Taxa de Reação (min) Taxa de reação. Temperatura (C ) Temperatura. Taxa metabólica. t Tempo (requer dias)

1

Taxa

metabólic

a

Tempo (requer dias) Diminuição da

temperatura ambiental

t

Queda aguda da taxa metabólica associada à diminuição da temperatura Processo de aclimatação Aclimatação completa 2

Taxa de

reação

Temperatura

Taxa de

Reação

(min)

Temperatura (C°)

5 100 80 60 40 20 0

Taxa de

Reação

(min)

Temperatura (C°)

Taxa de

Reação

(min)

Temperatura (C°)

Taxa de

Reação

(min)

Temperatura (C°)

9

Enzimas: Concentração da enzima Concentrção do substrato Eficiência Catalítica

Ambiente eletroquímico: pH, [ Íons ] Allozimas e isozimas

Membranas:Grau de saturação Fosfolipídeo principal Comprimento das cadeias

Adaptação e aclimatacão térmica

10 TERMOGÊNESE EM ENDOTERMOS

• Atividade metabólica basal das células, principalmente

canais iônicos dependentes de ATPases e canais de cálcio do retículo sarcoplásmico.

• Contrações musculares voluntárias e involuntárias

(Termogênese com tremor, dependente da actomiosina ATPase)

• Tecidos especializados Gordura marrom (mamíferos)

Tecido muscular ocular (peixe-espada)

Gordura marrom

•A gordura (triglicerídeos) a é armazenada em gotas pequenas

(aumenta área de superfície) nos adopósitos

•O tecido está altamente irrigado por vasos sanguíneos •Os adipósitos têm alta densidade de mitocôndrias com cristas

desenvolvidas

•As mitocôndrias têm um canal iónico especializado na geração de

calor

13 2 ATP Total: 38 ATP 1 mol de glicose = 2870 kJ 38 mol de ATP= 1900 kJ Calor= 970 kJ (Equivalente a 231 Kcal) PRODUÇÃO DE CALOR METABÓLICO

Glicólise Piruvato 2 ATP CO2 Ciclo Krebs NADH2 FADH2 34 ATP ATP sintase H+ ADP + Pi Cadeia de elétrons Calor O2 H20

Sistema de transporte via carboxilas

[ - COOH] dos ácidos graxos? 14

PRODUÇÃO DE CALOR METABÓLICO NA GORDURA MARROM

Ciclo Krebs NADH2 FADH2 Termogenina Cadeia de elétrons Calor ATP sintase H+

Termogenina = UCP (uncoupling proteins)

15 Fosforila e ativa uma T. A. Marrom Proteína regulatória Noradrenalina Adopósitos Sistema simpático Lipase Triglicerídeos Proteína-quinase Genes específicos Proteínas desacopladoras Utiliza como neuro-transmissor É r e g u l a d o v i a ativa _{Ativa a} transcripção de Cuja transcripção resulta na síntese de via reações fosforilativas ativa Possui Contêm Possuem uma digere São o subtrato energético para a ação das

Responsáveis pela produção de Medula adrenal Atua sobre Calor 16

17 32°C Frio 18 23.0 7.5 5.0 37.0 35.0 14.0 8.0 0.0 36 38 40 36 38 40

21 22 23 •Tamanho corporal: •Relação área-volume •Calor específico 24 Temperatura corporal (°C) Hora Esquilo Camelo Humano TEMPERATURA CORPORAL DE ANIMAIS NO DESERTO

25 From B. Heinrich (The thermal warriors)

S.A. SANDQUIST 26 0 2 4 35 40 30 25

Tempo (min)

Temperatura Corpo

(C°)

Hipotermia e depressão

metabólica

•Hipotermia: Estado fisiológico dos endotermos no qual a

temperatura corporea é reduzida com respeito à temperatura típica. •Torpor: Hipotermia de curta duração (< 24h) seguida de um

despertar natural, acompanhada de depressão metabólica e falta de respostas motoras, associada geralmente a ciclos circadianos. •Hibernação: Inativididade de inverno geralmente induzida por baixas temperaturas. Estritamente, inatividade invernal

acompanhada de depressão metabólica intensa e diminuição da temperatura corpórea (<30°C) em endotermos.

•Dormência: Inatividade associada à diminuição da temperatura ambiental. Estritamente, estado hipometabólico característico de muitos ectotermos durante o inverno, associado à diminuição da temperatura corporal.

•Estivação: Inatividade associada a temperaturas altas e falta de água na estação seca.

