Fisiologia Básica: Guia Ilustrado de Conceitos Fundamentais 2a ed.

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Associado à compreensão da anatomia, o conhecimento da fisiologia – ciência que estuda o funcionamento dos organismos vivos e das partes que os compõem – é um pré-requisito essencial para compreender o que acontece com o corpo em casos de anomalias estruturais e patologias, servindo de base para o estudo da medicina e todas as ciências correlatas. Por meio de ilustrações coloridas e de alta qualidade que dialogam de forma didática com o texto, este livro reúne todos os conceitos essenciais da fisiologia, constituindo uma sólida introdução para estudantes dos mais diversos cursos, como medicina, odontologia, enfermagem, fisioterapia e ciências biomédicas, além de um valioso instrumento de revisão para profissionais da saúde. Em Fisiologia Básica, 2ª edição, o leitor encontrará: • 60 capítulos, divididos de acordo com o sistema corporal. • Questões para autoavaliação, organizadas de acordo com o tema de cada capítulo. • Apêndices que incluem uma comparação das propriedades dos músculos esquelético, cardíaco e liso, bem como valores fisiológicos normais.

64 capítulos

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1. Fisiologia e genoma

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1 Fisiologia e genoma

(a)

(b)

Cromossomos humanos

DNA

5'

O4P O

T

A hélice dupla

1

2

3

4

3'

O

A

O4P O

5

O PO4

A

T

C

G

O4P O

O PO4

O4P O

6

7

13

8

14

9

15

10

11

16

17

O PO4

G

12

C

O4P O

O PO4

G

C

A

T

O4P O

18

O PO4

O4P O

19

20

21

22

O PO4

G

C

G

C

O4P O

X-Y

Elementos do DNA

O

Desoxirribose

O PO4

G

C

T

Timina

A

Adenina

C

Citosina

G

Guanina

OH

O4P O

T

Fosfato

Elementos do RNA

O

Ribose

O PO4

A

PO4

O4P O

U

Uracila

O PO4

PO4

(d) Tradução (retículo endoplasmático)

 

2. Homeostase e fisiologia das proteínas

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2 Homeostase e fisiologia das proteínas

(a)

(b)

Elementos de um sistema de feedback negativo

Funcionamento de um sistema de feedback negativo

Enovelamento de uma proteína:

Ótimo Alteração pequena Desnaturada

Ponto de ajuste

1 Os detectores registram um afastamento do ponto de ajuste

2 Resposta dos efetuadores

Se o feedback falhar

2

Variável controlada

1

2

Intervalo fisiológico

Efetuadores

Variável

Detectores

1

Ponto de ajuste

1

2

Tempo

(c)

(d)

Estrutura primária de uma proteína (hipotética)

Estrutura enovelada (terciária)

Ligante

Domínio hidrofóbico

Domínio hidrofílico

Domínio de ligação

Domínio hidrofílico

Domínio hidrofóbico

Membrana

(lipídio)

Homeostase é a capacidade dos sistemas fisiológicos de manter as condições internas do corpo em um estado relativamente constante.

 

3. Compartimentos líquidos do corpo e líquidos fisiológicos

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3 Compartimentos líquidos do corpo e líquidos fisiológicos

(a)

Compartimentos dos líquidos fisiológicos

Líquido extracelular

Líquido intersticial (22%)

Na+ 143

Cl–

129

4

HCO3–

29

K+

Ca2+

3

Prot–

1

A–

0

3-30

9

50

61-88

Na+

N

AT aK

Pa se

Líquido intracelular (65%)

10

Cl–

Na+

140

HCO3–

K+

Ca2+

<0,01

Prot–

A–

Plasma (13%)

Na+ 143 Cl–

108

4 HCO3– 29

K+

Ca2+ 3 Prot–

10

A–

3

K+

Membrana plasmática:

• Livremente permeável à água

• Impermeável aos íons (exceto os que passam através de canais iônicos)

Sódio-potássio ATPase

Transfere ativamente K+ para dentro da célula e remove o Na+ para manter as concentrações iônicas dentro de limites estreitos

