Modulo Fisio Animal

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FISIOLOGIA

ANIMAL

COMPARADA

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Prof. Salomão José Cohin de Pinho Autores: Salomão José Cohin de Pinho Yukari Figueroa Mise

FISIOLOGIA

ANIMAL

COMPARADA

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COLEÇÃO FORMANDO EDUCADORES EDITORA NUPRE 2010 REDE DE ENSINO FTC William Oliveira PRESIDENTE Reinaldo Borba

VICE-PRESIDENTE DE INOVAÇÃO E EXPANSÃO Fernando Castro

VICE-PRESIDENTE EXECUTIVO João Jacomel

COORDENAÇÃO DE PRODUÇÃO Cristiane de Magalhães Porto EDITORA CHEFE

Francisco França Souza Júnior CAPA

Mariucha Silveira Ponte PROJETO GRÁFICO

Salomão José Cohin de Pinho Yukari Figueroa Mise AUTORIA

Paulo Vinicius Senna Figueiredo DIAGRAMAÇÃO

É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer m eios, sem autorização prévia, por escrito, da REDE FTC - Faculdade de Tecnologia e Ciências.

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SUMÁRIO

PROF. SALOMÃO JOSÉ COHIN DE PINHO ... 3

1 FUNCIONAMENTO DOS SISTEMAS CIRCULATÓRIO, RESPIRATÓRIO, DIGESTÓRIO E EXCRETOR NOS DIFERENTES GRUPOS ANIMAIS ... 8

1.1TEMA 1. CIRCULAÇÃO E RESPIRAÇÃO... 10

1.1.1 CONTEÚDO 1. CIRCULAÇÃO ... 10

1.1.2 CONTEÚDO 2. RESPIRAÇÃO... 23

MAPA CONCEITUAL... 36

ESTUDO DE CASO ... 37

EXERCÍCIOS PROPOSTOS ... 38

1.2TEMA 2. DIGESTÃO E EXCREÇÃO ... 43

1.2.1 CONTEÚDO 1. AQUISIÇÃO DE ITENS ALIMENTARES ... 43

1.2.2 CONTEÚDO 2. SISTEMA DIGESTÓRIO... 52

1.2.3 CONTEÚDO 3. ELIMINAÇÃO DE RESÍDUOS: EXCREÇÃO ... 60

ESTUDO DE CASO ... 69

2 FISIOLOGIA DA TRANSMISSÃO NERVOSA E SUAS RELAÇÕES COM O EQUILÍBRIO IÔNIC O, REGULAÇÃO ENDÓCRINA E MOVIMENTAÇÃO ...77

2.1TEMA 3. SISTEMA NERVOSO E EQUILÍBRIO IÔNICO ... 79

2.1.1 CONTEÚDO 1. O FUNCIONAMENTO DO SISTEMA NERVOSO ... 79

2.1.2 CONTEÚDO 2. TRANSMISSÃO DO IMPULSO NERVOSO ... 97

2.1.3 CONTEÚDO 3. EQUILÍBRIO OSMÓTICO E IÔNICO... 104

ESTUDOS DE CASO ... 113

2.2TEMA 4. SISTEMA ENDÓCRINO E MOVIMENTO ... 119

2.2.1 CONTEÚDO 1. SISTEMA ENDÓCRINO... 119

2.2.2 CONTEÚDO 2. SECREÇÃO E REGULAÇÃO HORMONAL ... 123

2.2.3 CONTEÚDO 3. SISTEMA MUSCULAR ... 136

ESTUDOS DE CASO ... 151

GABARITO DAS QUESTÕES...ERRO! INDICADOR NÃO DEFINIDO. GLOSSÁRIO ...158

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APRESENTAÇÃO

Prezado (a) Graduando (a),

A fisiologia (do grego physis = natureza e logos = estudo) trata das funções dos tecidos, dos ór-gãos e dos sistemas orgânicos de animais multicelulares, ou seja, como eles se alimentam, como ele se movimentam, como sua vida é mantida. Além disso, investiga como as modificações no ambiente in-fluenciam os animais, e que estratégias os animais utilizam para vencer as adversidades do meio. Pro-cessos como a homeostasia, regulação interna e interação entre organismos são estudados de maneira ampla, fazendo uma relação dos processos fisiológicos com a maneira como os organismos sobrevi- vem.

Para entender o funcionamento dos animais, é necessário conhecê-los previamente e ter o em-basamento bioquímico requerido para a compreensão dos temas abordados. Esses conhecimentos fornecem informações preciosas para o Licenciado em Biologia, que poderá compreender melhor co-mo o sistema vivo evoluiu e se diversificou ao longo de milhares de anos. Com esta base e compreen-são, será possível proporcionar a seus futuros alunos uma visão mais ampla de como muitos destes animais fazem parte do seu dia a dia e o entendimento de sua fisiologia permitirá uma interação mais coerente dos processos vitais e interações entre animais e o ambiente em que vivem.

Ao iniciar os estudos de Fisiologia Animal Comparada, temos como finalidade fornecer infor-mações necessárias para que o estudante de Licenciatura em Ciências Biológicas seja capaz de avançar na compreensão dos temas abordados na disciplina. Desta forma, a intenção deste material não é esgo-tar por completo os conhecimentos existentes no âmbito da Fisiologia Animal, mas sim fornecer uma base sólida para um estudante que apresenta o perfil do futuro, ou seja, independência, atitude e dispo-sição para mergulhar de cabeça no mundo da informação, que cada vez mais aumenta em quantidade, velocidade e qualidade.

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1

FUNCIONAMENTO DOS SISTEMAS

CIRCULATÓRIO, RESPIRATÓRIO,

DIGESTÓRIO E EXCRETOR NOS

DIFERENTES GRUPOS ANIMAIS

BLOCO

TEMÁTICO

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FUNCIONAMENTO DOS SISTEMAS

CIR-CULATÓRIO, RESPIRATÓRIO,

DIGES-TÓRIO E EXCRETOR NOS DIFERENTES

GRUPOS ANIMAIS

1.1

TEMA 1.

CIRCULAÇÃO E RESPIRAÇÃO

1.1.1

CONTEÚDO 1.

CIRCULAÇÃO

A circulação tem por objetivo, independente do grau de complexidade do organismo, transportar determinadas substâncias por todo o sistema, funcionando como uma transporta-dora ferroviária, em que seus caminhos já são definidos e as substâncias dependerão do tipo de organismo. Animais que são mais simples, como as esponjas, utilizam as correntes do am-biente aquático como seu sistema circulatório; entretanto, este sistema está ausente neste gru-po, assim como nos Cnidários ePlatyhelminthes. A partir do momento em que avançamos em grau de complexidade pelos grupos animais, é possível notar um determinado conjunto de estruturas que são inerentes ao sistema circulatório. Inicialmente, faremos uma ampla abor-dagem desses elementos e em seguida trabalharemos como cada grupo se apresenta em rela-ção a estes elementos em termos de escala evolutiva.

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 Elementos de um sistema circulatório

O sistema circulatório apresenta uma série de funções importantes no funcionamento do organismo como um todo. Sua ação está interligada a todos os outros sistemas, servindo muitas vezes como via de comunicação entre estes sistemas.

O sistema circulatório apresenta primariamente as seguintes funções:

Transporte de nutrientes

Transporte de gases (oxigênio e gás carbônico)

Organismos unicelulares dispensam a necessidade de um sistema circulatório, obtendo oxigênio e nutrientes através da superfície celular. Em animais de pequeno porte, o líquido da cavidade gastrovascular transporta nutrientes às células e à circulação, que ocorre por difusão. Desta forma, é suficiente a complexidade interna e as demandas metabólicas de um sistema circulatório ainda não são necessárias mesmo para organismos pluricelulares mais simples, como Porífera, Coelenterata e outros. Com o aumento da massa corpórea do organismo, o

processo de difusão passa a ser ineficiente, visto que o aumento da distância entre as células que estão no centro do organismo impede que isto aconteça de forma eficiente, sendo neces-sário um método mais sofisticado de transporte de nutrientes e oxigênio: o sistema circulató-rio.

Secundariamente, o sistema circulatório desenvolveu outras funções, dentre elas as se-guintes:

Transporte de metabólitos

Transporte de produtos de excreção Transporte de hormônios

Transporte de células sanguíneas Transporte de calor

Transmissão de força Coagulação

Manutenção de um meio interno adequado para as células

Distribuir e permutar água, eletrólitos e muitos outros componentes dos fluidos corpó-reos entre órgãos e tecidos

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Aumentar a velocidade e intensidade na resposta do organismo frente a doenças, infec-ções e outros danos à saúde

Regular a temperatura corpórea através do metabolismo, seja conservando ou dissipan-do o calor em animais endissipan-dotérmicos, como aves e mamíferos

Como pode ser observado, o sistema circulatório é de extrema importância para orga-nismos que apresentam uma mínima complexidade em que os processos mais simples não são suficientes.

