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1 Fisiologia do sistema endócrino Bruna Stephanini – 87 Generalidades O sistema endócrino é, assim como o sistema nervoso, um dos principais responsáveis pela manutenção da homeostase. Enquanto o sistema nervoso atua de forma rápida e, geralmente, em resposta a estímulos externos, o endócrino age de forma lenta, com respostas de longa duração e, geralmente, estimuladas por fatores internos. Composto por glândulas endócrinas, esse sistema atua a partir da liberação de hormônios na corrente sanguínea. Os hormônios, por sua vez, são mensageiros químicos que, transportados pelo sangue, chegam até células-alvo, onde interagem com receptores e promovem respostas variadas. A ligação do hormônio com o receptor depende da natureza desse mensageiro, que pode ser hidrofílico ou lipofílico. Os primeiros costumam se ligar a receptores de membrana, enquanto que os segundos possuem receptores intracelulares. Hormônios hidrofílicos, como os peptídicos, catecolaminas e indolaminas, interagem com receptores de membrana e atuam, principalmente, por meio de vias de segundos mensageiros. Já hormônios lipofílicos, como esteroides e os tireoidianos, possuem receptores intracelulares, os quais atuam na ativação de genes e síntese de proteínas, as quais são responsáveis por gerar uma “resposta”. Ainda no âmbito de diferenças entre os hormônios hidrofílicos e lipofílicos, é válido ressaltar que os primeiros circulam, principalmente, de forma livre no plasma, enquanto que os segundos circulam ligados a proteínas plasmáticas. Quanto às funções hormonais, pode-se destacar: regulação do metabolismo; mudanças em resposta ao estresse; crescimento e desenvolvimento; controle da reprodução; regulação da síntese de glóbulos vermelhos; controle e integração das atividades sistêmicas corporais. Existem, ainda, hormônios cuja função é regular a secreção de outros hormônios. Esses são chamados, então, de hormônios tróficos. Um exemplo é o TSH, produzida na hipófise anterior, que atua sobre a tireoide, estimulando-a a secretar outros hormônios. Um único hormônio pode ser secretado por glândulas diversas, como a somatostatina, secretado pelo pâncreas e pelo hipotálamo. Além disso, um hormônio pode ter mais de um tipo de células-alvo e, consequentemente, gerar respostas diferentes. Também, uma célula-alvo pode ser influenciada por hormônios diferentes, já que podem conter inúmeros receptores. É importante mencionar que, compondo o sistema endócrino, existem órgãos que atuam exclusivamente como glândulas endócrinas, como a adenohipófise, mas tem-se, também, órgãos com funções variadas, a exemplo dos ovários e testículos. Resumo: Peptídicos, catecolaminas, indolaminas. Hormônios hidrofílicos Transporte livre no plasma. Receptores de membrana. Esteroides, hormônios tireoidianos. Hormônios lipofílicos Transporte associado a proteínas. Receptores intracelulares. 2 Considerando-se que o transporte hormonal se dá via corrente sanguínea, é evidente que seus efeitos são proporcionais à sua concentração plasmática efetiva. Essa, por sua vez, depende de diferentes fatores: taxa de secreção, taxa de ativação/conversão periférica, transporte, desativação e excreção. A taxa de secreção se relaciona à concentração plasmática na medida em que, quando aumentada, gera, de forma concomitante, aumento na concentração do hormônio no plasma. Alguns hormônios, após serem secretados, precisam passar por modificações a fim de se tornarem ativos ou mais eficientes. Isso é mais comum em hormônios lipofílicos, como os tireoidianos. Dentre os hormônios secretados pela tireoide, o T4 é mais abundante, embora o T3 mostre-se mais eficiente. Assim, converte-se T4 em T3, o que aumenta a concentração plasmática efetiva desse hormônio. Esse processo de ativação também é conhecido como conversão periférica pois, muitas vezes, as modificações feitas nos hormônios se dão em órgãos diferentes da glândula endócrina, como fígado e rins. A desativação hormonal e a eliminação desses hormônios via urina também influenciam na concentração plasmática efetiva. Após agirem, os hormônios são desativados, o que pode ocorrer em órgãos periféricos, como fígado e rins, por ação enzimática ou mesmo dentro da célula-alvo. Quando inativados, os hormônios são, então, excretados pela urina. O tempo necessário para a desativação varia de hormônio para hormônio e, nos lipossolúveis, é maior, já que, por estarem associados a proteínas plasmáticas, estão menos sujeitos à atuação enzimática. Em pacientes cujas funções hepáticas e renais estão normais, é possível avaliar a concentração plasmática de hormônios a partir da análise urinária, visto que a taxa de excreção reflete a taxa de secreção hormonal. A concentração plasmática efetiva dos hormônios é regulada pela variação na secreção dessas substâncias. A secreção, por sua vez, é controlada por mecanismos de feedback negativo, reflexos neuroendócrinos e ritmos. 3 O controle por feedback negativo tem o intuito de manter a concentração plasmática do hormônio em um valor determinado a partir de um “balanço”. Por exemplo, o hormônio trófico TSH atua na tireoide, estimulando a secreção de T3 e T4. Quando os hormônios tireoidianos estão reduzidos, a tireoide gera um estímulo positivo na adenohipófise, que secreta TSH. Esse, por sua vez, atua na tireoide, que gera T3 e T4. Esses hormônios, quando elevados, agem na adenohipófise, inibindo a produção de TSH. Os reflexos neuroendócrinos, como diz o nome, envolvem componentes endócrinos e neurais. A partir de um certo estímulo, tem-se uma resposta neural, a qual influencia uma glândula endócrina. Por exemplo, a secreção de adrenalina pela medula suprarrenal é controlada pelo sistema nervoso. Por fim, a ritmicidade é um fator de controle da secreção, que se dá, geralmente, em ritmos circadianos, caracterizado por oscilações repetitivas e regulares, por exemplo a secreção de melatonina, que aumenta durante a noite e reduz durante o dia com base na luminosidade. Desordens endócrinas Esquema: ADENOHIPÓFISE T3, T4 TSH TIREOIDE Observação: Ciclo circadiano Ciclo ultradiano: maior frequência no mesmo tempo Ciclo infradiano: menor frequência no mesmo tempo 4 As desordens endócrinas ocorrem quando se tem anormalidades na concentração plasmática efetiva dos hormônios. Isso pode ocorrer em função de taxas de secreção anormais (elevadas ou reduzidas) ou de redução na sensibilidade das células-alvo aos hormônios. Tanto a hipersecreção quanto a hipossecreção hormonal podem ser primárias ou secundárias. Serão primárias quando houver algum tipo de problema na glândula em si; secundárias quando existe um problema “fora” da glândula, mas que afeta a secreção de hormônios, como condições relativas aos hormônios tróficos. As desordens relacionadas à sensibilidade das células-alvo estão diretamente associadas aos receptores presentes nessas células, que podem não responder da forma correta. Contudo, a quantidade desses receptores pode ser regulada fisiologicamente a partir dos mecanismos de down- regulation, permissividade, sinergismo e antagonismo. O mecanismo de down-regulation diz respeito à sensibilidade do receptor para o hormônio. Quando esse encontra-se em altas concentrações no plasma, os receptores são dessensibilizados, o que constitui um feedback negativo. Por exemplo,quando há grandes concentrações de insulina no plasma, suas células-alvo são dessensibilizadas, o que representa uma resposta do organismo à hipersecreção do hormônio, evitando respostas “exageradas”. No mecanismo de permissividade, um primeiro hormônio atua sobre as células-alvo, aumentando sua reatividade a um segundo hormônio, que, então, pode atuar de forma completa. Isso ocorre, por exemplo, na maturação do sistema genital, que depende de hormônios tireoidianos e sexuais. A ausência de hormônios sexuais, ainda que se tenha os tireoidianos, não permite o desenvolvimento genital. Já no antagonismo, um primeiro hormônio atua reduzindo a reatividade das células-alvo, o que reduz a ação de um segundo hormônio, como glucagon e insulina, que possuem ações opostas. O sinergismo consiste na “somatória” das ações de diferentes hormônios, que passam a se complementar, embora eles não necessitem da presença dos outros hormônios para atuarem, como glucagon e adrenalina que, quando atuam juntos, elevam a glicemia mais do que quando agindo sozinhos. Hipófise e hipotálamo A hipófise se conecta ao hipotálamo por um pequeno talo conector. Ela é uma pequena glândula localizada na base do crânio; possui dois lobos distintos anatomicamente e funcionalmente: hipófise anterior e hipófise posterior. A hipófise anterior, também chamada adenohipófise, é constituída por tecido epitelial e se liga ao hipotálamo por meio do sistema porta-hipotalâmico; possui cinco grupos de células responsáveis pela síntese de 6 hormônios. A hipófise posterior, por outro lado, é formada por tecido nervoso e, por isso, pode ser chamada, também, de neurohipófise. Ela se conecta ao hipotálamo por vias neurais e não atua, de fato, produzindo hormônios, mas sim armazenando-os e secretando-os. O hipotálamo e a neurohipófise, em conjunto, atuam como um sistema neuroendócrino formado por grupos de neurônios neurossecretores. Os corpos celulares desses neurônios se agrupam e formam dois núcleos: núcleo paraventricular e núcleo supraóptico, localizados no hipotálamo. Os axônios dos neurônios passam pelo talo conector e chegam até a neurohipófise. Resumo: Permissividade: um hormônio precisa do outro para que atue de forma eficaz. Sinergismo: a ação conjunta de hormônios potencializa seus efeitos. Antagonismo: hormônios de ação oposta, que atuam reduzindo a eficácia um do outro. 