Termorregulação http://lucasnicolau.com/?num=artigos&artigo=2

A termorregulação é a capacidade de um organismo de promover a manutenção de sua temperatura normal. O processo de termorregulação faz parte da homeostase corporal, já que trabalha com a termogênese e a termodispersão. Todos os seres vivos homeotérmicos possuem um mecanismo intrínseco que os ajuda a se manter em uma determinada temperatura para que não ocorra perda da funcionalidade do sistema. Em temperaturas muito elevadas ocorre desnaturação proteica e temperaturas muito baixas podem gerar hipotermia. Para o início dos estudos é preciso que se reconheça três tipos diferentes de temperatura que podem ser medidos por um termômetro específico.

Tipos de Temperaturas

Temperatura do Ambiente

É a temperatura do ambiente em que o indivíduo está submetido, ela pode variar incrivelmente de um lugar para o outro.

Temperatura da pele

É a temperatura periférica do indivíduo e é modificada de acordo com a temperatura do ambiente.

Temperatura Central

É a temperatura dos tecidos profundos do corpo e só é alterada em patologias ou quando ocorrem temperaturas ambientais extremas.

A Temperatura corporal

A temperatura corporal é controlada pela proporção entre a produção e perda de calor. Seguindo a equação acima, se você tem aumento da produção de calor sem modificação da perda, terá um aumento da temperatura. O inverso também é verdadeiro, mas para a diminuição da temperatura.

Produção de Calor

O corpo humano consegue produzir calor através de vários mecanismos. A maior parte do calor é produzida pelos músculos esqueléticos (pelo metabolismo basal e atrito), o coração (pelo metabolismo basal e bombeamento sanguíneo), o fígado (pelo metabolismo basal e estimulação simpática) e o cérebro (pelo metabolismo basal). Vamos falar sobre cada uma delas:

Calor pelo músculo

Na presença de cálcio e disponibilidade suficiente de ATP (Trifosfato de Adenosina), os sarcômeros presentes no músculo se encurtam. O encurtamento dos sarcômeros leva a subsequente contração de todo o músculo. Porém, para que o músculo possa se contrair é preciso que ele vença a viscosidade do próprio músculo e dos seus tecidos vizinhos. Este movimento contra uma força (gerada pela viscosidade) gera atrito, que por sua vez gera calor. Todo movimento muscular gera calor, especialmente os calafrios. Por este motivo, pessoas durante um exercício físico tendem a ter um aumento temporário e não patológico da temperatura corporal.

Calor pelo bombeamento sanguíneo

Quando o coração entra em sístole, ocorre a abertura da valva aórtica e os ventrículos se contraem. O sangue é ejetado para fora do coração em direção a aorta. Assim que o sangue entra no sistema arterial ocorre uma distensão da parede dos vasos. Esta distensão é provocada pelo atrito do sangue com a parede dos vasos que também acaba gerando calor. O tipo do fluxo sanguíneo também altera a quantidade de atrito e subsequentemente de calor produzido. Um fluxo sanguíneo laminar produz pouco atrito com a parede vascular, mas um fluxo sanguíneo turbulento (cisalhamento ou Shear Stress) promove muito atrito e gera mais calor.

Calor pelo Metabolismo Basal

O metabolismo basal (MB) é o gasto energético mínimo para o funcionamento adequado do corpo. Estão incluídos no MB o catabolismo e o anabolismo de proteínas indispensáveis para o corpo humano. O catabolismo produz calor pela quebra das ligações peptídicas entre os aminoácidos e o anabolismo também o produz pela sua necessidade de produção de ATP (Trifosfato de Adenosina) para realizar a ligação peptídica. O corpo humano não consegue

converter toda a energia de uma molécula para outra com eficiência total, o calor então aparece como um subproduto da transformação da energia entre seus vários estados. Como a eficiência termodinâmica do corpo humano não é 100%, cada vez mais reações complexas o nosso corpo realizar, mais calor ele terá gerado. Sabendo que o MB produz calor, qualquer substância que o intensifique também estará aumentando a termogênese. As substâncias que aumentam o calor de forma indireta pelo aumento do metabolismo basal são:

Hormônios Tireoidianos

A tiroxina (T4) é o hormônio mais potente para o aumento do metabolismo basal, podendo aumenta-lo em até 100% do normal. Por ser um hormônio lipossolúvel, consegue atravessar facilmente a membrana plasmática e no citosol é convertida em triiodotironina (T3) que atua em seu receptor dentro do núcleo celular. Este receptor, por sua vez, leva à indução gênica de diversas proteínas, aumentando o metabolismo.

