Av. Noel Nutels, nº 16, Cidade Nova I
Apostila Fisiologia
Educação Física
Sumário
Capítulo 1 - Equilíbrio energético ... 4
1. Introdução ... 4
2. O que é Metabolismo? ... 4
Capítulo 2 - Controle Alimentar ... 18
1. Fome X Apetite X Saciedade ... 18
2. Regulação central da ingestão alimentar ... 19
3. Mecanismos de regulação da ingestão alimentar... 20
4. O alimento no controle alimentar ... 24
5. Alimentação e recompensa ... 25
6. Obesidade ... 25
Capítulo 3 – Equilíbrio Hidroeletrolítico ... 26
1. Fisiologia Intestinal ... 26
2. Fisiologia Renal ... 30
Capítulo 4 – Exercício Físico ... 34
1. Sistema Muscular Esquelético ... 34
2. Sistema Respiratório ... 38
3. Sistema Cardiovascular ... 41
4. Sistema Endócrino ... 43
Capítulo 5 - Estresse: fatores desencadeantes, respostas fisiológicas e suas consequências. ... 49
1. Histórico e desenvolvimento do conceito de estresse ... 49
2. Natureza multifatorial do estresse ... 50
3. Sistema nervoso autônomo ... 51
4. Endorfinas, Peptídeos cerebrais e outros hormônios ... 54
5. Resposta cardiovascular ao estresse ... 56
6. Estresse e envelhecimento... 56
7. Estresse e sistema imune ... 57
8. Estresse para o sucesso ... 58
Capítulo 6 - Sono ... 59
1. Breve histórico ... 60
2. O Ritmo Circadiano do ciclo Vigília/Sono ... 60
4. O sono Paradoxal ou REM ... 64
5. Neuroanatomia do sono ... 64
6. Ontogenia do sono ... 67
7. Substâncias de abuso e Sono ... 68
8. Distúrbios do sono ... 69
9. Privação de sono ... 72
Capítulo 7 – Quente e frio ... 73
1. Introdução ... 73
2. Regulação Hipotalâmica da Temperatura ... 74
3. Transferência do Calor Corporal ... 75
4. Influência da Umidade do Ar nos Processos de Troca de Calor ... 77
5. Conservação e Produção de Calor ... 77
6. Condições Especiais na Termorregulação ... 78
7. Fatores que modificam a tolerância ao calor e ao frio ... 80
8. Complicações do estresse térmico excessivo ... 81
Capítulo 8 – Altos e Baixos ... 83
1. Respostas Fisiológicas a Altitude ... 83
2. Respostas Fisiológicas ao Mergulho ... 86
Capítulo 1 - Equilíbrio energético
Autores: Caroline Cristiano Real, Gabriela Pena Chaves-Kirsten, Paula Bargi de Souza Revisão: Prof. Dr. Ubiratan Fabres Machado
1. Introdução
Um dos principais fatores limitantes da vida dos seres vivos é a obtenção de energia para que o organismo desempenhe suas atividades. Essas atividades englobam desde os processos vitais para a sobrevivência até a prática de exercício físico intenso, por exemplo. Assim, é através da alimentação que obtemos os nutrientes necessários (carboidratos, proteínas e lipídios), que quando oxidados, levam à produção de CO2, H2O e energia.
O que acontece com o nosso organismo quando nos alimentamos? Quais os principais hormônios envolvidos com o metabolismo energético e como eles atuam regulando a disponibilidade de energia para as diversas atividades desenvolvidas no cotidiano?
Estas questões serão abordadas neste capítulo sobre equilíbrio energético, suas vias e o destino dos nutrientes ingeridos após a refeição e a importância da regulação hormonal nos estados de jejum e absortivo.
2. O que é Metabolismo?
O metabolismo é definido como a transformação química de qualquer molécula, que ocorre em células ou organismos. Algumas dessas reações químicas envolvem a liberação ou armazenamento de energia, o que chamamos de metabolismo energético. Essas reações químicas corporais irão determinar o que acontece com os nutrientes absorvidos a partir dos alimentos ingeridos. Assim o metabolismo energético envolve a utilização de substratos energéticos (a partir de fontes endógenas ou exógenas), síntese (anabolismo – requer gasto energético para que ocorra) e degradação (catabolismo – envolve quebra de moléculas grandes e liberação de energia) de componentes estruturais e funcionais e também a eliminação de resíduos gerados a partir destas reações.
Todos esses processos são regulados pelo Sistema Endócrino em termos de velocidade ou direção das reações de acordo com a necessidade do organismo naquele determinado instante.
2.1. Energia
Aquisição vs Consumo e Taxa Metabólica Basal
A disponibilidade de energia para os humanos consiste na energia química contida nas ligações químicas que estão presentes nos alimentos que ingerimos. A regulação da quantidade de alimentos ingeridos depende de mecanismos comportamentais como a fome e a saciedade para nos avisar o quanto e quando comer. Assim, é através da alimentação que realizamos a aquisição energética.
Nos alimentos encontramos três categorias de nutrientes que podem vir a gerar energia: carboidratos, lípides e proteínas, dos quais, alguns metabólitos podem ser oxidados gerando energia, ou então armazenados para futura utilização. A quantidade de energia obtida pela oxidação varia com a categoria do substrato e é expressa em termos de Calorias/grama ou Kcal/grama. Assim a quantidade de Kcal produzida por cada 1 grama do nutriente é de 4,2 para os carboidratos, 4,3 para as proteínas e 9,4 para as gorduras. Cerca de metade da energia liberada nas reações químicas é perdida na forma de calor.
Já com relação ao consumo de energia, 60-70% da energia ingerida é utilizada para manter as condições mínimas de existência, caracterizando a Taxa Metabólica Basal (TMB). Além da TMB, a energia é necessária para realizar o processamento dos alimentos (5-15%), ou seja, é necessário um gasto energético para que as reações químicas que envolvem a digestão, absorção e armazenamento dos alimentos ocorram. Também utilizamos energia para manter a temperatura corporal constante através da Termogênese. Outra forma de consumo energético envolve o exercício físico que pode ser classificado em espontâneo ou ocupacional (postura corporal, manutenção do tônus muscular, preocupação – consumo de 20-30%) ou proposital (exercício físico). O consumo total de energia tem uma grande variabilidade de pessoa para pessoa, de dia para dia, tipo e duração dos exercícios realizados. Por exemplo, o gasto calórico de um indivíduo adulto em repouso é de 1440 cal por dia, entretanto durante atividades domésticas este valor pode aumentar de 2 a 5 vezes, e durante exercício físico. Até 10 vezes. Por isso, existem diferenças na quantidade de energia adquirida pela ingestão alimentar necessária para manter a TMB.
Com relação à TMB, o gasto energético é necessário para manter as condições mínimas de existência, e os processos envolvidos incluem: reações químicas de síntese e degradação, geração de gradientes iônicos que, por sua vez, são de fundamental importância para a gênese e condução de sinais nervosos (estes são responsáveis por cerca de 40% do consumo energético da TMB), além disso, há gasto energético para a realização de trabalho mecânico como respiração e circulação sanguínea.
Vários fatores afetam a TMB em humanos, como a idade (declina com a idade), sexo, quantidade de massa muscular, dieta (uma vez que depois de cada refeição há um gasto energético), hormônios e mesmo fatores genéticos.
Homens têm uma TMB média de 1,0 kcal/h/kg e para as mulheres é 0,9 kcal/h/g. A diferença surge principalmente porque as mulheres possuem uma porcentagem de tecido adiposo mais elevada e uma menor massa muscular magra. Os músculos têm uma taxa de consumo de oxigênio (que representa o gasto energético) em repouso mais elevada do que a gordura, porque adicionalmente ao gasto energético básico para a manutenção da homeostase celular o músculo gasta energia para manter o seu tônus contrátil.
Alguns hormônios também influenciam a TMB. Os hormônios tireoidianos, e , aumentam o metabolismo por aumentar a taxa de reações químicas, a testosterona inibe ações catabólicas no músculo esquelético, induzindo maior massa muscular, o hormônio do crescimento (GH) estimula muitas reações celulares que gastam energia.