5 Os neurônios secretores produzirão hormônios vasopressina (ADH) e ocitocina, gerados nos núcleos supraóptico e paraventricular. Esses são hormônios peptídicos hidrofílicos. Eles são armazenados em grânulos secretores e chegam até os axônios desses neurônios, na hipófise posterior, onde ficam armazenados separadamente. Quando o hipotálamo é estimulado, propaga-se um potencial de ação que percorre os neurônios secretores até os axônios, que secretam os hormônios por exocitose. O ADH atua aumentando a retenção de água pelos túbulos renais e gera vasoconstrição das artérias do corpo. O controle de sua liberação envolve hormônios osmorreceptores hipotalâmicos, que detectam aumentos na osmolaridade do plasma sanguíneo e aumentam a secreção de vasopressina em resposta. A ocitocina atua na musculatura lisa uterina, promovendo contrações durante o parto. Além disso, promove a ejeção de leite pelas glândulas mamárias femininas no período de amamentação. Sua secreção é estimulada por reflexos presentes no canal vaginal durante o parto e por estímulos gerados quando há amamentação. A ocitocina é, ainda, associada a fatores comportamentais. A hipófise anterior, ao contrário da neurohipófise, é capaz de sintetizar hormônios próprios. Ela é composta por cinco populações de células, responsáveis pela síntese e secreção de seis hormônios, também peptídeos hidrofílicos. Os somatotrofos secretam GH, também conhecido como somatotropina; tireotrofos secretam o hormônio estimulante da tireoide, TSH; corticotrofos secretam ACTH, hormônio adrenocorticotrófico; gonadotrofos secretam os hormônios folículo estimulante, FSH, e luteinizante, LH; por fim, os lactotrofos secretam prolactina, PRL. 6 Dentre os seis hormônios sintetizados pela adenohipófise, apenas a prolactina não é um hormônio trófico, já que não atua sobre outra glândula estimulando-a a secretar hormônios. Esses hormônios atuam por meio de vias diferentes. Por exemplo, TSH, ACTH, FSH e LH atuam sobre a célula-alvo ligando-se a proteínas G, as quais geram AMPc. Já a prolactina e o GH atuam por meio do mecanismo JAK/STAT: quando se ligam à membrana da célula-alvo, ativam a enzima JAK, que, por sua vez, fosforila a proteína intracelular STAT, que, então, atua sobre a transcrição de genes e consequente síntese de proteínas novas, que farão reações celulares determinadas. 7 A secreção de hormônios adenohipofisários é controlada por mecanismos de feedback com os hormônios sintetizados nas glândulas-alvo e pela ação de hormônios hipotalâmicos chamados hipofisiotróficos. Os hormônios hipofisiotróficos podem ser liberadores ou inibidores. Eles participam de uma cadeia hierárquica de comandos que envolve três hormônios: o hormônio hipofisiotróficos (1) atuam sobre a adenohipófise, que gera um hormônio trófico (2), o qual, por sua vez, age sobre glândulas-alvo, que secretam um terceiro hormônio (3). Essa sequência de acontecimentos forma um eixo endócrino. Um exemplo de eixo endócrino é o hipotálamo-hipófise-tireoide. O hipotálamo secreta o hormônio liberador de tireotrofina, TRH, o qual age sobre a adenohipófise, que libera TSH, que chega até a tireoide, estimulando-a a secretar T3 e T4. Os hormônios hipofisiotróficos podem, também, ser inibidores, como o GHIH, hormônio inibidor do hormônio do crescimento ou somatostatina. O mecanismo de ação segue o mesmo princípio. A prevalência entre um hormônio liberador e um inibidor depende da concentração de cada um desses. Enquanto a neurohipófise possui uma conexão direta com o hipotálamo, a adenohipófise se comunica com ele via sistema porta-hipotálamo-hipofisário, que consiste em uma rede vascular capilar na qual os leitos capilares estão conectados. Com isso, o sangue que chega ao hipotálamo vai, em seguida, passar, necessariamente, pela hipófise anterior. Assim, é possível que os hormônios hipofisiotróficos liberados pelo hipotálamo cheguem até a adenohipófise de forma rápida. Resumo: AMPc/PKa TSH, FSH, LH, ACTH Via JAK/STAT GH, Prolactina Esquema: HIPOTÁLAMO ADENOHIPÓFISE GLÂNDULA-ALVO (1) (2) (3) Exemplo: TRH TSH T3, T4 8 Os hormônios hipofisiotróficos são produzidos por neurônios de mesmo nome. Dessa forma, são controlados por fatores neurais, além de estarem sujeitos ao controle por substancias químicas que alcançam o hipotálamo pela sua porção que não é protegida pela barreira hematoencefálica. Os hormônios da adenohipófise são controlados, ainda, por mecanismos de feedback negativo envolvendo os hormônios produzidos pelas glândulas-alvo, como mencionado anteriormente. O hormônio da glândula-alvo pode atuar sobre a adenohipófise diretamente, ou sobre o hipotálamo, que gera um hormônio hipofisiotrófico inibidor. Controle endócrino do crescimento Crescimento diz respeito à síntese de proteínas, crescimento de ossos longos e aumentos no número e no tamanho de células dos tecidos moles. O GH não é o único responsável pelo crescimento, já que esse depende, também, de fatores genéticos, dieta, condições ambientais, presença ou ausência de doenças crônicas, etc. A secreção prolongada de cortisol em situações de estresse, por exemplo, afeta o crescimento, já que esse hormônio é responsável por promover proteólise e inibir asecreção de GH. Os hormônios tireoidianos, insulina e hormônios sexuais possuem importantes papeis no crescimento, ainda que de forma secundária. Crianças possuem dois períodos de crescimento rápido, chamados estirões. Um pós-natal e um durante a puberdade. O GH melhora o sistema imunológico. Contudo, seu principal efeito é o metabólico. O hormônio se liga diretamente aos órgãos-alvo e, por meio da lipólise, promove aumento de ácidos graxos no sangue, além de atuar na captação de aminoácidos e consequente síntese proteica. Também reduz a absorção de glicose pelas células e aumenta sua saída do fígado. Dessa forma, tem-se um efeito poupador de glicose, principal combustível metabólico do cérebro, e usa-se estoques de gordura para se gerar energia. O crescimento não é gerado, diretamente, pelo GH. Na verdade, esse hormônio atua estimulando a síntese de fatores de crescimento semelhantes a insulina (também denominados somatomedinas), como IGF-I, produzido no fígado, que atuam sobre células-alvo e estimulam seu crescimento. No Observação: O GH não influencia o crescimento pré-natal. Esse é determinado, principalmente, por estimulações placentárias. 9 entanto, a produção de IGF-I não depende somente do GH, mas também de fatores nutricionais, idade e outros fatores específicos, como a presença de gonadotrofinas para que se tenha IGF em órgãos reprodutivos. O IGF-I é um peptídeo e gera efeitos ao se ligar em enzimas, que promovem a fosforilação do aminoácido tirosina e, assim, ativa proteínas executoras. Além do IGF-I, há o IGF-II, porém esse não é influenciado pelo GH e é importante no período fetal de desenvolvimento. O GH estimula a síntese de IGFs, que atuam sobre tecidos moles e ossos, promovendo seu crescimento. Os primeiros crescem por meio de hipertrofia (aumento no tamanho celular) e hiperplasia (aumento no número de células). A hipertrofia se dá a partir da síntese de proteínas intracelulares. Os ossos, por sua vez, crescem em espessura e comprimento, sendo que ambas as formas são estimuladas por esse hormônio. Os osteoblastos são responsáveis pela síntese da matriz orgânica óssea, a qual é endurecida pela precipitação de cálcio e fosfato. Osso longos em crescimento possuem diáfise e epífise, que são separadas pela placa epifisária, uma camada de cartilagem. O crescimento em espessura se dá pela deposição de material ósseo sobre o osso já existente. Esse processo é feito por osteoblasto. Simultaneamente, há atuação de osteoclastos, que atuam degradando matriz óssea. O crescimento em comprimento ocorre por atividade de células chamadas condrócitos, células de cartilagem localizadas na placa epifisária. Enquanto células próximas da epífise se multiplicam, aquelas perto da diáfise se alargam e, progressivamente, são calcificadas pela deposição de sais de cálcio. Com isso, “estica-se” o osso próximo à diáfise. Esse processo se repete até que a placa epifisária seja totalmente calcificada, o que ocorre ao final da adolescência, sob influência de hormônios sexuais. 