Hormônio Sexual Masculino

A testosterona aumenta o metabolismo em até 15%. Este aumento está relacionado ao seu efeito anabólico. A testosterona atua no músculo esquelético aumentando a quantidade de filamentos de actina e miosina. Também eleva a quantidade de enzimas plasmáticas, aumentando o tempo de vida de várias células.

Hormônio do Crescimento

O hormônio do crescimento também eleva o metabolismo pela indução da produção de somatomedinas pelo fígado. A somatomedina C (IGF-1 ou Fator de Crescimento Semelhante à Insulina) é a mais importante. Ela se liga ao receptor da Insulina e tem os mesmos efeitos anabólicos de estimulação da síntese proteica.

Efeito termogênico dos alimentos

Durante as refeições, o alimento precisa ser metabolizado (digestão, absorção e armazenamento). Estes processos metabólicos são complexos e precisam de uma série de ajustes no organismo. Enzimas como o tripsinogênio e a lipase pancreática precisam ser biossintetizadas, além da bomba de prótons (H+) e cloreto (CL-) que deve estar ativa no estômago para manter um ambiente com um pH baixo (Ácido). Tanto a biossíntese como o bombeamento de Ácido Clorídrico (HCL) são mecanismos dependentes de ATP, e portanto, precisam de energia. A maior produção de ATP para atender esta demanda também gera calor.

Efeito da estimulação simpática

A epinefrina e noraepinefrina liberada através da estimulação simpática aumentam as atividades metabólicas em todo o corpo promovendo taquicardia, taquipneia, direcionamento do fluxo sanguíneo da pele para os músculos e estimulação dos hepatócitos para promover a glicogenólise. Claro, estes mecanismos geram calor.

Perda de calor

A perda de calor para o ambiente ocorre em dois níveis, primeiro ocorre a condução do calor da temperatura central para a temperatura da pele e logo em seguida a condução da temperatura da pele para a temperatura do ambiente.

Do centro para a pele

Logo abaixo da epiderme, uma grande quantidade de vasos sanguíneos estão dispersos por toda a superfície cutânea do ser humano. O sistema nervoso simpático controla o fluxo sanguíneo desses vasos através da vasoconstrição das arteríolas e das anastomoses arteriovenosas. O sangue que segue o fluxo para a derme está com a temperatura muito próxima da temperatura central do corpo, ao se aproximar da pele (que está em uma temperatura menor) o calor se propaga na direção da superfície corporal. Deste modo, o calor produzido nos órgãos profundos é dissipado por condução para a pele.

Da superfície cutânea para o ambiente

Radiação

A maior parte da dissipação de calor para o ambiente ocorre através da radiação por ondas de infravermelho (60%). O infravermelho é uma onda eletromagnética que está fora do espectro visível dos seres humanos pois seu comprimento de onda é muito longo para ser detectado pelo olho humano. Todos os objetos que possuem algum calor (acima do zero absoluto) emitem ondas em infravermelho; cada vez maior sua temperatura, maior é a quantidade de calor irradiada. Objetos comuns como copo, papel e gelo também emitem tais raios, porém, como são mais frios que os seres humanos, irradiam uma menor quantidade de calor. Desta maneira, o ser humano irradia uma quantidade maior do que a que recebe, perdendo calor.

Condução

A condução é a perda de calor por contato, quando um objeto se encontra com outro eles dividem sua energia (calor) de modo que o que estava mais quente perde calor e o mais frio ganhe calor. Sendo o ser humano mais quente que o objeto, ele irá perder calor. Em objetos sólidos como cadeira, cama e acentos apenas 3% do calor é dissipado. Já na condução com o ar, 15% do calor pode ser transferido para o ambiente através da ajuda da convecção que veremos abaixo.

