Homeostasia

Os três principais componentes da homeostasia são um receptor, um centro de controlo, e um effector. O receptor recolhe informação do seu meio envolvente e transmite-a ao centro de controlo. O centro de controlo, por sua vez, processa a informação e envia sinais para o efector. O efector, então, produz uma resposta baseada no sinal do centro de controlo.

Homeostasis é a tendência para não se afastar da gama de condições internas favoráveis ou ideais. Tais condições devem ser mantidas constantemente as mesmas. A manutenção de uma condição interna estável é crucial para qualquer forma de vida. São utilizadas diferentes estratégias fisiológicas para manter o bom funcionamento de um sistema, apesar da dinâmica do ambiente externo. De facto, esta capacidade é uma das marcas de estar vivo. Em vez de nada fazer, actua e resiste ao efeito de factores externos para não se desviar do estado de equilíbrio, estabilidade, ou equilíbrio que favorece. Nos seres humanos, a homeostase é mantida através de mecanismos reguladores, cada um composto por três componentes gerais: um receptor, um centro de controlo, e um efector. O mecanismo homeostático pode ter a forma de um laço, que pode ser positivo ou negativo. O feedback positivo conduz a mais estímulo ou aceleração do processo, enquanto o feedback negativo conduz à inibição do (fonte do) estímulo ou à desaceleração do processo. Exemplos de feedback positivo são as contracções no parto, a coagulação do sangue, e a geração potencial de acção. Exemplos de feedback negativo são termorregulação, regulação da glicemia, barorreflexo na pressão arterial, homeostase do cálcio, homeostase do potássio, e osmorregulação.

Homeostase Definição

Homeostase definição em biologia é a capacidade ou tendência do corpo ou de uma célula para procurar e manter uma condição de equilíbrio – um ambiente interno estável – uma vez que lida com mudanças externas. Faz uso de controlos de feedback e outros mecanismos reguladores, a fim de manter um ambiente interno constante. Pode ser interpretado como uma habilidade de um organismo vivo no seu esforço de se manter dentro da gama óptima, apesar das condições ambientais flutuantes. Assim, no contexto biológico, a palavra homeostase implica mecanismos fisiológicos multifacetados a fim de sustentar e estabilizar o estado funcional e normal de um organismo.

p>Etimologia: O termo homeostase vem do grego antigo ὅμοιος (hómoios, que significa “semelhante”), de στημι (hístēmi, “em pé”) e estase, de στάσις (stásis, que significa “em pé”). O conceito de homeostase foi descrito pela primeira vez em 1865 por Claude Bernard, um fisiologista francês. No entanto, o termo foi cunhado mais tarde em 1962 pelo fisiologista americano Walter Bradford Cannon. Variante: homoeostasis.

Processos Homeostáticos

Um organismo necessita de um sistema que interconecte eficazmente vários processos e funções biológicas. O corpo humano, por exemplo, tem órgãos corporais constituídos por células que funcionam em uníssono. Estes órgãos, embora distintos uns dos outros, têm de trabalhar lado a lado a fim de manter um conjunto de condições internas dentro da gama ideal. Existem vários processos homeostáticos e cada um deles funciona regulando certas variáveis do ambiente interno.

Homeostase no corpo humano

O corpo humano não seria capaz de funcionar eficientemente se houvesse um desequilíbrio prolongado nas condições físicas internas e na composição química. Tal como qualquer outro ser vivo, o corpo humano emprega vários mecanismos homeostáticos para manter o seu funcionamento óptimo.

Variáveis tais como temperatura corporal, pH, nível de sódio, nível de potássio, nível de cálcio e nível de açúcar no sangue têm de ser mantidas dentro da gama homeostática. A gama homeostática é definida como os limites superiores e inferiores permitidos para uma determinada variável. Se para além desta gama, o corpo em breve não conseguiria realizar as suas tarefas e tornar-se-ia disfuncional. Para que o corpo mantenha estas variáveis dentro de limites eficazes, são utilizados vários mecanismos reguladores e cada um deles é composto por três componentes gerais.