O estado febril também aumenta a TMB basal, uma vez que para ocorrer o aumento da temperatura corpórea é necessário aumento na atividade de reações que consomem energia. Os fatores que reduzem a TMB incluem o sono, o jejum e a desnutrição, o que serve para poupar a energia adquirida.
Disponibilização de Energia
Os carboidratos, proteínas e lipídios absorvidos após a refeição são metabolizados sofrendo modificações por diversas reações enzimáticas encadeadas, chamadas de “vias metabólicas”. Carboidratos, proteínas e lípides podem gerar substratos que são passíveis de serem oxidados. A oxidação é um fenômeno final de algumas vias metabólicas, que culmina com geração de energia.
Em outras palavras, a partir da oxidação dos alimentos são geradas moléculas de adenosina trifosfato, ATP, que fazem um elo entre as funções que utilizam e as que mobilizam energia. Por esta razão, a ATP é conhecida como a moeda energética presente em todas as células e é necessária para as diferentes funções das células. A molécula de ATP possui duas ligações de alta energia entre os seus fosfatos. Esta energia corresponde a 12 kcal por ligação de fosfato, totalizando 24 kcal por molécula de ATP convertida a ADP e em seguida a AMP. Para ter-se uma ideia, cerca de 2300 kcal são geradas ou consumidas por dia, o que equivale a 63 kg de ATP.
Deste modo, a molécula de ATP participa de diversas funções que necessitam energia como trabalho mecânico, reações sintéticas, transporte pelas membranas, geração e condução de sinal seja ele de natureza química, mecânica ou elétrica. Participa também da produção de calor que atua na regulação da temperatura corporal e desintoxicação do organismo por degradação de produtos tóxicos, como a amônia que é convertida em ureia com consumo energético. Portanto, pouquíssimo ATP é estocado no organismo.
Além do ATP, a molécula de fosfocreatina também é capaz de “armazenar” energia através de uma ligação fosfato presente em sua molécula. Essa ligação, em condições fisiológicas, corresponde a 13 kcal. A fosfocreatina é de 3-8 vezes mais abundante que o ATP no músculo, mas não serve como elo direto entre a energia obtida dos alimentos e o consumo mediado pelas funções celulares.
A geração desta molécula ocorre quando o grupo fosfato do ATP é transferido para a creatina, tendo como produtos o ADP e fosfocreatina. Assim, essa molécula serve como um sistema tampão de ATP. Quando há grandes quantidades de ATP formado, a reação é deslocada para a síntese de fosfocreatina, cuja principal reserva ocorre nos músculos, de 70 a 80 nmol (o que sustenta apenas 20s de exercício intenso) e quando o consumo de ATP é maior que a síntese, há uma redução na quantidade de ATP, e com isso a reação é deslocada garantindo as necessidades de ATP livre para o consumo, e consequentemente creatina livre também.
De modo geral, os substratos que chegam à circulação, provenientes das biomoléculas ingeridas, digeridas e então absorvidas podem seguir vários caminhos: metabolizadas imediatamente gerando ATP ou fosfocreatina, que podem ser imediatamente utilizadas em compostos com capacidade de estocar grande quantidade de energia, ou ainda metabolizadas gerando compostos utilizados para a síntese de componentes básicos necessários para o crescimento e manutenção celular e tecidual.
Particularmente importante é o fato de que substratos ricos em energia como a glicose e os ácidos graxos, após cada refeição, são estocados como glicogênio e gordura respectivamente, ficando disponíveis para serem utilizados como fonte de energia nos períodos de jejum.
2.2. Estado Absortivo vs Estado pós-absortivo
Em humanos, os estados metabólicos são 2: o estado absortivo (ou alimentado) e o estado pós-absortivo (ou jejum).
O estado absortivo é o período que se segue após uma refeição quando os produtos digeridos estão sendo absorvidos, metabolizados e utilizados ou armazenados. É um estado preponderantemente anabólico, no qual substratos básicos (glicose, ácidos graxos e aminoácidos) estão sendo utilizados na síntese de compostos complexos, e a energia das moléculas esta sendo transferida para moléculas altamente energéticas ou armazenadas em ligações químicas de outras moléculas.
Após algum tempo, cessa a absorção dos alimentos, o organismo entra no estado pós-absortivo ou de jejum, e passa a explorar as reservas energéticas que estão armazenadas. Trata-se de um estado catabólico, em que as células degradam macromoléculas que contenham substratos capazes de serem oxidados liberando energia.
2.2.1. Estado Absortivo
Metabolismo dos Carboidratos
Os carboidratos são absorvidos principalmente como glicose, sendo que a sua concentração sanguínea (glicemia) é a mais regulada dos três nutrientes (incluindo proteínas e gorduras), pois a glicose é o único substrato que o cérebro pode metabolizar, exceto em períodos de inanição, assim como é preferido pela retina e epitélio germinativo das gônadas. As hemácias são células que também dependem exclusivamente da glicose como substrato energético. Logo, faz-se necessário um maior controle metabólico deste substrato.
Os valores glicêmicos variam de 60 a 110 mg/dL, conforme o estado alimentar, e se a glicemia cair abaixo de certo nível as funções cerebrais, por exemplo, são imediatamente afetadas apresentando desde irritação, sonolência até perda de consciência. Além de garantir um suprimento adequado para o SNC, a regulação da glicemia é importante no controle do volume urinário (excreção excessiva deste substrato na urina, que ocorre quando há um aumento exacerbado da glicemia) provoca aumento da excreção de líquidos pela chamada de diurese osmótica.
A glicose entra nas células através do mecanismo de difusão facilitada por meio de proteínas transportadoras de glicose que estão presentes na membrana plasmática das células. Nas células, a glicose é convertida rapidamente em glicose-6-P (impedindo sua saída para o meio extracelular) e pode ser oxidada por meio da glicólise, seguida pelo ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa, ou ainda, pode ser acumulada sob a forma de polímeros de glicogênio através da glicogenoênese. Este armazenamento de glicogênio pode ocorrer em todas as células, mas ocorre em grandes quantidades no fígado e músculos.
Um dos produtos da glicólise é o piruvato, que na presença de segue a via de oxidação através do ciclo de Krebs, na mitocôndria, para a cadeia de transporte de elétrons e para a fosforilação oxidativa gerando ATP (Figura 1). Mas em condições anaeróbias, há uma interrupção da fosforilação oxidativa e consequentemente há um acúmulo de piruvato, que bloquearia a glicólise. Entretanto, ocorre a conversão para lactato que, por sua vez, se difunde para o meio extracelular, permitindo assim que na ausência de O2 ainda haja obtenção de energia pela glicólise. Além da glicólise, 30% da glicose é consumida pela via das Pentoses-Fosfato no fígado e adipócitos gerando CO2 e hidrogênio utilizados na fosforilação oxidativa.
Se a quantidade de glicose aumenta muito, o excesso de glicose absorvido e não utilizado naquele determinado momento é armazenado sob a forma de glicogênio nos músculos e fígado (glicogênese). Todavia, como os estoques de glicogênio são limitados, o excesso de glicose é convertido no fígado e no tecido adiposo em gordura (lipogênese), sob a forma de triglicerídeos, e armazenado no tecido adiposo.
Metabolismo dos Lipídios
Os constituintes das gorduras são os triglicerídeos, também chamados de triacilgliceróis, os fosfolipídios e o colesterol. Os lipídios contem ácidos graxos que, assim como a glicose, servem de fonte energética para diversos processos metabólicos.
Os ácidos graxos de cadeia curta (até 4 átomos de carbono – obtidos pela fermentação de carboidratos e proteínas da dieta, tais como leite, fibras) e de cadeia média (6 a 14 átomos de carbono – óleo de coco) são transferidos do intestino para a corrente sanguínea e oxidados pelo fígado.
Já os ácidos graxos de cadeias longas de carbonos (ômega 3, ômega 6), são os constituintes dos triglicerídeos. A absorção ocorre sob a forma de ácidos graxos e monoacilglicerol. As células absortivas do intestino, então, ressintetizam em seu citoplasma os triglicerídeos, empacotando-os em partículas contendo muitas dessas moléculas, chamadas de quilomícrons (lipoproteínas - 90% de lipídios associados a apolipoproteínas). Os quilomícrons são então liberados para o meio extracelular e entram no sistema linfático e em seguida para a circulação sanguínea.
