FISIOLOGIA HUMANA DAS CÉLULAS AOS SISTEMAS
Lauralee Sherwood
Tradução da 7ª edição norte-americana
Sumário Prefácio, xi Capítulo 1
Introdução à Fisiologia e à Homeostase, 1 Introdução à Fisiologia, 1 Níveis de organização no organismo, 2
Centrossomo, centríolos e organização microtubular, 41 Citosol: Gel celular, 42 Citoesqueleto: “Osso e músculo” das células, 42 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 49 Exercícios de revisão, 50 Pontos a ponderar, 51
Conceito de homeostase, 6
Consideração clínica, 51
Conceitos, desafios e controvérsias:
Capítulo 3
Ciência de células-tronco e engenharia de tecidos: a busca para consertar partes defeituosas do corpo, 8
Detalhes da fisiologia do exercício:
Membrana plasmática e potencial de membrana, 53
O que é fisiologia do exercício?, 11
Estrutura e funções da membrana, 53
Sistemas de controle homeostático
Conceitos, desafios e controvérsias:
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 17 Exercícios de revisão, 17 Pontos a ponderar , 18 Consideração clínica, 19
Capítulo 2
Fisiologia celular, 21 Teoria celular, 21 Observações das células, 21 Visão geral da estrutura celular, 22 Conceitos, desafios e controvérsias:
Células HeLa: Problemas em um setor “em Crescimento”, 23
Retículo endoplasmático e síntese segregada, 24 Complexo de Golgi e Exocitose, 27 Lisossomos e endocitose, 28 Peroxissomas e desintoxicação, 31 Mitocôndrias e produção de ATP, 31 Detalhes da fisiologia do exercício:
Fibrose cística: Um defeito fatal no transporte da membrana, 56
Adesões célula a célula, 58 Visão geral do transporte de membranas, 60 Transporte passivo, 60 Transporte assistido, 67 Detalhes da fisiologia do exercício:
Os músculos em exercício são “formiguinhas”, 70
Potencial de membrana, 75 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 82 Exercícios de revisão, 83 Pontos a ponderar, 84 Consideração clínica, 85
Capítulo 4
Princípios da comunicação neural e hormonal, 87 Introdução à comunicação neural, 87 Potenciais graduados, 88
Exercício aeróbico: quanto e para quê?, 39
Potenciais de ação, 95
Ribossomos e síntese proteica, 39
Conceitos, desafios e controvérsias:
Ancoragens como caminhões celulares –
Esclerose múltipla: Mielina — Indo, indo, foi, 102
Sumário
vii
Conceitos, desafios e controvérsias:
Melhores apostas para regeneração de fibras nervosas, 103
Sinapses e integração neuronal, 104 Comunicação intercelular e transdução de sinais, 113 Introdução à comunicação hormonal, 117 Conceitos, desafios e controvérsias:
Suicídio celular programado: Um exemplo surpreendente de rede de transdução de sinais, 124
Comparação dos sistemas nervoso e endócrino Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase Exercícios de revisão, 129 Pontos a ponderar, 131 Consideração clínica, 131
Capítulo 5
Sistema nervoso central, 133 Organização e células do sistema nervoso, 133 Proteção e nutrição do cérebro, 139 Visão geral do sistema nervoso central, 142 Conceitos, desafios e controvérsias:
Derrames: Um efeito dominó mortal, 142
Córtex cerebral, 143 Núcleos basais, tálamo e hipotálamo, 153 Emoção, comportamento e motivação, 155 Aprendizado e memória, 157 Conceitos, desafios e controvérsias:
Mal de Alzheimer: Uma história de plaquetas beta amiloides, redes de proteína tau e demência, 164
Cerebelo, 166 Tronco cerebral, 167 Medula espinhal, Detalhes da fisiologia do exercício:
Mergulho do cisne ou mergulho de barriga: É uma questão de controle do SNC, 177
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 180 Exercícios de revisão, 180 Pontos a ponderar, 181 Consideração clínica, 181
Capítulo 6
Sistema nervoso periférico: divisão aferente; sentidos especiais, 183 Fisiologia do receptor, 183 viii
Sumário
Detalhes da fisiologia do exercício:
Arquear as costas e agachar antes de um salto: o que esses atos têm em comum?, 188
Dor, 191 Conceitos, desafios e controvérsias: Acupuntura: é real?, 194
Olho: visão, 195 Ouvido: audição e equilíbrio, 213 Conceitos, desafios e controvérsias: “Ver” com a língua, 214
Sentidos químicos: paladar e olfato, 277 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 232 Exercícios de revisão, 233 Pontos a ponderar, 235 Consideração clínica, 235
Capítulo 7
Sistema nervoso periférico: Divisão eferente, 237 Sistema nervoso autônomo, 237 Sistema nervoso somático, 245 Junção neuromuscular, 246 Detalhes da fisiologia do exercício:
Perda de massa muscular: uma complicação do voo espacial, 251
Conceitos, desafios e controvérsias:
A reputação da toxina botulínica sofre uma plástica, 253
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 253 Exercícios de revisão, 254 Pontos a ponderar, 255 Consideração clínica, 255
Capítulo 8
Fisiologia muscular, 257 Estrutura do músculo esquelético, 257 Base molecular da contração do músculo esquelético, 261 Mecânica do músculo esquelético, 268 Metabolismo do músculo esquelético e tipos de fibra, 276 Controle da motricidade, 283 Detalhes da fisiologia do exercício:
Atletas que usam esteroides para ganhar vantagem competitiva são realmente vencedores ou perdedores?, 282
Conceitos, desafios e controvérsias:
Distrofia muscular: quando dar um passo exige muito, 284
Músculo liso e cardíaco, 289 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 299 Exercícios de revisão, 299 Pontos a ponderar, 301 Consideração clínica, 301
Capítulo 9
Fisiologia cardíaca, 303 Anatomia do coração, 303 Atividade elétrica do coração, 309 Detalhes da fisiologia do exercício:
Que, quem e onde do teste de esforço, 320
Eventos mecânicos do ciclo cardíaco, 321 Débito cardíaco e seu controle, 325
Eritrócitos, 393 Detalhes da fisiologia do exercício:
Doping no sangue: mais de algo bom é melhor?, 396
Leucócitos, 400 Conceitos, desafios e controvérsias:
Em busca de um substituto do sangue, 402
Plaquetas e hemostasia, 405 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 412 Exercícios de revisão, 413 Pontos a ponderar, 414 Consideração clínica, 415
Capítulo 12
Defesas do organismo, 417
Nutrição do músculo cardíaco, 332
Sistema imunitário: alvos, executores, componentes, 417
Conceitos, desafios e controvérsias:
Imunidade inata, 420
Aterosclerose: além do colesterol, 336
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 338 Exercícios de revisão, 338 Pontos a ponderar, 340 Consideração clínica, 341
Capítulo 10
Vasos sanguíneos e pressão sanguínea, 343 Padrões e física do fluxo sanguíneo, 343 Conceitos, desafios e controvérsias:
De humores a Harvey: destaques históricos em circulação, 346
Artérias, 347 Arteríolas, 350 Capilares, 361 Veias, 371 Pressão sanguínea, 376 Detalhes da fisiologia do exercício:
Altos e baixos da hipertensão e exercício, 383
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 387
Exercícios de revisão, 387 Pontos a ponderar, 389
Consideração clínica, 389
Capítulo 11
Sangue, 391
Imunidade adaptativa: conceitos gerais, 428 Linfócitos B: imunidade mediada por anticorpos, 429 Conceitos, desafios e controvérsias:
Vacinação: uma vitória sobre muitas doenças temidas, 436
Linfócitos T: imunidade mediada por células, 437 Doenças imunitárias, 449 Detalhes da fisiologia do exercício:
Exercício: ajuda ou atrapalha a defesa imunitária?, 451
Defesas externas, 454 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 457 Exercícios de revisão, 458 Pontos a ponderar, 459 Consideração clínica, 459
Capítulo 13
Sistema respiratório, 461 Anatomia respiratória, 461 Mecânica respiratória, 465 Troca de gases, 486 Transporte de gases, 490 Conceitos, desafios e controvérsias:
Efeitos de alturas e profundidades sobre o organismo, 498
Controle da respiração, 498 Detalhes da fisiologia do exercício:
Como descobrir quanto trabalho você consegue realizar, 506
Plasma, 391
Sumário
ix
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 507 Exercícios de revisão, 507 Pontos a ponderar, 509
