O que são estímulos e sua classificação
Os fatores ambientais que atuam sobre as membranas celulares e provocam uma resposta do organismo são chamados de estímulos. Na fisiologia normal, costuma-se dividi-los em cinco categorias principais:
- Físicos. Incluem impactos mecânicos, variações de temperatura, corrente elétrica e outros fenômenos físicos.
- Químicos. Incluem a ação de diversas substâncias químicas: ácidos, álcalis, sais, bem como reguladores endógenos — hormônios e mediadores.
- Físico-químicos. Estão associados a alterações em parâmetros básicos do meio, como pressão osmótica, composição iônica e potencial hidrogeniônico (pH).
- Biológicos. Ação de outros organismos vivos, predominantemente microrganismos (bactérias, vírus).
- Informacionais. Uma classe especial de estímulos que, além da natureza físico-química, carregam uma determinada carga de significado. São decorrentes de processos fisiológicos e interações sociais (por exemplo, estados emocionais, gritos de alarme ou chamados em animais, fala humana).
Irritabilidade não específica (gatilho)
A resposta do organismo começa com a alteração na estrutura dos componentes das membranas celulares. Existem dois tipos principais de irritabilidade. O primeiro deles é a não específica.
A irritabilidade não específica não depende de forma alguma da qualidade do agente externo atuante. O principal papel na formação da resposta é desempenhado por processos internos que ocorrem no objeto vivo (primordialmente em suas membranas).
O estímulo externo desempenha apenas a função de um mecanismo de disparo. Esse processo na fisiologia é frequentemente comparado a apertar o gatilho de uma arma (daí o nome: trigger, que significa "gatilho" em inglês). Sob a ação do estímulo, as moléculas da membrana celular são gradualmente conduzidas a um determinado estado, após o qual a reação padrão da célula é disparada automaticamente.
Irritabilidade específica (seletiva)
A irritabilidade específica manifesta-se predominantemente em resposta à ação de substâncias biologicamente ativas (incluindo medicamentos). Seu mecanismo é significativamente mais complexo e estritamente seletivo.
A realização de uma resposta específica envolve vários componentes principais:
- Zonas receptoras. Em áreas específicas da membrana celular, encontram-se moléculas proteicas especiais — os receptores moleculares. Eles interagem com substâncias químicas segundo um princípio espacial estrito de "chave-fechadura".
- Ligantes. São substâncias químicas capazes de se ligar especificamente ao receptor. A formação do complexo receptor-ligante desencadeia uma cascata de reações bioquímicas na própria membrana e no protoplasma da célula.
- Canais iônicos. A seletividade também depende fortemente dos parâmetros físicos dos canais iônicos proteicos na membrana. Seu diâmetro é tal que apenas moléculas de tamanho estritamente definido podem penetrar pelos poros.
O resultado dessa interação complexa é o acúmulo de alterações moleculares nas membranas. Assim que essas alterações atingem um nível crítico, o organismo vivo emite uma resposta específica ao estímulo.
Desenvolvimento evolutivo da propriedade
Do ponto de vista da filogenia, a irritabilidade é a manifestação mais primária e fundamental da relação de qualquer ser vivo com a ação dos fatores ambientais. Essa propriedade é inerente a todas as células vivas sem exceção.
No curso do longo processo evolutivo, ocorreu a especialização dos tecidos. Como resultado, a irritabilidade básica transformou-se em uma nova propriedade de maior alta organização — a excitabilidade. No organismo humano e dos animais superiores, a excitabilidade é uma característica de tecidos especializados: o nervoso e o muscular.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são as leis de estimulação dos tecidos excitáveis?
Existem as seguintes leis de estimulação dos tecidos excitáveis, que determinam os parâmetros do estímulo necessários para o surgimento de uma excitação propagada:
- Lei do "tudo ou nada" (de Bowditch) — estímulos abaixo do limiar não causam resposta, enquanto estímulos limiares geram a resposta máxima.
- Lei da intensidade — quanto maior a intensidade do estímulo, maior será a resposta, mas até certo limite.
- Lei da duração do estímulo — quanto mais duradoura a estimulação, mais forte é a resposta do objeto, até um certo limite.
- Lei da intensidade-tempo — existe uma relação inversa entre a intensidade e a duração do impulso estimulante: quanto menor o tempo de ação do estímulo, maior deve ser a sua intensidade para provocar excitação.
- Lei do gradiente de estimulação (acomodação) de Du Bois-Reymond — a resposta depende da velocidade de aumento da intensidade do estímulo.
- Lei da ação polar da corrente — a excitação surge sob o cátodo ao fechar o circuito e sob o ânodo ao abrir.
- Lei do eletrotonus fisiológico — inclui o cateletrotonus e o anelectrotonus.
Como são estruturados os canais iônicos proteicos da membrana celular?
Os canais iônicos são formados por proteínas integrais de membrana em formato de tubo com 0,5 a 0,7 nm de diâmetro. A estrutura de um canal específico comporta-típico inclui:
- Óstio — a entrada para o canal.
- Filtro seletivo — o ponto mais estreito, que determina a seletividade (deixa passar o íon se o seu diâmetro coincidir com o diâmetro do filtro).
- Portas — projeções da molécula proteica que regulam a permeabilidade do canal.
- Mecanismo de controle das portas — garante a abertura das portas sob a ação do potencial de membrana, ligantes ou deformação da membrana.
Além dos canais com portas, existem canais sem portas (canais de vazamento), que estão sempre abertos e não possuem mecanismos de eclusa.
Quais são as fases do potencial de ação durante a excitação celular?
O potencial de ação durante a excitação da célula inclui as seguintes fases:
- Pré-pico (resposta local) — despolarização parcial lenta; o mecanismo está associado à abertura gradual dos poros para o Na⁺ e à entrada de Na⁺ na célula.
- Pico (spike).
- Potencial pós-negativo (despolarização pós-potencial).
- Potencial pós-positivo (hiperpolarização pós-potencial) — fenômeno de polarização aumentada; mecanismos: saída aumentada de K⁺ para o exterior, às vezes entrada de Cl⁻ na célula.
Para memorizar os 5 tipos de estímulos, use a frase: "Físicos e Químicos formam a Informação Biológica" (Físicos, Químicos, Físico-químicos, Biológicos, Informacionais).
Questões de aulas e exames
Qual é a diferença entre irritabilidade e excitabilidade?
A irritabilidade é a propriedade universal e primária de todas as células vivas de responder ao ambiente. A excitabilidade é uma forma evolutivamente avançada de irritabilidade, característica apenas de tecidos especializados (nervoso e muscular).
O que significa o princípio «chave-fechadura» nas membranas?
Este é o princípio de funcionamento da irritabilidade específica, em que uma substância química (ligante) coincide perfeitamente em termos espaciais com a estrutura do receptor proteico na membrana, assim como uma chave se encaixa em uma fechadura.
Por que a irritabilidade não específica é chamada de gatilho?
Porque o estímulo externo atua apenas como um "gatilho" (trigger). Ele apenas inicia os processos internos na célula, e a natureza da própria reação não depende da qualidade desse estímulo externo.
O que mais estudar sobre o tema
- Dinâmica das alterações moleculares na irritabilidade por gatilho
- Tipos e estrutura dos receptores moleculares de membrana
- Princípios de funcionamento dos canais iônicos proteicos
- Estímulos informacionais: influência das emoções e da fala na fisiologia
- Diferenças entre tecidos excitáveis e não excitáveis
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