 Fluidos corporais

Os fluidos corpóreos possuem diversas substâncias orgânicas e inorgânicas em solução, sendo que as mais importantes são os eletrólitos inorgânicos e as proteínas. Os principais ele-trólitos extracelulares são o sódio, o cloro e os íons bicarbonato, enquanto que o potássio, o magnésio, os íons fosfato e as proteínas são os principais intracelulares. Embora exista difusão, essas proporções são essenciais para que as reações essenciais à vida, como o potencial de membrana, a condutância nervosa e os batimentos cardíacos, aconteçam.

Os animais podem apresentar diferentes fluidos corporais de acordo com o seu grau de complexidade. Entre invertebrados desprovidos de sistema circulatório (como Coelenterata e

Ctenophora) não é possível distinguir um “sangue” propriamente dito. Nesses organismos, o que ocorre é um fluido tecidual aquoso descolorido, contendo algumas células fagocitárias, proteínas e sais com uma mistura aproximada à água marinha.

Em vertebrados, o sangue é um tecido complexo formado por plasma e outras estruturas mais elaboradas, como glóbulos vermelhos em suspensão, glóbulos brancos atuando como necrófagos e como células de defesa e fragmentos celulares (plaquetas nos vertebrados e trom-bócitos nos demais vertebrados) que atuam no processo de hemostasia (coagulação).

Bomba de impulsão: A bomba de impulsão (ou coração) se baseia na capacidade do músculo em se contrair e expandir. Esse músculo ao redor de um canal reduz e expande o volume.

Existem dois tipos básicos de bombas capazes de movimentar o sangue em um sistema circulatório: a bomba peristáltica (a), na qual uma constrição num tubo movimenta o sangue ao longo deste e o impulsiona adiante e a bomba comum com câmara (b), onde contrações rítmicas das paredes forçam o sangue para fora e válvulas atuam impedindo o refluxo de san-gue e unidirecionando o fluxo;

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Os canais condutores de sangue ou vasos sanguíneos com tamanhos diferentes possuem paredes elásticas e uma camada de músculo liso no interior de suas paredes, permitindo que seu diâmetro seja alterado.

Os principais tipos de canais condutores são:

• Artérias: São os vasos por onde o sangue corre vindo do coração. Possuem

pare-des relativamente espessas que consistem em camadas resistentes de fibras elásti-cas e músculo liso. É importante enfatizar que todo vaso condutor de sangue que saia do coração é denominado artéria, independentemente de transportar sangue oxigenado (aorta) ou desoxigenado (artéria pulmonar). As paredes espessas ga-rantem resistência às altas pressões dos batimentos cardíacos

(FONTE: HTTP://WWW.AMA-LINGUA.COM/IMAGENS/ARTERIA.GIF)

• Veias: São os vasos sanguíneos que trazem o sangue de volta ao coração.

Apre-sentam paredes mais finas do que as artérias, mas tanto fibras elásticas como músculos lisos são encontrados por todo o sistema venoso. Apesar de sua menor espessura, possuem diâmetro consideravelmente maior do que as artérias cor-respondentes. Como a pressão venosa é mais baixa, o retorno venoso à bomba de impulsão ocorre por meio de válvulas internas nas veias, de músculos do cor-po que circundam as veias e da ação rítmica dos pulmões. Sem essas estratégias, o sangue poderia se acumular nos membros inferiores de um animal em posição

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ereta (um problema bastante real para pessoas que necessitam ficar de pé por longos períodos.).

(FONTE: HTTP://COMPS.FOTOSEARCH.COM/COMP/LIF/LIF113/CORTANTE-VEIA-REVELAR_~SA201041.JPG)

• Capilares: São canais condutores extremamente estreitos, sendo, em mamíferos,

apenas um pouco mais largos do que os glóbulos vermelhos conduzidos. Suas paredes são formadas por apenas uma camada de finas células endoteliais man-tidas coesas por uma delicada membrana basal e por fibras de tecido conjuntivo. A baixa espessura dos capilares explica a troca de substâncias entre os fluidos no interior do capilar e os espaços intersticiais dos tecidos. Além disso, a pressão dentro do capilar força uma quantidade de fluido para fora, através da parede, por meio de filtração de massa.

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(FONTE: HTTP://HRAPOSO.NO.SAPO.PT/VENULAS.JPG )

 Sistema linfático

O sistema linfático dos vertebrados constitui uma extensa rede de canais condutores com paredes delgadas que se formam na maioria dos tecidos do corpo a partir de capilares linfáticos de fundo cego. Estes se unem formando uma estrutura com aspecto de árvore de vasos linfáticos cada vez maiores que, finalmente, drenam para o interior das veias na região

do pescoço.

O sistema linfático é responsável principalmente pela devolução do excesso de fluido (linfa) filtrado através das paredes dos capilares para os espaços intersticiais. Em relação à constituição, a linfa é parecida com o plasma sanguíneo, embora possua concentrações protéi-cas mais baixas. Moléculas de grande peso molecular, tais como gorduras absorvidas no intes-tino, retornam ao sistema circulatório através do sistema linfático.

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Além disso, o sistema linfático atua na defesa do organismo. Ao longo dos vasos linfáti-cos, a intervalos regulares, existem nódulos linfáticos que possuem diversas funções relacio-nadas à defesa do organismo. As células das glândulas linfáticas, como os macrófagos por e-xemplo, removem partículas estranhas ao organismo, principalmente bactérias que, sem esse sistema, poderiam acessar a circulação geral do organismo. Assim como a medula óssea e o timo, elas também atuam como centros produtores, mantenedores e distribuidores de linfóci-tos que produzem anticorpos.

 A evolução da circulação

Como vimos anteriormente, animais que possuem uma estrutura mais rústica não ne-cessitam de uma série de sistemas, uma vez que seus corpos são muito pequenos ou a distância que as substâncias precisam percorrer é muito pequena. Entretanto, com o aumento do grau de complexidade, um meio melhor de transportar as substâncias dentro do corpo passou a ser necessária. Entretanto, antes de iniciar a compreensão da evolução da circulação, será necessá-rio entender um ponto muito importante: a circulação aberta e fechada.

Os fluidos são conduzidos a partir da bomba de impulsão em canais ou condutos e e- ventualmente retornam a esse órgão por meio de um sistema, que pode ser de dois tipos:

• Aberto ou lacunar: o fluido circula não necessariamente confinado em canais • Fechado: os fluidos circulam no interior de vasos e canais (veias, artérias,

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(FONTE: HICKMAN, C.P.; ROBERTS, L .S.; LARSON, A. PRINCÍPIOS INTEGRADOS DE BIOLOGIA. RIO DE JANEIRO: GUANABARA KOOGAN, 2003, P. 846)

Sistema Aberto Sistema Fechado O sangue mistura-se aos líquidos

inter-celulares

O sangue circula no interior de vasos, sem contato com fluidos intercelulares

Normalmente são sistemas de baixa pressão

Normalmente são sistemas de alta pres-são (alta resistência periférica e elasticidade das artérias)

Menor facilidade de alterar a velocida-de e distribuição do fluxo sanguíneo

Maior facilidade de alterar a velocidade e distribuição do fluxo sanguíneo

O sangue retorna ao coração frequen-temente de forma lenta

O sangue retorna ao coração rapida-mente

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dife-maior dificuldade rentes órgãos

(FONTE: SALOMÃO JOSÉ COHIN DE PINHO)

Podemos perceber que ambos os sistemas apresentam vantagens e desvantagens. O sis-tema fechado requer uma maior resistência de canais e condutores, haja vista a alta pressão do sistema; entretanto, garante uma distribuição bem regulada do sangue para os diferentes ór-gãos.

Os canais condutores de sangue ou vasos sanguíneos não são apenas tubos com tama-nhos diferentes. Eles possuem paredes elásticas e uma camada de músculo liso no interior de suas paredes, permitindo que seu diâmetro seja alterado.

