Absorção no Intestino Grosso: Formação de Fezes

monoglicerídeos e os ácidos graxos se difundem das micelas para as

membranas das células epiteliais, o que é possível porque os lipídios são

também solúveis na membrana da célula epitelial. Esse processo deixa as

micelas dos sais biliares no quimo, onde são reutilizadas para a

incorporação dos produtos da digestão de gorduras.

As micelas, portanto, realizam função “carreadora” importante para a

absorção de gordura. Na presença de abundância de micelas de sais biliares,

aproximadamente 97% da gordura é absorvida; em sua ausência, a absorção

é de apenas 40% a 50%.

Depois de entrar na célula epitelial, os ácidos graxos e os monoglicerídeos

são captados pelo retículo endoplasmático liso da célula; aí, são usados para

formar novos triglicerídeos que serão, sob a forma de quilomícrons,

transferidos para os lactíferos das vilosidades. Pelo ducto linfático torácico,

os quilomícrons são transferidos para o sangue circulante.

 

Absorção Direta de Ácidos Graxos para o Sangue Portal.

Pequenas quantidades de ácidos graxos de cadeias curta e média, como os

da gordura do leite, são absorvidasdiretamente pelo sangue porta, em vez de

serem convertidas em triglicerídeos e transferidas para a linfa. A causa

dessa diferença entre a absorção de ácidos graxos de cadeias curta e longa é

que os de cadeia curta são mais hidrossolúveis e, em grande parte, não são

convertidos a triglicerídeos pelo retículo endoplasmático. Essas

características levam à difusão desses ácidos graxos de cadeia curta das

células do epitélio intestinal diretamente para o sangue no capilar das

vilosidades intestinais.

 

ABSORÇÃO NO INTESTINO GROSSO: FORMAÇÃO DE

FEZES

Cerca de 1.500 mililitros de quimo passam normalmente pela válvula

ileocecal para o intestino grosso a cada dia. Grande parte da água e dos

eletrólitos nesse quimo é absorvida no cólon, sobrando menos de 100

mililitros de líquido para serem excretados nas fezes. Além disso,

praticamente todos os íons são absorvidos e apenas de 1 a 5 mEq de íons

sódio e de cloreto são eliminados nas fezes.

Grande parte da absorção no intestino grosso se dá na metade proximal do

cólon, o que confere a essa porção o nome de cólon absortivo, enquanto o

cólon distal funciona principalmente no armazenamento das fezes até o

momento propício para a sua excreção e, assim, é denominado cólon de

armazenamento.

 

Absorção e Secreção de Eletrólitos e Água. A mucosa do intestino

grosso, como a do intestino delgado, tem alta capacidade de absorver

ativamente o sódio, e a diferença de potencial elétrico gerada pela absorção

do sódio promove absorção de cloreto. Os complexos juncionais entre as

células epiteliais do epitélio do intestino grosso são muito menos

permeáveis que os do intestino delgado. Essa característica evita a

retrodifusão significativa de íons através dessas junções, permitindo assim

que a mucosa do intestino grosso absorva íons sódio — isto é, contra

gradiente de concentração bem maior — diferentemente do que ocorre no

intestino delgado. Isto é especialmente verdadeiro na presença da

aldosterona, porque o hormônio intensifica bastante a capacidade de

transporte de sódio.

Além disso, como ocorre na porção distal do intestino delgado, a mucosa

do intestino grosso secreta íons bicarbonato enquanto absorve

simultaneamente número igual de íons cloreto, em processo de transporte

por troca já descrito antes. O bicarbonato ajuda a neutralizar os produtos

finais ácidos da ação bacteriana no intestino grosso.

A absorção de íons sódio e cloreto cria um gradiente osmótico, através da

mucosa do intestino grosso, o que por sua vez leva à absorção de água.

 

Capacidade de Absorção Máxima do Intestino Grosso. O

intestino grosso consegue absorver o máximo de 5 a 8 litros de líquido e

eletrólitos por dia. Quando a quantidade total que entra no intestino grosso

através da válvula ileocecal ou pela secreção pelo próprio intestino grosso

ultrapassa essa quantidade, o excesso aparece nas fezes como diarreia.

