HOMEOSTASIA E OS SISTEMAS AUTO-REGULADORES

Leandro Duarte

Flávio Back

Grupo Multidisciplinar de Desenvolvimento e 

Ritmos Biológicos

Programa de Pós-Graduação

 em Fisiologia Humana ICB-USP

São Paulo, 2006

HOMEOSTASIA E OS SISTEMA AUTO-REGULADORES

 A capacidade que os seres vivos têm de manter a sua própria constância vem há muito tempo impressionando os biólogos. A idéia de que uma doença é curada pelos poderes naturais, por uma vis medicatriz naturae (Hipócrates), implica na existência de meios aptos a operarem corretivamente logo que o estado normal do organismo é perturbado. Referências sugestivas sobre os sistemas auto-reguladores são encontradas nos trabalhos de fisiologistas modernos. Pfluger (1877) reconheceu que "a causa de todas as necessidades de um ser vivo é igualmente a causa da satisfação dessa necessidade" O fisiologista belga Leon Fredericq em 1885 declarou: " o ser vivo é uma organização tal que cada influência perturbadora provoca, por si mesma, uma atividade compensadora capaz de neutralizar ou reparar o distúrbio provocado. Quanto mais derivado na escala evolutiva estiverem os seres vivos tanto mais numerosas e mais complexas se tornaram essas atividades reguladoras. Elas tendem a livrar completamente o organismo das influências desfavoráveis e das modificações que ocorrem no meio ambiente”. Em 1900, o fisiologista francês Charles Richet focalizou esse fato, dizendo: “O ser vivo é estável. E assim deve ser para que não seja destruído, dissolvido ou desintegrado pelas forças adversas do ambiente que o envolve”. De fato, durante um tempo relativamente curto, os Homens podem ficar expostos ao calor seco de 115 a 128 graus Celsius sem demonstrarem qualquer aumento na temperatura corporal. Por outro lado, os mamíferos da região ártica, quando expostos ao frio de 35 graus abaixo de zero, não manifestam qualquer diminuição correspondente da temperatura corporal. Os sistemas auto-reguladores não reagem apenas às modificações induzidas por fatores externos. Há também resistência a distúrbios que se originam internamente. O calor produzido no esforço muscular máximo, durante vinte minutos, por exemplo, seria tão intenso que, se não fosse prontamente dissipado, causaria a coagulação de algumas proteínas, tal qual acontece no ovo cozido. O exercício muscular intenso e contínuo é acompanhado da produção de uma tal quantidade de ácido lático nos próprios músculos em ação, que, dentro de pouco tempo, seria suficiente para neutralizar todos os álcalis contidos no sangue, se estes sistemas não impedissem esse desastre.

Apesar de vários pesquisadores defenderem essas idéias, é mais amplamente conhecido o trabalho do fisiologista francês Claude Bernard que, em 1865, publicou o livro “Introduction to the Study of Experimental Medicine”. Bernard frisava em suas conferências que existem dois ambientes para os seres vivos complexos - um geral, que é o mesmo dos objetos inanimados e que envolve o organismo inteiro, e um ambiente interno no qual os elementos vitais do corpo encontram seu “habitat” ótimo. O ambiente interno ou “milieu interne” seria “a totalidade dos líquidos circulantes do organismo”. “A fixidez do milieu interne é a condição para uma vida livre e independente e todos os mecanismos vitais, por mais variados que sejam, têm uma finalidade: manter constantes as condições de vida no meio interno”. A constância das condições observadas no organismo pode ser designada como equilíbrio. Os processos fisiológicos coordenados responsáveis pela manutenção da maior parte das condições estáveis no organismo são tão complexos e peculiares - envolvendo o sistema nervoso, o coração, pulmão, os rins, o sistema endócrino - que Walter Cannon (interpretando o conceito de Bernard) sugeriu uma designação especial para esses estados, a homeostase. A palavra não implica qualquer estagnação, significa que uma condição pode variar, mas é relativamente constante.