10 O GH estimula o crescimento ósseo na medida em que, por meio do IGF-I, promove a atividade de osteoblastos e o crescimento da cartilagem epifisária. A secreção do hormônio do crescimento envolve dois hormônios hipofisiotróficos produzidos no hipotálamo: hormônio gerador do hormônio do crescimento (GHRH) e hormônio inibidor do hormônio do crescimento (GHIH). Além disso, feedbacks negativos também atuam nesse controle. Fatores estimulantes (GHRH) e inibidores (GHIH) são gerados pelo hipotálamo e atuam sobre a adenohipófise, que produz GH. Esse, por sua vez, estimula a síntese de IGF-I nos hepatócitos e em outros tecidos corporais. Com isso, há promoção de crescimento. O IGF atua, de forma concomitante, inibindo a adenohipófise por meio de um feedback negativo e reduz a secreção de GHRH pelo mesmo mecanismo. Além dos fatores desses fatores de controle, a secreção de GH é influenciada por outros aspectos. Sua secreção segue um ritmo determinado, na medida em que, durante o dia, os níveis de GH são baixos e relativamente constantes. Já durante a noite, assim que se inicia o sono profundo, os níveis hormonais sobem até cinco vezes. Exercícios, estresse e baixa glicemia também são fatores estimulantes para a secreção desse hormônio. Isso se dá para preservar os níveis de glicose, essencial ao funcionamento do sistema nervoso central. A grelina, um estimulante de apetite liberado Esquema: GHRH GHIH Hipotálamo GH Adenohipófise IGF-I Tecidos + Hepatócitos Crescimento Observação: Somatotropina = GH Somatostatina = GHIH Somatomedina = IGF-I 11 pelo estômago, também atua positivamente sobre a secreção de GH, assim como aumentos de aminoácidos no sangue após uma refeição proteica. Quantidades de GH maiores ou menores do que o normal resultam em condições clinicas variadas. Níveis reduzidos podem ser causados por disfunções na adenohipófise ou no hipotálamo, o que gera, respectivamente, falta de GH e falta de GHRH. Essa redução, quando atinge crianças, gera nanismo, que se apresenta com redução de estatura, menor desenvolvimento muscular, acúmulo de gordura subcutânea, etc. Quando os níveis de GH estão reduzidos em indivíduos adultos, tem-se redução na força muscular, menor massa e menor densidade óssea, visto que os osteoblastos são influenciados pelo hormônio. Aumentos nos níveis de hormônio do crescimento geram efeitos variados dependendo da idade do indivíduo afetado. Quando ocorre em crianças, tem-se gigantismo, caracterizado pelo rápido e excessivo crescimento, sem que se tenha proporções alteradas no corpo. Já com indivíduos adultos, que já possuem suas placas epifisárias fechadas, o excesso de hormônio não causa aumentos na Correlação clínica: Síndrome de Laron: é possível que se tenha níveis normais de GH, mas tecidos que não respondem ao hormônio, já que os receptores do hormônio estão anormais e não reagem corretamente. Assim, tem-se os mesmos efeitos observados no nanismo. A falta de IGF pode gerar os mesmos efeitos, apesar de níveis normais de GH. 12 altura, mas sim crescimento das extremidades corporais, o que caracteriza a chamada acromegalia. Uma causa comum da hipersecreção de GH são tumores que afetam as células produtoras desse hormônio na hipófise anterior. Além do GH, outros hormônios são importantes para o crescimento. Os hormônios tireoidianos estabelecem uma relação de permissividade com o hormônio do crescimento, permitindo que esse atue em sua capacidade total. A insulina estimula a síntese proteica, o que também é favorável ao crescimento. Androgênios e estrogênios são importantes durante o período da puberdade, promovendo síntese proteica, estimulando o crescimento linear, ganho de peso e de massa muscular. Glândula pineal Localizada no centro do cérebro, essa pequena glândula é importante pois secreta melatonina, uma indolamina derivada do aminoácido triptofano. Esse hormônio é responsável pela manutenção do ritmo circadiano em sincronia com o ciclo de claro-escuro. No entanto, o relógio biológico humano não é determinado somente pela secreção desse hormônio. O núcleo supraquiasmático é o principal relógio biológico do corpo humano. Formado por corpos celulares no hipotálamo, esse núcleo atua emitindo disparos rítmicos que coordenam os ritmos diários. Ao longo do dia, são produzidas proteínas clock dentro de células do sistema nervoso central. Essas proteínas se acumulam progressivamente no citosol, ao redor do núcleo. Quando atingem um nível crítico, elas são transportadaspara dentro do núcleo celular, onde, então, inibem seu processo de síntese e começam a ser degradadas. Essas variações nos níveis de proteínas clock são responsáveis pelos ciclos circadianos corporais, cujo início é o sistema nervoso central. Assim, os ritmos circadianos estão relacionados ao circuito de feedback negativo exercido pelas proteínas clock no sistema nervoso central. Os relógios biológicos, sem influências de estímulos externos, geram ciclos consistentes, mas diferentes de indivíduos para indivíduos. Assim, o ciclo de claro-escuro é essencial para regular a sincronia dos relógios biológicos. Essa regulação é feita, conjuntamente, pelo sistema nervoso central e pela pineal, que produz melatonina. Alterações de luminosidade geradas ao longo do dia são captadas por fotorreceptores presentes na retina, os quais enviam sinais para o SNC por meio do trato retino-hipotalâmico. No sistema nervoso, emite-se um sinal resposta para a pineal, que, durante períodos de escuridão, aumenta expressivamente a secreção de melatonina, que é reduzida quando há muita luminosidade. Além de atuar na regulação do relógio biológico, a melatonina é um antioxidante e parece favorecer o sistema imune. Em estudos já foi utilizada como anticoncepcional e indutora de sono, embora nenhum desses efeitos seja, de fato, comprovado. Tireoide Constituída por dois lobos unidos por um istmo, a tireoide se localiza na traqueia, logo abaixo da laringe. 13 A tireoide é composta por dois tipos de células secretoras, sendo as células foliculares as principais. Essas se organizam em esferas ocas, que constituem um folículo, preenchido por coloide, onde os hormônios são armazenados. Entre os folículos tireoidianos, no espaço intersticial, tem-se as células C ou parafoliculares, secretoras de calcitonina. O principal componente do coloide é a tireoglobulina, uma proteína essencial para a síntese dos hormônios tireoidianos. A produção dos hormônios T3 e T4 demanda iodo, proveniente da alimentação, e tirosina, um aminoácido não-essencial. Esses dois componentes são absorvidos do sangue. A síntese dos hormônios tireoidianos tem início com a produção da tireoglobulina nas células foliculares. Conforme essas proteínas são sintetizadas, incorpora-se tirosina em sua estrutura e, então, exporta-se a molécula para o coloide através de exocitose. Em seguida, tem-se a captura de iodeto (I-) do sangue por meio da bomba de iodeto, que atua a partir do simporte com íons sódio. O iodeto, nas células foliculares, é oxidado a iodo pela enzima tireoperoxidase (TPO), localizada na membrana luminal. Agora “ativo”, o iodo passa por um canal de membrana e chega até o coloide. A enzima TPO atua, então, ligando o iodo ativo e uma tirosina dentro da tireoglobulina, no coloide, o que origina a molécula de monoiodotirosina, MIT. Quando se tem o acoplamento de dois iodos à tirosina, origina-se a di-iodotirosina, DIT. Essas duas moléculas, depois de formadas, são acopladas dentro da tireoglobulina, o que gera T3 (DIT + MIT) e T4 (DIT + DIT). Esses hormônios permanecem no coloide até que sejam separados e liberados no sangue. A secreção dos hormônios tireoidianos necessita do transporte desses do coloide até o citosol das células foliculares, para que possam, então, chegar até os capilares. Para que isso ocorra, as células foliculares incorporam parte do coloide, decompõe, por fagocitose, a molécula de tireoglobulina na qual estão ligados os hormônios T3 e T4, e secreta os dois no sangue. Como os hormônios são 14 altamente lipofílicos, eles atravessam as membranas livremente, mas, no sangue, se ligam a proteínas plasmáticas para que possam ser transportados. Cerca de 90% da secreção proveniente da tireoide é composta por T4, o qual é convertido em T3 a partir da perda de um iodo. Isso é necessário pois a molécula de T3 é biologicamente ativa. Os hormônios