O triglicerídeo presente no sangue pode ser metabolizado por uma enzima associada ao endotélio vascular, chamada de lípase lipoproteica, em ácido graxo e glicerol. Estes se difundem pela membrana plasmática e, no meio intracelular, ou se combinam novamente em triglicerídeo podendo, ser armazenado, ou ainda, a molécula de ácido graxo pode sofrer beta-oxidação e seguir para o ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa enquanto a molécula de glicerol pode receber um grupamento fosfato, formando o alfa-glicerofosfato e ser oxidado pela via glicolítica. Para ter-se uma ideia, uma molécula de ácido esteárico, um ácido graxo saturado com 18 carbonos, gera 146 moléculas de ATP.
O armazenamento de lipídios é feito sob a forma de gotículas de triglicerídeo no tecido adiposo, cuja principal função é a de reserva energética. Tanto a glicose, quanto as proteínas, via formação de acetil-CoA, podem dar origem a triglicerídeos e estes também serem armazenados.
Os quilomícrons que perdem apenas parte de seus triacilgliceróis formam os quilomícrons remanescentes. Estes dão origem a novas lipoproteínas, podendo ser elas: as de densidade muito baixa (VLDL - very low density lipoproteins); de densidade baixa (LDL – low density lipoproteins); e as de densidade alta (HDL – high density lipoproteins). Quanto mais lipídios ligados à proteína menor a densidade da lipoproteína, sendo assim, a HDL é a que mais possui relativamente mais proteínas ligadas a lipídios, porém é das mais volumosas. A LDL e a HDL apresentam maior dificuldade de dissociação dos triacilgliceróis, permanecendo por mais tempo na corrente sanguínea. A LDL é rica em colesterol, é capaz de transportar o colesterol do fígado a outros tecidos. O colesterol é necessário para o funcionamento normal da membrana plasmática de células de mamíferos, sendo sintetizado no retículo endoplasmático das células ou derivado da dieta, sendo que na segunda fonte é transportado pela via sanguínea pelas lipoproteínas de baixa densidade e é incorporado pelas células através de endocitose mediada por receptores associados à clatrina na membrana plasmática, e então hidrolizados em lisossomas. Porém, em indivíduos não saudáveis o metabolismo do colesterol se torna deficitário e o LDL passa a uma concentração sanguínea anormal, e induzindo danos em algumas estruturas celulares (daí ser chamado de “colesterol ruim”). Com o aumento desta fração no sangue ocorre a formação de placas de ateromas devido a deposição destas moléculas na parede dos vasos podendo obstruí-los completamente ou parcialmente. A formação destas placas pode causar um infarto do miocárdio se a obstrução for em vasos do coração ou, um acidente vascular encefálico se for em vasos do encéfalo. Logo, o menor risco de doenças vasculares correlaciona-se com o aumento da relação HDL/LDL. A prática regular de exercício é capaz de aumentar esta relação. O mesmo parece ocorrer com a ingestão diária de uma taça de vinho tinto, porém, o excesso de bebida alcoólica causa aumento na produção de triacilgliceróis no fígado, causando aumento do colesterol.
Metabolismo das Proteínas
As proteínas constituem ¾ dos sólidos corporais sob a forma de proteínas estruturais, enzimas, proteínas de contração muscular, proteínas transportadoras, etc. As proteínas são totalmente degradadas no trato gastrointestinal, e seus aminoácidos é que são passíveis de serem absorvidos. Há 20 diferentes aminoácidos (aa) que compõem as proteínas, sendo que 10 deles são essenciais, ou seja, precisam ser obtidos a partir da dieta e os outros 10 podem ser gerados endogenamente. A concentração plasmática de aa varia entre 35 e 65 mg/dL na média e sua entrada na célula se dá por meio de difusão facilitada ou transporte dependente de sódio.
Os aa obtidos das proteínas dos alimentos são utilizados primeiramente para a síntese proteica nos ribossomos, onde as ligações peptídicas vão ligando os aa de acordo com a tradução do mRNA. Poder-se-ia pensar, portanto, que as proteínas constituem uma forma de estoque de aa. Entretanto, diferentemente do glicogênio e dos triglicerídeos, que são somente macromoléculas com função de armazenamento energético, as proteínas tem funções muito variadas, e sua degradação, portanto, acarretaria comprometimento de inúmeras funções vitais para o organismo. Ainda assim, em casos de baixa ingestão de glicose, ou períodos de jejum, a degradação de proteínas sobrepuja a síntese (principalmente no músculo esquelético que é onde se encontra a maior quantidade de proteínas do organismo), e os aa assim liberados podem ser convertidos em glicose pela gliconeogênese, assim como o glicerol dos triglicerídeos.
A Figura 1 ilustra de forma resumida os caminhos de metabolização seguidos pela glicose, aminoácidos e ácidos graxos.
Balanço do Período Absortivo
Uma importante conquista evolutiva dos mamíferos é a capacidade de estocar os nutrientes provenientes de uma refeição para posteriormente, na ausência de refeição, mobilizar esses estoques proporcionando substratos energéticos necessários para garantir a vida celular e do organismo.
Assim, 75% da energia proveniente de uma refeição é armazenada sob a forma de triglicerídeos no tecido adiposo, correspondendo a cerca de 10-30% do peso corpóreo, mas em obesos pode chegar a atingir 80%. Os triglicerídeos geram 9,4 kcal/g e podem suprir o organismo por até 2 meses sem que haja ingestão alimentar.
Os 25% restantes da energia obtida é armazenada sob a forma de proteínas cuja oxidação libera 4,3 kcal/g oxidada, mas trata-se de uma fonte de energia deletéria, uma vez que, como discutimos acima, as proteínas exercem diversas funções no organismo sejam elas estruturais e de transporte entre outras. Menos de 1% da energia obtida com a ingestão alimentar é estocada sob a forma de glicogênio no fígado e no músculo.
Como podemos notar, a maior parte do estoque energético é feito sob a forma de gordura. Esta estratégia do organismo é uma forma bastante eficiente de acumular energia
sem ocupar muito volume, pois como a gordura não é solúvel em água ela ocupa um volume pequeno, quando comparado ao glicogênio que para ser armazenado deve estar solubilizado em água. Por exemplo, 131.600 Kcal de energia de gordura representam 14 kg, enquanto o mesmo armazenamento de energia na forma de glicogênio representaria 31,33 kg, assim, teríamos o dobro do nosso peso corporal.
2.2.2. Estado Pós-Absortivo
Uma vez que todos os nutrientes de uma refeição foram digeridos, absorvidos e distribuídos (estoque ou consumo) para as várias células, a concentração de glicose extracelular começa a cair, pois o consumo celular é constante. Assim, a queda de glicose é um dos sinais de que o organismo passará para o estado pós-absortivo, que também pode ser chamado de estado de jejum.
No estado de jejum o indivíduo depende de substratos endógenos para manter a concentração plasmática de glicose em uma faixa suficiente para garantir o aporte de substrato energético para todo o organismo, principalmente para os tecidos que dependem exclusivamente deste metabólito como, por exemplo, o sistema nervoso e o rim.
Metabolismo dos Carboidratos
O fígado é a primeira fonte de glicose durante o jejum. Através da glicogenólise, o glicogênio pode satisfazer as demandas energéticas do organismo por 4 a 5 horas. O fígado também pode produzir glicose a partir de aa ou de outros substratos (como o glicerol e o lactato) numa sequência de reações chamada de gliconeogênese.