(FONTE: HTTP://2.BP.BLOGSPOT.COM/_0K-BPR-FJ0M/SFBNW0FSY2I/AAAAAAAAADC/YC-CYRTR7WQ/S320/LASTSCAN...JPG)

 Nemertea

Os animais mais simples que possuem um sistema circulatório com sangue são os Bila-terais, mais precisamente os Nemertinos. Seu sistema circulatório é formado por uma rede vascular contendo dois ou três troncos longitudinais. A distribuição deste sistema é realizado por um único vaso dorsal e dois vasos laterais, que estão conectados por vasos transversais. A união destas estruturas tem um formato de colar e o sangue circula inteiramente pelos vasos,

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configurando um sistema fechado. Neste grupo o coração está ausente, o que não significa que não haja uma maneira de bombear o sangue. O bombeamento ocorre pela contração das pa-redes musculares dos vasos sanguíneos e auxiliados pelos movimentos corporais. Estes ani-mais são vermes que têm formato de fita e, em geral, são marinhos e seu tamanho pode variar de 20 cm até 30 m.

 Moluscos

A maioria das classes que pertencem ao filo Mollusca apresenta um sistema circulatório do tipo aberto, com a presença de um coração pulsátil, vasos sanguíneos, seios sanguíneos e pigmentos respiratórios no sangue. A exceção para este filo esta na classe dos Cephalopoda,

onde a maioria de seus integrantes apresenta um sistema circulatório do tipo fechado. Os sis-temas circulatório e respiratório mais eficientes nos cefalópodes permitiram um aumento no tamanho corporal.

 Anelídeos

Os Annelida são vermes segmentados, que podem estar distribuídos tanto em ambiente terrestre quanto no ambiente aquático. Apresentam um sistema circulatório relativamente complexo, quando comparado aos grupos citados anteriormente. Este sistema é do tipo fe-chado e é formado por vasos sanguíneos de paredes musculares e arcos aórticos que fun-cionam como corações impulsionando o sangue. Além destas estruturas, os anelídeos apre-sentam pigmentos respiratórios (hemoglobina, hemeritrina ou clorocruorina).

 Arthropoda

Este é o maior filo dentre os animais. Contém aproximadamente 900.000 espécies. O sis-tema circulatório neste grupo é do tipo aberto, com um coração contrátil localizado na região dorsal, artérias e um conjunto de seios sanguíneos denominado de hemocele.

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 Echinodermata

Este filo é representado por animais como a estrela-do-mar, ouriço-do-mar, pepinos-do-mar e ofiuróides. O sistema circulatório deste grupo é chamado de sistema hemal e de-sempenha pouca ou nenhuma função no processo da circulação, e é cercado por extensões do celoma. A circulação propriamente dita é realizada pelos cílios do peritônio, onde ocorre a circulação principal dos fluidos corpóreos.

 Peixes

No grupo dos peixes, como em todos os vertebrados, a circulação é do tipo fechada. No entanto o coração apresenta duas câmaras em série: um átrio e um ventrículo. Neste caso, o sangue percorre um circuito único através do sistema vascular, sendo bombeado pelo coração, passando pelas brânquias, sendo oxigenado e em seguida distribuído para todo o organismo para então retornar ao coração. Este tipo de sistema apresenta um problema que está relacio-nado à perda de pressão após passar pelas brânquias, pois os capilares irão exercer resistência à passagem do sangue, causando uma redução na pressão.

 Anfíbios

Uma importante alteração, em termos evolutivos, é a divisão do coração em três cavida-des: dois átrios e um ventrículo, e com isto aparece outra novidade que é a circulação que passa a ser dupla, ou seja, circuitos pulmonar e sistêmico funcionalmente separados. Neste tipo de circulação, o sangue é bombeado pelo coração em direção ao pulmão, retornando em seguida ao coração e então bombeado para o resto de corpo, voltando ao coração. Isto propi-ciou a manutenção da pressão sanguínea ao longo do sistema.

 Répteis

Neste grupo, a circulação dupla permanece; no entanto, o coração passa a ter mais uma cavidade nos répteis crocodilianos (jacaré, crocodilo, gavial), ou seja, quatro cavidades. Nos répteis não crocodilianos (tartaruga, lagarto etc.), o coração continua sendo de três cavidades.

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 Mamíferos

A circulação sanguínea no ser humano e nos mamíferos é definida como dupla e com-pleta, porque o coração apresenta uma completa separação entre a parte direita e a esquerda, onde passam respectivamente sangue pobre de oxigênio e sangue oxigênado, que não se mis-turam entre eles porque as duas metades do coração funcionam autonomamente.

Os vertebrados, inclusive os seres humanos, têm um sistema circulatório fechado cha-mado de cardiovascular, constituido de uma rede de vasos tubulares. O sangue é separado nos vasos do líquido intersticial. No sistema circulatório, estão as artérias que transportam o san-gue do coração aos orgãos, as veias que levam o sansan-gue ao coração e os capilares às menores unidades do sistema, e é nas paredes onde ocorrem as trocas de substâncias entre o sangue e os tecidos. Normalmente, as artérias transportam sangue rico em oxigênio e as veias sangue pobre em oxigênio. No entanto, as artérias pulmonares transportam sangue pobre em oxigê-nio do coração aos pulmões e quatro veias pulmonares que levam sangue oxigênado dos pul-mões ao coração. O coração tem duas cavidades principais: o átrio que recebe sangue das veias e o ventrículo que bombeia o sangue para as brânquias através das grossas artérias. As grandes artérias se ramificam em pequenos vasos que dão origem aos capilares.

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Animal Habitat Sistema circulatório Órgão propulsor Porifera Água doce ou salgada -

-Cnidaria Água doce ou salgada -

-Ctenophora Água salgada -

-Platelmintes Água doce -

-Anelídeos Água doce ou terres-tre

Fechado, com

san-gue Arcos

aórticos-Insetos Terrestre Aberto com hemo-linfa

Vaso dorsal contrác-til com ostíolos

Peixes

carti-laginosos Água salgada Fechado com sangue

Coração com duas câmaras

Peixes

ós-seos Aquático Fechado com sangue

Coração com duas câmaras

Anfíbios Água doce terrestre Fechado, com san-gue

Coração com três câmaras

Répteis (não

crocodilianos) Terrestre Fechado com sangue

Coração com três câmaras

Répteis

(crocodilianos) Terrestre Fechado com sangue

Coração com quatro câmaras

Aves Terrestre Fechado com sangue Coração com quatro câmaras

Mamíferos Terrestre Fechado com sangue Coração com quatro câmaras

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1.1.2

CONTEÚDO 2.

RESPIRAÇÃO

Tome fôlego: agora entraremos em um importante tema de estudo. A respiração é fun-damental para a sobrevivência da maioria dos organismos existentes, pois se trata de um pro-cesso vital e que está relacionado à produção de energia. Em geral, os dois gases principais, envolvidos na respiração da maioria dos animais, são o oxigênio e o dióxido de carbono (sim, aquele mesmo do efeito estufa!). Em poucos casos, alguns organismos, como, por exemplo, algumas espécies de bactérias, utilizam o enxofre como aceptor final de elétrons no lugar do oxigênio (vide Biologia Celular); entretanto são seres raros e com distribuição muito restrita no ambiente.

Por definição, a respiração é o processo de captação de oxigênio e liberação de dióxido de carbono, independentemente do meio em que esteja o organismo. Este processo está inti-mamente ligado ao processo de respiração celular, onde ocorre oxidação do alimento com formação de energia, dióxido de carbono e água (água?), isto mesmo, água. Esta água, forma-da neste processo, é chamaforma-da de água metabólica, e é um conceito muito importante que será utilizado nos próximos capítulos.

Após compreender a importância deste gás (O2), vamos entender um pouco como ele se

desloca pelo organismo. Basicamente o oxigênio pode entrar no sistema vivo de duas manei-ras: através da superfície corpórea (pequenos organismos) ou através de órgãos especializados na captação eficiente. Independentemente da maneira, o principal mecanismo responsável pelo deslocamento do oxigênio no organismo é a difusão, isto é, o deslocamento de um local mais concentrado para um menos concentrado. Pode parecer muito simples, entretanto é muito eficiente. Em termos práticos, o oxigênio sempre se deslocará do local onde s ua concen-tração for maior para o local onde sua concenconcen-tração for menor. Quando inspiramos, por e-xemplo, a concentração de oxigênio em nossos alvéolos, é superior a concentração encontrada no sangue. Desta forma, o oxigênio vai se deslocar dos alvéolos para o sangue, de modo que as concentrações fiquem equivalentes.