Conforme observado anteriormente, toxinas do cólera ou de outras

infecções bacterianas, muitas vezes, fazem com que as criptas no íleo

terminal e no intestino grosso secretem 10 litros ou mais de líquido por dia,

levando à diarreia grave e, por vezes, fatal.

Ação Bacteriana no Cólon. Numerosas bactérias, especialmente bacilos

colônicos, costumam estar no cólon absortivo. Esses bacilos são capazes de

digerir pequenas quantidades de celulose, proporcionando, assim, algumas

calorias de nutrição extra para o corpo. Nos animais herbívoros, essa fonte de

energia é significativa, embora seja de importância negligível nos seres humanos.

Outras substâncias formadas como resultado da atividade bacteriana são: a

vitamina K, vitamina B , tiamina, riboflavina e diversos gases que contribuem 12

para a flatulência, especialmente dióxido de carbono, gás hidrogênio e metano. A

vitamina K formada pela atividade bacteriana é sobretudo importante, porque a

quantidade dessa vitamina nos alimentos ingeridos diariamente, em geral, é

insuficiente para manter a coagulação sanguínea adequada.

 

Composição das Fezes. As fezes são compostas normalmente por três

quartos de água e um quarto de matéria sólida que, por sua vez, é composta

por 30% de bactérias mortas, 10% a 20% de gordura, 10% a 20% de

matéria inorgânica, 2% a 3% de proteínas e 30% de restos indigeridos dos

alimentos e constituintes secos dos sucos digestivos, tais como pigmento da

bile e células epiteliais degradadas. A cor marrom das fezes é causada pelas

estercobilina e urobilina, derivadas da bilirrubina. O odor é ocasionado

principalmente por produtos da ação bacteriana; esses produtos variam de uma pessoa para outra, dependendo da flora bacteriana colônica de cada

pessoa e do tipo de alimento ingerido. Os verdadeiros produtos odoríferos

incluem indol, escatol, mercaptanas e sulfeto de hidrogênio.

 

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CAPÍTULO 67

 

Fisiologia dos Distúrbios

 

Gastrointestinais

 

A terapia eficaz para a maioria dos distúrbios gastrointestinais depende do

conhecimento básico da fisiologia gastrointestinal. A finalidade deste

Capítulo, portanto, é discutir alguns tipos representativos de disfunção

gastrointestinal que tenham bases fisiológicas ou consequências especiais.

 

Distúrbios da Deglutição e do Esôfago

Paralisia do Mecanismo de Deglutição. A lesão do quinto, nono ou décimo

nervo craniano pode causar paralisia de partes significativas do mecanismo da

deglutição. Igualmente, algumas doenças, como a poliomielite ou a encefalite, podem impedir a deglutição normal por lesão do centro da deglutição no tronco

cerebral. A paralisia dos músculos da deglutição, como ocorre nas pessoas com

distrofia muscular ou em consequência de insuficiência de transmissão

neuromuscular que se produz na miastenia grave ou no botulismo, também pode impedir a deglutição normal.

Quando o mecanismo da deglutição está parcial ou totalmente paralisado, as

anormalidades que podem ocorrer incluem (1) abolição completa do ato da

deglutição; (2) falha da glote em se fechar, de modo que o alimento entra nos

pulmões em vez de passar ao esôfago; e (3) falha do palato mole e da úvula em

fecharem as narinas posteriores, de modo que o alimento reflui para o nariz

durante a deglutição.

Uma das circunstâncias mais graves de paralisia do mecanismo da deglutição

ocorre quando os pacientes estão em um estado de anestesia profunda. Por

vezes, na mesa de cirurgia, vomitam grande quantidade de material do estômago

na faringe; depois, em lugar de deglutir o material de novo, simplesmente o

aspiram para a traqueia porque o anestésico bloqueou o mecanismo reflexo da

deglutição. Em decorrência, tais pacientes ocasionalmente se asfixiam até a morte

com seu próprio vômito.