Os estoques de glicogênio muscular não podem ser convertidos à glicose livre uma vez que os músculos não possuem a enzima 6-fosfatase que desfosforila a fosfato gerando glicose. Assim, nas células musculares, o glicogênio gera a glicose-6-fosfato que será utilizada localmente. A glicose-6-glicose-6-fosfato, por sua vez, pode gerar piruvato ou lactato, dependendo da disponibilidade de , estes por sua vez, são transportados para o fígado que os utiliza na via da gliconeogênese para produzir glicose. Todas as vias descritas acima são reguladas pela insulina, um hormônio que será discutido adiante, para que ocorram de forma adequada. Assim, no jejum, quando a insulina diminui ocorre diminuição drástica da captação de glicose pelos tecidos muscular e adiposo, e aumenta a atividade de vias que “geram” glicose, sustentando a concentração de glicose no sangue. Porém, se a falta de insulina for intensa, como no diabetes, os níveis de glicose atingem valores superiores à 180mg/dL, a glicose não é mais totalmente reabsorvida pelos túbulos renais provocando perda de glicose na urina (glicosúria) e diurese osmótica. Este quadro leva à poliúria (aumento do volume de água eliminado). A perda excessiva de água provoca desidratação e estimulação do centro de sede, com consequente aumento da ingestão de líquidos (polidipsia). Sendo estas algumas das características do diabetes.
Metabolismo dos Lipídios
No estado de jejum, o tecido adiposo hidrolisa seus estoques de triglicerídeos em ácido graxo e glicerol. O glicerol, no fígado pode ser convertido em glicose. Os ácidos graxos, liberados no sangue, podem ser utilizados como fonte de energia por muitos tecidos.
As longas cadeias de carbono dos ácidos graxos são quebradas em duas unidades de carbono através do processo de beta oxidação. Se existir excessiva oxidação de ácido graxo, o acetil-CoA acumulado é direcionado para a formação de corpos cetônicos que são transportados na circulação. Algumas células são capazes de captarem e converterem os corpos cetônicos em acetil-CoA. O acetil-CoA volta para o ciclo de Krebs.
Durante um período de jejum prolongado, aumenta de forma considerável a quantidade de ácidos graxos disponíveis. Assim a quantidade de acetil-CoA formada ultrapassa a capacidade de oxidação da mesma pelo ciclo de Krebs, levando assim a um acúmulo desse metabólito. Como consequência deste acúmulo, haverá uma pequena geração de corpos cetônicos. É importante ressaltar que a insulina é grande inibidora desta via, e, portanto, a geração de corpos cetônicos é mínima enquanto houver concentrações basais de insulina, como no jejum. Entretanto, no diabetes, se a falta de insulina for grave, a geração de corpos cetônicos pode ser intensa.
Além da glicose, os corpos cetônicos podem, em um mecanismo de ajuste que envolve alguns dias, ser utilizados pelo cérebro como fonte de energia. A capacidade de oxidação de corpos cetônicos pelos neurônios é altamente desenvolvida no período neonatal, e vai desaparecendo durante o primeiro ano de vida, para, nos adultos, somente ser recuperada depois de alguns dias de deficiência de energia (tempo necessário para a expressão de enzimas importantes para a oxidação).
Os corpos cetônicos, ácido acetoacético e beta-hidroxibutírico são ácidos fortes. Assim, uma produção excessiva de cetona, devido a déficit de insulina, leva a um estado de acidose metabólica, conhecido como cetoacidose. Pessoas em cetoacidose têm um odor de fruta em seu hálito devido à acetona (volátil) que é um produto de degradação espontânea dos corpos cetônicos. A cetoacidose diabética reduz o pH sanguíneo provocando graves alterações sistêmicas no organismo. Esta acidose pode culminar na depressão do sistema nervoso (coma diabético) e até mesmo na morte.
Metabolismo das Proteínas
A glicose ou o ATP podem ser produzidos a partir de aa oriundos principalmente das proteínas musculares. A utilização deste metabólito como fonte de energia só é possível após a sua desaminação. A desaminação dos aa promove a remoção dos grupos amino, que são convertidos em ureia no fígado e então excretados. Os aa desaminados, por sua vez, podem tornar-se intermediários do ciclo de Krebs gerando ATP, poupando glicose para ser usada pelo cérebro. Outros aminoácidos podem ser processados a piruvato, e no fígado se converterem a glicose pela gliconeogênese.
Novamente, se houver a diminuição de insulina circulante no sangue, o metabolismo das proteínas também é afetado. Ocorre diminuição no transporte de aminoácidos e da síntese proteica, e aumento na proteólise, aumentando o pool de aa na circulação. Alguns aa circulantes podem ser convertidos pelo fígado em glicose, ajudando a elevar a glicemia. Com déficit de insulina, ocorre aumento excessivo da proteólise muscular, e mesmo que o indivíduo mantenha a ingestão alimentar, haverá perda de massa muscular, que junto com a degradação da gordura levará ao emagrecimento do indivíduo. Dessa forma, o diabetes por falta de insulina caracteriza-se por emagrecimento e polidipsia associada à poliúria.
2.3. Controle Homeostático do Metabolismo – Regulação hormonal
O sistema endócrino tem uma responsabilidade primária na regulação do metabolismo energético. De acordo com as necessidades do organismo, diferentes hormônios são liberados e agem através de alterações na atividade enzimática das vias metabólicas, regulando o fluxo dos nutrientes. Uma característica significativa é a utilização de diferentes enzimas para catalisar reações diretas e inversas.
Vários hormônios estão envolvidos na regulação do fluxo de nutrientes através das vias metabólicas, alterando as atividades enzimáticas. Agora veremos um pouco sobre quais os principais hormônios e como eles atuam para regular o fluxo de substratos de acordo com a demanda energética.
Como já foi descrito, a glicose é o principal substrato energético para o organismo, especialmente para o SNC. Manter a glicemia dentro de uma faixa ideal (60-110 mg/dL) é a principal função do hormônio insulina, que é auxiliado por outros chamados contrarreguladores.
Assim, no período absortivo, quando ocorre um aumento da glicemia, há em resposta um aumento na secreção de insulina, que ao induzir um aumento generalizado do consumo de glicose, promove uma redução da glicemia. Porém, quando há uma redução mais acentuada dos níveis glicêmicos, nos períodos de jejum, a insulinemia cai ao mínimo basal, e, ainda, há estímulo na secreção de glucagon e outros contrarreguladores da ação da insulina como o cortisol, o hormônio do crescimento (GH), e as catecolaminas, adrenalina e noradrenalina, cujas ações levam ao aumento da glicemia.
2.3.1. Hormônios Pancreáticos
O pâncreas é uma glândula mista. A maior parte do tecido pancreático está envolvida com a produção e secreção de enzimas digestivas e bicarbonato. Apenas 2% da massa do órgão são grupamentos de células endócrinas, conhecidos como ilhotas de Langerhans, dispersas no tecido exócrino do pâncreas. Existem cerca de 1 milhão de ilhotas.
As ilhotas contêm quatro tipos de células distintas, cada uma associada a um hormônio peptídico diferente. Três quartos da ilhota correspondem às células B (no passado chamadas de células beta) que produzem insulina e se localizam na porção central da ilhota, 20% correspondem às células A (no passado chamadas de células alfa), localizadas perifericamente e que secretam o glucagon. A insulina juntamente com o glucagon coordenam o fluxo e o destino metabólico da glicose endógena dos ácidos graxos livres, dos aa e de outros substratos energéticos, e também coordenam a distribuição eficiente dos nutrientes provenientes das refeições, principalmente nos músculos, tecido adiposo e fígado.
A insulina e o glucagon, na maioria dos processos, atuam de maneira antagônica para manter a concentração de glicose dentro da concentração ideal. Ambos estão presentes no sangue a maior parte do tempo, e é a proporção entre suas concentrações que determina qual via metabólica estará preferencialmente agindo. Nestas regulações, a ação da insulina é geralmente dominante sobre a do glucagon, uma vez que a concentração de glucagon na periferia, sobre tudo no músculo, é muito baixa, às vezes insuficiente para
Deste modo, no estado alimentado, quando está ocorrendo absorção dos nutrientes, há um predomínio da insulina, de modo que a glicose é utilizada para a produção de energia através da sua oxidação e o excesso é armazenado como glicogênio no fígado; triglicerídeo e ácidos graxos no tecido adiposo, sob a forma de gordura, e os aa seguem para a síntese de proteínas. Já no estado de jejum, em concentração mínima de insulina e com ajuda do glucagon que aumenta, tudo se inverte, contribuindo para impedir que ocorra uma redução excessiva da glicemia: há um estímulo para que o fígado libere glicose a partir do glicogênio armazenado e sintetize glicose a partir de outros substratos através da gliconeogênese, e há degradação de triglicerídeo e ácidos graxos no tecido adiposo, e de proteínas no músculo provendo precursores gliconeogênicos para o fígado. Além disso, os ácidos graxos oriundos da lipólise podem ser fonte alternativa de energia.