Parede dos capilares:

• Permeável a tudo, menos a proteínas plasmáticas

 

4. Células, membranas e organelas

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4 Células, membranas e organelas

(a)

Principais características de uma célula eucariótica

Retículo endoplasmático

Complexo de Golgi

Citoplasma

Lisossomos

Núcleo

Nucléolo

Mitocôndrias

Membrana externa

Fosfolipídio da membrana

Proteína receptora acoplada à proteína G

H+

Cabeça de fosfato e glicerol

Bicamada de fosfolipídios

Membrana interna

Cadeia transportadora de elétrons

O2

Caudas de

ácidos graxos

Componentes da membrana plasmática

O ambiente interno aquoso da célula é separado do meio externo aquoso por um envelope de moléculas de gordura (lipídios) conhecido como membrana plasmática, que é descrita em detalhes mais adiante.

Organelas processadoras de proteínas

Um pouco mais da metade do conteúdo de uma célula é constituída pelo citosol, um líquido viscoso, rico em proteínas, que

NADH

ADP + P

CO2

Ciclo do

ácido cítrico

 

5. Proteínas de transporte e canais iônicos das membranas

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5 Proteínas de transporte e canais iônicos das membranas

(a)

Sódio-potássio ATPase

K+

Externo

K+

K+

Na+

Externo

Na+

Na+

K+

Externo

ATP

ADP

ATP

ADP + P

Interno

Na+

Na+

K+

Interno

Na+

Na+

Na+

A ATPase readquire a conformação original

O ADP é expulso e o ATP se liga à enzima

ATP

O ATP é hidrolisado, a conformação da ATPase se altera. O K+ é liberado no meio interno, e o Na+ no meio externo

A ATPase se liga ao K+ do meio externo e ao

Na+ do meio interno

(b)

K+

Interno

Na+

Canal de sódio dependente da voltagem

Fechado

I–IV = subunidades proteicas

I

NH2

IV

Aberto

Na+

II

III

COOH

Alça III–IV

Potencial de membrana = – 70 mV

(c)

Potencial de membrana = – 45 mV

(d)

Funcionamento do canal de Na+ dependente da voltagem

 

6. Eletricidade biológica

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6 Eletricidade biológica

(a)

Equação de Nernst para um cátion (X+)

(b)

Fluxo dos íons através de uma membrana nas diferentes fases da polarização

Membrana em repouso

Para um íon monovalente a 37°C, utilizar logaritmos de base 10

EX =

[X+]o

RT

Ln zF

[X+]i

= 61,5mV x Log10

[X+]o

[X+]i

Inverta esta expressão para os ânions

potencial de equilíbrio para X+ constante dos gases temperatura em Kelvin valência do íon constante de Faraday concentração do íon fora da célula

[X+]i = concentração do íon dentro da célula

Ln = logaritmo natural

EX

R

T z

F

[X+]o

=

=

=

=

=

=

K+ 4

Os canais de

Na+ e K+ voltam ao estado de repouso

Na+ 143

Potencial de ação deflagrado

Canais de Na+ dependentes da voltagem abertos

K+ 140 Na+ 10

Repolarização

+ da membrana K 4

Na+ 143

K+ 4

 

7. Condução dos potenciais de ação

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7 Condução dos potenciais de ação

(a)

Movimento das cargas positivas

(fluxo da corrente local)

Nervo não mielinizado

Espaço extracelular

(b)

Na+

– – – – – – + + K++ – – – – – –

+ + + + + + –Na+– – + + + + + +

Membrana plasmática

– – –

+ + K++

+ + +

– – –

– – –

+ + +

+ + K++

–Na+– –

– – –

+ + +

Nodo de Ranvier refratário

Direção da propagação do potencial de ação

Classificação das fibras

15

10

90

5

Diâmetro

1

2

0,5

(d)

60

30

4 2

Velocidade da condução (m/s)

0,5

Classificação de Erlanger/Gasser

B

C

A

Classificação de Lloyd/Hunt

III

IV

II

I

Eletrodos pos. estimulantes neg.