tireoidianos atuam sobre praticamente todos os tecidos do corpo. Seu mecanismo de ação consiste em se ligar a um receptor intracelular, o qual atua sobre a transcrição de RNAm, estimulando a síntese de proteínas responsáveis por executar uma resposta celular. Assim, esses hormônios agem sobre a taxa metabólica basal, aumentando-a. Além disso, são responsáveis pela termogênese. T3 e T4 atuam favorecendo o consumo de combustíveis metabólicos. Atuam, também, gerando efeitos semelhantes àqueles gerados pelo sistema nervoso simpático, já que aumentam a reatividade do organismo às catecolaminas advindas da medula adrenal. Vale relembrar que os hormônios tireoidianos possuem efeito permissivo sobre o hormônio do crescimento, GH. Observação: MIT + DIT = T3 DIT + DIT = T4 Conversão (Retirada de iodo) 15 Quanto à regulação da tireoide, o hormônio TSH, proveniente da adenohipófise, é o mais importante. Ele atua a partir dos mecanismos que envolvem proteína G, AMPc e proteínas quinases, que, por sua vez, estimulam as variadas etapas da síntese de hormônios tireoidianos. O hormônio hipofisiotrófico TRH atua sobre a adenohipófise, estimulando a liberação de TSH. Além disso, há feedback negativo entre a tireoide e a adenohipófise. A síntese de TRH é estimulada pelo frio, no caso de crianças. Já sua inibição é gerada por estresse, que pode ser físico, em função de fome prolongada, infecções, etc. A tireoide está sujeita a inúmeras alterações que podem resultar no aumento ou na redução da secreção hormonal. Quando há redução da secreção hormonal, tem-se hipotireoidismo. Essa condição pode ser causada por deficiências na tireoide ou problemas relativos à secreção de TRH e TSH, além de problemas alimentares, já que a síntese dos hormônios requer uma alimentação com presença de iodo. O hipotireoidismo gera efeitos consequentes da redução do metabolismo basal, como ganho de peso, intolerância ao frio, cansaço frequente, redução na frequência cardíaca, lentidão de reflexos e da reatividade mental. Quando o hipotireoidismo é primário, ou seja, gerado por falhas na tireoide, é possível que se tenha o chamado bócio. Quando congênito, o hipotireoidismo gera uma condição denominada cretinismo. Ela é caracterizada por nanismo e problemas mentais, já que os hormônios tireoidianos são essenciais ao crescimento e ao desenvolvimento do sistema nervoso central. Com exceção do hipotireoidismo resultante da deficiência de iodo na alimentação, todos os tipos podem ser tratados com a administração de hormônios exógenos. O primeiro caso é tratado a partir de complementação de iodo na dieta. Quando se tem aumentos na produção de hormônios tireoidianos, denomina-se hipertireoidismo. Assim como o hipotireoidismo, pode ter inúmeras causas, sendo que a Doença de Graves é a mais comum. Essa doença é caracterizada por ser autoimune e produzir um anticorpo, chamado TRAb ou LATS, contra os receptores de TSH presentes na tireoide. Esse anticorpo atua estimulando excessivamente a secreção de T3 e T4, mas não está sujeito ao mecanismo de feedback negativo. Outra causa de hipertireoidismo, ainda que menos frequente, são tumores hipersecretores na tireoide. Também, é possível que essa condição seja gerada por problemas que afetem hipotálamo e adenohipófise, que podem secretar excessivamente TRH e TSH, respectivamente. Em pacientes com hipertireoidismo também é possível observar bócio, ainda que esse não precise, necessariamente, estar presente. Ele ocorre quando a tireoide está hiperativada, a exemplo da doença de Graves e de defeitos no hipotálamo e adenohipófise. Contudo, em casos de tumores, o bócio não é evidenciado, já que a secreção aumentada de hormônios não é gerada pela tireoide em si. Esquema: TRH Hipotálamo TSHAdenohipófise T3 e T4 Tireoide 16 O hipertireoidismo gera efeitos decorrentes do aumento da taxa de metabolismo basal. Logo, tem- se aumento na produção de calor, perda de peso, ainda que acompanhada por maior ingestão de alimentos, frequência cardíaca elevada, degradação de combustíveis e energéticos e exoftalmia, condição comum na doença de Graves. O tratamento do hipertireoidismo pode ser realizado por diferentes métodos: medicamentos que inibem a tireoide e a sua síntese hormonal, remoção de parte da glândula tireoide (tireoidectomia) e administração de iodo radioativo. Glândulas adrenais/suprarrenais As glândulas adrenais, localizadas acima dos rins, são formadas por duas porções distintas: o córtex e a medula, sendo o primeiro subdividido em três zonas, glomerulosa, fascicular e reticular. O córtex adrenal é responsável pela síntese de esteroides, enquanto a medula secreta catecolaminas. O córtex das suprarrenais, como mencionado, é subdividido em três zonas distintas, da mais externa para a mais interna: zona glomerulosa, zona fasciculada e zona reticular. Os esteroides produzidos pelo córtex são derivados da molécula de colesterol, que passa mor modificações variadas e, então, dá origem aos hormônios corticais. Esses esteroides, por sua vez, são divididos em três categorias: mineralocorticoides, glicocorticoides e hormônios sexuais. Hormônios das três categorias são sintetizados em partes diferentes da glândula em função das enzimas necessárias para sua produção. A zona glomerulosa é responsável pela síntese de mineralocorticoides, sendo a aldosterona o principal deles. A zona fasciculada atua na síntese de glicocorticoides, como o cortisol. A zona reticular, por fim, sintetiza hormônios sexuais. Esses hormônios são lipofílicos e, assim, são livremente transportados pelas membranas celulares e as atravessam logo que são produzidos. Contudo, no sangue, se ligam a proteínas plasmáticas. Nas células-alvo, atuam por meio de receptores intracelulares responsáveis pela estimulação da síntese de proteínas que gerarão efeitos em resposta à presença desses hormônios. Tratando-se especificamente de cada categoria hormonal, tem-se que os mineralocorticoides atuam sobre o equilíbrio eletrolítico e a homeostase corporal. Assim, a aldosterona, cuja ação se dá, principalmente, nos túbulos distais e coletores dos rins, age aumentando a reabsorção de íons sódio 17 e a secreção de íons potássio. Dessa forma, tem-se, também, controle da pressão osmótica. Além disso, o hormônio também participa do sistema renina-angiotensina-aldosterona, essencial para a manutenção da pressão arterial. A secreção de aldosterona é aumentada quando há ativação do sistema renina-angiotensina-aldosterona e quando há aumentos na concentração plasmática de potássio. A secreção desse hormônio é independente da adenohipófise, ou seja, o hormônio ACTH não atua diretamente sobre a zona glomerulosa do córtex adrenal. Com relação aos glicocorticoides, tem-se o cortisol como principal representante da classe. Classificado como “hormônio do estresse”, o cortisol atua sobre o metabolismo de carboidratos, lipídeos e proteínas, além de ter efeito permissivo sobre outros hormônios. Considerando-se que o papel do hormônio é atuar sobre a adaptação dos indivíduos a situações de estresse, seu papel metabólico consiste em disponibilizar glicose no sangue. Assim, ele estimula a gliconeogênese hepática, inibe a absorção de glicose por tecidos, com exceção do cérebro, estimula a proteólise e redireciona os aminoácidos gerados para a gliconeogênese e, por fim, estimula a lipólise, o que faz com que o organismo utilize ácidos graxos livres como combustível metabólico ao invés de utilizar glicose, reservando-a para o sistema nervoso. Situações de estresse podem ser acompanhadas por lesões teciduais, as quais desencadeariam respostas inflamatórias e imunológicas. Nesses casos, o cortisol possui efeitos anti-inflamatórios e imunossupressores, a fim de evitar respostas exageradas, que podem ser potencialmente danosas. O cortisol estabelece, ainda, relações de permissividade com catecolaminas. Para que essas consigam gerar vasoconstrição, o cortisol deve estar presente. A secreção do cortisol é regulada pelo eixo endócrino hipotálamo-hipófise-adrenal, através de feedback negativo. A adenohipófise gera ACTH, o qual atua no córtex adrenal por meio da produção de AMPc e estimula a síntese de cortisol. O ACTH mobiliza colesterol presente em gotas lipídicas armazenadas nas zonas fascicular e reticular do córtex adrenal, a fim de modificar esse composto e gerar cortisol. Contudo, o ACTH só é liberado mediante estímulo hipotalâmico, a partir da produção do hormônio liberador de corticotrofina, CRH. O mecanismo de feedback negativo é estabelecido entre o cortisol e a adenohipófise e entre o cortisol e o hipotálamo. Correlação clínica: Considerando-se os efeitos anti-inflamatórios e imunossupressores dos glicocorticoides, a administração prolongada desses pode ser benéfica em casos nos quais