Detalhes da fisiologia do exercício:
Refeição pré-jogos: o que pode e o que não pode?, 604
Conceitos, desafios e controvérsias:
Úlceras: quando invasores rompem a barreira, 612
Consideração clínica, 509
Secreções pancreáticas e biliares, 613
Capítulo 14
Intestino delgado, 621
Sistema urinário, 511 Rins: funções, anatomia e processos básicos, 511 Filtração glomerular, 517 Reabsorção tubular, 524 Secreção tubular, 534
Intestino grosso, 623 Conceitos, desafios e controvérsias:
Terapia de reidratação oral: beber uma solução simples salva vidas, 634
Visão geral dos hormônios gastrointestinais, 637 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 638
Excreção de urina e depuração plasmática, 537
Exercícios de revisão, 638
Detalhes da fisiologia do exercício:
Pontos a ponderar, 639
Quando proteína na urina não significa doença renal, 550
Consideração clínica, 639
Conceitos, desafios e controvérsias:
Capítulo 17
Diálise: tubos de celofane ou revestimento abdominal como um rim artificial, 551
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 552 Exercícios de revisão, 553 Pontos a ponderar, 555
Equilíbrio energético e regulagem de temperatura, 641 Equilíbrio energético, 641 Detalhes da fisiologia do exercício: O que as balanças não contam, 649
Consideração clínica, 555
Regulagem de temperatura, 650
Capítulo 15
Conceitos, desafios e controvérsias:
Fluidos e equilíbrio ácido-base, 557 Conceito de equilíbrio, 557
Extremos de calor e frio podem ser fatais, 657
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 658
Equilíbrio de fluidos, 558
Exercícios de revisão, 658
Detalhes da fisiologia do exercício:
Pontos a ponderar, 659
Uma colisão potencialmente fatal: quando músculos em exercício e mecanismos de resfriamento competem por um volume inadequado de plasma, 563
Equilíbrio ácido–base, 569 Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 585 Exercícios de revisão, 586 Pontos a ponderar, 587 Consideração clínica, 587
Capítulo 16
Sistema digestivo, 589 Aspectos gerais da digestão, 589
Consideração clínica, 659
Capítulo 18
Princípios da endocrinologia; Glândulas endócrinas centrais, 661
Princípios gerais da endocrinologia, 661 Hipotálamo e pituitária, 670 Detalhes da fisiologia do exercício:
Resposta endócrina ao desafio de combinar calor e pés em marcha, 672
Controle endócrino do crescimento, 677 Conceitos, desafios e controvérsias:
Crescimento e juventude em um frasco?, 684
Boca, 596
Glândula pineal e ritmos circadianos, 685
Faringe e esôfago, 598
Conceitos, desafios e controvérsias:
Estômago, 600
x
Sumário
Mexer com nossos relógios biológicos, 686
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 687 Exercícios de revisão, 688 Pontos a ponderar, 688 Consideração clínica, 689
Capítulo 19
Glândulas endócrinas periféricas, 691 Glândula tireoide, 691 Glândulas adrenais, 698 Resposta integrada ao stress, 707 Controle endócrino do metabolismo de combustível, 710 Conceitos, desafios e controvérsias:
Diabéticos e insulina: alguns têm, outros não, 720
Capítulo 20
Sistema reprodutivo, 741 Peculiaridade do sistema reprodutivo, 741 Fisiologia reprodutiva masculina, 749 Conceitos, desafios e controvérsias:
“Estrogênios” ambientais: más notícias para o sistema reprodutor, 762
Fisiologia reprodutiva feminina, 764 Detalhes da fisiologia do exercício:
Irregularidades menstruais: quando ciclistas e outras atletas não têm o ciclo, 777
Conceitos, desafios e controvérsias: Formas e meios de contracepção, 784
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 796
Controle endócrino do metabolismo de cálcio, 726
Exercícios de revisão, 797
Detalhes da fisiologia do exercício:
Pontos a ponderar, 798
Osteoporose: a maldição dos ossos quebradiços, 730
Capítulo em Perspectiva: Foco na homeostase, 738 Exercícios de revisão, 738 Pontos a ponderar, 739
Consideração clínica, 798
Glossário, 799 Índice remissivo, 817
Consideração clínica, 739
Sumário
xi
Prefácio Objetivos, filosofia e tema Ensino fisiologia desde meados da década de 1960, e ainda me impressiono com os detalhes milagrosos e a eficiência do funcionamento do corpo. Nenhuma máquina consegue realizar parte de uma função corporal natural de forma tão eficiente. Meu objetivo, ao escrever sobre fisiologia, é não apenas ajudar os estudantes a aprenderem sobre como o corpo funciona, mas também dividir meu entusiasmo com o assunto. A maioria de nós, até crianças pequenas, tem uma curiosidade natural sobre como nossos corpos funcionam. Quando um bebê descobre que pode controlar suas mãos, fica fascinado e passa muitas horas as movendo diante de seu rosto. Ao aproveitar a curiosidade natural dos estudantes sobre si mesmos, tento tornar a fisiologia um assunto que gostem de aprender. No entanto, até o assunto mais interessante pode ser difícil de entender se não for apresentado de forma efetiva. Portanto, este livro tem um formato lógico e compreensível com ênfase em como cada conceito é uma parte integrante de todo o assunto. Frequentemente, os alunos veem os componentes de um curso de fisiologia como entidades isoladas. Ao entender como cada componente depende dos outros, um estudante pode apreciar a operação integrada do corpo humano. O texto se concentra nos mecanismos da função corporal de células a sistemas e é organizado em volta do tema central da homeostase – como o corpo atende a demandas mutantes enquanto mantém a constância interna necessária para que todas as células e órgãos funcionem. Este texto é escrito pensando em estudantes universitários que se preparam para iniciar carreira na área da saúde. Sua abordagem e profundidade são adequadas também para outros universitários. Como tem a finalidade de ser uma introdução e, para a maioria dos alunos, pode ser sua única exposição a um texto formal de fisiologia, todos os aspectos da fisiologia recebem ampla cobertura, sem comprometer a profundidade, onde necessário. O escopo deste texto foi limitado pela seleção criteriosa de conteúdo relevante que um aluno pode assimilar de forma razoável em um curso de fisiologia com duração de um semestre. Materiais foram selecionados para inclusão com base na necessidade de conhecimento, portanto o livro não está cheio de detalhes desnecessários. Em vez disso, o conteúdo está restrito às informações relevantes necessárias para compreender conceitos básicos de fisiologia e servir como uma base para futuras carreiras em profissões de saúde. Como a maioria dos estudantes tem orientação clínica, metodologias e dados de pesquisa não são enfatizados, embora o material se baseie em evidências atualizadas. Novas informações com base em descobertas recentes foram incluídas em todos os
capítulos. Os estudantes podem ter a garantia da conveniência e da exatidão do material apresentado. Esta edição é a revisão mais abrangente já feita, considerando novas descobertas no campo, esclarecendo e modificando conforme necessário com base nos comentários dos revisores. Algumas ideias e hipóteses polêmicas são apresentadas para ilustrar que a fisiologia é uma matéria dinâmica e em evolução. Para acompanhar o ritmo dos progressos rápidos de hoje em dia no campo de ciências da saúde, os alunos em profissões de saúde devem poder ter sua própria compreensão conceitual da fisiologia, em vez de simplesmente lembrar fatos isolados que logo podem ficar desatualizados. Este texto é elaborado para promover o entendimento dos princípios e conceitos básicos da fisiologia, em vez da memorização de detalhes. O texto é escrito em linguagem simples e direta, e todos os esforços foram envidados para garantir uma leitura tranquila através de boas transições, raciocínio lógico e integração de ideias ao longo do texto. Como a função de um órgão depende de sua constituição, a anatomia relevante suficiente é fornecida para dar sentido à relação inseparável entre forma e função.