Eletrodo registrador 2

IA

IB

Exemplos de funções

Função sensitiva

Função motora

Eletrodo registrador 3

 

8. Sistema nervoso autônomo

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(a)

Desenho esquemático do sistema nervoso autônomo

(b)

Gânglio

Simpático

Órgão

Olho

Músculo radial

Músculo circular

Músculo ciliar

Glândulas lacrimais

Glândulas salivares

Coração

Nó sinoatrial

Ventrículos

Vasos sanguíneos

A maioria dos vasos

Coronarianos

Coronarianos

Pulmões

Brônquios

Glând. mucosas

Glândula suprarrenal

Rim

Arteríolas

Células granulares

Efeito global

Bexiga

Detrusor

Esfíncter interno

Intestino

Motilidade

Esfíncteres

Secreção

Órgãos genitais

Masculino

Feminino

−Útero

Pele

Vasos sanguíneos

Eretores do pelo

Efeito global

Glând. sudoríferas

Vasos sanguíneos

Efeito global

Parassimpático

Pré-ganglionar

Pós-ganglionar

Tronco encefálico

III

Nervos cranianos

VII

IX

 

9. Sangue

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9 Sangue

Homeostase primária – formação do tampão plaquetário

ADESÃO

ATIVAÇÃO

Plaqueta

AGREGAÇÃO

TXA2

Receptor para GP

ADP

Fator de von Willebrand

Colágeno exposto

5-HT

TXA2

Lesão na parede vascular exposição do FT e do colágeno

Vasoconstrição e formação do tampão plaquetário

Cascata da coagulação ii. Fase de amplificação

i. Fase inicial

FT:VIIa

XIa

Tenase

lesiona

FT:VIIa

VIII

VIIIa

IX

IXa

da

PLD

PLD

Ca2+

Protrombina

Protrombinase

Xa

Ca2+

V

Trombina

Va

Xa

Ca2+

XIIIa

Ca2+

Fibrinogênio

Fibrina

Formação de um coágulo estável

PLD

Protrombina

Ligação cruzada

Fibrina

Polimerização

X

Ca2+

Fibrina

rin a

X

Fib

r vascula

Parede

VIIa

FT

Fibrina Fibrina

 

10. Inflamação e imunidade

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10 Inflamação e imunidade

(a)

Inflamação (parte da resposta imunológica inata)

Invasão de microrganismos

Dor

Quimiocinas

Produção de ciclo-oxigenase 2

Ativação de nociceptores

Lesão tecidual

Calicreína

Cininogênio de alto peso molecular

Pré-calicreína

Liberação de neuropeptídios

Ativação de mastócitos

Bradicinina

Ácido araquidônico → Prostaglandinas

Histamina

Aumento da permeabilidade capilar

Vasodilatação

Sensibilização de nociceptores

Invasão de leucócitos

Inchaço, vermelhidão e aumento de temperatura

Formação de macrófagos no tecido

Neutrófilos Monócitos

Destruição dos organismos invasores

Ativação do sistema imunológico adaptativo

(c)

Citocinas

Proteção física do tecido lesionado

Estrutura da IgG

Sítios de ligação para o antígeno

(b)

Região hipervariável

Célula dendrítica

Região

 

11. Princípios da difusão e do fluxo

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11 Princípios da difusão e do fluxo

(h)

Tensão da parede

Pt

(e)

Tensão da parede = Pt r w r (Lei de Laplace) r = raio w = espessura da parede

Pt = pressão w

Fluxo axial de glóbulos vermelhos

(f) O estreitamento aumenta a velocidade e pode provocar um fluxo turbulento

P1

Fluxo através de todo o circuito = (P1 – P2)/ resistência total

(Lei de Darcy)

(g)

Resistência nos circuitos em paralelo =

1/(1/Ra + 1/Rb + 1/Rc + 1/Rd)