as respostas inflamatórias se tornaram prejudiciais, como na artrite reumatoide, doença autoimune. A administração de glicocorticoides exógenos, quando feita sem moderação, pode fazer com que se tenha, por feedback negativo, uma supressão do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal, que pode gerar atrofia das células secretoras de cortisol e fazer com que o paciente se torne permanentemente incapaz de produzir hormônios. Esquema: CRH Hipotálamo ACTH Adenohipófise Cortisol Córtex adrenal 18 Além dos mecanismos de regulação do cortisol relativos ao eixo hipotálamo-hipófise-adrenal, tem- se efeitos decorrentes do ritmo diurno, que atua sobre a concentração de CRH. Os níveis de colesterol no organismo sofrem influências do ritmo diurno, determinado pelo núcleo supraquiasmático, como estudado anteriormente. De acordo com esse ritmo, os níveis de hormônio reduzem durante a noite e voltam a aumentar pela manhã. Essa variação se relaciona ao ciclo de sono-vigília, não mais ao ciclo de claro-escuro, como a melatonina. Dessa forma, um indivíduo que trabalhe durante a noite e descanse durante dia apresentará picos de cortisol no período noturno. Já em relação aos hormônios sexuais produzidos pela zona reticular do córtex adrenal, sabe-se que, a adrenal os produz de forma muito menos expressiva do que as gônadas. Contudo, na adrenal são produzidos tanto hormônios sexuais masculinos quanto femininos, independentemente do sexo do indivíduo. O hormônio sexual de maior relevância produzido nas suprarrenais é o DHEA, desidroepiandrosterona, um androgênio. Nos homens, o DHEA é superado pela testosterona, mas nas mulheres, possui efeitos importantes nos processos dependentes de androgênios, como o crescimento de pelos pubianos, o estirão e a manutenção da libido. Os hormônios sexuais advindos da adrenal têm seu controle relacionado ao ACTH, não aos hormônios gonadotróficos. Contudo, no mecanismo de feedback negativo, o DHEA atua inibindo os hormônios liberadores de gonadotrofinas, provenientes do hipotálamo, e não o CRH. Assim como outras glândulas endócrinas, a adrenal pode ser afetada por desordens em suas funções. O excesso de secreção pode ocorrer em qualquer uma das três zonas corticais. Os sintomas de cada distúrbio variam de acordo com a zona afetada, o que vai desencadear a hipersecreção de diferentes hormônios. Quandoos distúrbios afetam a zona glomerulosa do córtex adrenal, tem-se excesso de secreção de aldosterona. Esse caso pode ser gerado por tumores hipersecretores adrenais ou por aumento na atividade do sistema renina-angiotensina-aldosterona. Independente da causa, a maior secreção de aldosterona culmina em hipernatremia e hipocalemia, já que se tem retenção de sódio e eliminação de potássio. Quando a zona fascicular é afetada, observa-se secreção exacerbada de cortisol, condição denominada síndrome de Cushing. Essa pode ser causada por hiperestimulação adrenal em função de altos níveis de CRH ou ACTH, tumores secretores de CRH ou tumores secretores de ACTH. Os sintomas se relacionam, principalmente, à gliconeogênese excessiva, como hiperglicemia, glicosúria, fraqueza muscular, fadiga, etc. Correlação clínica: O excesso de androgênios adrenais pode gerar a chamada virilização da mulher. Com isso, tem-se aumento do clitóris, excesso de pelos faciais e alterações na ovulação. Acredita-se que a virilização da mulher possa desencadear a síndrome dos ovários policísticos. 19 A zona reticular, quando afetada, gera excesso na secreção de androgênios e, de forma mais rara, de estrogênios. Ambas as condições são denominadas de síndrome adrenogenital, geralmente causada por defeitos enzimáticos. Em mulheres adultas, isso gera efeitos masculinizantes, enquanto que em meninas recém-nascidas, tem-se um pseudo-hermafroditismo, caracterizado pela presença de gônadas femininas, mas genitália masculina. Em meninos antes da puberdade, o excesso de androgênios gera o desenvolvimento prematuro de características sexuais secundarias, condição chamada de pseudopuberdade precoce, já em homens adultos, não são observados efeitos aparentes, visto que a testosterona é mais expressiva que o DHEA. Essa síndrome pode ser tratada a partir da administração de glicocorticoides, visto que, assim, há ativação das vias de feedback negativo, o que faz com que se tenha inibição do hipotálamo e da adenohipófise, que reduzem a produção de hormônios. Dessa forma, reduz- também, a síntese de androgênios adrenais, o que reduz os sintomas observados. Ainda, é possível que se tenha hipossecreção de hormônios adrenais. Isso pode ocorrer de forma primária, como na doença de Addison, na qual as camadas adrenais secretam pouco hormônio, ou de forma secundária, quando se tem deficiências no hipotálamo ou na hipófise, o que resulta na redução dos níveis de ACTH. Vale ressaltar que, no caso de causas secundarias, a secreção de aldosterona não seria alterada, visto que não depende dos níveis de ACTH. Na doença de Addison tem-se hipossecreção de aldosterona, que a longo prazo pode ser fatal, visto que gera hiponatremia e hipercalemia. A deficiência de cortisol, que pode ser observada em ambos os casos, gera dificuldades de adaptação ao estresse, hipoglicemia e redução nas relações de permissividade estabelecidas entre o cortisol e outros hormônios. Pode gerar, também, hiperpigmentação da pele, visto que, com a redução de cortisol, há aumentos nos níveis de ACTH em uma tentativa de compensação. O ACTH, por sua vez, estimula melanócitos. Para compreender a medula adrenal, é preciso relembrar a organização do sistema nervoso simpático. Esse é composto por dois neurônios, um pré e um pós-ganglionar. O primeiro tem seu corpo celular localizado no sistema nervoso central e possui um axônio que se estende até órgãos executores, localizados perifericamente. Nesses órgãos são encontrados os corpos celulares dos neurônios pós-ganglionares. Esses neurônios, por sua vez, liberam noradrenalina (ou norepinefrina) como neurotransmissor. Essas moléculas se ligam a receptores específicos, chamados adrenérgicos. A medula adrenal é composta por neurônios simpático pós-ganglionares modificados, chamados células cromafins, responsáveis pela secreção de catecolaminas. As células cromafins, diferentemente dos neurônios pós-ganglionares simpáticos comuns, não possuem axônios que terminam em órgão executores. Assim, elas liberam o neurotransmissor diretamente na corrente sanguínea, o que faz com que essa substância seja caracterizada como um hormônio. As células cromafins liberam noradrenalina (20%), mas liberam, também, e de forma mais expressiva, a adrenalina (80%). Ambos os compostos são catecolaminas derivadas do aminoácido tirosina. Eles são produzidos no citosol das células e, então, são armazenados em grânulos 20 cromafins, semelhantes a vesículas de armazenamento. Esses hormônios são secretados por exocitose. Adrenalina e noradrenalina possuem afinidades diferentes para os diversos tipos de receptores adrenérgicos (α1, α2, β1, β2). A noradrenalina se liga aos receptores α1, α2 e β1. A adrenalina se liga aos mesmos receptores, mas também exerce efeitos sobre os β2. A adrenalina sempre acompanha a atividade do sistema simpático, reforçando-a. Os hormônios adrenomedulares não são essenciais à vida, mas abrangem praticamente todos os órgãos do corpo. Eles atuam na resposta ao estresse, no controle da pressão sanguínea e no metabolismo. Nas situações de estresse, esses hormônios são responsáveis pelas respostas de “luta ou fuga”: aumentam a frequência e o debito cardíaco, aumentam a força de contração muscular, promovem vasoconstrição e aumentam a resistência periférica total. Com isso, tem-se aumento na pressão sanguínea. Além disso, tem-se vasodilatação coronariana e de músculos esqueléticos a fim de direcionar maior aporte sanguíneo para o coração e musculatura. Além disso, há redução da atividade digestiva e do esvaziamento da bexiga. Tem-se, também, dilatação das vias aéreas, gerada, exclusivamente, pela adrenalina. Com relação aos efeitos metabólicos, a adrenalina atua no sentido de aumentar a disponibilidade de energia. Assim, estimula-se a gliconeogênese e a glicogenólise, além da lipólise. De forma simultânea, há inibição da insulina e estimulo do glucagon. A secreção das catecolaminas pela medula adrenal é totalmente controlada pelo sistema simpático. Resposta integrada ao estresse Estresse consiste na resposta generalizada do organismo a um fator que o sobrecarregue. Esse fator pode ser químico (menor disponibilidade de oxigênio, distúrbios ácido-base), físico (traumas, frio ou calor intenso), fisiológico (exercício intenso, hemorragias, dor), infeccioso (infecções bacterianas), emocionais (ansiedade, medo) e sociais (conflitos pessoais). É possível que diferentes fatores estressantes gerem respostas específicas, como o frio intenso, que gera tremores. Contudo, todos os fatores estressantes atuam de forma semelhante ao produzirem uma resposta generalizada e não específica, chamada de síndrome geral de adaptação, caracterizada por respostas neurais e hormonais que promovem o estabelecimento de um estado de prontidão. A principal resposta neural ao estresse consiste na ativação do sistema simpático, o qual, simultaneamente, gera efeitos variados relativos ao estado de “luta ou fuga” (taquicardia, maior debito cardíaco, etc.) e estimula a medula adrenal a produzir noradrenalina. 