Em uma pessoa saudável, a glicose é mantida dentro da faixa de 60 a 99 mg/dL no plasma de um indivíduo em jejum. Podendo aumentar transitoriamente até cerca de 120 mg/dL após uma refeição. A glicemia pós-refeição estimula a liberação de insulina (até 75 µU/mL) e inibe a de glucagon (60 pg/mL), o que por sua vez promove a utilização (consumo ou estoque) de glicose. Durante o jejum noturno há redução na glicemia (até 60 mg/dL) e também na insulinemia (10 µU/mL) com aumento na concentração de glucagon (75 pg/mL), o que estimula as vias metabólicas que promovem produção endógena de glicose, e fortalecem a ideia de que a direção do metabolismo energético é determinada pela proporção insulina-glucagon.
Insulina
A insulina é um hormônio peptídico constituído por duas cadeias, A e B, unidas por pontes dissulfeto, e provenientes de uma única molécula chamada pró-insulina, codificada por um gene específico. O principal estímulo para a secreção de insulina é um aumento na glicemia acima de valores de 100mg/dL. A glicose chega à célula B, e é transportada para dentro da célula através do transportador de glicose GLUT2. Sua entrada desencadeia uma série de eventos que culminam com a entrada de cálcio na célula e a exocitose dos grânulos contendo insulina. Além da glicose, que é o principal estimulador da secreção de insulina, os aa (principalmente a lisina, arginina, alanina e leucina), os ácidos graxos livres e cetoácidos também estimulam a secreção de insulina, mas em menor escala. Os neurônios parassimpáticos estimulam a secreção de insulina assim como outros hormônios, como o glucagon, peptídeo semelhante ao glucagon, o polipeptídio inibidor gástrico, a secretina e a colecistocinina que estão aumentados no período de absorção dos alimentos.
A redução da glicemia observada no jejum e nos exercícios promove uma redução na secreção de insulina, assim como a atividade simpática e outros reguladores, como a somatostatina, a leptina, a interleucina-1 e a prostaglandina E2. De modo que nessas situações onde há pouca glicose disponível, há uma inibição na secreção de insulina reduzindo seu efeito de estocar substratos no músculo e no tecido adiposo, e favorecer a distribuição de glicose para os tecidos que consome exclusivamente este substrato energético como o SNC.
Os alvos primários da insulina no metabolismo intermediário (período entre a aquisição e o gasto de energia, ou seja, período em que os metabolitos são estocados ou não) são o fígado, o tecido adiposo e os músculos esqueléticos. No geral a insulina provoca um
aumento no metabolismo da glicose, mas alguns tecidos como cérebro e epitélios renal e intestinal não exigem insulina para utilizar a glicose em seu metabolismo.
Como a insulina diminui a concentração de glicose no plasma? 1) Aumentando a captação e o estoque de glicose:
A insulina aumenta a captação de glicose no tecido adiposo e nos músculos esqueléticos por promover uma translocação do transportador de glicose sensível à insulina, o GLUT4, para a membrana plasmática. No estado basal, parte do GLUT4 está localizada em vesículas no citoplasma, e com a estimulação da insulina, uma série de eventos culmina com a translocação dessas vesículas e inserção das proteínas na membrana plasmática aumentando a difusão facilitada da glicose.
Nos hepatócitos, o aumento do transporte de glicose é realizado indiretamente por ação da insulina. A insulina ativa a enzima glicocinase que fosforila a glicose em glicose-6-fosfato e com isso mantêm a concentração de glicose intracelular baixa, mantendo um alto gradiente (diferença) de concentração, e assim permitindo que a glicose continue a se difundir para o hepatócito pelo GLUT2.
Observação: Os GLUTs são capazes de realizar fluxo bidirecional de glicose, de acordo com o gradiente de concentração. Assim, no jejum, com uma baixa ação da insulina, a concentração extracelular de glicose é baixa, enquanto a intracelular é muito maior, em consequência da formação de glicose a partir da gliconeogênese e da glicogenólise, e então ocorre efluxo (saída) de glicose do hepatócito para o sangue.
2) Acentuando a captação e a utilização de glicose:
Na maioria dos tecidos, incluindo os já citados territórios de estoque, a insulina estimula a via glicolítica pela enzima glicocinase, reduzindo a concentração de glicose livre, e assim aumento o gradiente para influxo da glicose para ser estocada.
Por exemplo, nos músculos, cerca de 20-50% da glicose captada sofre oxidação, o restante é armazenado como glicogênio (varia de acordo com o tipo de fibra muscular). A insulina também estimula a captação de aa e síntese proteica – anabolismo – e inibe a proteólise, diminuindo a saída de aa e, por conseguinte, reduzindo ainda esse produto necessário para a gliconeogênese.
Deficiência de insulina
A deficiência de insulina leva a um quadro muito bem conhecido pela sociedade, o diabetes mellitus ou apenas diabetes. O diabetes é uma doença epidêmica na atualidade que acomete cerca de 200 milhões de pessoas no mundo. Isto porque esta disfunção está associada a fatores ambientais tais como hábitos alimentares e padrão de atividade física. A incidência do diabetes está associada diretamente à obesidade, que vem crescendo assustadoramente. Esta doença pode ser classificada em dois tipos: diabetes tipo 1 (a causa primária é deficiência na produção de insulina) e diabetes tipo 2 (a causa primária é deficiência na ação biológica da insulina). No primeiro caso há uma destruição, em geral autoimune das células B pancreáticas, assim não há produção de insulina, e o paciente torna - se dependente de insulina exógena. Já no segundo caso, ocorre uma deficiência na
um acúmulo do substrato na circulação. Haverá então, inicialmente, uma hipersecreção de insulina (compensatória), que segue-se de falência progressiva das células B, comprometendo ao longo do tempo a secreção de insulina. Neste tipo de diabetes (tipo 2), o uso de medicamentos que aumentem a eficiência de ação do hormônio ou estimulem sua secreção (deve-se tomar cuidado com o estímulo da secreção pois pode acelerar a falência das células B) é indicado para o controle da doença. É muito importante destacar que é o diabetes tipo 2 que se relaciona com obesidade, e que tem sua incidência crescente, determinando prevalências epidêmicas no mundo atual.
O diabetes causa importantes alterações metabólicas na maioria das células, o que ao longo prazo leva a alterações morfo-estruturais em vários tecidos como vasos sanguíneos (macroangiopatia que leva ao infarto do miocárdio e ao acidente vascular cerebral), rim (nefropatia, que leva à insuficiência renal), neurônios (neuropatia, que leva à perda de sensibilidade, ou defeitos motores), retina (retinopatia que leva à cegueira).
Hiperinsulinemia
O excesso de insulina no sangue promove aumento do transporte/utilização de glicose pelos tecidos, levando a um quadro de hipoglicemia (diminuição de glicose circulante no sangue), causando alterações neurológicas que podem ser graves, incluindo o coma insulínico. Hiperinsulinemia endógena é rara, e pode ocorrer em pacientes portadores de insulinoma (tumor das células B secretor de insulina), ou, que tenham defeitos genéticos que induzem hipersecreção de insulina. Porém, pode ocorrer com mais frequência em pacientes tratados com insulina exógena, cuja busca de glicemias baixas induz a hiperinsulinemia. Este quadro pode ocorrer no início da diabetes do tipo 2, pois o organismo hipersecreta insulina para tentar controlar os níveis de glicemia, porém, com o tempo as células entram em exaustão e falência, assim este paciente também passa a depender de insulina exógena, porém, em doses menores do que o paciente com diabetes do tipo 1.
Glucagon
O glucagon é um peptídeo de cadeia única, com 29 aa, secretado pelas células A pancreáticas, e suas ações sobre o metabolismo energético são antagônicas às ações da insulina. O principal estímulo para a secreção de glucagon é a redução da glicemia para valores inferiores a 70 mg/dL, e decorre principalmente da queda da insulina, que tem efeito parácrino inibidor da secreção de glucagon.