Componentes da homeostase

Os componentes da homeostase são: (1) um receptor, (2) um centro de controlo, e (3) um agente de efeito. O receptor, como o nome indica, é a parte de um sistema homeostático que recebe informações sobre o estado do corpo. Monitoriza e percebe as mudanças no seu ambiente, tanto o interno como o externo. É na forma de um terminal nervoso sensorial que recebe a informação (i.e. estímulo) e depois responde produzindo um impulso nervoso de acordo com o tipo, presença/ausência, ou extensão da estimulação. Exemplos de receptores no corpo humano são os seguintes:

• Fotorreceptores, isto é, receptores que reagem a estímulos de luz
• Células receptoras olfactivas, isto é, receptores no epitélio olfactivo no telhado do nariz que reagem a odores ou cheiros
• receptores de rajada, i.e. receptores do sabor
• células receptoras auditivas, isto é, receptores no epitélio do órgão de Corti que reagem a estímulos sonoros
• termorreceptores, isto é, receptores numa célula sensorial sensível a mudanças de temperatura
• mecanorreceptores, isto é, receptores no epitélio do órgão de Corti que reagem a estímulos sonoros

e. receptores na pele que reagem a vários estímulos mecânicos

• Interoceptores, i.e. receptores que respondem a estímulos dentro do corpo
• Nociceptores, i.e. receptores responsáveis por detectar ou responder à dor
• Quimiorreceptores periféricos, i.e. receptores que respondem a alterações químicas no sangue, por exemplo concentração de oxigénio

Os centros de controlo pertencem ao componente homeostático que processa os impulsos retransmitidos pelos receptores. Exemplos disso são o centro respiratório e o sistema renina-angiotensina. Os efectores são o alvo da resposta homeostática que traria a reversão das condições para a gama óptima ou normal. Ao nível dos tecidos ou órgãos, são exemplificados pelo músculo ou pela glândula. A nível celular, são os receptores de um nervo, incluindo os receptores nucleares.
Estes três componentes funcionam primeiro detectando e depois respondendo à informação (isto é, estímulo) pelos receptores das células sensoriais. Respondem à alteração detectada no ambiente, transmitindo a informação ao centro de controlo para processamento, ou directamente a um determinado agente de efeito alvo. O processamento no centro de controlo implica a deliberação e determinação da resposta apropriada aos estímulos retransmitidos. Em seguida, envia esta mensagem aos efectores. Os efectores, ao receberem a mensagem, provocariam a suposta resposta que reverteria para a gama homeostática normal. A nível celular, os receptores nucleares activados actuarão através da upregulação (ou da desregulação) da expressão de determinado(s) gene(s). A proteína produzida a partir da expressão do gene exerceria então o seu efeito no órgão alvo.

Mecanismos homeostáticos

Mecanismos homeostáticos que respondem a uma perturbação podem ter a forma de um mecanismo de looping (chamado mecanismo de feedback) que pode ser positivo ou negativo. O feedback positivo mantém a direcção do estímulo. Tende a acelerar ou a promover o efeito do estímulo. Exemplos são contracções do trabalho de parto, coagulação do sangue, e geração de potencial de acção. A retroacção negativa é um sistema auto-regulador e é empregue em vários sistemas biológicos. Inverte a direcção do estímulo e tende a inibir a fonte do estímulo ou a abrandar o processo metabólico. Exemplos incluem termoregulação, regulação da glicemia, barorreflexo na pressão arterial, homeostase do cálcio, homeostase do potássio, e osmoregulação.

Contracções do trabalho de parto

A contracção do trabalho de parto é um feedback positivo, uma vez que a contracção inicial do músculo uterino leva a mais contracções. Em vez de inibir a contracção, o corpo tende a produzir mais contracções. No parto, a hipófise posterior liberta oxitocina que estimula a contracção muscular. No parto, a libertação de oxitocina aumenta ainda mais, intensificando as contracções musculares até o recém-nascido ser empurrado para fora do canal de parto.

