Escassez de recursos no ambiente e efeitos sobre o metabolismo celular 36 s ~42 d Tempo (h) até atingir o limite letal 0,010,11,0101001000 Início da privação.

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1 Escassez de recursos no ambiente e efeitos sobre o metabolismo celular 36 s ~42 d Tempo (h) até atingir o limite letal 0,010,11,0101001000 Início da privação O2O2 Calor Água Nutrientes Nível normal Nível letal

2 taxa metabólica de atividade scope for activity “scope for activity” taxa metabólica basal ou padrão para cada organismo há uma taxa metabólica mínima necessária à simples manutenção dos tecidos scope for survival “scope for survival” depressão metabólica ou hipobiose

3 DEPRESSÃO METABÓLICA E HIPOBIOSE E HIPOBIOSE

4 O 2 Metabolismo Basal Mitocondria 90% Oxidases 10% ATP 80% ‘Leak’ 20% Síntese protéica 25-30% Na+K+ ATPase 19-28% Ca 2 + ATPase 4-8% ActMio ATPase 2-8% Gliconeo 7-10% Uréia 3% mRNA etc

5 Pasteur effect sustains ATP demand Exhaustion of fermentable substrate ATP & pHi fall Chronic membrane damage & leakage Net Na + influx & K + efflux Mito, ER & plasma membrane depolarize Massive Ca 2+ entry into cytosol from organelles & cell exterior Activation of phospholipases and Ca 2+ -dependent proteases Membrane rupture Cell Death ATP turnover time in anoxia aerobe facultative anaerobe Anoxia: The Sequence of Events Leading to Cell Death

6 Animais aquáticos Água: baixo coeficiente de difusão e solubilidade de O 2, solubilidade até 750 vezes maior do CO 2 Ventilação tem alto custo metabólico, 5-10% da taxa metabólica de repouso: Ar: 25 mL (25 mg) = 1 mLO2 H 2 O: 1000 mL (1Kg) = 1 mLO 2 Razão V/Q ótima em torno de 10-20 Baixo VO 2 máximo e de repouso

7 Animais terrestres Ar: maior concentração de O 2, coeficiente de difusão e de solubilidade do O 2 e CO 2 similar Metabolismo causa uma mudança equivalente na pressão parcial de O 2 e CO 2 no sangue: estímulo primário de regulação da ventilação? P CO2 ? Distúrbios ácido-base PO 2 ? Indicador pouco acurado do conteúdo arterial de O 2 VO 2 máximo e de repouso maiores

8 1000 800 600 400 200 100 1000 800 600 400 200 100 % ventilação de repouso peixe pulmonado galinha peixe pulmonado jaboti cobra rato homem lagarto peixe pulmonado cobra rato andorinha homem jaboti peixe pulmonado galinha caranguejo 2015105 % O 2 51015 % CO 2 respiração aquática respiração aérea O PAPEL DO O 2 E DO CO 2 NO CONTROLE DA VENTILAÇÃO

9 demanda metabólica ventilação SISTEMA REGULADOR neurônios marca-passo atividade espontânea, produzem o ciclo respiratório básico detector sensorial efetuador motor

10 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 ? PO 2, PCO 2 (arterial e no ambiente), estiramento da cavidade branquial, estresse osmótico, estresse mecânico, etc... Receptores ?? Natureza e localização pouco conhecidas em muitos animais

11 Repouso: V= 5-7 L/min, extração de O 2 cerca de 200 - 300 mL/min Exercício extenuante: V pode aumentar até 100-150 L/min e a extração de O 2 até 3- 7 L/min. Sem o ajuste, as reservas de O 2 do sangue seriam esgotadas em cerca de 15 segundos. Causas primárias do aumento da ventilação no exercício: - falta de O 2 ? - acúmulo de CO 2 ? - controle cortical ? Demanda Metabólica Ventilação

12 Controle Neural da Ventilação: Estímulos Mecânicos A 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 superiores Centro pneumotáxico (PONTE) Centro apnêustico Conexões do sistema ativador reticular Centro 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 Nervo Intercostal Via aferente receptor justacapilar alveolar Via aferente do reflexo de estiramento Hering-Breuer (no homem, apenas na insuflação máxima)

13 Controle Neural da Ventilação: Estímulos Químicos Os quimiorreceptores carotídeos e aórticos são terminações nervosas que respondem a variações na PO 2, PCO 2, ou no [H + ] do sangue arterial por meio de respostas reflexas medulares que promovem o aumento da ventilação

14 CONTROLE QUÍMICO DA VENTILAÇÃO 1. Quimiorreceptores Periféricos estimulados por  pH,  PO 2,  PCO 2 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 PCO 2, apenas ajuste lento, cerca de 60 segundos – Por que ?

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19 Componentes da Via de Sinalização do O 2 efeitos agudos efeitos crônicos HIPÓXIA EFETUADORES HIPÓXIA sensores de O 2 EFETUADORES canais iônicos fatores de transcrição

20 altitude (km) PO 2 (mmHg) 2 4 6 8 150 110 70 30 Everest Pb=250

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22 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 tecidos ativação da tomada de glicose produção de vasodilatadores