Convecção

A corrente de convecção segue a lei de que os gases mais quentes sobem e os mais frios descem. Assim, quando o ar que está em contato com a

superfície cutânea esquenta, ele tende a subir e um “ar novo” ainda não aquecido toma seu lugar. Este "ar novo" também vai ser aquecido e o ciclo continua. Desta maneira, sempre é possível ter um ar mais frio em contato com a pele e ajuda na condução pelo ar (15%). Pode se conseguir o mesmo efeito com o vento, porém, com uma rapidez maior. A piloereção e as vestes, pelo contrário, limitam a corrente de convecção criando uma zona privada entre a pele e o tecido, impedindo com que o ar seja renovado com rapidez e conservando o calor.

Evaporação

Para que a radiação, condução e convecção funcione com a finalidade de dissipar calor, é preciso que a temperatura ambiente seja inferior à temperatura da superfície cutânea; caso o contrário, o corpo irá ganhar mais calor do que perder. Uma solução para a perda de calor cutânea quando a temperatura ambiente é mais elevada que a da pele é a evaporação. O mecanismo da evaporação começa com o suor, a água consegue absorver mais calor que o ar, sendo assim, quando ocorre evaporação do suor também acontece perda de calor. Mesmo que não ocorra suor, a pessoa transpira insensivelmente através dos pulmões (expiração) e da pele e sem nem ao menos perceber, exala 600 a 700 mL/dia. Esta evaporação não perceptível é importante na manutenção da homeostase corporal.

Mecanismos Termorregulatórios

Mesmo que a temperatura ambiente varie de 13 a 54,5 ºC a temperatura corporal não se modifica muito (36,1 a 37,8 ºC), isto se deve ao mecanismo de termorregulação do corpo coordenado pelo hipotálamo e suas rertroalimentações (feedback).

Detecção da temperatura

A temperatura corporal pode ser percebida pelo corpo de diversas maneiras. A pele possui diversos receptores diferentes para o frio e o calor, estes são os receptores periféricos e estão expostos à temperatura do ambiente. Também existe os receptores profundos que são encontrados na medula espinhal, vísceras abdominais ou ao redor das grandes veias. Estes receptores captam a temperatura central do corpo. Em ambos os casos os receptores para o frio estão em muito maior número que os detectores de calor, de tal forma que estão mais propensos a prevenir a hipotermia que a hipertermia. O núcleo anterior e pré-optico do hipotálamo também possuem grande quantidade de neurônios sensíveis à mudança de temperatura, tanto para o frio e para o calor, sendo o regulador mais potente.

Os sinais sensoriais provenientes dos receptores periféricos, profundos, do núcleo pré-optico e anterior são transmitidos para o núcleo hipotalâmico posterior, onde integra as informações recebidas e controla a perda e produção de calor no corpo através da ativação de mecanismos efetores.

Mecanismos efetores de diminuição da temperatura corporal

Vasodilatação periférica Sudorese Medidas Comportamentais Diminuição da termogênese

o ↓ Calafrios o ↓ Termogenina o ↓ Metabolismo Basal o ↓ Estimulação Simpática o ↓ Hormônios Tireoidianos

A vasodilatação ocorre pela inibição dos núcleos simpáticos do hipotálamo que promovem vasoconstrição das anastomoses arteriovenosas e arteríolas cutâneas. Acima de 37 ºC, qualquer aumento da temperatura corporal é manifestada por sudorese que faz com que a perda de calor por evaporação seja intensa. A diminuição da termogênese ocorre por inibição dos mecanismos que promovem a termogênese, descritos abaixo.