Coagulação do sangue

A formação de um coágulo sanguíneo é um exemplo de feedback positivo. A conversão de sangue de um líquido numa forma sólida implica a activação em série de factores de coagulação. Assim que um factor de coagulação é activado, o factor de coagulação seguinte é activado, resultando na formação de um coágulo de fibrina. Neste processo, a direcção do estímulo é mantida.

Geração de potencial de acção

Na sinalização neuronal, o feedback positivo é demonstrado durante a despolarização da membrana. Como o impulso nervoso é retransmitido ao longo do axônio do neurônio, os canais de sódio de voltagem aberta numa série abaixo do axônio. O primeiro conjunto de canais de sódio em tensão abre-se, resultando no influxo de iões de sódio. Isto, por sua vez, provoca a despolarização da área circundante, o que significa que o próximo conjunto de canais de sódio em tensão se abrirá.

Thermoregulation

Termoregulação é um exemplo de feedback negativo. Refere-se à regulação homeostática da temperatura corporal. O corpo humano tende a manter uma temperatura interna de cerca de 98,6 graus Fahrenheit (98,6 ˚F, equivalente a 37 ˚C), também referido como o set point. A temperatura central é regulada principalmente pelo sistema nervoso, particularmente o hipotálamo anterior e a área pré-óptica do cérebro.

Quando a temperatura ambiente é inferior à temperatura da pele, ocorre perda de calor. Isto significa que em ambientes mais frios (por exemplo, durante a estação fria do Inverno), o corpo perde calor principalmente das mãos e dos pés. Como resultado, a temperatura central cai. Isto é captado pelo centro termorregulador do cérebro e inicia mecanismos de controlo para devolver a temperatura central ao ponto de regulação. Um dos mecanismos homeostáticos é através de tremores para gerar calor. O centro termorregulador do cérebro envia sinais aos músculos para tremerem. Uma vez que o corpo permanece imóvel enquanto treme menos calor será dissipado para o ambiente.
Ao contrário, quando a temperatura ambiente é superior à temperatura da pele, o corpo ganha calor e, consequentemente, a temperatura central aumenta. Isto ocorre durante os dias quentes de Verão. O centro de controlo termorregulador no cérebro responde, por exemplo, estimulando as glândulas sudoríparas écrinas a secretar o suor para arrefecer o corpo (por arrefecimento evaporativo).
A termorregulação é um mecanismo homeostático importante não só nos seres humanos mas também nos mamíferos. Os mamíferos mantêm uma temperatura corporal constante que os torna caracteristicamente de sangue quente. O corpo mantém uma temperatura central óptima através da regulação interna por um sistema corporal composto por termorreceptores no hipotálamo, o cérebro, a medula espinal, os órgãos internos, e as grandes veias.1 Outra forma é a alostase, que é uma forma comportamental de regulação homeostática. Por exemplo, durante o tempo quente, eles tendem a procurar lugares mais sombrios e frescos, e/ou não se movem muito. Durante a estação fria, procuram locais quentes e tendem a aumentar a sua actividade. Algumas espécies, tais como aves, juntam-se ou aninham-se para se aquecerem.2 Os humanos, por sua vez, criaram certas ferramentas, sistemas e equipamento para ajudar a alcançar uma temperatura ambiente tolerável ou ideal dentro dos seus abrigos. Por exemplo, o aquecimento radiante sob a forma de radiadores a vapor, aquecimento radiante no chão, aquecimento na parede, aquecedores de alvenaria e aquecimento solar passivo, pode aquecer eficazmente superfícies e objectos e produzir um calor uniforme e confortável. Ler mais factos sobre Aquecimento radiante.

