Os sistemas nervoso e endócrino

Compara o sinal nervoso e o sinal hormonal considerando a sua velocidade, a sua duração, a sua via de transmissão e a precisão do seu destino, e apresenta um exemplo de resposta típica de cada um.

Durante uma experiência de resposta ao stresse agudo, submetem-se dois grupos de pessoas a um teste stressante imprevisto de 30 minutos de duração:

• Grupo de Controlo: experimenta um aumento imediato da frequência cardíaca (de 70 para 135 bpm em apenas 6 segundos), dilatação pupilar e um pico precoce de glicemia, seguido a partir dos 15-20 minutos de um aumento sustentado da gluconeogénese hepática e diminuição da síntese proteica.

• Grupo Tratado: recebeu previamente um fármaco bloqueador específico dos recetores beta-adrenérgicos.

1. a) Prevê de forma justificada que diferenças registará o Grupo Tratado relativamente ao Grupo de Controlo na frequência cardíaca, na pressão arterial e na glicemia durante os primeiros 60 segundos após o início do estímulo.
2. b) Explica por que razão a resposta mediada pela adrenalina (sistema nervoso simpático e medula suprarrenal) desencadeia efeitos celulares em segundos, enquanto a resposta coordenada pelo cortisol (eixo hipotálamo-hipófise-córtex suprarrenal) demora dezenas de minutos a consolidar-se. Fundamenta a tua justificação na natureza química de cada hormona e nos seus respetivos mecanismos de transdução celular.

Descreve as partes de um neurónio (dendrites, corpo celular ou soma, axónio e terminais axónicos) e explica a função de cada uma na receção, condução e transmissão do impulso nervoso.

Observa a imagem do neurónio e da sinapse química. a) Descreve o caminho do sinal desde a estrutura 2 até à 8, explicando o que ocorre em cada passo. b) Justifica que vantagem traz a estrutura 4 para a velocidade de condução. c) Explica por que razão o sinal na sinapse apenas se pode propagar de 5 para 8 e nunca em sentido inverso.

Explica de forma qualitativa o que é o potencial de ação: que iões entram e saem do neurónio, por que razão se diz que funciona segundo a lei do «tudo ou nada» e como a bainha de mielina permite a condução saltatória que acelera o impulso.

Num exame neurológico a uma paciente de 28 anos com suspeita de esclerose múltipla, registam-se os potenciais evocados visuais no nervo ótico em comparação com um indivíduo saudável:

• Indivíduo saudável: latência da onda P100 = 98 ms; velocidade de condução axonal = 55 m/s.

• Paciente: latência da onda P100 = 148 ms; velocidade de condução axonal = 18 m/s, com uma perda acentuada de amplitude no sinal. Além disso, a paciente relata que quando toma um duche de água quente ou realiza exercício físico intenso, a sua visão fica muito mais turva durante alguns minutos (fenómeno de Uhthoff).

1. a) Explica a nível molecular e biofísico por que razão a destruição autoimune da bainha de mielina provoca tanto o abrandamento do sinal como a eventual extinção total do potencial de ação, tendo em conta a localização habitual dos canais de Na+ dependentes de voltagem e as fugas de corrente através da membrana axónica.
2. b) Formula uma hipótese justificada sobre o motivo pelo qual um aumento moderado da temperatura corporal pode interromper por completo a condução nervosa num axónio desmielinizado e fundamenta por que razão duas pessoas com esclerose múltipla podem apresentar quadros clínicos iniciais completamente distintos.

O que é uma sinapse? Explica por que razão o sinal não passa eletricamente de um neurónio para outro na maioria delas e que vantagem pode ter a utilização de um mensageiro químico (modulação, amplificação).

Uma equipa de neurofisiologia estimula eletricamente um neurónio motor pré-sináptico e regista a atividade na fibra muscular que inerva após aplicar duas neurotoxinas distintas de forma independente:

• Com a Toxina 1: o potencial de ação propaga-se pelo axónio a 75 m/s até ao botão terminal sem alteração, mas não se regista qualquer alteração de potencial na membrana muscular nem se deteta acetilcolina na fenda sináptica.