Outros fatores estimulam a secreção de glucagon em menor escala, os aa alanina, serina, glicina, cisteína, e treonina, a atividade simpática, alguns hormônios gastrointestinais, tais como gastrina e colecistocinina, e situações como jejum (onde há redução da glicemia), exercício físico e estresse (situações que necessitam de um aporte energético para os músculos envolvidos com o exercício ou com a possível reação de fuga). Os aa estimulam tanto a secreção de insulina quanto a de glucagon, a secreção deste último previne uma hipoglicemia decorrente de uma refeição contendo apenas proteína e não carboidratos.
Em praticamente todos os aspectos, as ações do glucagon são exatamente opostas àquelas da insulina, promovendo a mobilização de combustíveis em especial a glicose. O principal alvo é o fígado, onde estimula a produção de glicose, por estimular as enzimas
que fazem parte das vias da glicogenólise (glicogênio fosforilase) e da gliconeogênese (PEPCK e G6-Pase) e inibe as enzimas da glicólise (glicocinase) e da síntese de glicogênio (glicogênio sintase). Assim o glucagon contribui, junto à redução da insulina, para aumentar a concentração plasmática de glicose.
A insulina e o glucagon são responsáveis pelo controle minuto-a-minuto da glicemia. No caso do jejum se prolongar por mais de alguns dias, ocorrem outras alterações além da queda da relação insulina-glucagon. O organismo pode sobreviver por 2 a 3 meses sem alimentação graças à regulação precisa e coordenada do metabolismo energético por parte dos hormônios, metabólitos e sistema nervoso.
2.3.2. Hormônios contrarreguladores da insulina
Outros hormônios atuam no período de jejum para manutenção da glicemia, regulando o fluxo dos diferentes substratos energético. Como estes atuam no sentido de aumentar a glicemia, eles são chamados, juntamente com o glucagon, de hormônios contrarreguladores da ação da insulina.
Entre eles estão as catecolaminas, adrenalina e noradrenalina (ADR e NOR) produzidas na medula da glândula adrenal ou liberadas de terminações simpáticas, o cortisol, um glicocorticoide produzido na zona fasciculada do córtex adrenal, e o hormônio do crescimento (GH), produzido na hipófise anterior.
As catecolaminas, principalmente a ADR que é produzida em maior quantidade pela medula adrenal, atuam no fígado estimulando a gliconeogênese e a glicogenólise, aumentando a saída de glicose para o sangue. Também promove a ativação da enzima lipase hormônio sensível, promovendo a lipólise dos triglicerídeos do tecido adiposo e aumentando a concentração de ácidos graxos livres e glicerol plasmáticos.
Nos músculos, as catecolaminas reduzem a proteólise, auxiliando na manutenção da massa muscular, um efeito muito importante para balancear os efeitos do cortisol sobre a massa proteica. Com relação ao cortisol, suas ações sobre o metabolismo dos carboidratos incluem o estímulo da gliconeogênese e a redução na utilização de glicose. Sobre o metabolismo de proteínas, o cortisol reduz a síntese e aumenta o catabolismo, reduz a captação de aa por tecidos extra-hepáticos e aumenta a captação hepática para fornecer substratos a gliconeogênese.
Sobre os lipídios, o cortisol possui efeito dual, podendo ser lipolítico ou lipogênico, de acordo com o território adiposo. Enquanto reduz massa adiposa periférica, ele estimula o acúmulo de gordura centrípeta.
O GH possui uma ação anabólica sobre a síntese proteica, seja no fígado como nos músculos, aumentando a captação de aa, inibindo uma proteólise acentuada causada pelo aumento do cortisol. O GH também aumenta a gliconeogênese, a síntese de proteínas envolvidas neste processo e a lipólise, esta última através da ativação da lípase hormônio sensível. Além disso, o GH diminui a captação de glicose, favorecendo a utilização de ácidos graxos livres como fonte energética.
As ações desses hormônios contrarreguladores são muito parecidas e juntas garantem que haja um direcionamento do consumo de glicose preferencialmente para o
poupar a glicose. Estas ações também ocorrem no exercício físico. Diferentemente do jejum, que é caracterizado por um período sem ingestão alimentar, no exercício físico a demanda por energia aumenta, necessitando da ação destes contrarreguladores para que haja alterações nos fluxos metabólicos e consequentemente manutenção da glicemia dentro de níveis aceitáveis.
Estes hormônios, por serem contrarreguladores da insulina, são considerados diabetogênicos, e quando em excesso (como em algumas doenças) podem induzir o que se chama de diabetes secundário.
2.4. Jejum prolongado
Caso o jejum se prolongue, ocorrem adaptações no SNC (expressão de enzimas oxidativas), o que permite usar os corpos cetônicos como fonte de energia. Nestas situações, a gliconeogênese renal é intensa, e contribui com a hepática. Há uma redução da atividade tireoidiana, reduzindo assim a taxa metabólica basal, o que permite maior poupança das reservas energéticas.
O tempo de sobrevivência sem ingestão alimentar se dependesse das reservas energéticas do tecido adiposo seria muito longo. Entretanto ocorre importante desequilíbrio hidroeletrolítico, junto a intensa proteólise, o que leva à morte do indivíduo. Não fosse por isto, poderíamos manter um indivíduo sedado, até extinguir seus excessos de massa adiposa, como forma de emagrecimento.
Capítulo 2 - Controle Alimentar
Autoras: Lais Cardinali, Vanessa Sayuri Nagaishi Revisão: Prof. Dr. José Donato Júnior Pela manhã, após um longo período de sono, Fisiolino e Extremoso estão “morrendo” de fome: o estômago começa a roncar, e só de pensar no café da manhã já começam a salivar. Cada um dos irmãos toma café da manhã à sua maneira: Fisiolino com uma dieta mais equilibrada e Extremoso, não muito preocupado com isso, é adepto de refeições rápidas e não muito elaboradas.
Todos conhecemos a sensação de fome, mas o que será que acontece em nosso corpo que induz essa sensação e nos impele a buscar alimento? Será que a composição nutricional da refeição influi no controle alimentar? E quando começamos a comer uma refeição, o que nos faz parar?
Neste capítulo, abordaremos como a fisiologia se encarrega de regular a ingestão de alimentos, bem como o que “falha” nesses mecanismos que acaba por levar à obesidade.
1. Fome X Apetite X Saciedade
Comemos quando estamos com fome e paramos de comer porque estamos saciados. Isso parece óbvio. Mas o que será que ocorre em nosso corpo que resulta na sensação de fome e saciedade?
O sistema digestório não é capaz de regular por si só a ingestão de energia. Uma vez que engolimos um alimento, este será digerido e seus nutrientes serão absorvidos. Dessa forma, o ato de comer é o meio pelo qual o corpo exerce controle da entrada de energia e dependemos de mecanismos comportamentais, como a fome e a saciedade, para nos dizer quando e quanto comer. Fome, apetite, saciedade. Cada uma dessas sensações sofre controle fisiológico, bem como influência de fatores ambientais e culturais.
A fome pode ser caracterizada como uma grande vontade de comer. Uma característica peculiar da fome é a sensação de aperto no estômago, acompanhada de contrações involuntárias rítmicas e inquietude, que fazem com que o indivíduo procure por adequado suprimento alimentar. Estudos recentes mostraram que a fome, além da supressão da intensidade dos sinais de saciedade, os quais serão apresentados posteriormente, é resultado da liberação de um hormônio, a grelina. Esse hormônio, produzido principalmente pelo estômago, é liberado para a corrente sanguínea quando o estômago está vazio e em estados de hipoglicemia (condição em que os níveis de glicose no sangue estão abaixo do normal). A grelina age nos mesmos neurônios que a leptina, hormônio que será abordado posteriormente, mas realizando ações contrárias, ou seja, induzindo sensação de fome. Sua concentração aumenta no jejum, tem um pico antes das refeições e reduz logo após a ingestão de alimentos (Figura 1).
A queda da concentração de glicose no sangue é, portanto, um fator que estimula a ingestão alimentar. Esse controle alimentar baseado nos níveis de glicemia ficou conhecido como teoria glicostática.