Homeostase do sangue

Sangue humano é composto por elementos celulares e plasma. Enquanto os elementos celulares incluem as células sanguíneas e as plaquetas, o plasma consiste principalmente em água, cerca de 95% por volume, e a percentagem restante inclui proteínas dissolvidas (por exemplo albuminas de soro, globulinas, fibrinogénio), glucose, factores de coagulação, electrólitos, hormonas, dióxido de carbono, e oxigénio. Os níveis destes componentes no plasma sanguíneo passam por regulação homeostática. Por exemplo, o nível de açúcar no sangue é regulado para estabelecer a concentração de glicose no sangue dentro do limite tolerável. O corpo mantém a homeostase a este respeito, em grande parte através do pâncreas. O pâncreas é uma estrutura glandular composta por dois tipos principais de células: células alfa e células beta. As células alfa produzem e secretam glucagon enquanto que as células beta, a insulina. O glucagon e a insulina são hormonas do pâncreas que regulam a concentração de glicose no sangue. A insulina, em particular, reduz os níveis de açúcar no sangue incitando os músculos esqueléticos, e os tecidos adiposos a absorverem a glicose da corrente sanguínea. Também incita as células hepáticas a absorver a glicose e armazená-la em glicogénio. Pelo contrário, o glucagon aumenta os níveis de açúcar no sangue estimulando o fígado a converter o glicogénio armazenado em glicose por glicogénese ou produz glicose por gluconeogénese e liberta-a na corrente sanguínea. Assim, quando o nível de glicose é elevado na circulação sanguínea (por exemplo, quando se consome um alimento rico em hidratos de carbono), as células beta do pâncreas secretam insulina e inibem as células alfa de secretar o glucagon. Mas quando o nível de glicose cai (por exemplo, durante um treino que exige energia), as células alfa secretam o glucagon e a secreção de insulina é interrompida.

homeostase da tensão arterial

Outra instância de feedback negativo é a regulação homeostática da tensão arterial. A tensão arterial é a força exercida pelo sangue em circulação à medida que atinge as paredes arteriais. A pressão vem do coração quando cria um acto pulsante. Esta pressão sanguínea é regulada dentro da gama homeostática através do centro cardiovascular. Este centro de controlo tem três actividades distintas relacionadas com a regulação da pressão arterial3:
(1) O centro cardíaco envia impulsos nervosos aos nervos cardíacos simpáticos para aumentar o débito cardíaco (através do aumento da frequência cardíaca).
(2) O centro cardíaco que envia impulsos nervosos aos nervos vagos parassimpáticos para diminuir o débito cardíaco (através da diminuição da frequência cardíaca).
(3) O centro vasomotor que regula o diâmetro dos vasos sanguíneos.
O centro cardiovascular recebe informações sobre alterações da pressão arterial dos receptores, por exemplo, barorreceptores. Os barorreceptores são os receptores que se encontram principalmente no seio carotídeo. São sensíveis às alterações da pressão arterial. Por exemplo, quando a parede arterial se estica de um aumento do volume de sangue, os barorreceptores detectam o consequente aumento da pressão arterial. Enviam sinais às células musculares do coração atrial para secretar o peptídeo natriurético atrial (ANP) para a corrente sanguínea. A ANP é um potente vasodilatador cujas acções incluem a diminuição da pressão arterial. A este respeito, o seu órgão alvo é o rim que, além da função principal de excretar resíduos para fora do corpo como urina, também desempenha um papel importante na gestão do volume de sangue através do sistema renina-angiotensina-aldosterona. Em particular, a ANP estimula o rim a deixar de secretar renina.
Renina é uma enzima que converte o angiotensinogénio do fígado em angiotensina I. A angiotensina I é convertida a seguir pela enzima conversora de angiotensina nos pulmões numa potente vasoconstritora, a angiotensina II. Esta última provoca a constrição do vaso sanguíneo alvo, aumentando assim a resistência periférica. Um aumento da resistência periférica leva a um aumento da pressão sanguínea. A angiotensina II também actua sobre as glândulas supra-renais, estimulando-as a segregar a aldosterona. A aldosterona reduz a produção de urina. Fá-lo entrando nas células principais do túbulo distal e na conduta de recolha do nefrónio renal para se ligar ao receptor mineralocorticoide nuclear. Isto activa a célula para libertar iões de sódio (Na+) através das bombas basolaterais de Na+/K+. Três iões de Na+ são libertados para fora da célula para o fluido intersticial. Simultaneamente, 2 iões K+ são levados para dentro da célula a partir do fluido intersticial. Como resultado, um gradiente de concentração faz com que os iões Na+ e a água entrem na corrente sanguínea (como para os iões K+, eles são segregados do lúmen da conduta de recolha para a urina). A reabsorção tanto dos iões Na+ como da água no sangue aumenta o volume de sangue.
Ao inibir o rim de secretar renina, os seus efeitos e os eventos subsequentes também seriam inibidos. Como resultado, o volume de sangue diminui e a pressão arterial baixa.