21 A resposta hormonal predominante nos casos de estresse é a ativação do mecanismo CRH- ACTH-Cortisol. Com isso, tem-se efeitos metabólicos que visam poupar glicose para o sistema nervoso, enquanto há degradação de lipídios e proteínas. Além do cortisol, outros hormônios participam da resposta ao estresse: evidencia-se redução de insulina e aumento de glucagon, os quais também atuam na disponibilidade de glicose. A inibição da insulina evita a absorção de glicose por tecidos que não sejam o nervoso. O glucagon, por sua vez, estimula a gliconeogênese e a glicogenólise hepáticas, também com o objetivo de resguardar glicose. Outras respostas hormonais se relacionam à manutenção da volemia e da pressão sanguínea durante o estresse. O sistema renina-angiotensina-aldosterona e a vasopressina são essenciais nesse contexto. Em conjunto,eles promovem aumento da pressão arterial, retenção de sódio e consequente retenção de líquidos, e vasoconstrição, importante quando se tem lesões teciduais. As respostas ao estresse são coordenadas pelo hipotálamo, que recebe sinais dos fatores estressores e secreta CRH, o qual atua sobre a adenohipófise e adrenais, estimulando a liberação de ACTH e cortisol, respectivamente. O hipotálamo também estimula a neurohipófise a secretar ADH. Em seguida, ativa o sistema nervoso simpático, que sobre as adrenais, que liberam adrenalina, a qual, por sua vez, atua sobre o pâncreas aumentando a secreção de glucagon e reduzindo a de insulina. O efeito vasoconstritor da catecolamina ativa, também, o sistema renina-angiotensina- aldosterona. Controle endócrino do metabolismo de combustíveis 22 Metabolismo diz respeito às reações químicas do organismo. Essas, por sua vez, podem ser de síntese, degradação ou modificação e envolvem três classes de compostos: carboidratos, lipídeos e proteínas. Os nutrientes ingeridos em uma refeição devem ser armazenados e, depois, devem ser continuamente liberados no período entre refeições. Além disso, o cérebro deve ser continuamente “alimentado” com glicose. A glicose é armazenada na forma de glicogênio no fígado e nos músculos esqueléticos. Quando essa forma de armazenamento de nutrientes é saturada, o corpo passa a armazenar glicose na forma de triglicerídeos, que se acumula no tecido adiposo. O excesso de ácidos graxos circulante é armazenado da mesma forma, no tecido adiposo. Os aminoácidos, por sua vez, não são armazenados na forma de proteínas, mas são convertidos em glicose e ácidos graxos, os quais são armazenados das formas citadas anteriormente. Assim, conclui-se que o tecido adiposo é o principal local de armazenamento de excessos de nutrientes, que, em situação de jejum, serão utilizados primariamente para gerar energia. A necessidade de fornecimento contínuo de glicose para o cérebro faz com que a concentração de glicose no sangue deva se manter em níveis determinados em jejum. Nesse sentido, o glicogênio armazenado no fígado é essencial. Contudo, essa reserva se esgota rapidamente, o que faz com que, durante jejum prolongado, os tecidos do corpo que não necessitam, exclusivamente, de glicose, comecem a catabolizar ácidos graxos a fim de poupar glicose para o cérebro. Também são utilizados aminoácidos, que, por gliconeogênese, são convertidos em glicose. O estado absortivo e pós-absortivo estão relacionados, respectivamente, ao estado alimentado e de jejum. No primeiro, após uma refeição, os nutrientes ingeridos são absorvidos e utilizados como fonte energética, principalmente a glicose. O excesso de nutrientes é, então, armazenado na forma de glicogênio ou triglicerídeos. Já no estado pós-absortivo, tem-se uma situação de jejum, na qual os estoques de metabólitos serão mobilizados a fim de gerar energia. Durante a alternância entre os estados metabólicos, os tecidos corporais desempenham diferentes funções: o fígado é responsável pela interconversão de glicose e glicogênio; o tecido adiposo atua no armazenamento e liberação de triglicerídeos; os músculos são a principal fonte de armazenamento de aminoácidos e o principal responsável por gasto energético; o cérebro necessita de um fornecimento contínuo de glicose e, eventualmente, faz uso de corpos cetônicos para produzir energia. A alternância entre esses estados metabólicos é mediada por hormônios variados: insulina, glucagon, adrenalina, cortisol e GH. O pâncreas possui características endócrinas e exócrinas. Sua porção endócrina é formada pelas ilhotas de Langerhans, compostas por células α e β. As células β são mais abundantes e são responsáveis pela síntese de insulina. As células α, presentes em menor quantidade, produzem e secretam glucagon. Tem, ainda, as células D (delta), responsáveis pela síntese de somatostatina pancreática. Esse hormônio é liberado em resposta ao aumento da glicemia e dos níveis de aminoácidos no sangue. Ele possui efeitos inibitórios sobre o sistema digestório e, por mecanismos de feedback negativo, age reduzindo a absorção de nutrientes a fim de evitar elevados níveis plasmáticos desses. Além disso, a somatostatina pancreática possui efeito parácrino e inibe a secreção de insulina e glucagon. Esquema: Estado absortivo Estado pós-absortivo Armazenamento de metabólitos Mobilização de metabólitos 23 A insulina atua reduzindo os níveis plasmáticos de glicose, aminoácidos e ácidos graxos a partir do armazenamento dessas moléculas. O hormônio exerce seus efeitos ao alterar o transporte dos nutrientes para as células ou ao alterar a ação enzimática de vias metabólicas específicas. Os níveis de glicose no sangue são determinados, assim, pela sua absorção no trato digestório, transporte para as células, produção hepática de glicose e excreção urinária de glicose. Desses fatores, apenas o transporte para as células e a síntese hepática podem ser controlados. A insulina reduz os níveis plasmáticos de glicose ao promover captação celular dessa substância para fins energéticos e de armazenamento. Simultaneamente, o hormônio inibe os processos de glicogenólise e gliconeogênese. A absorção de glicose pelas células ocorre pois a insulina recruta transportadores de membrana, os quais permitem a difusão facilitada desse açúcar para as células. Os transportadores de glicose são chamados GLUT. Existem 14 tipos conhecidos e todos eles atuam permitindo a difusão facilitada da glicose do meio extra para o meio intracelular, onde ela é fosforilada a glicose-6-fosfato, o que impede sua saída da célula. O GLUT-1 está presente na barreira hematoencefálica, o GLUT-2 nas células renais e intestinais, o GLUT-3 transporta glicose para neurônios e o GLUT-4, mais importante dentre esses transportadores, está presente nas células musculares e adiposas, que atuam na maior parte da captação de glicose. O transportador GLUT-4 é o único dependente de insulina. Enquanto os outros tipos de transportadores estão sempre presentes na membrana plasmática, o GLUT-4 depende do hormônio para ser recrutado. Nas células que possuem esses transportadores, há vesículas intracelulares que contém GLUT-4. Quando a insulina se liga aos receptores de membrana nessas células, inicia-se 24 uma via de sinalização que culmina na fusão dessas vesículas na membrana plasmática, que, então, passa a expressar mais moléculas de GLUT-4, o que aumenta expressivamente a captação de glicose. Quando os níveis de insulina plasmática são reduzidos, os transportadores são recuperados por endocitose. Fígado, músculos em situação de exercício e cérebro não dependem da insulina para captar glicose. O cérebro, em função de sua demanda contínua por glicose, é livremente permeável a ela, já que possui os transportadores GLUT-1 e GLUT-3. O músculo, quando em exercício, recruta GLUT- 4 em função das contrações musculares. Correlação clínica: O recrutamento de GLUT-4 pelos músculos em exercício é importante no controle de diabetes mellitus, já que não se tem insulina ou essa não atua de forma eficiente em função da resistência de seus receptores. 