Recursos do texto e auxílios ao aprendizado Implementação do tema da homeostase Um modelo homeostático exclusivo, pictórico e fácil de seguir demonstrando a relação entre células, sistemas e homeostase é desenvolvido no capítulo introdutório como referência rápida. Cada capítulo começa com uma versão especialmente adaptada desse modelo, acompanhada por uma breve descrição que enfatiza como o sistema corporal considerado no capítulo se encaixa funcionalmente com o organismo. Essa abertura orienta os alunos para os aspectos homeostáticos do material que segue. No encerramento de cada capítulo, Capítulo em perspectiva: Foco na homeostase ajuda os alunos a colocarem em perspectiva como a parte do corpo recém-discutida contribui para a homeostase. Esse encerramento, o modelo homeostático de abertura e os comentários introdutórios trabalham em conjunto para facilitar a compreensão pelos estudantes das interações e da interdependência dos sistemas corporais, embora cada sistema seja discutido separadamente.
Ilustrações pedagógicas Ilustrações anatômicas, representações esquemáticas, fotografias, tabelas e gráficos complementam e reforçam o material escrito. Mais de 90% da arte foi aprimorada nesta edição, com mais ilustrações tridimensionais, muitas figuras redesenhadas
Prefácio
xiii
conceitualmente ou novas para melhorar a compreensão pelos alunos, cores mais vivas, contemporâneas e visualmente atraentes, e estilo mais consistente. Há mais fotografias microscópicas incluídas do que nunca. O amplo uso de descrições integradas dentro de figuras, incluindo várias orientadas por processo com descrições passo a passo, permite uma orientação pictórica para que os estudantes revisem processos através das figuras. Fluxogramas são amplamente utilizados para ajudar os alunos a integrarem as informações escritas. Nos fluxogramas, tons mais claros e escuros da mesma cor denotam uma diminuição ou um aumento em uma variável controlada, como pressão sanguínea ou concentração de glicose no sangue. Entidades físicas, como estruturas corporais e substâncias químicas, são diferenciadas visualmente das ações. Novos nesta edição, ícones de entidades físicas são incorporados nos fluxogramas para ajudar os estudantes a aprenderem quais estruturas estão envolvidas em ações específicas. Além disso, combinações integradas de figuras/tabelas codificadas por cores ajudam os alunos a visualizar melhor qual parte do corpo é responsável por quais atividades. Por exemplo, a descrição anatômica do cérebro está integrada a uma tabela de funções dos principais componentes cerebrais, com cada componente mostrado na mesma cor na figura e na tabela. Um recurso exclusivo deste livro é que as pessoas mostradas nas diversas ilustrações são representações realistas de uma seção transversal da humanidade (elas foram elaboradas a partir de fotografias de indivíduos reais). A sensibilidade a diversas raças, sexos e idades deve permitir que todos os alunos se identifiquem com o material apresentado.
Analogias Muitas analogias e referências frequentes a experiências cotidianas são incluídas para ajudar os alunos a se relacionarem com os conceitos de fisiologia apresentados. Essas ferramentas, em boa parte, são resultados de mais de quatro décadas de minha experiência em ensino. Sabendo quais áreas provavelmente serão mais difíceis para os alunos, tentei desenvolver elos que os ajudem a relacionar o novo material a algo com o qual já estejam familiarizados.
Patofisiologia e cobertura clínica Outra forma eficiente de manter o interesse dos estudantes é ajudá-los a perceber que estão aprendendo um material valioso e aplicável. Como a maioria dos estudantes que utilizam este texto terá carreiras na área da saúde, referências frequentes à patofisiologia e à fisiologia clínica demonstram a relevância do conteúdo para suas metas profissionais. Os ícones de observação clínica sinalizam material relevante, integrado ao longo do texto.
Quadros Dois tipos de quadros estão integrados dentro dos capítulos. Quadros Conceitos, desafios e controvérsias expõem os alunos a informações interessantes sobre diversos tópicos, tal como pesquisa de células-troco, acupuntura, novas descobertas relativas a doenças comuns como derrames, perspectivas históricas e reações do corpo a novos ambientes, como os encontrados em voos especiais e mergulho em mar profundo.
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Prefácio
Os quadros Detalhes da fisiologia do exercício estão incluídos por três motivos: aumentar a conscientização nacional sobre a importância da boa forma física, aumentar o reconhecimento do valor de programas de exercícios terapêuticos receitados para diversas condições e aumentar as oportunidades de carreira relacionadas a boa forma e exercícios.
Declarações de alimentação como títulos de subseção Em vez de títulos curtos de tópico tradicionais para cada subseção principal (como “Válvulas cardíacas”), afirmações sobre alimentação alertam os alunos para o ponto principal da subseção que virá (por exemplo: “Válvulas cardíacas operadas por pressão garantem que o sangue flua na direção correta através do coração”). Esses cabeçalhos também decompõem conceitos grandes em pedaços menores e gerenciáveis.
Termos-chave e derivações de palavras Termos-chave são definidos enquanto aparecem no texto. Como a fisiologia está repleta de palavras novas, muitas das quais são um tanto intimidantes à primeira vista, derivações de palavras são dadas para melhorar a compreensão de palavras novas.
Ferramentas de revisão e autoavaliação no texto Os Exercícios de revisão no final de cada capítulo incluem diversos formatos de perguntas para que os alunos possam testar seu conhecimento e a aplicação dos fatos e conceitos apresentados. Alguns Exercícios quantitativos também estão disponíveis, dando aos estudantes uma oportunidade de praticar cálculos que aprimorarão sua compreensão sobre relacionamentos complexos. A seção de Pontos a ponderar conta com problemas inquietantes que estimulam os alunos a analisar o que aprenderam, e a Consideração clínica, uma mini-história de caso, desafia os estudantes a aplicar seus conhecimentos aos sintomas específicos de um paciente. Respostas e explicações para todas essas perguntas estão no Apêndice F.
Apêndices e glossário O Glossário oferece uma forma de revisar o significado das terminologias-chave. Os apêndices, disponíveis on-line no site da editora Cengage Learning (www.cengage.com.br), são projetados, na maior parte, para ajudar os alunos que precisam reforçar alguns materiais básicos que presumem já ter estudado em cursos de pré-requisito. O Apêndice A, Sistema métrico, é uma tabela de conversão entre medidas métricas e seus equivalentes ingleses. A maioria dos textos universitários de fisiologia tem um capítulo sobre química, mas professores de fisiologia raramente ensinam conceitos básicos de química. O conhecimento de química além do introduzido em escolas de ensino médio não é necessário para compreender este texto. Portanto, forneço o Apêndice B, Revisão dos princípios químicos, como uma referência prática para alunos que precisam de uma revisão breve de conceitos básicos de química que se aplicam à fisiologia.