Ao contrário do que se acredita, a concentração de oxigênio no ar não é alterada com o aumento da altitude, até pelo menos 100 km de altura, ou seja, até esta altura a concentração de oxigênio no ar permanece em torno de 20,9% em relação aos outros gases presentes. Mas se a concentração de oxigênio é a mesma, por que nós temos dificuldade de respirar em grandes altitudes? A principio, a quantidade de ar como um todo é reduzido, entretanto o maior fator que interfere neste processo é a pressão que a própria atmosfera exerce sobre nós e que na verdade é fracionada na proporção de cada gás presente na mesma. Desta forma, quanto mais

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pressão auxilia neste processo, exercendo assim uma força no mesmo.. Nos seres humanos, os efeitos são muito variados e apresenta relação direta com a altura em que a pessoa esteja. Ini-cialmente, o corpo tenta se ajustar à situação atípica aumentando a quantidade de glóbulos vermelhos no sangue, na esperança de que mais moléculas de oxigênio sejam captadas para

satisfazer suas necessidades.

Efeitos da altitude no ser humano Mal da Montanha

Entre as principais reclamações, estão dores de cabeça, náusea e vômito, tonturas e in-sônia. Em geral, o Mal da Montanha não é sério, mas seus sintomas podem ser indicações prévias de edema pulmonar e edema cerebral.

Edema pulmonar de altitude

Se a pressão nos pulmões de um alpinista for muito grande, o plasma (a parte líquida do sangue) pode vazar nos alvéolos pulmonares. Com os pulmões cheios de fluido, o alpi-nista pode sofrer com respiração entrecortada, dor no peito, falta de ar e tosse. A maioria dos casos fatais ocorre acima de 3.600 metros.

Edema cerebral de altitude

O aumento do fluxo de sangue no cérebro devido à falta de oxigênio produz inchaço, e pode causar confusão, entorpecimento, alucinações e coma. É potencialmente fatal, mas os pacientes podem se recuperar completamente se forem tratados imediatamente em uma altitude mais baixa.

Perda de discernimento

A falta de oxigênio no cérebro pode fazer com que os alpinistas experimentem uma perda de clareza mental. Eles podem esquecer de comer e até perder o senso de direção. Sua memória pode falhar, podendo surgir também dificuldade para falar normalmente.

Ataxia

Os alpinistas precisam de bom equilíbrio, coordenação e habilidade manual, mas a parte do cérebro que controla essas habilidades exige muito oxigênio para funcionar corre-tamente. Como o ar fica mais rarefeito em altitudes elevadas, o suprimento de oxigênio também diminui, causando perda potencial de coordenação e equilíbrio.

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Perturbação do sono

Durante o sono, os níveis menores de oxigênio podem fazer com que a respiração do alpinista torne-se irregular, com várias respirações profundas seguidas por vários segundos em apnéia, sem respiração.

Desidratação

A respiração mais profunda e intensa em altitudes elevadas faz com que o corpo do al-pinista perca mais água do que o normal através dos pulmões.

Perda de peso

Muitos alpinistas perdem o apetite em altitudes elevadas. Os intestinos também influ-enciam na perda de peso, pois não conseguem absorver alguns alimentos (especialmente gorduras) de forma tão eficiente.

Coagulação do sangue

O aumento da produção de células vermelhas em altitudes elevadas por mais de um ou dois meses faz com que o sangue se torne mais espesso, e pode causar coagulação em al-gumas cavidades. Outra causa provável de coagulação é a desidratação em altitudes eleva-das.

Dor de dente de altitude

Esta condição dolorosa ocorre quando uma porção de ar fica presa nas obturações. Pode irritar um nervo, afrouxar a obturação ou até expulsá-la devido à pressão em

altitu-des elevadas.

Flatulência de altitude

Essa condição se apresenta em altitudes elevadas. Os alpinistas podem sentir um au-mento da quantidade normal de gás em seus intestinos devido às mudanças na pressão atmosférica.

Cegueira pela neve ou inflamação da córnea por raios ultravioleta

Quanto maior a altitude maior a exposição à perigosa radiação ultravioleta. A cada 300 metros de subida, a exposição à luz ultravioleta aumenta cerca de 4%. Assim, os alpinistas no topo do Everest estão 30 vezes mais expostos aos raios UV do que se estivessem no ní- vel do mar.

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Queimaduras solares

As queimaduras solares representam um perigo real. Alpinistas devem usar filtro solar com FPS 30, pelo menos, e reaplicá-lo no mínimo a cada duas horas ao longo do dia.

(FONTE:HTTP://WWW.DISCOVERYBRASIL.COM/EVEREST/ALTITUDE/FLASH/NOFLASH/INDEX.SHTML)

Após está curiosidade, vamos compreender um pouco mais sobre o processo respirató-rio em meio aquático e terrestre. Apesar da molécula de oxigênio não sofrer alteração em qualquer um dos meios, algumas propriedades relativas aos gases interferem no processo de solubilidade no ar ou na água e a capacidade de captação do oxigênio pelos organismos. Quando paramos para pensar na água, logo imaginamos o seguinte: ela é formada por H2O,

sendo assim, deve estar saturada de oxigênio, não é mesmo?!! Na verdade não, quando com-parada ao ar, a água apresenta uma quantidade de oxigênio dissolvido muito menor do que a encontrada no ar atmosférico. Quais os efeitos que este fato causa nos organismos? É o que iremos discutir daqui para frente.

A principio, a quantidade de oxigênio dissolvido em 1 litro de água é de apenas 7 ml em contraste com o ar que apresenta 209 ml de oxigênio dissolvido por litro. Obviamente, o pri-meiro efeito deste fato é que organismos aquáticos devem fazer um esforço muito maior para conseguir umas poucas moléculas de oxigênio do que os organismos terrestres. Por conse-quência, o custo-benefício para obtenção de oxigênio é maior na terra, visto que aqueles que estão na água devem desprender um maior percentual de energia para realizar o processo da respiração. Se até aqui já era difícil, perceba como é mais complicado ainda para obter oxigê-nio na água. A viscosidade (a força de atração entre as moléculas dificulta sua separação) é um fator que também aumenta muito a dificuldade para realizar a respiração na água, pois nela a viscosidade é 50 vezes maior do que a viscosidade no ar. Não foi por acaso que apesar de a vida ter surgido na água que durante a evolução ocorreu uma irradiação para o ambiente ter-restre, onde a obtenção de oxigênio é mais simples. Mas as dificuldades não acabam por aqui. Um fator importantíssimo durante o processo respiratório é a difusão dos gases, onde no ar a difusão de oxigênio é simplesmente 10000 vezes maior do que na água. Coitado dos peixes!!

Como toda história tradicional, esta apresenta um final feliz. Existe um ditado que diz “não importa o que aconteça, a natureza sempre encontra um caminho”, ou seja, independen-temente da dificuldade os seres vivos sempre conseguem desenvolver algum mecanismo para superá-la. Com tantos problemas acontecendo, os órgãos respiratórios especializados foram a solução.

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 Superfícies respiratórias

Quando os animais são muito pequenos, a solução passa a ser bem simples: o oxigênio é difundido através do próprio tegumento (revestimento do corpo). Entretanto, existe uma re-lação direta entre o tamanho do animal e a necessidade de uma estrutura respiratória especia-lizada e mais eficiente. Como dito anteriormente, as dificuldades são um estímulo para a evo-lução, e isto não deixa de ser verdade ao relatarmos os mais diferentes tipos de superfícies respiratórias à medida que os animais apresentam um maior gasto energético.

Animais com estruturas mais “simples”, como as Esponjas e os Cnidários, realizam tro-cas gasosas através da própria superfície corporal (cutânea). No tro-caso das Esponjas, a água con-tendo oxigênio dissolvido passa através dos canais existentes na sua estrutura, e neste momen-to ocorre uma difusão de oxigênio para dentro das células e a saída de gás carbônico (CO 2).

Nos Cnidários, ocorre o mesmo, diferindo apenas do fato de que aqui não existem canais co-mo nas Esponjas. Isso só é possível, pois os Cnidários apresentam apenas duas camadas de células em sua estrutura, tornando possível a respiração do tipo cutânea.

Outro grupo importante na compreensão da evolução ocorrida em relação à respiração são os Platyhelminthes. Nesse grupo, existe uma excelente relação superfície corporal/troca gasosa que é proporcionada pela sua forma achatada (é um dos poucos casos em que ser “cha-to” é bom). Obviamente, apesar do sucesso em termos de sobrevivência, os três grupos citados acima apresentam certa restrição energética devido às limitações relacionadas ao processo respiratório, ou seja, o tamanho do organismo e as estratégias de sobrevivência serão limitadas pelo gasto de energia necessário para que o animal execute a tarefa.