25 A insulina atua, também, sobre a gordura no sentido de reduzir os ácidos graxos presentes no sangue, armazenando-os na forma de triglicerídeos. Para isso, o hormônio aumenta a absorção de ácidos graxos pelas células do tecido adiposo, aumenta a captação de glicose a partir dos transportadores GLUT-4, para que essa possa ser utilizada na síntese de ácidos graxos e glicerol, estimula síntese de triglicerídeos e inibe a lipólise. Já em relação às proteínas, a insulina possui efeitos anabólicos, visto que estimula a síntese proteica. Isso se dá a partir de maior transporte de aminoácidos para os músculos e outros tecidos, estimulação da maquinaria responsávelpela síntese proteica e inibição da proteólise. Em suma, a insulina atua durante o período absortivo a fim de promover o uso da glicose e o armazenamento de lipídeos e proteínas, sendo caracterizada como um hormônio anabólico. No estado pós-absortivo há redução dos níveis de insulina e, consequentemente, redução do anabolismo. Assim, passa a predominar o catabolismo a partir da ação do glucagon, hormônio pancreático produzido pelas células α. A secreção de insulina é regulada, principalmente, por mecanismos de feedback negativo. Altas concentrações de glicose no sangue, observadas no estado absortivo, estimulam as células β a secretarem insulina. Essa, por sua vez, reduz a glicemia, o que inibe as células pancreáticas diretamente. A redução nos níveis de insulina é responsável por alternar o estado absortivo para o pós-absortivo. A glicose estimula as células β pancreáticas por meio de um processo de acoplamento excitação- secreção, o que significa que a glicose atua nas células produtoras de insulina gerando mudanças no potencial de membrana. Isso ocorre quando a glicose entra nas células β a partir de transportadores GLUT-2 e, então, é fosforilada a glicose-6-fosfato e oxidada a fim de gerar ATP. O ATP gerado a partir dessa molécula de glicose se liga a canais de potássio dependentes de ATP e faz com que esses se fechem. Dessa forma, tem-se menos K+ saindo da célula, o que gera sua despolarização. A despolarização, por sua vez, abre canais de cálcio dependentes de voltagem, o que gera influxo de íons Ca2+. Os íons cálcio, por fim, ativam a exocitose de vesículas que contem insulina. Resumo: TRANSPORTADOR LOCALIZAÇÃO CARACTERÍSTICA GLUT-1 Amplamente distribuído no corpo, mais expressivo em fetos do que em adultos; presente na barreira hematoencefálica. Captação basal de glicose; não dependente de insulina. GLUT-2 Hepatócitos, células β pancreáticas, mucosa intestinal e rins. Alta afinidade por glicose; não dependente de insulina. GLUT-3 Cérebro. Captação basal de glicose; não dependente de insulina. GLUT-4 Músculo esquelético, músculo cardíaco e tecido adiposo. Dependente de insulina. GLUT-5 Intestino delgado. Transportador de frutose. 26 Além dos níveis de glicose, níveis elevados de aminoácidos também estimulam diretamente as células β, que secretam insulina a partir do mesmo mecanismo explicado acima, por meio da síntese de ATP. Hormônios gastrointestinais, como GIP e GLP, liberados na presença de alimentos também estimulam a secreção de insulina. Por fim, estímulos provenientes do sistema nervoso autônomo também atuam sobre a liberação desse hormônio, visto que as ilhotas de Langerhans são densamente inervadas por fibras simpáticas e parassimpáticas vagais. A atividade parassimpática promove aumentos na secreção de insulina, enquanto que a atividade simpática inibe. Ao estudar a insulina, é imprescindível mencionar a diabetes mellitus. Essa é uma das mais comuns desordens endócrinas, caracterizada pela ação inadequada da insulina, o que gera sinais e sintomas como hiperglicemia, poliúria, polidipsia, polifagia e perda de peso. A doença pode ser 27 classificada em dois tipos: 1 e 2. A diabetes mellitus tipo 1 é caracterizada pela ausência de insulina, que não é secretada pelas células β. Já a diabetes mellitus tipo 2 se caracteriza pela secreção normal de insulina, mas menor sensibilidade dos receptores desse hormônio nas células-alvo. Como a insulina não atua, ou atua de forma ineficiente, nos indivíduos diabéticos, tem-se hiperglicemia. Como as células do corpo não absorvem a glicose de forma apropriada, o fígado interpreta que essa está ausente e estimula os processos de glicogenólise e gliconeogênese, o que intensifica ainda mais a hiperglicemia. A glicemia elevada desencadeia glicosúria e, consequentemente, poliúria, visto que a glicose exerce efeito osmótico e “carrega” água para a urina. Com isso, tem-se desidratação, o que gera uma resposta de sede – polidipsia. Além disso, a não absorção da glicose pelas células gera polifagia, uma fome exagerada. Mesmo com a ingestão de alimentos em maior quantidade, tem-se perda de peso em função da mobilização de ácidos graxos e proteínas para gerar energia, já que a glicose não é usada devidamente. Com isso, há emagrecimento, fraqueza muscular e redução do crescimento em casos de crianças diabéticas. A longo prazo, a diabetes, quando não tratada devidamente, pode gerar danos vasculares, cardíacos, neurológicos e renais. Em contrapartida, quando se tem excesso de insulina, há hipoglicemia. Esse quadro pode ser causado pela administração inadequada de insulina por pacientes diabéticos ou por tumores pancreáticos secretores do hormônio. A hipoglicemia, por sua vez, possui efeitos, principalmente, cerebrais, já que esse órgão depende de fornecimento contínuo de glicose. Assim, há redução na função cerebral. Além disso, tem-se tremores e fadiga. Ainda a respeito do pâncreas, tem-se o glucagon, hormônio produzido pelas células α das ilhotas de Langerhans, que atua de forma antagônica à insulina. Seu principal local de ação é o fígado, onde promove efeitos variados a partir do aumento de AMPc. O glucagon atua no fígado, estimulando a síntese e liberação de glicose, a partir da gliconeogênese e glicogenólise. Correlação clínica: O maior uso de ácidos graxos como fonte de energia resulta na produção de corpos cetônicos, que geram cetose e, possivelmente, cetoacidose, a qual é prejudicial ao sistema nervoso e pode levar à morte. A cetoacidose é mais comum no DM 1, visto que no DM 2 ainda há certos níveis de insulina, ainda que o hormônio não atue de forma eficiente. 28 De forma antagônica à insulina, o glucagon promove a lipólise e inibe a síntese de triglicerídeos. Além disso, o hormônio inibe a síntese de proteínas e promove proteólise, a fim de aumentar a gliconeogênese. Contudo, ele não atua sobre a musculatura esquelética. Semelhante ao controle de secreção da insulina, os níveis plasmáticos de glicose também controlam a secreção de glucagon: quedas na glicemia estimulam as células α a secretarem glucagon, o qual tende a gerar um aumento na glicemia. Quando a concentração de glicose sobe em resposta ao glucagon, há inibição de sua secreção. Dessa forma, insulina e glucagon atuam de maneira complementar e antagônica, a fim de manter os níveis de glicose e ácidos graxos no sangue. Os hormônios pancreáticos são os principais responsáveis no controle do metabolismo. Contudo, os hormônios do estresse também exercem efeitos metabólicos, embora isso não ocorra no estado de repouso. Adrenalina e cortisol atuam aumentando glicose e ácidos graxos no sangue. O cortisol age, ainda, promovendo catabolismo de proteínas e disponibilizando aminoácidos no sangue. O GH, por sua vez, por meio do IGF-1, possui efeitos anabólicos sobre proteínas. Além disso, ele pode aumentar glicose e ácidos graxos no sangue, embora isso seja pouco expressivo no metabolismo. Os hormônios tireoidianos, apesar da importantes no metabolismo, não atuam na homeostase de combustíveis. Dessa forma, enquanto a insulina atua no sentido de reduzir a glicemia, o glucagon, cortisol, adrenalina e GH atuam no sentido oposto, aumentando os níveis de glicose no sangue. Metabolismo do cálcio O metabolismo de cálcio, e consequentemente, de fosfato, é controlado por diferentes hormônios: calcitonina, hormônio da paratireoide e vitamina D. Essa regulação é essencial, visto que os íons Correlação clínica: Alguns pacientes diabéticos podem ser tratados com combinações de insulina e somatostatina. Isso porque a somatostatina inibe o glucagon e, consequentemente, auxilia a manter a glicose reduzida no sangue. 