Da mesma forma, o Apêndice C, Armazenamento, replicação e expressão de informações genéticas, serve de referência para os alunos ou como um material designado se o instrutor considerar adequado. Ele inclui uma discussão sobre DNA e cromossomos, síntese protéica, divisão celular e mutações. O Apêndice D, Princípios do raciocínio quantitativo, ajudará os estudantes a ficarem mais confortáveis em trabalhar com equações e traduzir entre palavras, conceitos e equações. Este apêndice apoia os Exercícios quantitativos no final de cada capítulo. O Apêndice E, Referências do texto à fisiologia do exercício, fornece um índice remissivo de todo o conteúdo relevante sobre este tópico. O Apêndice F, Respostas a perguntas objetivas no final dos capítulos, exercícios quantitativos, pontos a ponderar e considerações clínicas, fornece resposta a todas as atividades de aprendizado objetivo, soluções para Exercícios quantitativos e explicações para os Pontos a ponderar e Considerações clínicas.
Organização Não há organização ideal dos processos fisiológicos em uma sequência lógica. Na sequência que escolhi, a maioria dos capítulos se baseia em materiais apresentados nos capítulos imediatamente anteriores, mas cada capítulo é elaborado para se manter independente, dando ao professor flexibilidade na elaboração do currículo. Esta flexibilidade é facilitada por referências cruzadas ao material relacionado em outros capítulos. Essas referências permitem que os estudantes atualizem rapidamente sua memória já aprendida ou continuem, se desejado, para uma cobertura mais profunda de um tópico em particular. O fluxo geral é de informações históricas introdutórias a células a tecido excitável (nervo e músculo) a sistemas dos órgãos, com transições lógicas de um capítulo ao seguinte. Por exemplo, o Capítulo 8, “Fisiologia muscular”, termina com uma discussão sobre o músculo cardíaco, que continua no Capítulo 9, “Fisiologia cardíaca”. Até tópicos que não parecem relacionados em sequência, como o Capítulo 12, “Defesas do organismo”, e o Capítulo 13, “Sistema respiratório”, estão vinculados, neste caso pelo final do Capítulo 12 com uma discussão sobre os mecanismos de defesa respiratória. Diversos recursos organizacionais são mencionados especificamente. A decisão mais difícil na organização deste texto foi a inserção do material endócrino. Há mérito na colocação dos capítulos sobre os sistemas nervoso e endócrino (secretor de hormônios) próximos, porque são os dois dos principais sistemas reguladores do organismo. No entanto, discutir detalhes sobre o sistema endócrino imediatamente depois do sistema nervoso interromperia o fluxo lógico do material relacionado ao tecido excitável. Além disso, o sistema endócrino não pode ser coberto na profundidade que sua importância merece se for discutido antes de os estudantes terem o histórico para compreender as funções desse sistema na manutenção da homeostase. Minha solução para este dilema é o Capítulo 4, “Princípios da comunicação neural e hormonal”. Este capítulo introduz os
mecanismos subjacentes da ação neural e hormonal antes que o sistema nervoso e hormônios específicos sejam mencionados em capítulos posteriores. Ele contrasta como células nervosas e endócrinas se comunicam com outras na realização de suas atividades regulares. Com base nos modos diferentes de ação das células nervosas e endócrinas, a última seção deste novo capítulo compara, de forma geral, como os sistemas nervoso e endócrino diferem como sistemas reguladores. O Capítulo 5, então, começa com o sistema nervoso, oferecendo um bom elo entre os Capítulos 4 e 5. Os Capítulos 5, 6 e 7 são dedicados ao sistema nervoso. Hormônios específicos são introduzidos em capítulos adequados, como o controle hormonal do coração e vasos sanguíneos na manutenção da pressão sanguínea nos Capítulos 9 e 10 e o controle hormonal dos rins na manutenção do equilíbrio de fluidos nos Capítulos 14 e 15. O processamento de moléculas nutrientes ricas em energia pelo corpo está majoritariamente sob controle endócrino, fornecendo um elo da digestão (Capítulo 16) e equilíbrio energético (Capítulo 17) aos capítulos endócrinos 18 e 19. Esses capítulos endócrinos agrupam a origem, funções e controle de secreções endócrinas específicas e servem como um marco de resumo/ unificação para a função corporal homeostática. Por fim, com base nos hormônios que controlam as gônadas (testículos e ovários) introduzidos nos capítulos endócrinos, o último capítulo, 20, diverge do tema da homeostase para se controlar na fisiologia reprodutiva. Além do novo tratamento de hormônios e do sistema endócrino, outros recursos organizacionais são exclusivos a este livro. Por exemplo, diferentemente de outros textos de fisiologia, a pele é coberta no capítulo sobre mecanismos de defesa do organismo, considerando as recém-reconhecidas funções imunitárias da pele. O osso também é coberto mais detalhadamente no capítulo endócrino do que na maioria dos textos universitários de fisiologia, especialmente com relação ao controle hormonal do crescimento dos ossos e de sua função dinâmica no metabolismo do cálcio. O desvio de agrupamentos tradicionais de material em vários casos importantes permitiu uma cobertura mais independente e abrangente dos tópicos que frequentemente são omitidos ou escondidos dentro de capítulos relativos a outros assuntos. Por exemplo, um capítulo separado (Capítulo 15) é dedicado ao equilíbrio de fluidos e regulagem de ácido-base, tópicos frequentemente escondidos dentro do capítulo sobre os rins. Outro exemplo é o agrupamento do sistema nervoso autônomo, neurônios motores e a junção neuromuscular em um capítulo independente sobre a divisão eferente do sistema nervoso periférico, que serve como uma ligação entre os capítulos sobre o sistema nervoso e o sobre músculos. O equilíbrio energético e a regulagem de temperatura também são agrupados em um capítulo independente. Embora haja um raciocínio para cobrir os diversos aspectos da fisiologia na ordem dada aqui, não é a única forma lógica de apresentar os tópicos. Como cada capítulo consegue se sustentar sozinho, especialmente com as referências cruzadas fornecidas, os professores podem variar a sequência da apresentação a seu critério. Alguns capítulos podem até ser omitidos, dependendo das necessidades e interesses dos estudantes e das restrições de tempo do curso. Por exemplo, a função de defesa dos leucócitos
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é explicada brevemente no Capítulo 11 sobre sangue, portanto um professor pode decidir omitir as explicações mais detalhadas sobre a defesa imunitária no Capítulo 12.
