Escassez de recursos no ambiente e efeitos sobre o

metabolismo celular

36 s ~42 d Tempo (h) até atingir o limite letal

0,01 0,1 1,0 10 100 1000

Início da privação

O2

CalorÁgua

Nutrientes

Nívelnormal

Nívelletal

O2

Metabolismo Basal

Mitocondrial90%

Oxidases10%

ATP80%

‘Leak’20%

Sínteseprotéica25-30%

Na+K+ATPase19-28%

Ca2+ATPase

4-8%

ActMioATPase

2-8%Gliconeo

7-10%

Uréia3%

mRNAetc

Pasteur effectsustains ATP

demandExhaustion offermentable

substrateATP & pHi fall

Chronic membrane damage & leakage

Net Na+ influx & K+ efflux

Mito, ER & plasmamembrane depolarize

Massive Ca2+ entry into cytosolfrom organelles & cell exterior

Activation of phospholipasesand Ca2+-dependent proteases

Membrane rupture

Cell Death

ATP

turn

over

time in anoxia

aerobe

facultative anaerobe

The Sequence of Events Leading to Anoxic Cell Death

demanda metabólica ventilação

SISTEMA REGULADOR

neurôniosmarca-passo

atividade espontânea, produz o ciclo respiratório

básico

detector sensorial

efetuador motor

Ventilação: Trabalho Muscular

Controle Neural Complexo

• grupo de neurônios no cordão nervoso ventral do verme Arenicola formam o “marca-passo” respiratório• gânglio sub-esofágico de crustáceos decápodes

• gânglios do cordão nervoso ventral de insetos• vertebrados em geral: “marca-passo” na região medular + gânglios extra-medulares (modulação)

Estímulos ? PO2 , PCO2 (arterial e no ambiente), estiramento da cavidade branquial, estresse osmótico, estresse mecânico, etc...

Receptores ??Natureza e localização pouco conhecidas em muitos animais

Animais aquáticos

• Ventilação tem alto custo metabólico (5-10% da taxa metabólica de repouso)

H2O: 1 L (1Kg) = 1 mLO2

Ar: 25 mL (25 mg) = 1 mLO2

• Baixo coeficiente de difusão e conteúdo de O2, alta taxa de fluxo, razão V/Q ótima em torno de 10-20

Baixo VO2 máximo e de repouso

Animais terrestres

Estímulo primário: PCO2 – Por que?

• Coeficiente de solubilidade do O2 e CO2 no ar é similar; metabolismo causa uma mudança equivalente na pressão parcial de O2 e CO2 no sangue

• Distúrbio do equilíbrio ácido-básico

• PO2 pode não ser um indicador acurado do conteúdo arterial de O2

VO2 máximo e de repouso maiores (maior disponibilidade de O2

em meio aéreo)

1000

800

600

400

200

100

1000

800

600

400

200

100

% v

entil

ação

de

repo

uso

peixepulmonado

galinhapeixepulmonado

jaboti

cobra

rato

homem

lagarto peixepulmonado

cobra

rato

andorinha

homemjaboti

peixepulmonado

galinha

caranguejo

caranguejo20 15 10 5

% O2

5 10 15% CO2

respiração aquáticarespiração aérea

O PAPEL DO O2 E DO CO2 NO CONTROLE DA VENTILAÇÃO

• ventilação no repouso é cerca de 5 - 7 L/min, extração de O2 cerca de 200 - 300 mL/min

• No exercício extenuante, a ventilação pode aumentar até 100 - 150 L/min e a extração de O2 até 3 – 7 L/min. Sem o ajuste, as reservas de O2 do sangue seriam esgotadas em cerca de 15 segundos.

• Causas primárias do aumento da ventilação no exercício:

- falta de O2 ? - acúmulo de CO2 ?

- controle cortical ?

demanda metabólica ventilação

Controle Neural da VentilaçãoA respiração é diferente de quaisquer outras atividades involuntárias e automáticas pois

também está sob nosso controle volitivo. O sistema de controle automático mais primitivo está situado no tronco cerebral, o de controle voluntário situa-se no córtex

motor somático e nas estruturas límbicas do telencéfalo.

Voluntário e outros estímulos de centros superioresCentro pneumotáxico (PONTE)Centro apnêustico

Conexões do sistema ativador reticularCentro respiratório inspiratório e expiratório (BULBO - medula)

Vias descendentes na medula espinhal

Medula cervical

Medula lombar

Vias ascendentes

Via aferente do reflexo

irritante (tosse)

Nervo Frênico

Nervo Vago

NervoIntercostal

Via aferente receptor

justacapilar alveolar

Via aferente do reflexo de estiramento

Hering-Breuer (no homem,

apenas na insuflação

máxima)

Controle Químico da VentilaçãoOs quimiorreceptores carotídeos e aórticos são terminações nervosas que respondem a variações na PO2, PCO2, ou no [H+] do sangue arterial por meio de respostas reflexas medulares

que promovem o aumento da ventilação

CONTROLE QUÍMICO DA VENTILAÇÃO

1. Quimiorreceptores Periféricos

• estimulados por pH, PO2, PCO2

• desencadeiam ajustes no sistema cardiovascular, favorecendo o fluxo sanguíneo para os tecidos vitais

• resposta rápida graduada

2. Quimiorreceptores Centrais

• provêem a maior parte da estimulação respiratória

• resposta às mudanças na PCO2, apenas• ajuste lento, cerca de 60 segundos – Por que ?

Componentes da Via de Sinalização do O2

EFEITOS AGUDOS

EFEITOS CRÔNICOS

HIPÓXIA SENSORES DE O2 EFETUADORES

canais iônicos

fatores de transcrição

HIPÓXIA Respostas Agudas X Respostas Crônicas

segundos a minutos ..... horas a dias

hiperventilação ativação do metabolismo e do transporte de glicose

aumento do débito cardíaco eritropoiese

vasodilatação arterial sistêmica angiogênese e neovascularização

vasoconstricção pulmonar hipertrofia e remodelagem de tecidos

ativação da tomada de glicose produção de vasodilatadores