Mecanismos efetores de aumento da temperatura corporal

Vasoconstrição periférica Piloereção Medidas Comportamentais Aumento da termogênese

o ↑ Calafrios o ↑ Termogenina o ↑ Metabolismo Basal o ↑ Estimulação Simpática o ↑ Hormônios Tireoidianos

A vasoconstrição é causada pela estimulação dos centros simpáticos no núcleo hipotalâmico posterior. A piloereção é o levantamento dos pelos na posição vertical. Esta disposição faz com que uma camada de ar se mantenha próximo à superfície corporal, diminuindo a perda de calor por condução com o ar. A termogênese está relacionada tanto ao aumento do metabolismo, quando pelos calafrios e o tecido adiposo marrom, vistos abaixo:

Aumento da termogênese pelos calafrios

No núcleo posterior do hipotálamo, existe o centro motor primário para os calafrios. O núcleo pré-optico normalmente inibe este centro por estimulações vindas de seus neurônios sensíveis ao calor, porém, com os sinais de frio oriundos da pele e da medula espinhal seguindo de queda da temperatura corporal o centro fica ativado. Ele transmite sinais pelos cornos laterais da medula onde fazem sinapse com neurônios eferentes que saem da medula pela raiz anterior e chegam até os músculos onde aumentam o tônus muscular esquelético. O fuso muscular percebe que o músculo está com o tônus aumentado e manda sinais sensitivos para a medula por neurônios aferentes pela raiz dorsal da medula para que ocorra relaxamento muscular. O músculo relaxa por causa da inibição no neurônio eferente, mas logo em seguida o efeito do neurônio aferente acaba e o neurônio eferente volta a contrair o músculo recomeçando o ciclo. Esta oscilação gera os calafrios que movimentam o músculo de forma que ele aumenta e perde seu tônus constantemente. Esse movimento gera atrito com as outras fibras musculares e os fluidos que estão em contato com o músculo, gerando calor.

Aumento da termogênese pelo tecido adiposo marrom

A estimulação simpática é conhecida como termogênese química. A epinefrina e a noraepinefrina liberada pelo sistema nervoso simpático atua sobre o tecido adiposo marrom, este tecido é abundante em neonatos e mais raro no adulto, na adaptação crônica ao frio grandes quantidades de epinefrina e noraepinefrina podem ser liberados induzindo a diferenciação do tecido adiposo branco (normalmente encontrado) para o tecido adiposo marrom. Neste tipo específico de adipócito, a estimulação simpática induz a biossíntese da termogenina, uma proteína desacopladora presente nas cristas mitocondriais. Seu papel é fornecer uma via alternativa para os prótons (H+) passarem do espaço intermembrana da mitocôndria para a matriz mitocondrial sem serem passarem pela enzima ATP sintase. Os complexos enzimáticos I, III e IV presentes na membrana mitocondrial interna atiram vários prótons para o espaço intermembrana e estes prótons voltam para a matriz mitocondrial pela enzima ATP sintase. Esta enzima utiliza a energia química gerada pela diferença de concentração do próton entre os dois lados da membrana mitocondrial para fazer a ligação entre o Pi (Fosfato Inorgânico) e o ADP (Adenosina Difosfato) formando ATP. Quando a termogenina está presente ela oferece um caminho bioenergéticamente mais favorável para os prótons voltarem à matriz mitocondrial, uma vez que não há a conservação da energia em ATP. Por outro lado, a energia química que foi gerada pela concentração do próton no espaço intermembrana é transformada em energia térmica (calor). Além disso, para manter os mesmos níveis de ATP, os complexos (I, III e IV) terão que trabalhar mais rapidamente, atirando mais prótons para o meio intermembrana já que nem todo próton está sendo direcionado para a formação de ATP.

A perda de calor percebida pelo núcleo hipotalâmico pré-optico aumenta a produção do hormônio liberador de tireotrofina (TRH) que é levado pelo sistema porta hipotálamo-hipofisário até a hipófise anterior que produz o hormônio estimulador da tireoide (TSH). O TSH estimula a liberação de tiroxina (T4) e triiodotironina (T3) pela tireoide. Estes hormônios também ativam a termogenina (proteína desacopladora) produzindo mais calor. Além disso, estes hormônios aumentam o metabolismo basal.