Agradecimentos Agradeço às muitas pessoas que ajudaram nas primeiras seis edições ou nesta edição do livro. Um agradecimento especial a quatro pessoas que contribuíram substancialmente para o conteúdo do livro: Rachel Yeater (professora emérita e expresidente, Fisiologia do exercício, Faculdade de Medicina, West Virginia University), que contribuiu com os quadros originais “Detalhes sobre a fisiologia do exercício”, Spencer Seager (presidente, Departamento de Química, Weber State University), que preparou o Apêndice B, Kim Cooper (professor associado, Midwestern University), e John Nagy (professor, Scottsdale Community College), que forneceram os Exercícios quantitativos nos finais dos capítulos e prepararam o Apêndice D. Durante a criação e revisão do livro, muitos colegas da West Virginia University compartilharam materiais de recurso, responderam a minhas perguntas e ofereceram sugestões para melhoria. Agradeço a cada um deles por ajudar a garantir a precisão e atualidade do livro. Além dos mais de 150 revisores que avaliaram cuidadosamente os livros anteriores quanto à precisão, clareza e relevância, minha sincera gratidão às seguintes pessoas que revisaram esta edição: Erwin Bautista, University of California, Davis Eric Blough, Marshall University Eric Hall, Rhode Island College Jon Hunter, Texas A&M University Valerie Kalter, Wilkes University David Mallory, Marshall University John McReynolds, University of Michigan, Ann Arbor Susan Mounce, Eastern Illinois University Steven Price, Virginia Commonwealth University Nida Sehweil-Elmuti, Eastern Illinois University Donal Skinner, University of Wyoming Mark Taylor, Baylor University Também agradeço aos que participaram como um grupo de foco virtual via e-mail para fornecer retorno imediato sobre sua preferência de conteúdo, estilo e questões pedagógicas sobre o que debatemos durante o desenvolvimento. Os participantes da pesquisa sobre arte incluem: Daniel Castellanos, Florida International University Norman Eugene Garrison, James Madison University Jon Hunter, Texas A&M University Erika Kancler Michaels, James Madison University Nida Sehweil-Elmuti, Eastern Illinois University Roy Silcox, Brigham Young University Rachel Smetanka, Southern Utah University Alan Sved, Pittsburgh University
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Prefácio
Os participantes da pesquisa sobre fichas de estudo: Daniel Castellanos, Florida International University Jon Hunter, Texas A&M University Najma Javed, Ball State University Erika Kancler Michaels, James Madison University Paul Pillitteri, Southern Utah University Nida Sehweil-Elmuti, Eastern Illinois University Roy Silcox, Brigham Young University Rachel Smetanka, Southern Utah University Dixon Woodbury, Brigham Young University Além disso, agradeço aos usuários do livro que dedicaram tempo para enviar comentários úteis. Tive a felicidade de trabalhar com uma equipe altamente competente e dedicada da Brooks/Cole. É reconfortante e inspirador saber que tantas pessoas trabalharam tão diligentemente de tantas maneiras para originar este livro. Yolanda Cossio, editora, merece um agradecimento caloroso por sua visão, ideias criativas, liderança e ajuda constante. Yolanda foi uma forte defensora para fazer desta edição a melhor. Ela garantiu os recursos financeiros e humanos para tornar isso uma realidade. Agradeço especialmente as reuniões que ela realizou com a equipe para trocar ideias. Essas conversas frequentes nos mantiveram empolgados sobre o que poderia ser e nos motivou para realizar isso. Acima de tudo, as decisões de Yolanda foram guiadas pelo que é melhor para os professores e alunos que utilizarão o livro e o pacote auxiliar. Obrigada, também, à assistente editorial Samantha Arvin, que lidou com a papelada e coordenou muitas tarefas durante o processo de desenvolvimento. Além disso, agradeço os esforços da editora de desenvolvimento sênior, Mary Arbogast, por facilitar e oferecer opiniões valiosas durante o desenvolvimento e a produção. Ela teve ótimas ideias para melhorar o fluxo do texto e tornar muitas das ilustrações mais efetivas. Sempre posso contar com Mary, uma participante constante de minha equipe de edição na Brooks/Cole. Ela é um recurso valioso porque “conhece os meandros” e está sempre pensando em formas de tornar o livro melhor, e o processo mais suave. Grandes esforços foram feitos nesta edição para melhorar a arte e aprimorar o pacote de mídia. Sou grata pela opinião criativa do diretor de arte sênior da Brooks/Cole, John Walker, que supervisionou o design artístico geral do texto e encontrou a imagem de capa poderosa, mas graciosa. A editora de desenvolvimento de arte Suzannah Alexander desenvolveu o novo estilo de arte e avaliou e revisou cuidadosamente cada figura para garantir que os aspectos visuais do texto sejam esteticamente agradáveis, consistentes, contemporâneos e significativos. Shelley Ryan, editora-gerente de mídia, também contribuiu com o pacote de mídia. A editora-assistente sênior Lauren Oliveira supervisionou o desenvolvimento de diversos componentes impressos do pacote auxiliar, garantindo sua coesão. Um agradecimento de coração a todos eles pelo pacote multimídia de alta qualidade que acompanha esta edição. No lado da produção, Trudy Brown, gerente sênior do projeto de conteúdo, monitorou de perto cada passo do processo de produção enquanto supervisionava o processo complexo de produção de diversos livros. Sentia confiança ao saber que ela
garantiria que tudo estaria de acordo com o plano. Trudy foi especialmente prestativa ao sugerir formas eficientes de comprimir o cronograma de produção sem comprometer a qualidade. Também agradeço ao editor de permissões Bob Kauser por rastrear licenças para a arte e outros materiais de copyright incorporados ao texto, uma tarefa absolutamente essencial. Com tudo finalmente se encaixando, a compradora de mídia/impressão Judy Inouye supervisionou o processo de manufatura, coordenando a impressão do livro. Independentemente de quão bem um livro é concebido, produzido e impresso, ele não atingiria todo o seu potencial como uma ferramenta educativa sem ser comercializado de forma eficiente e efetiva. As gerentes de marketing Mandy Jellerichs e Stacy Best foram essenciais na comercialização deste texto, e agradeço muito por isso. A Brooks/Cole também fez um trabalho impressionante na seleção de fornecedores altamente capacitados para realizar tarefas de produção em particular. Antes de tudo, foi um prazer pessoal e profissional trabalhar com Carol O’Connell, editora de produção na Graphic World, que coordenou a gestão diária da produção. Em suas mãos competentes ficou a responsabilidade de verificar se toda a arte, ordem de imprensa, layout de página e outros detalhes eram feitos corretamente e em tempo hábil. Graças a ela, o processo de produção correu suavemente apesar de um cronograma apertado. Carol sempre estabeleceu prazos razoáveis e ajudou a estabelecer prioridades quando diversas tarefas precisavam de minha atenção, o que era na maior parte do
tempo! Também quero agradecer imensamente à compositora Graphic World por sua ordem de impressão precisa, execução de muitas das revisões de arte e layout lógico e atraente. Obrigada também à Dragonfly Media Group por levar meus rascunhos e instruções mais complexos, novos e amplamente revisados e transformá-los em obras de arte atraentes e pedagogicamente relevantes. A designer Carolyn Deacy merece agradecimento pela aparência atual e atraente, mas consciente do espaço, do interior do livro e por imaginar o exterior visualmente atraente do livro. Por fim, meu amor e gratidão à minha família, pelos sacrifícios na vida familiar enquanto esta sétima edição era desenvolvida e produzida. O cronograma para este livro foi especialmente caótico porque veio em um momento quando muitas outras coisas aconteciam em nossas vidas. Quero agradecer a meu marido, filhas, netos e mãe por sua paciência e compreensão durante os momentos em que trabalhei no livro em vez de estar com eles. Meu marido, Peter Marshall, merece agradecimento e reconhecimento especiais por se aposentar para liberar tempo para que eu trabalhasse no texto enquanto, ao mesmo tempo, permitia que nossas filhas seguissem suas carreiras. Ele se tornou uma “babá” bastante competente para nosso neto em idade préescolar, uma “mãe torcedora” para nossas netas adolescente e pré-adolescente e um grande “dono-de-casa”, assumindo minha parte nas responsabilidades domésticas. Não poderia ter feito este, ou nenhum dos livros anteriores, sem sua ajuda, apoio e estímulo. Obrigada a todos! Lauralee Sherwood
Prefácio
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Durante o minuto que levará para você ler esta página: Seus olhos converterão a imagem desta página em sinais elétricos (impulsos nervosos) que transmitirão as informações ao seu cérebro para processamento.