Os Anelídeos, apesar de respirarem pelo tegumento, necessitam de um sistema de dis-tribuição para que o oxigênio obtido chegue até todas as células do corpo. Desta forma, os capilares subcutâneos entram no processo e surgem como um sistema integrado, que realiza diversas funções além de transportar gases respiratórios.

Acompanhando o processo evolutivo dos sistemas respiratórios, entraremos nas super-fícies respiratórias especializadas (Brânquias, Pulmões e Traquéias).

Já que a vida muito provavelmente surgiu no ambiente marinho, então vamos começar nosso estudo pelas brânquias.

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 Brânquias

As brânquias provavelmente surgiram a partir da necessidade maior de energia pelos organismos e/ou por aumento de tamanho e volume corporal. Como visto anteriormente, apenas organismos pequenos conseguem manter uma respiração através da pele. Os organis-mos que lançaram mão das brânquias, como superfície respiratória, encontraram uma boa solução para suas necessidades. Entretanto, esbarraram em outros problemas que são muito comuns até hoje para aqueles que as utilizam.

O ambiente aquático representa um grande desafio para a obtenção de oxigênio, pois contém apenas 7 ml de oxigênio dissolvido para cada litro de água. Além disto, sua viscosida-de é granviscosida-de e a difusão viscosida-de gases é dificultada. Com tantas dificuldaviscosida-des, as brânquias represen-tam o melhor sistema respiratório existente entre os animais, com uma eficiência muito maior na captação de oxigênio do que os outros tipos. Entretanto, mesmo com esta eficiência, os animais aquáticos, ao contrário dos terrestres que realizam um fluxo de entrada e saída de ar pela mesma abertura, realizam a ventilação através de fluxo contínuo onde a água entra por uma abertura e saí por outra. Este fato é justificado pela necessidade de energia que seria ne-cessária para realizar um fluxo de entrada e saída de ar pela mesma abertura, que seria maior do que a obtida pela própria respiração, ou seja, a energia gasta para realizar o processo seria maior do que a que seria conseguida no final do processo causando um déficit. A exceção para este caso ocorre apenas em pequenos organismos, dentre eles algumas larvas de insetos aquá-ticos, em que a água é bombeada para dentro e para fora da mesma maneira que ocorre com seres humanos.

Para solucionar este problema, os animais aquáticos desenvolveram um sistema onde a água entra por uma abertura, passa pelas brânquias e sai por outra abertura, que em geral a-companha o fluxo de água facilitando sua saída e evitando que o animal tenha que exercer mais força. A entrada da água pode ocorrer de duas maneiras. A primeira exige que o animal realize a sucção da água através de movimentos especiais, seja através de cílios, flagelos ou até mesmo pelo aparato bucal. A segunda maneira seria a seguinte: “se Maomé não vai até a mon-tanha a monmon-tanha vai até Maomé”, isto mesmo, a outra solução é ir na direção da água. Desta maneira, a água entra pela abertura desejada e passa pelas brânquias saindo por outra abertu-ra. Esta técnica geralmente é utilizada por animais que precisam de uma grande quantidade de oxigênio para realizar a predação de forma eficiente ou até mesmo realizar o deslocamento em grandes distâncias com altas velocidades.. Durante esta situação, o que ocorre é que quanto maior a velocidade maior será a entrada de água e, por consequência, a absorção do oxigênio. É por isso que animais como o tubarão, o atum e o marlim azul nadam geralmente com a boca aberta.

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A maneira pela qual o organismo resolve os problemas relativos à obtenção de oxigênio depende em parte da quantidade necessária para realizar suas funções e em parte das caracte-rísticas evolutivas do grupo ao qual pertence o organismo. Dessa forma, animais que evoluí-ram executando uma função séssil no ambiente tendem a desenvolver, por exemplo, meca-nismos semelhantes.

As brânquias podem ainda aumentar sua capacidade de absorção do oxigênio, exibindo uma série de forma e utilizações diferenciadas. Partindo de um sistema mais simples, as brân-quias podem ter um formato que lembra uma abertura com fundo cego e uma capacidade muito limitada. A partir daí teremos outros modelos, onde quanto maior for a superfície de contato com a água maior será a eficiência na captação de oxigênio. Para conseguir isso, a su-perfície das brânquias se dobrou da mesma maneira que as vilosidades do nosso intestino, e com este formato a área que entra em contato com a água aumentou bastante. Isto quer dizer mais oxigênio, que quer dizer mais energia, maior capacidade de realizar as funções, maior possibilidade de suportar um maior crescimento corporal e por consequência ocupar uma posição diferente na cadeia trófica no ambiente. Notem que diferentes estratégias podem defi-nir a posição dos organismos nos ecossistemas, lembrando que é o conjunto de características que exerce esta pressão e não apenas uma ou duas.

Após esta surpreendente solução para conseguir maior quantidade de oxigênio, temos mais uma que é fantástica, pois apesar de ser bem simples, torna o processo ainda mais efici-ente. Quando a água passa pelos capilares localizados nas brânquias, o oxigênio que está na água passa através da difusão para estes capilares e então é distribuído pelo corpo. Entretanto, um detalhe muito importante mudará radicalmente o processo. Quando a água segue o mes-mo fluxo (direção) do sangue nos capilares, rapidamente o oxigênio presente nesta água é absorvido, e então este capilar não tem mais de onde retirar o oxigênio. Por outro lado, quan-do a água segue na direção contrária quan-do fluxo de sangue que está fluinquan-do no capilar, ocorre exatamente o contrário, pois o sangue estará sempre em contato com a água rica em oxigênio, fazendo com que este sangue atinja seu ponto de saturação de oxigênio, ou seja, ficará tão “cheio” de moléculas de oxigênio que não conseguirá captar mais nenhuma outra. Isto, além de permitir uma maior captação de oxigênio, ainda faz com que o sistema seja mais compacto, ocupando um menor espaço no organismo. Este sistema é conhecido como fluxo contracor-rente.

“Um peixe fora d’água”

Apesar do fato de que a vida surgiu na água, este ambiente deixou de ser “interessante” para muitos grupos animais, que depois de milhões de anos passaram a migrar para o

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ambien-te ambien-terrestre. Os insetos provavelmenambien-te foram os primeiros animais a conquistar de fato o am-biente terrestre. Seguindo sua trilha, e por que não a trilha de alimento, os Tetrapoda segui-ram o mesmo caminho e a consequência disto foi uma enorme variedade de espécies que “ra-pidamente” dominaram o ambiente terrestre.

Mas nem tudo são flores, apesar da grande oferta de alimento disponível e fartura em termos de quantidade de oxigênio dissolvido no ar, outros fatores levaram estes aventureiros pioneiros a uma vida muito difícil no começo. Isso ocorreu devido ao fato de que alguns pro-blemas ficaram evidentes nesse novo ambiente. A ausência da água, por exemplo, fez com que os animais sofressem toda ação da gravidade em seus esqueletos, uma vez que quando esta- vam dentro da água estes efeitos eram minimizados pela flutuabilidade proporcionada pelo

meio. Outro fator importante neste período inicial foi o problema do ressecamento gerado pela ausência da água, que tinha reflexo na respiração, visto que ao respirar o animal também perdia água para o meio. Uma série de soluções relacionadas à questão da respiração foram encontradas e a partir daqui abordaremos algumas delas.

 Pulmões

Os pulmões são estruturas especializadas para a respiração aérea e quando comparados às brânquias, em termos de captação de oxigênio, são bem menos eficientes neste processo. Uma possível explicação para isto é a maior quantidade de oxigênio dissolvido no ar e a facili-dade de difusão, quando comparado ao ambiente aquático. Em termos gerais, os pulmões a-presentam uma variação dependendo do grupo animal, podendo ir de um simples saco de fundo cego até uma estrutura mais elaborada com uma área de contato maior devido às suas subdivisões e às vilosidades e estruturas especiais.

Em geral, podemos subdividir os pulmões em dois tipos: os pulmões de difusão e os pulmões de ventilação. Os pulmões de difusão são muito simples e realizam a captura do oxi-gênio utilizando apenas o processo de difusão, não sendo necessária a ventilação. Este tipo de pulmão é encontrado apenas em organismos muito pequenos, que não precisam de uma grande quantidade de oxigênio para sobreviver, como, por exemplo, os isópodes, caracóis, escorpiões etc. Os pulmões de ventilação ocorrem em animais de maior porte e têm por carac-terística a difusão associada à ventilação forçada, onde o ar entra e sai devido à ação de movi-mentos respiratórios. Quando observamos de maneira geral os pulmões dos Anfíbios, Répteis e Mamíferos, poderemos perceber uma transição em termos evolutivos na compartimentação, aumentando a área da superfície respiratória.