Homeostase do cálcio

As células principais nas glândulas paratiróides e as células parafoliculares nas glândulas tiróides são células sensoriais sensíveis aos níveis de iões de cálcio (Ca2+). A queda dos iões de cálcio no plasma incita as células principais a secretar a hormona paratiróide enquanto que a subida dos iões de cálcio incita as células parafoliculares a secretar a calcitonina.4
Uma queda no nível de Ca2+ provoca a libertação da hormona paratiróide. O aumento desta hormona que circula no sangue incita à reabsorção óssea. Além disso, a hormona provoca a excreção de iões de fosfato através da urina. A excreção de iões de fosfato impedirá a ligação destes últimos com Ca2+. Desta forma, Ca2+ não ligado pode ser libertado no plasma, corrigindo o nível de Ca2+. Além disso, a hormona também actua sobre os rins. Ela estimula o rim a libertar calcitriol no sangue. O calcitriol visa as células epiteliais do duodeno e jejuno do intestino delgado para aumentar a sua capacidade de absorção de cálcio do lúmen intestinal e depois libertá-lo para o sangue. 5
O aumento de Ca2+ resulta nas células parafoliculares para secretar a calcitonina no sangue. Esta hormona, por sua vez, visa as células ósseas, estimulando estas últimas a absorver o cálcio e convertê-lo numa forma insolúvel no interior do osso, removendo assim o excesso de Ca2+ no sangue.

Homeostase de potássio

O corpo corrige os níveis de potássio através da acção do complexo adrenal. Uma alta concentração de potássio no plasma leva à despolarização da membrana da zona glomerulosa no córtex adrenal.6 Isto incita à libertação de aldosterona no sangue. Esta hormona actua sobre o rim. Estimula a excreção de iões de potássio em excesso para a urina. Fá-lo através das bombas basolaterais de sódio/potássio das células epiteliais tubulares. Cada uma destas bombas funciona através da libertação de três iões de sódio para fora da célula e, em seguida, a absorção de dois iões de potássio para a célula. Devido ao gradiente de concentração iónica resultante, os iões sódio são reabsorvidos no sangue e depois os iões potássio são segregados no lúmen da conduta de recolha, para a sua excreção final através da urina.

Osmoregulação

Os fluidos corporais do corpo humano são de dois tipos principais: fluido intracelular (fluido dentro da célula) e fluido extracelular (fluido fora da célula). Ambos os tipos são constituídos principalmente por água. A quantidade de moléculas de água entre estes dois fluidos precisa de ser regulada e estabilizada. O corpo fá-lo por osmoregulação. O mecanismo homeostático é iniciado pelos osmoreceptores no hipotálamo. Estes receptores são sensíveis às mudanças de pressão osmótica. Quando estes receptores detectam hipertonicidade (mais soluto) ou hiper-osmolalidade no ambiente extracelular, a vasopressina é libertada para a circulação. No caso da osmoregulação, a vasopressina visa o rim para exercer uma resposta antidiurética, particularmente promovendo a reabsorção de água, inibindo assim uma maior perda de água. Para além da libertação de vasopressina, o hipotálamo também estimula o centro da sede do cérebro para aumentar a vontade de beber água. No caso de hipo-osmolalidade no ambiente externo, existe um baixo nível de vasopressina plasmática. Em consequência, a água não é reabsorvida dos túbulos renais e por isso excretada na urina.