Seu coração baterá 70 vezes, bombeando 5 litros de sangue para seus pulmões e outros 5 litros para o restante de seu corpo.
Aproximadamente 150 milhões de glóbulos vermelhos velhos morrerão e serão substituídos por outros recém-produzidos.
Mais de 1 litro de sangue fluirá através de seus rins, que atuarão nele para preservar os materiais “desejados” e eliminar os “indesejados” na urina. Seus rins produzirão 1 ml (cerca de uma pitada) de urina.
Seu sistema digestório processará sua última refeição para transferência para a corrente sanguínea e entrega para as células.
Além de receber e processar informações como impulsos visuais, seu cérebro fornecerá produção aos seus músculos para ajudar a manter sua postura, mover os olhos pela página enquanto você lê, e virar a página quando necessário. Mensageiros químicos levarão sinais entre seus nervos e músculos para ativar a contração muscular adequada.
Você inspirará e expirará cerca de 12 vezes, trocando 6 litros de ar entre a atmosfera e seus pulmões.
Suas células consumirão 250 ml (cerca de uma xícara) de oxigênio e produzirão 200 ml de dióxido de carbono.
Você usará cerca de 2 calorias de energia derivada dos alimentos para apoiar o “custo de vida” de seu organismo, e seus músculos em contração queimarão calorias adicionais.
capíTu Lo
Introdução à Fisiologia e à Homeostase
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Introdução à Fisiologia As atividades descritas na página anterior são amostras dos processos que ocorrem o tempo todo em nossos organismos só para nos manter vivos. Normalmente, não damos valor a essas atividades de sustentação da vida nem pensamos muito sobre “o que nos faz funcionar”, mas é disso que trata a fisiologia. Fisiologia é o estudo das funções de organismos vivos. Especificamente, nosso foco será em como funciona o corpo humano.
A fisiologia concentra-se nos mecanismos de ação. Há duas abordagens para explicar eventos que ocorrem no organismo: uma enfatiza a finalidade de um processo do corpo; a outra, o mecanismo subjacente pelo qual esse processo ocorre. Uma resposta à pergunta “Por que tremo quando sinto frio?” seria: “Para ajudar o corpo a se aquecer, porque o tremor gera calor”. Essa abordagem, que explica as funções do organismo em termos de necessidades corporais, enfatiza o porquê dos processos corporais. No entanto, fisiologistas também explicam como os processos ocorrem no organismo. Eles veem o corpo como uma máquina cujos mecanismos de ação podem ser explicados em termos de sequências de causa e efeito de processos físicos e químicos – os mesmos tipos de processos que ocorrem em todo o universo. A explicação de um fisiologista para o tremor é que, quando células nervosas sensíveis à temperatura detectam uma queda na temperatura corporal, sinalizam à área no cérebro responsável pela regulagem de temperatura. Em resposta, essa área do cérebro ativa rotas nervosas que essencialmente produzem contrações musculares involuntárias e oscilantes – isto é, tremores.
Estrutura e função são inseparáveis. A fisiologia está intimamente relacionada à anatomia, o estudo da estrutura do corpo. Mecanismos fisiológicos são possibilitados pelo projeto estrutural e pelas relações das diversas partes do corpo que realizam cada uma dessas funções. Assim como o funcionamento de um automóvel depende das formas, organização e interações de suas diversas partes, a estrutura e a função do corpo humano são inseparáveis. Portanto, enquanto explicamos como o organismo funciona, daremos também informações anatômicas suficientes para que se compreenda a função da parte do corpo que está em discussão. Algumas relações entre estrutura e função são óbvias. Por exemplo, o coração é bem projetado para receber e bombear
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sangue; os dentes, para rasgar e moer alimentos; a articulação do cotovelo, como uma dobradiça, para permitir o movimento do braço. Em outras situações, a interdependência de forma e função é mais sutil, mas igualmente importante. Considere a interação entre ar e sangue nos pulmões, por exemplo: as vias respiratórias, que levam ar de fora para dentro dos pulmões, ramificam-se extensivamente quando alcançam os pulmões. Minúsculos sacos de ar agrupam-se nas extremidades do imenso número de ramificações das vias aéreas. A ramificação é bastante extensa – os pulmões contêm cerca de 300 milhões de sacos de ar. Da mesma forma, os vasos que levam sangue para os pulmões ramificam-se amplamente e formam redes densas de pequenos vasos que envolvem cada saco de ar (veja a Figura 13-2). Devido a essa relação estrutural, a área total de superfície que forma uma interface entre o ar nos sacos de ar e o sangue nas pequenas veias é praticamente do tamanho de uma quadra de tênis. Essa enorme interface é essencial para que os pulmões tenham capacidade de realizar eficientemente sua função: a transferência do oxigênio necessário do ar para o sangue e a eliminação do dióxido de carbono residual resultante do sangue para o ar. Quanto maior a área disponível para essas trocas, mais rápido o oxigênio e o dióxido de carbono podem se mover entre o ar e o sangue. Essa ampla interface funcional contida em nossos pulmões é possível apenas porque os componentes que contêm ar e sangue dos pulmões se estendem de forma tão ampla.
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Níveis de Organização no Organismo Voltaremos agora nossa atenção para como o corpo se organiza estruturalmente em uma unidade funcional total, desde o nível químico até o organismo ( Figura 1-1). Esses níveis de organização possibilitam a vida como a conhecemos.
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Nível químico: diversos átomos e moléculas compõem o corpo. Como toda matéria, viva e não viva, o corpo humano é uma combinação de átomos específicos, que são os menores blocos construtores de matéria. Os átomos mais comuns no organismo – oxigênio, carbono, hidrogênio e nitrogênio – formam aproximadamente 96% da química total do corpo. Esses átomos comuns e alguns outros se combinam para formar as moléculas da vida, como proteínas, carboidratos, gorduras e ácidos nucleicos (material genético, como o ácido desoxirribonucleico, ou DNA). Esses átomos e moléculas importantes são os ingredientes brutos inanimados dos quais todas as coisas vivas surgem.