A vontade que sentimos de comer chocolate, não é fome, é apetite. O apetite é um refinamento do processo de fome, sendo o desejo por um alimento de tipo particular e, por tanto, útil em ajudar a escolher a qualidade/composição do alimento a ser ingerido.
O termo saciedade é usado para descrever a sensação que é oposta à fome. Significa uma sensação de plenitude em relação à necessidade de alimentos. Em geral, a saciedade surge após uma refeição completa, onde diferentes sinais advindos de diversas áreas do organismo são processados no sistema nervoso central, sinalizando a inibição da fome.
2. Regulação central da ingestão alimentar
A regulação dos comportamentos motivados, como a fome, sede e comportamentos sexuais, é realizada na porção do cérebro denominada hipotálamo (Figura 2a).
Estudos em ratos mostraram que uma lesão bilateral (destruição de neurônios) de uma porção do hipotálamo, denominado hipotálamo ventromedial, faz com que o animal aumente a ingestão de alimentos, tornando-se obeso; e quando a lesão acomete o hipotálamo lateral, o animal não come e acaba por desenvolver anorexia. Esses achados difundiram a ideia de que o hipotálamo ventromedial seria o “centro da saciedade”, enquanto o hipotálamo lateral seria o “centro da fome”. Hoje é conhecido que o controle alimentar não se resume a esse “centro dual”, havendo outros importantes centros hipotalâmicos envolvidos, como os núcleos arqueado e para ventricular (Figura 2b), bem como mecanismos periféricos (fora do sistema nervoso central). O núcleo arqueado compreende dois grupos de neurônios importantes para o controle alimentar, os neurônios anorexígenos, os quais liberam neurotransmissores (α-MSH e CART) que inibem a ingestão alimentar, e os neurônios orexígenos (liberam NPY e AgRP), que estimulam essa ingestão.
Esses centros hipotalâmicos são influenciados por diversos sinais, incluindo alguns hormônios (grelina, leptina, colecistoquinina e insulina) e sinais neurais provenientes do trato gastrointestinal, que abordaremos posteriormente.
3. Mecanismos de regulação da ingestão alimentar
A natureza nos dotou de mecanismos sofisticados de controle alimentar, alguns atuando durante um longo período, determinando a manutenção das reservas de gordura corporal, e outros durante um curto período, regulando o tamanho e a frequência de cada refeição.
3.1. Leptina: regulação a longo prazo
A energia é essencial para o funcionamento do corpo. Dessa forma, nosso organismo é dotado de complexos mecanismos que regulam a ingestão alimentar conforme a necessidade, impelindo o indivíduo a buscar alimento ou suprimindo sua fome; e o excesso de energia ingerido é armazenado, em sua maior parte, como gordura, podendo ser acionado quando necessário. Os mecanismos de longo prazo do controle alimentar são os responsáveis pela manutenção da estabilidade relativa dessas reservas energéticas (gordura) ao longo do tempo.
O organismo tende a manter as reservas energéticas corporais relativamente constantes. Se você já tentou emagrecer, sabe como o corpo se empenha em frustrar essa tentativa. Isso também pode ser observado em modelos animais. Ratos induzidos a perder peso por redução da ingestão calórica, quando têm acesso livre ao alimento passam a comer uma quantidade maior até retornarem ao nível normal de gordura corporal. Por outro lado, quando os animais são submetidos à alimentação forçada para ganhar peso, passam a comer pouco até que os níveis de gordura corporal retornem ao normal, quando têm oportunidade de regular sua própria dieta. Dessa forma, observa-se a existência de mecanismos responsáveis por manter o equilíbrio das reservas energéticas do organismo, o que poderia explicar a grande dificuldade em manter o emagrecimento resultante de um regime restritivo.
Essa situação de homeostase energética baseada nas reservas de gordura corporal, que ficou conhecida como hipótese lipostática, para funcionar de forma eficiente é necessário que haja uma comunicação entre tecido adiposo, onde é armazenada a gordura, e o encéfalo, responsável pelas sensações de fome e saciedade.
A resposta para essa lacuna da comunicação tecido adiposo – encéfalo foi encontrada com a descoberta da leptina (em grego leptos significa magro), um hormônio produzido pelas células armazenadoras de gordura (adipócitos). A concentração de leptina no sangue reflete a quantidade de gordura armazenada; dessa forma, quanto maior o depósito de gordura corporal, maior será a concentração sérica desse hormônio. A leptina, então, irá interagir com neurônios do hipotálamo, causando redução da ingestão alimentar e aumento do gasto energético.
A ação da leptina é considerada de longo prazo, uma vez que é produzida de acordo com os estoques de gordura corporal, e alterações nos níveis sanguíneos de leptina só ocorrerão após um tempo relativamente longo de manutenção de uma dieta hiper ou hipocalórica, suficiente para que haja alterações na quantidade de gordura corporal.
A leptina é sintetizada nos adipócitos sob controle do gene da obesidade (ob). Camundongos cujo DNA não apresenta esse gene, chamados camundongos ob/ob (Figura 3), são obesos e a administração de leptina nesses animais reverte a obesidade e o distúrbio alimentar. Por esse motivo, a descoberta da leptina gerou grandes especulações e expectativas sobre o possível tratamento da obesidade. Assim, teoricamente, a suplementação desse hormônio em obesos permitiria que o encéfalo recebesse a informação para reduzir a ingestão de alimentos e acelerar o gasto de energia, levando ao emagrecimento. Entretanto, na prática, com exceção dos raros indivíduos com deficiência congênita do hormônio leptina (situação semelhante aos camundongos ob/ob) ou do seu receptor, a maioria dos pacientes obesos não respondeu à terapia com leptina. Descobriu-se que esDescobriu-ses indivíduos não eram obesos devido à falta do hormônio, pelo contrário, apresentavam níveis altos de leptina no sangue, proporcional à elevada adiposidade. Dessa forma, a obesidade não era resultado de uma deficiência na produção de leptina, mas de uma resistência, ou seja, redução da responsividade, dos neurônios hipotalâmicos ao hormônio, de forma similar a que ocorre com a resistência à insulina observada no diabetes mellitus tipo 2,quando as células não respondem à insulina.
3.2. Regulação a curto prazo da ingestão alimentar
Voltando à história dos irmãos, Fisiolino e Extremoso iniciam o desjejum vorazmente. Após um tempo se alimentando, a ânsia por comida diminui e advém uma sensação de saciedade, que os faz parar de comer. Aliado ao controle alimentar determinado pela ação da leptina, cujos níveis variam lentamente com as alterações dos depósitos de gordura armazenados no corpo, é necessário que outros mecanismos regulem o comportamento alimentar de forma mais rápida, como durante uma refeição, determinando seu início e término, ou entre refeições. Essa regulação é feita por meio dos sinais de saciedade, os quais se iniciam quando comemos e vão perdendo intensidade à medida que o alimento é digerido e seus componentes absorvidos ao longo do trato gastrointestinal.
O estímulo para comer, ou fome, inicia-se com a liberação de grelina, cujo estímulo é o esvaziamento do estômago e a queda da glicemia, e termina pela ação coordenada de diversos sinais de saciedade, como distensão gástrica e liberação de colecistocinina e insulina. Alguns estímulos sensoriais também podem interferir na ingestão alimentar. O simples ato de mastigar e deglutir o alimento ajuda a criar uma sensação de saciedade; a visão, o cheiro e o gosto da comida podem estimular ou suprimir o apetite.
Distensão gástrica
Todos sabemos o que é sentir-se “cheio” após uma lauta refeição. O estiramento das paredes do estômago é um poderoso sinal de saciedade. Esse estiramento, percebido por receptores, chega até o encéfalo por meio do nervo vago e inibe a fome. Mas como não voltamos a comer logo que o estômago se esvazia, é de supor que outros sinais mais duradouros mantenham sob bloqueio os comportamentos de ingestão alimentar.
Hormônios
Aliado à distensão gástrica, a chegada de alimento ao estômago e intestino provoca a secreção de hormônios, como a colecistocinina e insulina.