29

Geiser, 1998 30

Temperatura corpórea

(°C)

Marsupiais Morcegos Insetívoros _Carnivoros Roedores

Aves 40 35 30 25 20 15 10 5 Normal Torpor

Temperatura normal e de torpor em alguns endotermos

Hibernação

31

Ciclo de Torpor em Endotermos

• Entrada

Supressão do aumento da taxa metabólica a temperaturas baixas Diminuição da temperatura corpórea até novo patamar (Taxa depende de TC e Condutância)

Torpor

Manutenção da temperatura corpórea no novo patamar (-2.9 --> 29°C) • Despertar

Aumento da produção de adrenalina e/ou estimulação nervosa Aumento de atividade metabólica da gordura marrom (em mamíferos) Aquecimento dos tecidos, principalmente do coração

Contrações musculares e tremores Normotermia em todo o corpo

32 2 4 6 8 10 12 14 16 18 40 35 30 25 20 6 5 4 3 2 1 Temperatura corpórea (°C) Tempo (Hora) Taxa metabólica (mlO 2_/g. h )

Taxa metabólica e temperatura corpórea durante o torpor

33

Esquilo terrestre (Verão)

34

Esquilo terrestre (Inverno)

Taxa metabólica (%TMB) 120 100 60 80 20 40 0 Temperatura (°C) 40 30 20 10 0 0 12 SEMANAS 0 12 Horas Horas TC = 8°C

Entrada Hibernação Despertar

37 0 °C 1 2 3 4 Temperatura (°C) Dias 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20

Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Abr Mai

Temperatura

(°C)

Os tecidos devem ses funcionais ao longo de um

amplo intervalo de temperaturas !

Temperatura do hipotâlamo Produção de calor para termorregulacão Calor metabólic o (Watts/kg) Temperatura (°C) Tempo (horas) 39 A taxa metabólica e a taxa de batimento cardíaco diminuem

antes da queda na temperatura corpórea 40

Hibernação (2 %) Sono (54 %) Repouso (100 %) Alerta (252 %) Atividade (567 %) Atividade máxima (741 %)

41

272

112

Webb & Milsom (Respir Physiol 98:137-152 (1995))

Tempo

3.4

2.0

1.8

Ventilação na hibernação do esquilo terrestre

42 hear t brow n fa t diap hrag m liver gut_spleen pelv is head hind limb skin 2.0 1.0 0.1 0.2 37 Co 5 Co ( m l / gm t iss ue / m in )

from Bullard and Funkhouser

Uma perfusão, menor mais adequada, é mantida e diminui os potenciais efeitos de hipóxia ou hipercapnia

O mecanismo de indução e controle do despertar é desconhecido

metabolic rate

brain temp.

1 min

O despertar envolve intensa termogênese por

tremor, mas a termogênese sem tremor é

fundamental no aumento inicial da taxa metabólica

45

Fisiologia da Hibernação 1

Sistema Nervoso Central

•Supressão do sono REM acompanhando a dimimuição da temperatura corporal •Ausência de potenciais de ação no cérebro com temperaturas menores a 15°C •Diminuição em 98-99% da taxa metabólica cerebral. Mesmo na ausência de potenciais de ação: ritmos, ajustes posturais, controle da temperatura, etc. •Modificação do termostato hipotalâmico

Sistema cardiovascular

•Diminuição do batimento cardíaco (ex. 300 -> 3 b/m).

•Respiração episódica (ex. 5-10 mov. Vent. seguidos de perídos de apnea (minutos até > 1h).

•Diminuição da pressão arterial (10-20% dos valores de fluxo se sangue no cérebro durante eutermia). Possível graças à reduzida taxa de metabolismo.

Sistema imune

Retenção de leucócitos (10% dos valores normais).

Fundamental para reduzir reação inflamatória por isquemia 46

Fisiologia da Hibernação 2

•Diminuição regulada da taxa metabólica. Fosforilação de enzimas (inativação) relacionadas com metabolismo de carboidratos e diminuição de ativadores alostéricos.

•Diminuição da temperatura corporal. Em algumas espécies, superresfriamento (TC até -2.9°C).

•Inibição de bombas iônicas, diminuição da concentração de K+ nas mitocondrias e resultante redução da entrada de substratos energéticos e a taxa de metabolismo. •Regulação genética diferencial. Algumas proteínas são encontradas só em mamíferos hibernando, embora a relevância funcional das mesmas seja ainda desconhecida.

•Aumento da concentração de proteínas desacopladoras (UCP 2 -tecido adiposo branco- e UCP 3 -músculo esquelético-)

•Resumo: Aparente controle controle genético envolvido na diminuição do consumo de energia, o uso preferencial de lipídeos como substrato energético, e a preparação do organismo para o custo energético do aquecimento.