Nível celular: as células são as unidades básicas da vida. A mera presença de um particular grupo de átomos e moléculas não confere as características exclusivas da vida. Em vez disso, esses componentes químicos não vivos devem ser organizados e associados de maneiras muito específicas para formar uma entidade viva. A célula, sendo a unidade fundamental da estrutura e da função em um ser vivo, é a menor unidade capaz de realizar os processos associados à vida. A fisiologia celular é o foco do Capítulo 2. Uma barreira oleosa extremamente fina, a membrana plasmática, envolve o conteúdo de cada célula e controla o movimento de materiais para dentro e para fora da célula. Assim, o
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Fisiologia humana
interior da célula contém uma combinação de átomos e moléculas diferente da mistura de substâncias químicas no ambiente em volta da célula. Diante da importância da membrana plasmática e de suas funções associadas para a realização dos processos vitais, o Capítulo 3 é dedicado totalmente a essa estrutura. Organismos são entidades vivas independentes. As formas mais simples de vida independente são organismos unicelulares, como bactérias e amebas. Organismos multicelulares complexos, como árvores e humanos, são conjuntos estruturais e funcionais de trilhões de células (multi significa “muitos”). Nas formas multicelulares mais simples de vida – como uma esponja, por exemplo –, todas as células do organismo são semelhantes. No entanto, organismos mais complexos, como humanos, têm muitos tipos diferentes de células – musculares, nervosas e glandulares, por exemplo. Cada organismo humano começa quando um óvulo e um espermatozoide se unem para formar uma única nova célula, que se multiplica e forma uma massa crescente por meio de várias divisões celulares. Se a multiplicação celular fosse o único processo envolvido no desenvolvimento, todas as células do corpo seriam essencialmente idênticas, como nas formas de vida multicelulares mais simples. No entanto, durante o desenvolvimento de organismos multicelulares complexos, como os humanos, cada célula também se diferencia, ou se torna especializada em realizar determinada função. Como resultado da diferenciação celular, seu organismo é composto por cerca de duzentos tipos especializados de células diferentes. FunçÕeS ceLuLareS BÁSicaS Todas as células, existindo como células solitárias ou como parte de um organismo multicelular, realizam determinadas funções básicas essenciais a sua própria sobrevivência. Tais funções celulares básicas incluem: 1. Obtenção de alimento (nutrientes) e oxigênio (O2) do ambiente ao redor da célula (extracelular). 2. Realização de reações químicas que utilizam nutrientes e O2 para fornecer energia à célula, da seguinte forma: Alimento + O2 → CO2 + H2O + energia 3. Eliminação do dióxido de carbono (CO2) e de outros derivados ou resíduos produzidos durante essas reações químicas ao ambiente em torno da célula. 4. Síntese de proteínas e de outros componentes necessários à estrutura celular, ao crescimento e à realização de determinadas funções celulares. 5. Razoável controle sobre a ampla troca de materiais entre a célula e o ambiente extracelular adjacente. 6. Transporte interno de materiais de uma parte da célula para outra, sendo que algumas células podem também se movimentar dentro do seu ambiente extracelular adjacente. 7. Sensibilidade e reação a mudanças no ambiente ao redor. 8. No caso da maioria das células, reprodução. Algumas células corporais, mais notavelmente as nervosas e musculares, perdem a capacidade de reprodução assim que são formadas. É por isso que acidentes vasculares encefálicos (AVE), que resultam em perda de células nervosas no cérebro, e ataques cardíacos, que provocam a morte de células do músculo cardíaco, podem ser tão devastadores.
D 1tYHO TXtPLFR XPD PROpFXOD GD PHPEUDQD HQYROYH D FpOXOD
E 1tYHO FHOXODU XPD FpOXOD GR UHYHVWLPHQWR GR HVW{PDJR
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FiGura 1-1 níveis de organização no corpo, mostrando um exemplo de cada nível.
As células são notavelmente semelhantes nas formas como realizam essas funções básicas. Assim, todas as células têm muitas características em comum. FunçÕeS ceLuLareS eSpeciaLiZadaS Em organismos multicelulares, cada célula também realiza uma função especializada, que normalmente é uma modificação ou elaboração de uma função celular básica. Veja alguns exemplos:
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Ao extrair vantagem especial de sua capacidade de síntese de proteínas, as células glandulares do sistema digestório secretam enzimas digestivas que decompõem o alimento ingerido. As enzimas são proteínas especializadas que aceleram específicas reações químicas no organismo.
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Algumas células dos rins podem reter seletivamente substâncias necessárias ao organismo enquanto eliminam substâncias indesejadas na urina por causa de sua capacidade altamente especializada de controlar a troca de materiais entre a célula e o ambiente extracelular.
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A contração muscular, que envolve movimento seletivo de estruturas internas para gerar tensão nas células musculares, é uma elaboração da capacidade inerente a essas células de produzir movimento intracelular (intra significa “dentro”).
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Capitalizando sobre a capacidade básica das células de responderem a mudanças no ambiente adjacente ao seu redor, as células nervosas geram e enviam para outras regiões do corpo impulsos elétricos que transmitem informações sobre mudanças às quais as células nervosas são sensíveis. Por exemplo, células nervosas no ouvido podem transmitir informações ao cérebro sobre sons nos arredores do corpo. Cada célula realiza essas atividades especializadas, além de executar as atividades incessantes e fundamentais exigidas de todas as células. As funções celulares básicas são essenciais para a sobrevivência de cada célula, enquanto as contribuições especializadas e interações entre as células de um organismo multicelular são essenciais para a sobrevivência de todo o organismo. Assim como uma máquina não funciona até que todas as suas partes estejam adequadamente montadas, as células do corpo devem ser organizadas especificamente para realizar os processos de sustentação da vida de todo o organismo, como digestão, respiração e circulação. As células são progressivamente organizadas em tecidos, órgãos, sistemas corporais e, por fim, no organismo como um todo.
Capítulo 1 – Introdução à Fisiologia e à Homeostase
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da pele é tecido epitelial, assim como o revestimento do trato digestório. Em geral, lâminas epiteliais servem como fronteiras que separam o organismo de seus arredores e do conteúdo das cavidades que se abrem para fora, como o lúmen do trato digestório (um lúmen é a cavidade dentro de um órgão ou tubo oco). Apenas a transferência seletiva de materiais é possível entre regiões separadas por uma barreira epitelial. O tipo e a extensão da troca controlada variam, dependendo da localização e da função do tecido epitelial. Por exemplo, a pele permite pouquíssimas trocas entre o corpo e o ambiente ao redor, o que a torna uma barreira protetora. Por outro lado, as células epiteliais que revestem o intestino delgado do trato digestório são especializadas na absorção de nutrientes que vêm de fora do corpo.
Orgão: Estrutura corporal que integra diferentes tecidos e executa uma função específica
Estômago
Glândulas são derivados de tecido epitelial especializados na secreção. Secreção é a liberação, por uma célula, em resposta ao estímulo adequado, de produtos específicos fabricados pela céFiGura 1-2 o estômago como órgão composto dos quatro tipos primários de tecido. lula. Glândulas são formadas durante o desenvolvimento embrionário por bolsos de tecido epitelial que invaginam (dobram-se para dentro da suNível dos tecidos: tecidos são grupos de células com perfície) e desenvolvem capacidades secretórias. Há duas cateespecialização semelhante. gorias de glândulas: exócrina e endócrina ( Figura 1-3). DuranCélulas de estrutura semelhante e função especializada comte o desenvolvimento, se as chamadas células conectoras – que binam-se para formar tecidos, dos quais há quatro tipos princonectam as células superficiais epiteliais às células secretórias cipais: muscular, nervoso, epitelial e conectivo ( Figura 1-2). da glândula dentro do bolso invaginado – continuarem intactas Cada tecido é formado por células de um único tipo especializacomo um duto entre a glândula e a superfície, será formada uma do, em conjunto com quantidades variáveis de material extraceglândula exócrina. Glândulas exócrinas secretam, por meio de lular (extra significa “fora de”). dutos, para a parte externa do corpo ou para uma cavidade que O tecido muscular consiste em células especializadas na se comunica com a parte externa (exo significa “externo”; crine contração, que gera tensão e produz movimento. Há três tipos quer dizer “secreção”). São exemplos as glândulas sudoríparas de tecido muscular: músculo esquelético, que move o esqueleto, e as glândulas que secretam sucos digestivos. Se, por outro lado, músculo cardíaco, que bombeia sangue a partir do coração, as células conectoras desaparecerem durante o desenvolvimento e músculo liso, que controla o movimento de conteúdos por e as células glandulares secretórias forem isoladas da superfície, meio de órgãos e tubos ocos, como o movimento de alimentos uma glândula endócrina será formada. Glândulas endócrinas ao longo do trato digestório. não têm dutos e liberam seus produtos de secreção, conhecidos como hormônios, internamente no sangue (endo quer dizer “inO tecido nervoso consiste em células especializadas em terno”). Por exemplo, o pâncreas secreta insulina no sangue, iniciar e transmitir impulsos elétricos, às vezes por longas disque transporta esse hormônio a seus locais de ação em todo o tâncias. Tais impulsos elétricos atuam como sinais que transmicorpo. A maioria dos tipos de célula depende da insulina para tem informações de uma parte a outra do corpo. Esses sinais são absorver a glicose (açúcar). importantes na comunicação, coordenação e controle do corpo.