A colecistocinina (conhecida pela abreviatura do inglês CCK) é liberada em resposta à estimulação da porção inicial do intestino (duodeno) por certos tipos de alimento, especialmente lipídeos e proteínas. A CCK atua no encéfalo, induzindo saciedade e atua retardando o esvaziamento gástrico (passagem do alimento do estômago para o intestino delgado), mantendo o efeito da distensão gástrica por mais tempo. Além disso, estimula a contração da vesícula biliar e a liberação da bile que, aliado ao retardo do esvaziamento gástrico, permite uma digestão lenta e uma absorção completa das gorduras.
A insulina é um hormônio liberado na corrente sanguínea pelas células β do pâncreas quando os níveis plasmáticos de glicose estão elevados. Esse hormônio é essencial para o transporte de glicose para diversas células do organismo. A liberação de insulina é controlada de diversas maneiras (Figura 4). Antes mesmo da ingestão do alimento, durante a chamada fase cefálica, simplesmente a visão e o aroma do alimento já estimulam a liberação de insulina. Em resposta, os níveis de glicose sanguínea caem ligeiramente, e essa mudança, detectada por neurônios no encéfalo, aumenta o estímulo para comer. Durante a fase gástrica, quando o alimento chega ao estômago, a secreção de insulina é também estimulada por hormônios gastrointestinais, como a CCK.
A liberação da insulina é máxima quando os componentes do alimento são absorvidos no intestino, e os níveis de glicose no sangue aumentam, durante a chamada fase de substrato. Esse aumento na insulina, juntamente com o aumento na glicemia, é um sinal de saciedade. Em contraste com os outros sinais de saciedade que discutimos, os quais se comunicam com o encéfalo principalmente via nervo vago, a insulina inibe o comportamento alimentar atuando diretamente em núcleos hipotalâmicos.
Os carboidratos apresentam diferentes Índices Glicêmicos, ou seja, quando absorvidos causam alteração nos níveis sanguíneos de glicose de diferentes intensidades, dependendo, entre outros fatores, da velocidade de absorção e do tipo de carboidrato presente no alimento ingerido. Os carboidratos de absorção lenta ocasionarão aumentos brandos e por maior tempo na glicemia e, consequentemente, da insulina, proporcionando maior tempo de saciedade. Em contrapartida, os carboidratos de absorção rápida, como a glicose e a sacarose (açúcar de cozinha utilizado no cotidiano), provocam um aumento brusco nas concentrações sanguíneas de glicose e, consequentemente, de insulina, que provocará normalização da glicemia mais rapidamente, diminuindo a saciedade (Figura 5).
Receptores orais
Postula-se que vários “fatores orais” relacionados com a alimentação, como a mastigação, a salivação, a deglutição e o paladar “avaliam” o alimento na medida em que ele passa pela boca. Depois da passagem de certa quantidade de alimento pela boca, tais fatores sinalizam no hipotálamo a inibição do consumo alimentar. Todavia, ainibição ocasionada por este mecanismo é menos intensa e duradoura (20 a 40 minutos) do que a ocasionada pelo enchimento gastrointestinal.
A saciedade provocada pelos mecanismos apresentados nesta seção pode sofrer atraso, daí a importância de se realizar as refeições sem pressa, comendo devagar e mastigando bem os alimentos, para que haja tempo dos sinais de saciedade serem processados antes que tenha ocorrido a superalimentação. Além disso, especialistas recomendam não ficar muito tempo sem comer, sendo o ideal alimentar-se a cada três horas, devendo-se ingerir alimentos de baixa caloria entre as refeições principais. Com essas medidas, evita-se a fome exacerbada, que levaria o indivíduo a comer mais que o necessário e engordar.
4. O alimento no controle alimentar
Como vimos, os mecanismos fisiológicos relacionados com o controle alimentar dependem da qualidade do alimento ingerido, ou seja, de sua composição em carboidratos, proteínas e lipídeos, que determinarão a secreção de hormônios gastrointestinais. Dessa forma, nada mais justo que voltarmos nosso olhar para o alimento a fim de estudar os mecanismos fisiológicos que vão levar à fome e à saciedade. Trataremos nesta seção de um componente dos alimentos bastante importante no processo de controle alimentar: as fibras alimentares.
As fibras são compostos presentes no alimento que não podem ser digeridos pelas enzimas digestivas humanas durante a passagem pelo trato gastrointestinal, não sendo absorvidos, chegando às porções finais do intestino grosso e sendo eliminados pelas fezes. São, em sua maioria, componentes não digeríveis do alimento vegetal. Mas por que ingerir fibras se não somos capazes de aproveitar seus nutrientes?
As fibras alimentares podem ser divididas em dois grupos: as solúveis em água e as insolúveis. As fibras solúveis têm grande capacidade de captar água e formar gel e isso ocorre no estômago quando ingerimos esse tipo de fibras. O aumento de volume da fibra pode chegar a até sete vezes! Assim, as fibras contribuem para a sensação de saciedade, por aumentar o volume do alimento ingerido, ocasionando maior distensão gástrica, e por retardar o esvaziamento gástrico. Além de favorecer a saciedade, o consumo de fibras solúveis auxilia no controle do colesterol, evita constipação intestinal e aumenta a lubrificação das fezes, o que facilita a evacuação. As fibras solúveis ainda retardam a absorção dos carboidratos, levando a uma resposta glicêmica baixa.
Já as fibras insolúveis exigem maior mastigação, facilitando o ataque das enzimas digestivas ao alimento e dando tempo de os sinais de saciedade começarem a fazer efeito. Além disso, esse tipo de fibra alimentar causa aumento do volume das fezes e acelera o trânsito intestinal. As fibras, seja solúvel ou insolúvel, por não serem digeridas ao longo do trato digestório, são fermentadas pelas bactérias que residem no intestino grosso, podendo causar efeitos secundários desagradáveis, como flatulência e distensão abdominal.
As fibras alimentares regularizam o funcionamento intestinal, o que as tornam relevantes para o bem-estar das pessoas saudáveis e para o tratamento dietético de várias patologias. Importante salientar que os efeitos benéficos do consumo de fibras só ocorrerão se houver consumo adequado de água. Dentre as fontes de fibras solúveis destaca-se a aveia, frutas e vegetais. As leguminosas (feijões, lentilha, ervilhas) e cereais são fontes de ambos os tipos de fibras, sendo que os cereais integrais têm na sua composição um maior teor de fibras insolúveis. Conhecer os efeitos da composição dos alimentos sobre os mecanismos de controle alimentar é importante para auxiliar na escolha de uma alimentação mais saudável.
5. Alimentação e recompensa
Comemos porque estamos com fome, mas também porque gostamos de comida e de comer. Extraímos prazer do sabor, do aroma, da visão e da textura do alimento, assim como do próprio ato de comer. Aliado aos sinais fisiológicos que motivam o comportamento alimentar, há o aspecto hedônico da alimentação: é gostoso, portanto, fazemos. Pesquisas em animais e seres humanos sugerem, entretanto, que o gostar e o querer são mediados por diferentes circuitos no encéfalo. A alimentação, como qualquer outra função envolvida na sobrevivência, promove respostas de recompensa, que reforçam o comportamento que a ocasionou. Fisiologicamente, essa recompensa é resultado da liberação do neurotransmissor dopamina em certas regiões do encéfalo. Dietas altamente palatáveis estão intimamente relacionadas com o aspecto do prazer e até do vício, a exemplo dos chocólatras. Mecanismo semelhante à da recompensa pela alimentação é responsável pela dependência de drogas de abuso.
6. Obesidade
A obesidade está tomando proporções alarmantes, sendo considerada uma epidemia global. Segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), no mundo, estima-se que existam 300 milhões de obesos e 1 bilhão de pessoas com sobrepeso. No Brasil, os números também são preocupantes. Conforme dados da Pesquisa de Orçamentos Familiares (POF) 2008-2009, realizada pelo IBGE em parceria com o Ministério da Saúde, cerca de metade (50,1% para homens e 48% para mulheres) da população adulta brasileira está com excesso de peso (Figura 6). Longe de ser uma questão simplesmente estética, é importante ter em mente que a obesidade é uma doença. O sobrepeso e a obesidade predispõem o indivíduo a diversas outras doenças, como diabetes mellitus tipo 2, hipertensão arterial, dislipidemia, doenças coronarianas, acidente vascular cerebral e algumas formas de câncer.