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 Respiração Traqueal

As traqueias são órgãos respiratórios muito especializados pois, por característica pró-pria, consegue levar o oxigênio diretamente para as células do organismo como um todo sem necessitar de uma cooperação do sistema circulatório. Em geral, o sistema traqueal apresenta o seguinte modelo: um sistema de pequenos tubos que se ramificam ao longo do organismo e se subdivide em tubos de menor calibre (traquéolas) que liberam o oxigênio no tecido alvo. A perda de água no momento da respiração é minimizada pela ação dos espiráculos que estão localizados na entrada das traqueias.

Outro padrão básico do sistema traqueal é a sua distribuição ao longo do organismo, onde existem 12 pares de espiráculos, 3 pares no tórax e 9 no abdome. As variações existentes, em geral, partem do plano básico de 12 pares e podem até estar ausentes. No caso em que os espiráculos são ausentes, as trocas gasosas ocorrem por difusão direta através da cutícula que é muito fina, e em seguida o sistema traqueal realiza a distribuição por todo o organismo.

Outra alteração importante são as brânquias traqueais, que são formadas por uma su-perfície muito grande e fina, permitindo assim a troca gasosa entre a água e o sistema traqueal. Este tipo de brânquia traqueal pode ser encontrada tanto na região abdominal quanto na luz do reto do organismo, e torna possível a respiração em ambiente aquático, como ocorre com a larva de muitos insetos que passam parte de sua vida na água até o momento da fase adulta.

 Respiração através do tegumento (respiração cutânea)

Animais de pequeno porte, em geral, realizam o processo de troca gasosa com o meio (O2 e CO2) através do próprio tegumento. Em casos muito raros, animais de maior porte

utili-zam apenas a respiração cutânea. O que ocorre em geral é que a respiração cutânea está asso-ciada à respiração através de um órgão especializado (pulmão, traqueia ou brânquias). Os re-presentantes mais comuns que utilizam este tipo de respiração são as Esponjas, os Cnidários, os Platyhelminthes e muitos Annelida. Dentre os vertebrados, o grupo que melhor utiliza este recurso são os Anfíbios, que podem regular, por exemplo, o quanto da respiração cutânea será utilizada em relação à respiração pulmonar. Nos outros grupos de vertebrados, a respiração cutânea é insignificante, a não ser em casos raros, como a tartaruga verde e a serpente mari-nha.

Apesar do advento das superfícies respiratórias, o grande aumento na demanda de oxi-gênio criou a necessidade de um novo suporte na captação de mais oxioxi-gênio, uma vez que a difusão dele no sangue não é muito boa. Para resolver este problema, “surgiram” os pigmentos

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respiratórios que aumentaram muito a eficiência no transporte de oxigênio dentro do sistema. Os pigmentos respiratórios estão presentes em muitas espécies; entretanto não em todas, po-dendo ocorrer ou não dentro do mesmo grupo animal ou até mesmo em diferentes tipos de pigmentos. O mais conhecido é a hemoglobina; entretanto existem outros como a mioglobina, a hemeritrina, a clorocruonina e a hemocianina. A diferença entre elas é o tipo de metal que está ligado ao sistema. Na hemoglobina, por exemplo, temos o ferro (Fe2+_{) ligado a um anel de}

porfirina do grupo heme; e na mioglobina, a disposição e o metal são os mesmos. Na hemoci-anina, o metal que ocorre é o cobre; na clorocruonina e na hemeritrina temos o ferro também; entretanto a maneira na qual ele se liga à estrutura é diferente.

 Regulação da Respiração

A respiração dos animais ocorre normalmente de forma automática e involuntária. En-tretanto, ela pode ser realizada por controle voluntário através da ação de neurônios. Em ge-ral, isto ocorre devido ao aumento da demanda de oxigênio que, como resposta, o organismo aumenta a ventilação dos órgãos respiratórios até que a necessidade de oxigênio seja saciada. Entretanto, a respiração deve se ajustar à demanda do organismo por oxigênio.

Curiosamente, ao invés do oxigênio, é o gás carbônico que exerce maior influencia na taxa respiratória. Isso acontece porque, em condições normais, as taxas de oxigênio arterial não caem o suficiente para ativar seus receptores. Por outro lado, um pequeno aumento nos níveis de dióxido de carbono no sangue tem efeitos imediatos na atividade respiratória. Vale lembrar que o dióxido de carbono tem duzentas vezes mais afinidade com a hemoglobina do que o oxigênio. Animais que vivem na água utlizam um sistema de regulação da respiração através da quantidade de oxigênio Quando a hemoglobina se liga ao oxigênio, é chamada oxi-hemoglobina, enquanto que quando esta está ligada ao gás carbônico é denominada carboxi-hemoglobina.

Em termos bioquímicos, o que acontece no sangue quando as taxas de gás carbônico aumentam é:

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CO2+ H2O H2CO3H+ + HCO3

-Anidrase carbônica Onde:

CO2é dióxido de carbono (ou gás carbônico)

H2O é água (presente naturalmente no sangue)

H2CO3 é ácido carbônico

H+_{é íon hidrogênio (acidificando o meio)}

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A reação mostra como o dióxido de carbono se combina com a água para formar o áci-do carbônico. Este então se dissocia, liberanáci-do íons hidrogênio que acidificam o meio. A ani-drase carbônica, enzima que catalisa a conversão do gás carbônico em ácido carbônico, está presente dentro das células. Diversos sistemas atuam tamponando a concentração dos íons hidrogênio, impedindo a diminuição brusca do pH do sangue. Fazem parte das substâncias tamponantes, mais importantes no sangue, o sistema bicarbonato-ácido carbônico, os fosfatos e as proteínas sanguíneas.

Agora que já observamos as principais características dos sistemas respiratórios, vamos fazer um passeio rápido dentro dos grandes grupos animais, pelo menos os que melhor repre-sentam estes sistemas e suas variações.

Quadro comparativo entre os principais grupos animas

Animal Habitat Trocas superfície respiratória/células Porifera Água doce ou salgada Difusão direta

Cnidaria Água doce ou salgada Difusão direta Ctenophora Água salgada

Platelmintes Água doce Difusão direta Anelídeos Água doce ou

terres-tre Difusão direta

Insetos Terrestre Difusão direta Peixes

carti-laginosos Água salgada

Difusão indireta (hematose) com sistema contracorrente

Peixes

ós-seos Aquático

Difusão indireta (hematose) com sistema contracorrente

Anfíbios Água doce terrestre Difusão indireta (hematose) Répteis (não

crocodilianos) Terrestre Difusão indireta (hematose) Répteis

(crocodilianos) Terrestre Difusão indireta (hematose) Aves Terrestre Difusão indireta (hematose)

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Mamíferos Terrestre Difusão indireta (hematose)

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ESTUDO DE CASO

O misterioso desaparecimento das rãs

Certamente você já ouviu falar ou viu alguma vez uma rã. Se for este o caso, fique aten-to, pois as rãs, assim como as abelhas, dão indícios de que em breve terão sua comunidade extinta caso não tomem providencia. Segundo documentário e informações do site da Disco- very, as rãs estão sumindo desde as florestas de Porto Rico às selvas da América Central. Um

dos principais motivos de sua misteriosa ausência é a perda de habitat, que tem uma série de efeitos nos organismos, principalmente os endêmicos, que são intimamente ligados ao local que vivem. A grande pergunta aqui é em quais mecanismos fisiológicos a perda de habitat pode agir?. Não é tão simples responder a esta pergunta. Para isso, é necessário conhecer as peculiaridades de cada grupo animal e só então tentar associar estes fatores. O desafio está lançado, pesquise sobre as rãs e descubra os possíveis motivos de seu desaparecimento e como agem os mecanismos fisiológicos neste caso.

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EXERCÍCIOS PROPOSTOS

1. Motivado pela beleza da água verde-néon de uma praia brasileira, um banhista se ar-risca a um mergulho. Não podia ter tido ideia melhor. Sobre uma pedra, pode ver uma ane-môna-do-mar reluzindo um azul-fluorescente indescritível. Pouco adiante, um ouriço-do-mar movimentava lenta e ritmadamente os seus espinhos como em uma solitária dança. Ao sair da água, foi surpreendido por uma fuga de vários siris para suas tocas. Olhou para o lindo céu azul como em um ato de agradecimento. Gaivotas faziam grandes rasantes sobre a água em busca de alimento. O festival de beleza só cessou quando, ao sentar-se à orla para uma água-de-coco, percebeu que o lixo humano é um desastrado atrativo de insetos, especialmente de baratas.