A Fisiologia do século XX

            O desdobramento das idéias de Bernard e Cannon fundamentaram a Fisiologia do século XX em torno do conceito de “fixidez do meio interno” e da homeostase (homoio: similar, parecido; stasis: estático). A homeostase aparece nas introduções dos livros de fisiologia como uma espécie de declaração de princípios, a qual confere uma lógica básica a toda fisiologia moderna: a busca constante do equilíbrio. Assim, por exemplo, a temperatura corporal é regulada através da modulação da produção de calor, das perdas evaporativa e radiativa e do comportamento; a pressão sanguínea através da modulação do débito cardíaco e da resistência vascular; as concentrações de CO₂ e de O₂ no sangue através da modulação da ventilação pulmonar, ou seja, a regulação ocorre nos parâmetros das variáveis que possuem sensores participando diretamente do processo regulatório como os termorreceptores (temperatura corporal), os baroreceptores (pressão arterial) e os quimioreceptores (concentração de substâncias). As idéias desenvolveram-se a partir da descoberta de sistemas de controle que agem por um processo de retroalimentação (feedback), ou seja, se algum constituinte do milieu interne se torna excessivo ou reduzido, um sistema de controle dá início a uma série de reações que produzem um efeito oposto. Como resultado, a concentração desse constituinte se conserva em torno de um nível médio, mantendo-se assim a homeostasia. O grande coordenador da homeostasia pode ser considerado o hipotálamo, pois além dos comportamentos consumatórios, controla também vários ajustes fisiológicos que ocorrem no organismo.

 Segundo os princípios homeostáticos, a temperatura corporal humana apresenta um ponto de ajuste de 36^o e esta só varia ao longo dia frente a perturbações externas, como exemplificado na figura 1.

Figura 1. Temperatura central humana ao longo do dia e os ajustes frente a estímulos indicados, de acordo com a teoria da homeostase.

A Fisiologia do século XXI

O conceito de Claude Bernard nos tempos atuais precisa ser rediscutido dentro do aspecto da evolução das espécies. Ele foi desenvolvido na segunda metade do século XIX, quando a teoria da evolução proposta por Charles Darwin ainda não tinha sido formulada. A idéia que os seres vivos possuem ancestrais, têm uma história filogenética, graus de parentesco e foram moldados por um processo de seleção natural, modificou não somente os paradigmas das ciências biológicas, mas influenciou o pensamento científico da humanidade a partir de 1900.

A partir dessa visão evolutiva, analisemos a anorexia da galinha Gallus gallus spadiceus quando fica presa à tarefa de cuidar de seus ovos e não tem condições de se afastar para comer. Como algumas outras aves, esta perde muito peso enquanto está incubando os seus ovos, uma redução que se deve à restrição alimentar. Para verificar se a queda de consumo se devia ao conflito espacial, alguns pesquisadores colocaram para um grupo de galinhas em fase de incubação, um comedouro e um bebedouro junto ao ninho, facilitando o acesso; em outro grupo que servia de controle, a galinha tinha de abandonar momentaneamente o ninho para se alimentar. Constataram que o consumo de alimento era o mesmo em ambas as condições e que as galinhas com comida perto ou longe perdiam peso igualmente ao longo da incubação. Isso indica que a diminuição de consumo não ocorre apenas em função da impossibilidade de comer e incubar ao mesmo tempo, e sim  que há uma perda de apetite programada biologicamente. Ficar sem comer a esse nível pode ser adaptativo, na medida em que protege o animal de um conflito entre tendências motivacionais e promove o seu sucesso reprodutivo. Esse experimento sugere, portanto, que o ponto de ajuste homeostático é modificado na situação de incubação dos ovos.

A Cronobiologia e a Reostasia

 Uma importante característica ambiental que é fácil de ser observada é a recorrência de eventos em função das relações da Terra com o sol e com a lua. O dia e a noite, as estações do ano, as modificações de marés ocorridas ao longo do dia e do mês são importantes ciclos que influenciam os seres vivos desde sua origem. No processo de adaptação aos fatores externos, os seres vivos “interiorizaram” algumas dessas características cíclicas do ambiente.  Observando o nosso comportamento durante algumas semanas vamos perceber que realizamos as atividades cotidianas de forma repetida ou recorrente. Dormimos e acordamos, nos alimentamos, sentimos maior disposição e maior sonolência mais ou menos na mesma hora a cada dia que passa. Acompanhando o ambiente cíclico em que vivemos também apresentamos ritmos diários. Normalmente, à noite estamos em repouso (e uma parte da noite dormindo) e durante o dia, em atividade. Chamamos de ritmos biológicos essas alternâncias regulares e como exemplos temos o ritmo de temperatura, os ritmos de alguns hormônios e células de defesa sanguíneas e o ciclo vigília/sono. Os ritmos biológicos que se repetem a cada dia ou 24 horas são chamados de ritmos circadianos (circa: cerca de; diano: um dia). Algumas oscilações ambientais como o ciclo dia/noite, são capazes de interferirem na organização temporal dos ritmos biológicos, causando o que chamamos de processo de sincronização. O ciclo dia/noite por exemplo, ajuda a fazer com que tenhamos sono à noite e nos mantenhamos despertos durante o dia, ou seja, sincronizados com o ambiente.