• Com a Toxina 2: o potencial de ação axonal abranda drasticamente e a sua amplitude decai até desaparecer antes de atingir o terminal sináptico; contudo, se os investigadores aplicarem acetilcolina diretamente com uma micropipeta sobre a membrana muscular, esta despolariza-se e contrai-se com total normalidade.

1. a) Deduz e justifica que tipo específico de canal iónico dependente de voltagem é bloqueado por cada toxina, discriminando entre a propagação elétrica axonal e os passos moleculares da transmissão química sináptica.
2. b) Se a transmissão puramente elétrica (mediante junções comunicantes ou gap) é praticamente instantânea e não sofre atraso sináptico, argumenta que vantagem adaptativa determinante representou para o sistema nervoso central dos vertebrados basear a maior parte da sua circuitaria em sinapses químicas com atraso.

Num estudo sobre o circuito de recompensa mesocorticolímbico em roedores de laboratório, medem-se através de microdiálise a concentração de dopamina no núcleo accumbens e através de técnicas de autoradiografia a densidade de recetores D2 nos neurónios pós-sinápticos em três situações:

• Situação 1 (estímulo natural apetitivo: solução açucarada): a dopamina aumenta 45 % sobre o valor basal durante 20 minutos; a densidade de recetores D2 permanece inalterada (100 %).

• Situação 2 (injeção aguda de anfetamina): a dopamina plasmática na sinapse dispara 650 % durante mais de 90 minutos.

• Situação 3 (após 4 semanas de consumo diário de anfetamina, após 24 horas de privação): os níveis basais de dopamina descem 35 % abaixo do normal e a densidade de recetores D2 ativos caiu para 40 % do nível inicial.

1. a) Interpreta os dados da Situação 3 para explicar os mecanismos moleculares da tolerância à droga e da anedonia (incapacidade de experienciar prazer com estímulos naturais). Que fenómeno de plasticidade sináptica adaptativa explica a redução de recetores D2?
2. b) Com base nestes dados biológicos, contesta a afirmação de quem sustente que «superar uma adição não requer apoio médico nem farmacológico, mas apenas uma decisão firme de força de vontade».

Distingue o sistema nervoso central do periférico: que órgãos inclui cada um, que função geral desempenha e como comunicam entre si.

1. a) Nomeia as três partes principais do encéfalo.
2. b) Indica uma função característica de cada uma delas.

Diferencia nervos sensitivos e motores, e justifica que perda funcional produz a lesão de cada tipo numa mão (o que acontece à sensibilidade e ao movimento?).

Ao tocar num objeto muito quente retira-se a mão antes de sentir dor. Descreve o trajeto do impulso nervoso nesse arco reflexo, nomeando os neurónios intervenientes e explicando por que razão a resposta não passa primeiro pelo encéfalo.

A medula espinal é simultaneamente centro reflexo e via de condução da informação. Explica o que sucede após uma lesão medular completa de acordo com a sua altura (paraplegia se for lombar ou dorsal, tetraplegia se for cervical) e justifica por que razão os neurónios do sistema nervoso central praticamente não se regeneram.

Compara o sistema nervoso simpático e o parassimpático: efeitos sobre o coração, a digestão, as pupilas e os brônquios, e explica por que razão são resumidos como «luta ou fuga» e «repouso e digestão», indicando em que situações predomina cada um.

O que é uma hormona e onde é produzida? Refere duas glândulas endócrinas humanas, a hormona que cada uma segrega e o seu efeito principal.

Indica três hormonas humanas (insulina, tiroxina, adrenalina, hormona do crescimento), a glândula que as segrega e o efeito principal de cada uma.

Explica o que é o retrocontrolo negativo (feedback negativo) na regulação hormonal, descrevendo um exemplo concreto: a regulação da glicemia pela insulina e pelo glucagão, ou a do eixo tiroideu.

O bócio é o aumento da tiroide por carência de iodo. Explica, utilizando o retrocontrolo negativo do eixo hipófise-tiroide, por que razão a glândula aumenta de volume quando não consegue produzir hormona tiroideia, e por que razão o sal iodado praticamente erradicou esse problema.