Assinale a alternativa que indica, correta e respectivamente, o tipo do sistema respirató-rio de cada um dos animais citados (e sublinhados) no texto.

a) Ausente (ou respiração por difusão direta); branquial; pulmonar; traqueal; traqueal. b) Traqueal; ausente; branquial; pulmonar; ausente.

c) Ausente; branquial; branquial; pulmonar; traqueal. d) Branquial; traqueal; traqueal; pulmonar; ausente. e) Traqueal; ausente; pulmonar; traqueal; branquial.

2. Com relação à circulação nos animais vertebrados, é correto afirmar que:

a) nos anfíbios, o sistema cardiovascular é aberto, e a circulação é completa.

b) no coração dos peixes, há mistura de sangue arterial e venoso; a circulação é incom-pleta.

c) a circulação nos répteis não crocodilianos é simples e completa.

d) em aves e mamíferos, observa-se que a circulação é dupla e completa.

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3. O tipo de sistema respiratório dos animais está relacionado com o ambiente em que vivem. Assinale abaixo a relação correta entre o animal e seu tipo de respiração.

a) Abelha – respiração traqueal. b) Barata – respiração pulmonar. c) Caramujo – respiração traqueal. d) Minhoca – respiração pulmonar. e) Golfinho – respiração branquial.

4. A função das válvulas existentes nas veias é: a) retardar o fluxo sanguíneo.

b) impedir o refluxo de sangue. c) acelerar os batimentos cardíacos. d) retardar as pulsações.

e) reforçar as paredes dos vasos.

5. No coração dos mamíferos há passagem de sangue: a) do átrio esquerdo para o ventrículo esquerdo.

b) do ventrículo direito para o átrio direito.

c) do ventrículo direito para o ventrículo esquerdo. d) do átrio direito para o átrio esquerdo.

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Pulmões que tiram oxigênio da água? Por Lucia Helena de Oliveira

Respirar, segundo o bom e velho dicionário Aurélio, é absorver o oxigênio do ar nos pulmões. Cientistas americanos, no entanto, pretendem fazer um acréscimo a definições clássicas como essa, pois, segundo eles, repirar é também encher os pulmões com um lí-quido transparente, insípido e inodoro, conhecido como perfluorcarbono. Ainda nos anos 60, descobriu-se que essa substância possui uma concentração tão grande de oxigênio a ponto de os pulmões de cobaias serem capazes de extraí-lo com facilidade. Só no final do ano passado, porém, na Universidade de Temple, nos Estados Unidos, experimentou-se pela primeira vez em seres humanos a chamada respiração líquida, ou seja, a substituição do ar pelo perfluorcarbono. Foram sete casos de bebês prematuros demais para realizarem os movimentos respiratórios sem a ajuda de aparelhos. Um sistema foi especialmente construído para injetar nos pulmões, com extrema delicadeza, o líquido rico em oxigênio. Nenhum bebê sobreviveu por causa de outras complicações de saúde. Mas os cientistas ga-rantem que, apesar disso, a respiração líquida, em si, pode ser considerada um sucesso, digno de ser comemorado como um dos grandes avanços da medicina nos últimos tem-pos. Trocar o gás da atmosfera por esse líquido fabricado em laboratório oferece a vanta-gem imediata de aposentar os tradicionais aparelhos de ventilação artificial, usado sempre quando os pulmões não conseguem trabalhar por conta própria. As máquinas convencio-nais de ventilação, ao simularem os movimentos respiratórios, lançam ar no organismo do paciente com tanta força que a pressão acaba arrebentando as células. Aliás, são uma das mais frágeis estruturas do corpo humano. Por isso, chega a ser surpreendente que uma pessoa de meia-idade ainda tenha pulmões funcionando, bem ou mal, vivendo em um mundo coberto pela fumaça da poluição e dos cigarros próprios ou alheios. Isso só é possí- vel porque o ar, antes de alcançar as células pulmonares, percorre as chamadas vias aéreas,

repletas de obstáculos para toda sorte de partícula tóxica. Esse caminho ainda tem misté-rios que fazem alguns pesquisadores perderem o fôlego de espanto.

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BIOEXECUTANDO

Medindo a Capacidade Respiratória

Material: • Anilina. • Conta-gotas.

• Frasco de vidro grande com tampa. • Bacia.

• Papel, régua, tesoura, durex. • Jarra medidora.

• Tubo de borracha para aquário. • Lápis.

• Caneta piloto.

Método:

• Corte uma tira de papel de 3 centímetros de largura e do comprimento do frasco utili-zando a régua. Faça marcações a cada 1 centímetro por todo o comprimento da tira de papel; cole a tira de papel no frasco com durex com as marcas para fora, cobrindo-o totalmente com durex;

• Encha a jarra com água e vire-a no frasco, marcando a altura da água na tira de papel com o piloto. Repita essa marcação a cada jarra de água colocada após o frasco cheio e pingue algumas gotas da anilina na água;

• Coloque água até a metade da bacia;

• Feche o frasco, vire-o de boca para baixo e coloque-o dentro da bacia com água; • Cuidadosamente, tire a tampa do frasco;

• Introduza uma das extremidades do tubo dentro do frasco, cuidadosamente, sem dei-xar entrar ar;

• Peça a um membro da equipe para segurar o frasco e sopre, uma só vez, no tubo com toda força possível;

• Marque para aonde foi a altura da água; • Compare as duas marcas do limite da água.

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Questões:

1. O que acontece quando o ar é soprado dentro do frasco? 2. Para que servem as marcas no frasco?

3. Qual é a função da anilina?

4. Que relação pode ser feita desse experimento com a respiração dos organis-mos?

JANELA DO CONHECIMENTO

HICKMAN CP, ROBERTS LS, LARSON A. Princípios integrados de Biologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003, p. 846.

Um livro inovador, pois integra diferentes áreas da Biologia ressaltando aspectos histó-ricos que forma a base do conhecimento atual sobre os animais e suas relações com o ambien-te. Nessa abordagem multidisciplinar dos grupos zoológicos e de protozoários, destacam-se conteúdos citologia, genética, histologia, embriologia, anatomia comparada e funcional, eto-logia, fisioeto-logia, ecoeto-logia, paleontoeto-logia, taxonomia, sistemática e ainda etimologia.

WITHERS PC. Comparative Animal Physiology . 1a ed. Saunders College Publishing, 1992, p. 949.

Esse livro traz uma abordagem que atente tanto à biofísica quanto à fisiologia animal. Atende ao estudo zoológico, biomédico e morfofisiológico de animais que variam de inverte-brados simples a verteinverte-brados. Pautado na biologia evolutiva, traz as mudanças progressivas, modificações e desenvolvimentos de sistemas fisiológicos de simples para animais complexos, sempre de maneira comparativa e enfocando as estratégias frente às situações ambientais.

SCHMIDT-NIELSEN K. Fisiologia Animal: Adaptação e Meio Ambiente, São Paulo, Santos Livraria Editora, 2002.

Essa obra permite compreender os processos fisiológicos dos órgãos e sistemas dos or-ganismos animais, seus mecanismos de regulação interna e adaptação ao meio ambiente. Dis-cute tanto as características fisiológicas dos grandes grupos como também traz uma reflexão acerca das condições do ambiente que selecionam as condições nos organismos.

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1.2

TEMA 2.

DIGESTÃO E EXCREÇÃO

1.2.1

CONTEÚDO 1.

AQUISIÇÃO DE ITENS ALIMENTARES

A aquisição de itens alimentares tem uma estreita relação com a fisiologia do animal por duas razões principais. A primeira é que muitas formas de aquisição do item obedecem a uma sequência de eventos que é desencadeada a partir de reações oriundas do próprio sistema, seja na elaboração de um veneno que tem propriedades paralisantes e digestórias ou até mesmo na questão da rapidez de um movimento ou a secreção de substâncias atrativas para outros ani-mais como uma forma de isca. A segunda razão é que o tipo de alimento que o animal vai ad-quirir está relacionado com o mecanismo desenvolvido por ele para este fim.