Os ciclos geofísicos atuaram e atuam ao longo do processo evolutivo como pressões seletivas importantes para a fixação de caracteres rítmicos nos organismos. A maioria dos organismos estudados apresenta relógios biológicos, mecanismos endógenos de temporização resultantes de processos de seleção e adaptação temporal vivenciados pelo Homem e por inúmeras outras espécies. No Homem, a ritmicidade circadiana é controlada por um sistema que inclui, dentre outras estruturas, os núcleos supraquiasmáticos do hipotálamo. Esses núcleos são estruturas neurais que funcionam como marcapasso de todo nosso sistema de temporização.  Portanto, quando se diz que os ciclos ambientais (como por exemplo, o ciclo dia/noite ou ciclo claro/escuro) sincronizam os ritmos biológicos, antes de tudo, sincronizam os relógios biológicos.

Assim, o sistema de temporização é caracterizado pela geração interna de ritmicidade (através dos relógios biológicos) e recebe influência dos ciclos ambientais externos. A boa interação entre o ritmo interno (ou endógeno) e os ciclos ambientais resulta na ocorrência de ritmos biológicos sincronizados.

O estudo da organização temporal dos seres vivos dá origem a conceitos importantes que, sistematizados, compõem um novo ramo das ciências biológicas denominado Cronobiologia. A nova disciplina suscita uma questão importante no plano teórico-prático da Fisiologia: as inúmeras evidências do caráter endógeno da ritmicidade biológica e de sua relação com os ciclos ambientais nas mais variadas espécies sugerem que essas flutuações regulares são uma característica fundamental da matéria viva. Esse raciocínio, contudo, parece entrar em choque com o modelo mais difundido na fisiologia, cuja base é o princípio da homeostase.

Nicolas Mrosovsky, um importante cronobiologista canadense, analisando os processos homeostáticos sugere que se substitua o termo homoios (similar) pelo rheos (reação) e propõe o termo Reostasia. Reostasia se refere a uma condição ou estado no qual, a cada momento, as defesas homeostáticas estão presentes mas, ao longo do tempo, os pontos de ajuste se modificam ciclicamente. Mrosovsky apresenta dois tipos de reostasia, a reativa e a programada.

A reostasia reativa ocorre apenas na dependência da presença de algum estímulo externo ou interno perturbador. A reostasia programada refere-se àquelas alterações que são obrigatórias em certas fases do ciclo de vida, do ano, do mês ou do dia. Essas alterações programadas são essenciais por permitirem o ajuste da fisiologia dos organismos à condições cíclicas específicas do ambiente e vêm sendo seletivamente importantes ao longo da história evolutiva das espécies. Estas alterações parecem ser tão importantes que todos os organismos estudados apresentam fenômenos conhecidos como ritmos e relógios biológicos.

Portanto, podemos destacar dois tipos principais de alterações no organismo. As que buscam manter os parâmetros orgânicos do animal em um nível estável, o nível de referência, e as que buscam alterar o nível de referência. As primeiras correspondem às regulações que o organismo lança mão para compensar flutuações aleatórias do ambiente e que, por isso, não podem antecipar. A capacidade e os mecanismos que possibilitam essas mudanças reativas foram denominadas de homeostasia por Cannon. O segundo tipo corresponde àquelas que ocorrem de forma não imediatamente relacionadas a algum evento e se instalam alterando o nível de referência de algum parâmetro orgânico para possibilitar a adaptação do organismo diante de alterações de seu ambiente interno e externo. Dessa forma podemos dizer que os animais apresentam a fisiologia da estabilidade (homeostasia) e a fisiologia da mudança (reostasia). Segundo os princípios da reostasia, a temperatura corporal humana apresenta um ponto de ajuste de 36^o e esta varia ao longo dia frente a perturbações externas e também frente às alterações programadas devido à variação do ponto de ajuste durante o dia, como exemplificado na figura 2.

Figura 2. Temperatura central humana ao longo do dia e os ajustes frente a estímulos indicados, de acordo com a teoria da reostase.

A Cronobiologia ao tentar inserir essas novas idéias no contexto da Fisiologia contribui para a discussão sobre a possível lógica interna de funcionamento dos seres vivos.

Referências:

Ades, C. Uma perspectiva ecológica da regulação do comportamento. Neurociências, vol.1, n. 2, 2004.

Cannon, W.B. A sabedoria do corpo. Companhia Editora nacional. São Paulo, 1946 250 págs.

Menna-Barreto, L. Homeostase – uma revisão necessária. Neurociências, vol.1, n. 2, 2004.

Mrosovsky, N. The physiology of change. Oxford University Press, New York, 1990. 183 pags.

 Agradecemos à Roberta Arêas pela confecção das figuras.