(d)

a b

(c) Nos vasos pequenos isolados, o fluxo não pulsátil

é descrito pela equação de Poiseuille:

c

d

Velocidade = zero na parede do vaso

0

O fluxo depende muito do raio

Termo relativo à resistência

P = pressão, r = raio, V = viscosidade, L = comprimento

Fluxo = ∆P

πr4

8VL

Fluxo laminar

Fluxo laminar

Mais rápido no centro do vaso

Velocidade do fluxo

(b)

A constrição das arteríolas de parede espessa controla a perfusão dos leitos vasculares

 

12. O músculo esquelético e sua contração

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12 O músculo esquelético e sua contração

(a)

Abordagem reducionista da morfologia do músculo esquelético – da anatomia macroscópica (no alto) até o nível molecular (abaixo)

(b)

Tropomiosina

Troponina

Actina

Filamento fino

Tendão

Epimísio

Cabeça da miosina

Filamento grosso

Cauda da miosina

Perimísio

Músculo in situ

Fascículos

Ligação do ATP à cabeça da miosina

ATP

ATP

Fascículo

Endomísio

Cisternas

Túbulos T

Dissociação da cabeça da miosina da actina

Miofibra

ADP

Banda A

Zona H

Banda I

Linha M

Pi

Hidrólise do ATP e inclinação da cabeça da miosina

Corte transversal de um sarcômero em:

Sarcômero

Z

Linha Z

Linha M

Banda I

Banda A

A

B

Banda I

C

A Apenas filamentos finos

B Linha M dos filamentos grossos

C Apenas filamentos grossos

 

13. Junção neuromuscular e contração muscular

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13 Junção neuromuscular e contração muscular

(a)

(b)

Desenho esquemático da estrutura de uma junção neuromuscular

Liberação do neurotransmissor na junção neuromuscular e reciclagem

ACh

Motoneurônio

Mielina

Vesícula vazia

Camada fina de

AChE (na fenda)

Fenda sináptica

Placa terminal

Bainha da célula de Schwann

Axônio

Mitocôndrias

Na+ +

K

Vesículas que contêm

ACh

Ca2+

ACh

Ca2+

K+

ACh

Pregas juncionais (que contêm canais de Na+ e K+ dependentes da voltagem)

Receptores de ACh

Membrana pré-juncional

Núcleo da célula muscular

Na+

Colina acetiltransferase

AChE

Colina + acetato

Fenda sináptica

ACh

Membrana pós-juncional

Miofibrila

Na+

Receptor de ACh

(c)

Voltagem (mV)

Diagrama dos potenciais na placa terminal

Relação entre o início do potencial de ação e os tipos de fibras musculares de contração rápida e lenta

 

14. Unidades motoras, recrutamento e somação

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14 Unidades motoras, recrutamento e somação

Desenho esquemático da medula espinal e de uma unidade motora, que engloba um neurônio motor α e as fibras musculares que ele inerva

(a)

Posterior (dorsal)

Corno dorsal

Neurônio motor α

Corno ventral

Unidade motora

Anterior (ventral)

Fibras musculares

(b)

(c)

Gráfico do curso temporal da tensão durante os abalos e o tétano

As setas indicam a duração dos estímulos

Tensão isométrica

Tétano

Eletromiogramas registrados em quatro níveis diferentes

Repouso

Contração fraca

0

0,5

Tempo (s)

Três abalos

Contração forte

Dois abalos

Um abalo

Contração máxima

1

As fibras do músculo esquelético normal nunca se contraem isoladamente. Um mesmo neurônio motor a, quando estimulado, faz que várias fibras musculares se contraiam quase ao mesmo tempo.