Acalasia e Megaesôfago. A acalasia é a patologia na qual o esfíncter esofágico

inferior não se relaxa durante a deglutição. Em decorrência, o alimento deglutido

não passa do esôfago para o estômago. Estudos patológicos têm mostrado lesão

da rede neural do plexo mioentérico nos dois terços inferiores do esôfago. Como

resultado, a musculatura do esôfago inferior permanece espasticamente

contraída, e o plexo mioentérico perde sua capacidade de transmitir sinal que

cause “relaxamento receptivo” do esfíncter gastroesofágico, quando o alimento se

aproxima desse esfíncter durante a deglutição.

Quando a acalasia se torna grave, o esôfago não consegue esvaziar o alimento

deglutido no estômago por muitas horas, apesar de o tempo normal para essa

digestão ser de alguns segundos. Durante meses e anos, o esôfago se dilata

muito, até que chegue a reter 1 litro de alimento, que se putrefaz por micro-

organismos, durante os longos períodos de estase esofágica. A infecção também

pode causar ulceração da mucosa do esôfago, algumas vezes levando à dor

subesternal intensa ou até à ruptura e morte. Pode-se obter considerável

benefício pelo estiramento da extremidade inferior do esôfago por meio de balão

inflado na extremidade de sonda esofágica deglutida. Antiespasmódicos (i. e.,

fármacos que relaxam a musculatura lisa) também podem ser úteis.

 

Distúrbios do Estômago

 

Gastrite — Inflamação da Mucosa Gástrica

Gastrite crônica, leve a moderada, é frequente na população como um todo, em

especial nos anos da meia-idade à terceira idade.

A inflamação da gastrite pode ser apenas superficial e, portanto, não muito

perigosa, ou pode penetrar profundamente na mucosa gástrica e, em casos de

longa duração, causar atrofia quase completa da mucosa gástrica. Em alguns casos, a gastrite pode ser aguda e intensa, com escoriação ulcerativa da mucosa

gástrica pelas próprias secreções do estômago.

Pesquisas sugerem que frequentemente a gastrite é causada por infecção

bacteriana crônica da mucosa gástrica. Isso costuma ser tratado, com sucesso,

por esquema intensivo de terapia antibacteriana.

Ademais, certas substâncias irritativas ingeridas podem ser, de modo especial,

prejudiciais para a barreira protetora da mucosa gástrica — isto é, para as

glândulas mucosas e para as junções epiteliais de baixa permeabilidade entre as células de revestimento gástrico — muitas vezes, levando à gastrite aguda ou

crônica grave. Duas das substâncias mais comuns são o álcool e a aspirina.

Barreira Gástrica e Sua Penetração na Gastrite. A absorção de alimento do

estômago, diretamente para o sangue, normalmente é pequena. Esse baixo nível de absorção se deve, principalmente, a duas características específicas da

mucosa gástrica: (1) ela é revestida por células mucosas muito resistentes que secretam muco viscoso e aderente; e (2) as junções entre as células epiteliais adjacentes são de baixa permeabilidade. Elas constituem a chamada “barreira

gástrica”.

A barreira gástrica normalmente reduz a difusão, de modo que até os íons

hidrogênio, em concentração no suco gástrico, em média, 100.000 vezes maior que no plasma, quase nunca alcançam a membrana epitelial em quantidade que ameace a sua integridade. Na gastrite, a permeabilidade da barreira aumenta

muito. Os íons hidrogênio então se difundem até o epitélio gástrico, provocando lesão e levando a ciclo vicioso de destruição progressiva e atrofia da mucosa

gástrica. Isso também torna a mucosa suscetível à digestão pelas enzimas digestivas pépticas, com desenvolvimento de úlcera gástrica.