A melatonina regula o ritmo circadiano. Explica que sinal ambiental a controla (a luz), o que acontece à sua secreção quando usamos ecrãs brilhantes à noite e que consequências tem para o sono e para o rendimento o desfasamento horário crónico.

Numa prova de diagnóstico de sobrecarga oral de glicose, monitoriza-se a glicemia e a concentração plasmática de insulina de duas pessoas (sujeito A e sujeito B) em jejum e aos 60 e 120 minutos após ingerirem 75 g de glicose diluída:

• Sujeito A: parte de 85 mg/dL de glicose; aos 60 min atinge 135 mg/dL e aos 120 min regressa a 90 mg/dL. A sua insulina plasmática passa de 8 µU/mL para 70 µU/mL e depois desce para 12 µU/mL.

• Sujeito B: parte de 170 mg/dL de glicose; aos 60 min sobe para 290 mg/dL e aos 120 min situa-se em 265 mg/dL. A sua insulina permanece constante e indetetável (< 2 µU/mL) em todas as colheitas.

1. a) Justifica qual dos dois sujeitos sofre de diabetes mellitus tipo 1 relacionando os dados com os mecanismos de retroalimentação negativa e os transportadores de glicose no tecido muscular e hepático.
2. b) Se o sujeito B injetar por engano o triplo da dose estipulada de insulina exógena sem ingerir hidratos de carbono, prevê o que acontecerá no tecido adiposo, muscular e no encéfalo. Justifica por que razão uma hipoglicemia severa compromete a vida numa questão de minutos, ao contrário de uma hiperglicemia moderada mantida.

Um paciente sofre um traumatismo cranioencefálico que provoca a secção traumática total da haste hipofisária (infundíbulo), interrompendo tanto a rede vascular do sistema porta hipotálamo-hipofisário como as fibras nervosas axonais provenientes dos núcleos supraótico e paraventricular.

1. a) Prevê fundamentadamente como variará a concentração no sangue (aumentará, cairá drasticamente ou manter-se-á igual) de cada uma das seguintes hormonas:

1. Hormona estimulante da tiroide (TSH) e Hormona do Crescimento (GH).

2. Prolactina (considerando que o hipotálamo exerce um controlo tónico inibidor mediado por dopamina).

3. Ocitocina e Hormona Antidiurética (ADH ou vasopressina).

1. b) Durante as primeiras 24 horas de internamento hospitalar, o paciente elimina mais de 12 litros de urina muito diluída (densidade 1,002 g/mL, semelhante à água pura) e refere uma sede extrema e insaciável. Identifica que patologia endócrina concreta sofre, justifica que hormona é responsável por este equilíbrio hídrico e descreve a falha de feedback homeostático que ocorreu.

No tratamento médico de crianças com puberdade precoce central (desenvolvimento puberal anómalo antes dos 8 anos devido à ativação prematura do eixo hipotalâmico), utiliza-se como fármaco um agonista potente da hormona libertadora de gonadotropinas (GnRH) administrado através de um implante subcutâneo de libertação contínua.

1. a) Sabendo que, em condições fisiológicas normais, o hipotálamo secreta GnRH em pulsos intermitentes a cada 60 a 90 minutos para induzir a síntese de LH e FSH na adeno-hipófise, explica a aparente contradição: por que razão a administração ininterrupta e constante de um ativador (agonista) da GnRH trava a puberdade em vez de a acelerar? Justifica o mecanismo celular que sofrem os recetores da adeno-hipófise.
2. b) Nas últimas décadas, a idade de início puberal adiantou-se de forma significativa nas populações com dietas hipercalóricas e maior taxa de obesidade infantil. Formula uma hipótese biológica que relacione a massa de tecido adiposo corporal, a hormona leptina e o gerador de pulsos de GnRH, e prevê por que razão uma atleta juvenil com uma percentagem de gordura corporal extremamente baixa pode apresentar amenorreia ou atraso puberal.