Importância biológica da Homeostase

Homeostase é importante para manter e sustentar a vida. Sem estes mecanismos homeostáticos para assegurar que as variáveis inatas sejam mantidas dentro dos valores óptimos ou adequados, haveria instabilidade no corpo. O sistema não seria capaz de funcionar de forma adequada e eficiente. A longo prazo, o indivíduo ficaria doente, ou pior, enfrentaria a morte devido à falha do corpo em rectificar variáveis desonestas que impedem o sistema de funcionar como deveria.

READ: Homeostasia Fisiológica e Mecanismos Homeostáticos e Comunicação Celular

Termos relacionados

• Waddingtonian homeostase
• Genetic Homeostasis
• Homeostatic equilibrium

Ver também

• Mecanismo de alimentação

1. Tansey, Etain A.; Johnson, Christopher D (2015). “Recentes avanços na termoregulação”. Avanços na Educação em Fisiologia. 39 (3): 139-148.

li>Campbell, Neil A. (1990). Biologia (Segunda ed.). Redwood City, Califórnia: The Benjamin/Cummings Publishing Company.li>Control of Blood Pressure. (2015). Obtido no website Cliffsnotes.com: https://www.cliffsnotes.com/study-guides/anatomy-and-physiology/the-cardiovascular-system/control-of-blood-pressure

2. Brini, M., Ottolini, D., Calì, T., & Carafoli, E. (2013). “Capítulo 4. O Cálcio na Saúde e na Doença”. Em Sigel A, Helmut RK (eds.). Inter-relações entre os Iões Metálicos Essenciais e as Doenças Humanas. Os Iões de Metal em Ciências da Vida. 13. Springer. pp. 81-137.

li>Stryer, L. (1995). “A vitamina D é derivada do colesterol pela acção de divisão do anel da luz”. In: Bioquímica (quarta ed.). Nova Iorque: W.H. Freeman and Company. p. 707.

3. Hu, C., Rusin, C. G., Tan, Z., Guagliardo, N. A., & Barrett, P. Q. (Junho de 2012). “Zona glomerulosa cells of the mouse adrenal córtex are intrinsic electrical oscillators”. J Clin Invest. 122 (6): 2046-2053.
4. Palmer, L. G. & Frindt, G. (2000). “Aldosterona e secreção de potássio pela conduta colectora cortical”. Kidney International. 57 (4): 1324-8.

li>Modell, H., Cliff, W., Michael, J., McFarland, J., Wenderoth, M. P., & Wright, A. (2015). A opinião de um fisiologista sobre homeostasia. Advances in Physiology Education, 39(4), 259-266. https://doi.org/10.1152/advan.00107.2015

5. Homeostasis, Steady States, e Equilibria. (2019). Obtido do website Rice.edu: https://www.ruf.rice.edu/~bioslabs/studies/invertebrates/steadystate.html
6. Homeostasis. (2019). Obtido do website Bellarmine.edu: https://www.bellarmine.edu/faculty/dobbins/microbial/MBernard.htm
7. 1.3 Anatomia da Homeostase & Fisiologia. (2019). Obtido do website Oregonstate.edu: http://library.open.oregonstate.edu/aandp/chapter/1-5-homeostasis/
8. Homeostasis: Mecanismo de Feedback Positivo e Negativo. (n.d.). Obtido de https://www.michigan.gov/documents/explorelabscience/Presentation_on_Homeostasis_560162_7.pdf
9. Palestra 21. (2019). Obtido do website Columbia.edu: http://www.columbia.edu/cu/biology/courses/c2006/lectures08/lect21.08.html
10. Sistemas de Órgãos Animais. (2019). Recuperado do website Estrellamountain.edu: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookANIMORGSYS.html

Leitura adicional:

• Ficha Técnica de Aquecimento Radiante: Confortável, Eficiente & Saudável. Instituto de Biologia da Construção. https://buildingbiologyinstitute.org/free-fact-sheets/radiant-heating/