Tecido epitelial: Proteção, secreção e absorção
Tecido conectivo: Suporte estrutural
Tecido muscular: Movimento
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Tecido nervoso: Comunicação, coordenação e controle
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O tecido nervoso é encontrado no cérebro, na medula espinhal, nos nervos e em órgãos sensoriais especiais.
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O tecido epitelial consiste em células especializadas na troca de materiais entre a célula e seu ambiente. Qualquer substância que entra ou sai do organismo deve atravessar uma barreira epitelial. O tecido epitelial é organizado em dois tipos gerais de estruturas: lâminas epiteliais e glândulas secretórias. Lâminas epiteliais são camadas de células bastante agrupadas que cobrem e revestem várias partes do corpo. Por exemplo, a camada externa
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Fisiologia humana
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O tecido conectivo se diferencia por ter relativamente poucas células dispersas dentro de um abundante material extracelular. Como seu nome sugere, o tecido conectivo conecta, apoia e ancora diversas partes do corpo. Ele inclui estruturas tão diferentes como o tecido conectivo solto que anexa o tecido epitelial a suas estruturas subjacentes; os tendões, que unem os músculos esqueléticos aos ossos; o osso, que dá formato, suporte e proteção ao corpo; e o sangue, que transporta materiais de uma parte do corpo para outra. Exceto o sangue, as células dentro do tecido conectivo pro-
duzem moléculas estruturais específicas que são liberadas nos espaços extracelulares entre as células. Uma molécula dessas é uma fibra de proteína semelhante a um elástico, a elastina; sua presença facilita o alongamento e recuo de estruturas como pulmões, que inflam e desinflam alternadamente durante a respiração.
Epitélio superficial
Tecidos muscular, nervoso, epitelial e conectivo são tecidos primários no sentido clássico; isto é, cada um é um grupo integrado de células de mesma função e estrutura especializadas. O termo tecido também é frequentemente utilizado, como na medicina clínica, para explicar o conjunto de vários componentes celulares e extracelulares que compõem um órgão em particular (como tecido do pulmão ou do fígado).
Bolso de células epiteliais
(a) Invaginações do epitélio superficial durante a formação da glândula
Nível dos órgãos: um órgão é uma unidade composta por vários tipos de tecidos. Órgãos consistem em dois ou mais tipos de tecido primário organizados em conjunto para realizar uma função ou funções específicas. O estômago é um exemplo de órgão composto por todos os quatro tipos de tecido primário (veja a Figura 1-2). Os tecidos do estômago funcionam coletivamente para armazenar o alimento ingerido, movê-lo para o restante do trato digestório e iniciar a digestão de proteína. O estômago é revestido de tecido epitelial, que restringe a transferência de substâncias químicas digestivas agressivas e alimentos não digeridos do lúmen do estômago ao sangue. Entre as células glandulares epiteliais do estômago se incluem as células exócrinas, que secretam sucos digestores de proteína no lúmen, e as endócrinas, que secretam um hormônio que ajuda a regular a secreção exócrina e a contração muscular do estômago. A parede do estômago contém tecido muscular liso, cujas contrações misturam alimento não digerido com os sucos digestivos e empurram a mistura para fora do estômago, em direção ao intestino. A parede do estômago também contém tecido nervoso, que, junto com os hormônios, controla a contração muscular e a secreção das glândulas. O tecido conectivo une todos esses diversos tecidos.
Epitélio superficial Célula do duto
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Nível do sistema corporal: um sistema corporal é um grupo de órgãos relacionados. Grupos de órgãos são, então, organizados em sistemas corporais. Cada sistema é um conjunto de órgãos que realizam funções relacionadas e interagem para completar uma atividade em comum, essencial para a sobrevivência de todo o organismo. Por exemplo, compõem o sistema digestório: boca, glândulas salivares, faringe (garganta), esôfago, estômago, pâncreas, fígado, vesícula biliar, intestino delgado e intestino grosso. Tais órgãos digestórios cooperam para decompor os alimentos em pequenas moléculas de nutrientes que são absorvidas no sangue e distribuídas para todas as células. O corpo humano tem onze sistemas: circulatório, digestório, respiratório, urinário, esquelético, muscular, tegumentar, imunitário, nervoso, endócrino e reprodutivo ( Figura 1-4). Os capítulos 4 a 20 apresentam esses sistemas detalhadamente.
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Nível do organismo: os sistemas corporais agrupados em um organismo completo funcional. Cada sistema corporal depende do funcionamento adequado de outros sistemas para cumprir com suas responsabilidades
Célula da glândula exócrina secretória
(b) Glândula exócrina Epitélio superficial Células conectivas perdidas durante o desenvolvimento Célula da glândula endócrina secretória Vaso sanguíneo
(c) Glândula endócrina
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FiGura 1-3 Formação de glândulas exócrinas e endócrinas durante o desenvolvimento. (a) As glândulas surgem da formação de dobras, semelhantes a bolsos, nas células epiteliais da superfície. (b) Se as células na parte mais profunda da dobra tornarem-se secretórias e liberarem seu produto através do duto de conexão à superfície, uma glândula exócrina será formada. (c) Se as células conectoras forem perdidas e as células secretórias mais profundas liberarem seu produto no sangue, uma glândula endócrina será formada.
específicas. Todo o corpo de um organismo multicelular – um indivíduo único, independente e vivo – é composto pelos diversos sistemas corporais ligados de maneira estrutural e funcional como uma entidade separada de seu ambiente vizinho. Assim, um organismo é formado por células vivas organizadas em sistemas de sustentação à vida. Os diferentes sistemas corporais não atuam isoladamente uns dos outros. Muitos processos corporais complexos dependem da influência mútua entre vários sistemas. Por exemplo, a regulagem da pressão sanguínea depende de respostas coordenadas entre
Capítulo 1 – Introdução à Fisiologia e à Homeostase
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FISIOLOGIA HUMANA DAS CÉLULAS AOS SISTEMAS
Lauralee Sherwood Esta obra foi concebida para promover a compreensão dos princípios e conceitos básicos da Fisiologia. Seu texto é simples, com linguagem objetiva, e foi elaborado com grande esforço para que o leitor faça uma leitura fluida, lógica, de fácil transição entre os assuntos, e com a integração das ideias e conceitos nela apresentados. Como a função de um órgão depende de sua construção, é fornecido ao leitor conteúdo relevante sobre anatomia, que permite fazer a indispensável e significativa relação entre formas e funções do corpo humano. Fisiologia humana: das células aos sistemas apresenta ilustrações anatômicas feitas a partir de fotografias de pessoas, representações esquemáticas, fotografias, tabelas e gráficos que complementam e reforçam o texto, visando uma compreensão mais abrangente pelos estudantes. As descrições são detalhadas, há diversos diagramas com explicações, e a incorporação de ícones – tudo para uma apresentação primorosa e realista. A autora preocupou-se, também, em trazer aos leitores de sua obra uma série de analogias representativas do cotidiano, o que facilita o processo de aprendizado, traz familiaridade aos seus leitores e torna a obra uma referência ainda mais marcante.
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