Um neurônio motor e todas as fibras por ele inervadas constituem uma unidade motora (Fig. 14a). Essa unidade é a menor parte de um músculo que pode se contrair de modo independente das outras partes do músculo. Uma unidade motora pode inervar de apenas 5 a até 2 mil

 

15. Músculo cardíaco e músculo liso

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15 Músculo cardíaco e músculo liso

(a)

Anatomia macroscópica e histologia do coração

(b)

O sarcômero (o elemento contrátil)

Sarcômero

I

H

A

A

I

Miosina

Actina

Z

M

Z

2,2 µm

Para mais detalhes, ver

Capítulo 17

Miocárdio

50 µm

Retículo sarcoplasmático

Capilar

Sarcolema

Núcleo

Disco intercalado

Mitocôndrias

Junção comunicante

Desmossomo

(c)

Túbulo T

Contração das células musculares lisas

Relaxado

Contraído

Conexinas

Junção comunicante

Corpo denso da membrana plasmática

Corpo denso do citoplasma

Miosina

Actina

Músculo cardíaco

O músculo do coração, o miocárdio, gera a força de contração dos músculos atriais e ventriculares. O miocárdio é composto de células musculares cardíacas denominadas miócitos. Essas células são estriadas por causa do arranjo ordenado dos filamentos finos e grossos que, como no músculo esquelético, formam o corpo do músculo. Contudo, as células do músculo cardíaco são menos

 

16. Introdução ao sistema circulatório

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16 Introdução ao sistema circulatório

Artérias da cabeça e do pescoço

Desenho esquemático do sistema circulatório

O sangue perde CO2 e ganha oxigênio

Artérias dos braços

Circulação pulmonar

Artérias bronquiais

Átrio direito

Pressão na veia cava = 0

Veia porta

Valvas venosas

(impedem o refluxo do sangue)

Ventrículo esquerdo

Circulação coronariana

Artérias do tronco

Artéria esplênica

Artéria hepática

Artérias mesentéricas

Fígado

Arteríolas

Arteríolas

eferentes

aferentes

As vênulas e as veias coletam sangue dos vasos de troca

Sangue altamente oxigenado saturação de ~98%

Artérias da pelve e das pernas

(c)

Diâmetro relativo e espessura da parede dos vasos sanguíneos

(desenho fora de escala)

Aorta ascendente Artéria muscular Arteríola Capilar Vênula Veia

Sistema arterial contém 17% do sangue distribui o sangue por todo o corpo amortece as vibrações da pressão arterial e do fluxo

 

17. Coração

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17 Coração

(a)

(c)

Anatomia do coração

Vias de condução

Carótidas

VCS

3 Condução pelo nó

AV (0,05 m/s)

Arco da aorta

Artéria pulmonar

Veia cava superior

Átrio esquerdo

Valva AV esquerda

Valva do tronco pulmonar

Átrio direito

Veia cava inferior

Valva AV direita

Ventrículo esquerdo

Ventrículo direito

5 Por fim, do endocárdio para o epicárdio

(0,3 m/s)

2 Condução pelo músculo atrial e tratos internodais

(1 m/s)

VCI

4 Propagação pelo fascículo atrioventricular, feixes esquerdo e direito e ramos subendocárdicos para a massa ventricular (4 m/s)

Septo

Músculos papilares

(d)

Miocárdio

Célula muscular cardíaca

Aorta

1 Estímulo iniciado no nó SA

O eletrocardiograma

Derivação

I: BD-BE

Triângulo de

Einthoven

50 µm

I

Capilar

II

III

Núcleo

 

18. Ciclo cardíaco

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18 Ciclo cardíaco

Pressões, volumes e eventos importantes do ciclo cardíaco

(a)

AE

AD

VD

VE

A Sístole atrial

G

120

B Contração isovolumétrica

B

A

C Ejeção ventricular rápida

D Ejeção ventricular reduzida

C

E

D

Abertura da valva da aorta

100

E Relaxamento isovolumétrico

F

Fechamento da valva da aorta

F Enchimento ventricular rápido

G Enchimento ventricular reduzido

G

Aorta

Incisura dicrótica

Pressão (mmHg)

80

Pressão no ventrículo esquerdo

60

40

20

Fechamento da valva AV esquerda a

0

x

c

Bulhas cardíacas

S1

S2

Contratilidade

160

y

v

Curva da pressão ventricular × volume ventricular

(b)

Abertura da valva

AV esquerda

Pressão no

átrio esquerdo

Normal

S3

130

Pressão (mmHg)

 

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