes compartimentos, ao contrário do coelho em que estão misturadas. Fibras musculares: Tipo I: + resistentes ao cansaço, + mitocôndrias e vascularização Tipo IIA e IIB: B são maiores, e as duas são menos vascularizadas e têm menos mitocôndrias. Mix coelho: Segregação na truta: SDH: “Succinato desidrogenase (SDH) Os tipos de fibras musculares podem ser identificados através de métodos histoquímicos, nomeadamente a determinação da atividade ATPásica da miosina (mais elevada nas fibras do Tipo II) e da succinato desidrogenase, SDH (mais elevada nas fibras do Tipo I). Neste trabalho prático iremos apenas utilizar o método que permite avaliar a intensidade da atividade da SDH no músculo, permitindo distinguir as fibras oxidativas, do Tipo I, das fibras não oxidativas, do Tipo II (na realidade, menos oxidativas).” > precipitado em células musculares com maior número de mitocôndrias, logo, as fibras musculares são distinguidas uma da outra a partir de atividade enzimática. Notas: As preparações foram fixadas a frio para não haver perda de função protéica. Atividade 4: Fisiologia do músculo estriado esquelético. The Graded Muscle Response to Increased Stimulus Intensity: Uma maior voltagem gerava uma curva de força maior do que uma menor voltagem. Esta vai aumentando com o aumento da voltagem até se atingir um máximo porque houve o recrutamento de todas as unidades funcionais do músculo. Determinar período latente: “When you measure the length of the latent period from a printed graph, you measure the time between the application of the stimulus and the beginning of the first observable response (increase in force)”. Este período do músculo é caracterizado por atividade intracelular em que há saída de Ca 2+ no retículo sarcoplasmático. Investigating Treppe: “When a muscle first contracts, the force it is able to produce is less than the force it is able to produce in subsequent contractions within a relatively narrow time span.” Virtualmente verificou-se este efeito que a cada estímulo, havia um aumento de força, devido a um aumento de eficiência enzimática muscular. Investigating Wave Summation: “Multiple motor unit summation relied on increased stimulus intensity in that simulation. Another way to increase force is by wave, or temporal, summation. Wave summation is achieved by increasing the stimulus frequency, or rate of stimulus delivery to the muscle. Wave summation occurs because the muscle is already in a partially contracted state when subsequent stimuli are delivered.” > frequency = > force generation Investigating Tetanus/ Fusion Frequency: > frequência/ contrações sucessivas = > velocidade de contração até plateau (tétano). Investigating Muscle Fatigue: Devido à depleção de ATP. Descanso. Pequena produção de ATP durante o descanso. Há produção de ATP durante os dips de força. Isotonic contraction: A relação entre resistência e velocidade de encurtamento é inversa. Quanto à velocidade de recrutamento, há uma maior velocidade de recrutamento para um menor peso. Investigating the Effect of Load on Skeletal Muscle: Há um plateau no gráfico condicionado pela resistência do peso no músculo. Atividade 5: Fisiologia digestiva de animais ruminantes Durante a observação de protozoários ao microscópio, é possível observar uma movimentação aureolada dos organismos, isto indica haver atividade microbiana na amostra. Teste de redução do azul de metileno: Quanto mais rápido voltar ao normal a cor, maior a atividade microbiana. Medição de produção de gás: Ordem decrescente de produção de gás: glícidos (palha), proteínas (soja) e lípidos (milho). Isto deve-se ao facto do gás produzido advir da fermentação de hidratos de carbono a propionato, butirato e ace