Com base nos hábitos alimentares dos animais, estes podem ser divididos didaticamente em quatro categorias; entretanto estas categorias devem ser observadas com muito bom senso, pois a natureza é vasta e apresenta uma série de variações:

• Herbívoros se alimentam principalmente de vegetais;

• Carnívoros se alimentam principalmente de herbívoros e de outros carnívoros; • Onívoros se alimentam tanto de vegetais como de animais;

• Saprófagos se alimentam de matéria orgânica em decomposição.

 Mecanismos para obtenção de alimentos

Raros são os animais capazes de absorver nutrientes diretamente do ambiente externo. A maioria dos animais precisa se alimentar ativamente, trabalhando para conseguir o alimen-to. Como a obtenção do alimento constitui uma das mais poderosas formas motivadoras da evolução (animais que não são capazes de obter alimentos enfraquecem e morrem), a seleção natural aprimorou diversas especializações na aquisição e ingestão do alimento.

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 Ingestão de alimento particulado

Um dos mais abundantes e proveitosos recursos alimentares é o que está na forma parti-culada. Para quem pensa grande, esta é uma boa exceção, pois provê uma forma muito nutri-tiva e abundante alimentação. O alimento particulado pode ser considerado toda substância que seja utilizada como alimento por um organismo, sendo ela partes minúsculas de um ani-mal ou até mesmo pequenas criaturas que vivem em geral na água e acaba por fornecer uma importante fonte de alimento dentro da cadeia trófica.

O plâncton representa um rico domínio vivo, podendo ser encontrado nos primeiros cem metros a partir da superfície dos oceanos. Conceitualmente, são organismos que, apesar de ter movimento próprio, acabam sendo conduzidos pelas correntes oceânicas, não conse-guindo vencer suas forças. Dentre os representantes, podemos encontrar desde o famoso plâncton até as conhecidas águas-vivas. Embora sua distribuição não seja uniforme no plane-ta, existem alguns pontos nos quais o plâncton é mais facilmente encontrado, como em estuá-rios e áreas de ressurgência, onde existe um abundante suprimento de nutrientes para esses microrganismos que se multiplicam com espantosa rapidez. O plâncton é consumido por uma série de animais de maior porte, tanto invertebrados como vertebrados, que se utilizam de uma série de estratégias na aquisição desse item, podendo ainda ser predado por organismos que também pertencem ao próprio plâncton.

Um dos métodos mais amplamente utilizados na captura desse alimento é a captura de material em suspensão. A maioria dos animais suspensívoros utiliza superfícies ciliadas na produção de correntes que transportam partículas de alimento para o interior de seus sistemas digestórios. Invertebrados suspensívoros como Poliquetas tubícolas, moluscos bivalves, hemi-cordados e a maioria dos protohemi-cordados capturam o plâncton em faixas de muco que condu-zem o alimento para o trato digestivo. Outros exemplos como a pulga d’água e as cracas utili-zam suas patas franjadas com cerdas para realizar movimentos de varredura, criando correntes de água e transportando o alimento para a boca.

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Uma outra estratégia para capturar matéria particulada é a filtração, que parece ter sur-gido diversas vezes na evolução dos animais como modificação secundária entre os represen-tantes de grupos essencialmente seletivos quanto ao alimento.

Vários mecanismos distintos de filtração são comuns em pequenos crustáceos, esponjas e bivalves. Alguns vertebrados também desenvolveram a filtração como estratégia alimentar, embora o crivo de seus filtros retenha organismos maiores do que os itens microscópicos usu-almente capturados pelos invertebrados filtradores.

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Dentre os vertebrados, diversos peixes pelágicos são comedores de plâncton. Arenque, manjubas e cavalinhas possuem estruturas branquiais que atuam como peneiras na captura de material particulado. Mesmo os tubarões, considerados predadores perfeitos, possuem repre-sentantes que se alimentam por filtração, como o tubarão assoalhador e o tubarão-baleia. Es-ses tubarões se alimentam exclusivamente de plâncton, sendo que a água rica desEs-ses microor-ganismos entra pela boca desses animais, que é filtrada e flui sobre as brânquias. Este tipo de alimento acaba sendo muito atrativo, pois não requer muita competição.

Dentro dos mamíferos, os cetáceos misticetes (baleias de barbatanas) são completamen-te especializados nesse tipo de alimento. Suas estruturas filtradoras são formadas por uma série de placas córneas fixadas na maxila superior e bilateralmente pendentes. Quando o ani-mal nada, a água flui por entre essas placas e o plâncton é capturado nas extremidades das placas, que são bastante delgadas.

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O grupo das aves também possui representantes filtradores. A procelária conhecida co-mo pássaro-baleia ou prion possui uma série de lamelas que se estendem marginalmente ao longo do bico superior. Esta ave se alimenta por meio da filtração de crustáceos presentes na superfície da água de modo similar ao que as baleias misticetes fazem, o que justifica o nome dessa ave. Além dela, o flamingo também utiliza seu bico modificado na filtragem de peque-nos organismos aquáticos.

 Ingestão de grandes massas de alimento

Entre as adaptações animais mais interessantes quanto ao hábito alimentar, estão aque-las relacionadas à obtenção, manipulação e ingestão de grandes partícuaque-las ou massas de ali-mento. É importante enfatizar que essas modificações e os animais portadores das alterações estão intimamente relacionados àquilo que cada animal come.

A predação requer do animal a capacidade de localizar, capturar, subjugar, segurar e en-golir o alvo. A grande maioria dos animais que utilizam essa estratégia simplesmente agarra o alimento e o engole praticamente intacto, embora algumas modificações altamente sofistica-das tenham surgido para a predação, como o desenvolvimento de toxinas digestórias,

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parali-santes e letais à presa no momento da captura, e a modificação morfológica de dentes apropri-ados para o tipo de alimento ingerido.

Invertebrados não possuem dentes verdadeiros (visto que os dentes surgiram com os peixes primitivos), mas desenvolveram uma série de estruturas, como bicos ou estruturas den-tiformes para segurar e “morder” a presa.

O anelídeo poliqueta Nereis possui uma faringe muscular dotada de mandíbulas quiti-nosas capazes de serem evertidas velozmente para agarrar o alimento. Após a captura da pre-sa, a faringe volta a se retrair e a presa é engolida.

Moluscos como o Conus desenvolveram uma espécie de arpão dotado de neurotoxinas que ele projeta com grande rapidez para paralisar peixes e outros animais que possam servir de alimento para ele. Neste caso, o molusco associou uma estrutura protrátil a uma neuroto-xina na captura do alimento.

Muitos invertebrados são capazes de reduzir o tamanho do alimento por meio de estru-turas de fragmentação (como as peças bucais de diversos crustáceos) ou retalhadoras (como a mandíbula em forma de bico de polvos e lulas). Os insetos possuem três pares de apêndices cefálicos que servem para diversas funções, como dentes quitinosos, mandíbulas, talhadeiras, línguas e tubos sugadores. O primeiro par geralmente atua como dentes que esmagam o ali-mento; o segundo como mandíbulas que agarram o aliali-mento; e o terceiro como uma língua exploratória e gustativa. Estes animais são de extrema importância para qualquer ecossistema, pois realizam a primeira quebra de matérias que se acumulam nos ambientes, facilitando a ação de outros organismos no processo de decomposição da matéria orgânica. Sem estes or-ganismos, a matéria poderia se acumular, pois o processo de decomposição seria mais demo-rado.

Vertebrados utilizam as peças bucais principalmente para agarrar a presa e impedir que ela escape até que consigam subjugá-la e engoli-la. Peixes utilizam os dentes e estratégias co-mo a sucção da água ao redor da presa para capturá-la. Outros aplicam co-mordidas repetidas para lacerar o alimento, reduzindo-o a pedaços menores, passíveis de serem engolidos. Ani-mais como o tubarão apresentam um ligamento frouxo entre o palato e a caixa craniana, sen-do capazes de everter a dentadura e otimizar a aquisição sen-do alimento.

Anfíbios são animais carnívoros, alimentando-se de insetos, aranhas, minhocas, lesma, caracóis, centopéias e praticamente quaisquer outros itens que se movam e sejam pequenos o suficiente para serem engolidos de uma só vez. Dentre os anfíbios, os sapos se destacam, pois atacam as presas em movimento com sua língua protrátil, que se liga à região anterior da boca e é livre na região posterior. A extremidade livre da língua é bastante glandular, produzindo uma secreção viscosa que atua como uma espécie de cola, grudando a presa na língua. Quan-do presentes, os dentes são utilizaQuan-dos para impedir o escape da presa da cavidade bucal, e não