29 cálcio estão relacionados aos processos de excitação e contração muscular, excitação neuronal, secreção glandular, coagulação sanguínea e composição de ossos e dentes. De todo o cálciopresente no organismo, cerca de 99% está cristalizado nos ossos e dentes. Do 1% restante, 0,9% encontra-se no meio intracelular e 0,1% no meio extracelular. Apenas o cálcio do meio extracelular está sujeito aos processos de regulação. Apesar de sua pequena proporção relativa ao total desse íon, o cálcio presente na porção extracelular é essencial à excitabilidade neuromuscular. Quando sua concentração cai, aumenta-se a permeabilidade da membrana celular ao sódio, que entra na célula e faz com que o potencial de repouso se aproxime do limiar. Assim, quedas nos níveis de Ca2+ resultam na excitabilidade excessiva de nervos e músculos. O oposto também acontece: aumentos na concentração de cálcio reduzem a permeabilidade da membrana ao sódio, o que torna mais difícil alcançar o limiar. Dessa forma, tem-se uma depressão da excitabilidade neuromuscular. A musculatura lisa e o músculo estriado cardíaco também são influenciados pelos níveis de cálcio. Quando esses íons se difundem para as células, há ativação do mecanismo contrátil. Íons cálcio são importantes, também, para secreção glandular. Quando há influxo de Ca2+ para células secretórias, estimula-se exocitose da secreção. Isso é evidenciado nas células β pancreáticas, na secreção de catecolaminas e de hormônios peptídicos. Além disso, o cálcio é essencial na cascata de coagulação sanguínea, na qual atua como cofator, e em processos celulares diversos, visto que é um importante segundo mensageiro. A regulação do metabolismo de cálcio se dá a curto e a longo prazo. A curta prazo, controla-se a homeostase a partir de ajustes imediatos da concentração plasmática de cálcio, a fim de mantê-la constantes. Isso é feito a partir de trocas entre os ossos e o liquido extracelular. Já o mecanismo a longo prazo regula o equilíbrio, que diz respeito à quantidade total de cálcio no organismo. Para que essa se mantenha constante, ajusta-se a excreção renal e a absorção intestinal dos íons. Dentre os três hormônios que se relacionam ao metabolismo do cálcio, o paratormônio, PTH, é o principal e consegue atuar nos três locais de “controle” do cálcio: ossos, rins e intestino. O PTH é um hormônio peptídico, secretado pelas paratireoides. Sua função geral é aumentar a concentração de íons Ca2+ no plasma, o que evita hipocalcemia. Assim, é um dos hormônios essências à vida. Considerando-se que os ossos contem 99% do cálcio presente no organismo, é possível concluir que o esqueleto atua como um reservatório desse íon. Com isso, a remodelação constante dos ossos, além de auxiliar na sua renovação, é importante para a manutenção dos níveis de cálcio. A deposição e reabsorção óssea são processos simultâneos. Os osteoblastos são responsáveis pela síntese de matriz orgânica, na qual os sais de cálcio se depositarão na forma, principalmente, de hidroxiapatita. Os osteoclastos, por sua vez, são responsáveis pela degradação óssea a partir da secreção de ácido clorídrico. Durante grande parte da vida, os níveis de formação e reabsorção óssea são quase iguais. O osteoblasto é responsável pela produção de dois sinais que geram respostas diferentes de osteoclastos: ligante RANK/RANKL e osteoprotegerina, OPG. O primeiro atua aumentado a degradação ao estimular a conversão de macrófagos em osteoclastos. O segundo atua inibindo a degradação ao se ligar no RANKL no lugar de macrófagos, impedindo sua transformação em osteoclastos. Tensão mecânica favorece a deposição de matriz óssea. Por isso, atletas possuem ossos mais fortes e maciços do que pessoas sedentárias. Pelo mesmo motivo, há redução de massa óssea em pacientes acamados. Observação: Estrogênio estimula o gene produtor de OPG nos osteoblastos, o que auxilia na preservação da massa óssea. 30 Os ossos são compostos por uma parte compacta externa e uma trabecular, interna. Vasos sanguíneos penetram o osso pela camada externa até os canais centrais. O PTH, via AMPc, promove transferência de cálcio da matriz óssea para o plasma. O PTH possui duas vias de ação, uma lenta e uma rápida. Na via de ação lenta, que ocorre em casos de hipocalemia crônica, o hormônio atua sobre osteoblastos, estimulando-os a produzir RANKL, o qual, por sua vez, aumenta a taxa de reabsorção óssea realizada por osteoclastos, o que, consequentemente, aumenta o cálcio e fosfato no sangue. Contudo, aumentos no fosfato não são interessantes, visto que o cálcio e o fosfato poderiam precipitar no sangue, então o PTH age sobre os rins, favorecendo a reabsorção de cálcio e a eliminação de fosfato pela urina. A via rápida consiste na ativação de bombas de cálcio presentes em osteoblastos e osteócitos, o que gera movimento de cálcio do osso para o sangue, sem que o fosfato seja movido junto. Além da atuação do PTH sobre os rins promovendo reabsorção de cálcio e eliminação de fosfato, ele aumenta a ativação de vitamina D. Além disso, o hormônio atua indiretamente no intestino delgado, promovendo maior absorção de cálcio e fosfato, o que também auxilia na ativação de vitamina D. Apesar das múltiplas ações do PTH, todas elas atuam no sentido de aumentar o cálcio plasmático. Dessa forma, quando a concentração de Ca2+ cai no plasma, há estímulo para a secreção de PTH. Assim, cálcio e paratormônio estabelecem uma relação de controle por meio de feedback negativo. A calcitonina, produzida pelas células parafoliculares da tireoide, também exerce efeitos sobre o metabolismo de cálcio, ainda que de forma menos expressiva do que o PTH. A curto prazo, ela reduz a saída de cálcio dos ossos para o plasma. A longo prazo, ela inibe osteoclastos, o que reduz a reabsorção óssea e, consequentemente, reduz o cálcio plasmático. Esse hormônio, assim como o PTH, possui ação sobre os rins, inibindo a reabsorção de cálcio e fosfato, o que também gera efeitos hipocalcemiantes. Contudo, a calcitonina não possui efeitos sobre o intestino. De forma análoga ao paratormônio, a calcitonina tem sua secreção regulada pela concentração plasmática de cálcio. No entanto, quando essa concentração cai, tem-se inibição da secreção de calcitonina; quando a concentração de cálcio aumenta, estimula-se a secreção do hormônio. A vitamina D, ou colecalciferol, é um hormônio importante para a absorção intestinal de cálcio. A vitamina D pode ser produzida na pele, com a luz do sol, a partir do precursor 7-dehidrocolesterol, ou obtida por meio da dieta. De qualquer maneira, ela é biologicamente inativa quando chega ao sangue. Sua ativação demanda a adição de dois grupos hidroxila em reações subsequentes. Essas reações ocorrem primeiro no fígado e depois nos rins e resultam na forma ativa da vitamina, conhecida como calcitriol. Correlação clínica: Osteoporose: redução da massa óssea em função da maior reabsorção do que formação óssea. É mais comum em mulheres após menopausa, já que há redução de estrogênio. Esquema: Ca2+ Ca2+ PTH Calcitonina Ca2+ Ca2+ 31 Vale lembrar que as enzimas renais responsáveis pela ativação da vitamina D são ativadas por PTH. O principal efeito da vitamina D sobre o metabolismo de cálcio é o de aumentar a absorção desse íon e de fosfato no intestino. Além disso, a vitamina D aumenta a reatividade dos ossos ao PTH. A vitamina D, derivada de colesterol, possui receptores intracelulares. Esses regulam a transcrição de genes nas células-alvo, o que gera respostas ao hormônio. Dessa forma, as ações da vitamina D são lentas e, consequentemente, o PTH é o principal responsável pela homeostase do cálcio. O metabolismo de fosfato é controlado da mesma forma que o do cálcio, mas com relações inversas. Quedasno fosfato plasmático implicam em aumentos no cálcio plasmático e vice-versa. As principais desordens relativas ao metabolismo de cálcio são o excesso ou a falta de PTH e a deficiência de vitamina D. O excesso de PTH é caracterizado como hiperparatireoidismo, geralmente causado por tumores secretores de hormônio. Gera hipercalcemia e hipofosfatemia, o que pode se apresentar de forma assintomática ou não, a depender da magnitude do problema. Os sinais e sintomas que podem aparecer são fraqueza muscular e desordens neurológicas em função da redução da excitabilidade neuromuscular, além de problemas cardíacos, deformidades ósseas, fraturas frequentes e maior incidência de nefrolitíase em função da precipitação de cálcio. A hipossecreção de PTH observada no hipoparatireoidismo é, geralmente, decorrente de iatrogenias, como a remoção das paratireoides em um procedimento de tireoidectomia. Essa condição leva à hipocalcemia e hiperfosfatemia. Os sinais e sintomas são relacionados à maior excitabilidade neuromuscular, como câimbras, espasmos, formigamentos, etc. É importante ressaltar que os sintomas são observados em casos de deficiência relativa de PTH, visto que a ausência desse hormônio é incompatível com a vida. 32 Por fim, as deficiências de vitamina D tem como consequência a redução na absorção intestinal de cálcio, o que faz com que a manutenção da homeostasia desse íon seja inteiramente dependente do PTH, o que gera maior reabsorção óssea, resultando em deformidades. Em crianças, essa condição - bastante rara - é denominada raquitismo, enquanto que no adulto, chama-se osteomalácia. 33