Medidas comportamentais

Um dos mecanismos de regulação da temperatura corporal é o mecanismo consciente. O frio e calor não ativam somente receptores térmicos. Em

temperaturas extremas, fibras nervosas para dor são ativadas. Estas fibras passam pela substância gelatinosa da medula (em vermelho na imagem) e seguem por vias ascendentes em direção ao córtex cerebral. No córtex cerebral, a dor se torna consciente. No hipotálamo e em várias estruturas do sistema límbico, são ativados os centros de punição que faz com que a pessoa se sinta desconfortável. A sensação de desconforto (hiperaquecimento ou hipoaquecimento), leva a pessoa a modificar o ambiente ou procurar locais apropriados que ofereçam um alívio. Quando alguém está em um lugar extremamente frio, o centro de recompensa só é ativado quando ela se deslocar para um lugar mais quente. Até lá, o centro de punição continuará ativo.

Ponto de Ajuste da temperatura ("set point")

O ponto de ajuste ou set point da temperatura corporal é a temperatura que o corpo tenta manter através dos mecanismos termorreguladores. Em um ser humano o ponto de ajuste da temperatura central é 37,1 ºC pois alteração deste valor para cima induz a perda de calor (sudorese) e para baixo, a produção de calor (calafrios). O grau de eficiência de um sistema de manter um certo valor constante é denominado ganho do feedback e ele é alto em relação à temperatura corporal, em média de 27. Outros mecanismos como o controle

da pressão arterial têm ganho de feedback inferior a 2. Através desta alta eficiência a temperatura corporal pode ser corrigida com pouca margem para erros. A temperatura da pele pode alterar o ponto de ajuste, adiando ou retardando calafrios ou sudoreses. Estes mecanismos são importantes pois preveem a queda da temperatura interna e tentam impedi-la. Quando a temperatura da pele está alta (33ºC), o ponto de ajuste se estabelece em uma temperatura mais baixa (36,7ºC). Quando a temperatura da pele está baixa (29º), o ponto de ajuste se estabelece em uma temperatura mais alta (37,4ºC). Seguindo esta lógica, quando a temperatura ambiente está alta, a temperatura da pele também subirá. Quando a temperatura da pele aumentar, o ponto de ajuste diminui e fica mais fácil ocorrer sudorese para eliminar o excesso de calor

Novamente, quando a temperatura da pele está alta o ponto de ajuste se estabelece em uma temperatura mais baixa e vice-versa. Quando a temperatura da pele diminuir, o ponto de ajuste aumenta e fica mais ocorrer calafrios que aumentam a produção de calor.

Desregulação do Ponto de Ajuste da temperatura("set point")

Por vezes, o organismo não irá manter a temperatura corporal estável. Várias moléculas podem agir no hipotálamo e reajustar o set point hipotalâmico. Por exemplo, em um processo inflamatório, várias substâncias conhecidas como pirógenos(endógenos como IL-1 e IL-6 ou exógenos como o lipopolissacarídeo de bactérias) podem agir no hipotálamo elevando o set point rapidamente. Com o aumento do ponto de ajuste, o corpo sente que sua temperatura que antes estava normal (pois estava de acordo com o ponto de ajuste) agora está baixa e vários dos mecanismos efetores para o aumento da temperatura corporal são ativados. Em algumas horas, a temperatura corporal atinge o set point e se normaliza. Quando os pirógenos param de atuar, o set point retorna a valores mais baixos e o corpo percebe que sua temperatura está muito elevada. São então ativados os mecanismos efetores de diminuição da temperatura corporal. Sempre a temperatura corporal vai tentar acompanhar o set point, esteja ele regulado corretamente ou não. Este é o mecanismo de desregulação da temperatura corporal em algumas doenças e também durante uma síndrome febril.

Bibliografia

Guyton, A.C.; Hall, J.E.. Tratado de Fisiologia Médica. 12ed. Elsevier, 2011. David, L. Nelson; Michael, M. Cox.. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5ed. Artmed, 2011. © Imagens, all rights. Guyton, A.C.; Hall, J.E.. Tratado de Fisiologia Médica. 12ed. Elsevier, 2011. © Imagens modificadas de. Koeppen, B.M.; Stanton, B.A.. Berne & Levy Fisiologia. 6ed. Elsevier, 2009. © Imagens modificadas de. David, L. Nelson; Michael, M. Cox.. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5ed. Artmed, 2011.