A Gastrite Crônica Pode Levar à Atrofia Gástrica e à Perda de Secreções

Gástricas

Em muitas pessoas que têm gastrite crônica, a mucosa gradualmente se atrofia

com redução até a supressão completa da secreção digestiva das glândulas gástricas. Existem evidências de que algumas pessoas desenvolvam autoimunidade contra a mucosa gástrica, o que leva também à atrofia gástrica. A

perda das secreções gástricas na atrofia leva à acloridria e, ocasionalmente, à anemia perniciosa.

Acloridria (e Hipocloridria). Acloridria significa simplesmente que o estômago

deixa de secretar ácido clorídrico; é diagnosticada quando o pH mínimo das

secreções gástricas é de 6,5, sob estimulação máxima. Hipocloridria significa

diminuição da secreção ácida. Quando o ácido não é secretado, a pepsina, em

geral, não é secretada. Mesmo quando o é, a falta de ácido impede sua atividade,

porque a pepsina exige meio ácido.

A Atrofia Gástrica Pode Causar Anemia Perniciosa. A anemia perniciosa

acompanha com frequência a acloridria e a atrofia gástrica. As secreções

gástricas normais contêm glicoproteína, chamada fator intrínseco, secretada pelas

mesmas células parietais secretoras do ácido clorídrico. O fator intrínseco é

necessário para a absorção adequada de vitamina B no íleo. O fator intrínseco 12

se combina com a vitamina B , no estômago, e a protege da degradação química 12

ao passar pelo intestino delgado. Quando o complexo fator intrínseco–vitamina

B chega ao íleo terminal, o fator intrínseco se liga a receptores, na superfície 12

epitelial do íleo, o que promove a absorção da vitamina B . 12

Na ausência de fator intrínseco, somente cerca de 1/50 da vitamina B é 12

absorvido. Sem o fator intrínseco, a quantidade adequada de vitamina B nos 12

alimentos não fica disponível para fazer com que eritrócitos jovens e recém-

formados amadureçam na medula óssea. O resultado é a anemia perniciosa,

discutida em mais detalhes no Capítulo 33.

Úlcera Péptica

Uma úlcera péptica é a área escoriada na mucosa gástrica ou intestinal,

causada principalmente pela ação digestiva do suco gástrico ou das secreções no

intestino delgado superior. A Figura 67-1 mostra os pontos no trato

gastrointestinal, em que as úlceras pépticas ocorrem com mais frequência; a área

de lesões mais frequentes é em torno do piloro. As úlceras pépticas também

ocorrem, com frequência, ao longo da pequena curvatura na extremidade antral

do estômago ou, mais raramente, na extremidade inferior do esôfago, para onde o

suco gástrico frequentemente reflui. Um tipo de úlcera péptica, chamada de úlcera

marginal, também ocorre, com muita frequência, nas incisões cirúrgicas, por

exemplo, na gastrojejunostomia entre o estômago e o jejuno.

Figura 67-1. Úlcera péptica.

 

Causa Básica da Ulceração Péptica. A causa comum da úlcera péptica é a

perda do equilíbrio entre a intensidade da secreção de suco gástrico e o grau de proteção dado (1) pela barreira da mucosa gastroduodenal; e (2) pela neutralização do ácido gástrico pelos sucos duodenais. Todas as áreas

normalmente expostas ao suco gástrico são bem supridas por glândulas mucosas,

como as glândulas mucosas compostas no esôfago inferior, o revestimento por células mucosas da mucosa gástrica, as células cervicais mucosas das glândulas gástricas, as glândulas pilóricas profundas que secretam principalmente muco, e

finalmente as glândulas de Brunner, da parte superior do duodeno, que secretam

muco muito alcalino.

Além da proteção da mucosa pelo muco, o duodeno é protegido pela

alcalinidade das secreções do intestino delgado. Especialmente importante é a secreção pancreática, que contém grandes quantidades de bicarbonato de sódio

que neutralizam o ácido clorídrico do suco gástrico e inativa a pepsina, impedindo a digestão da mucosa. Ademais, grande quantidade de íons bicarbonato é

encontrada: (1) nas secreções das grandes glândulas de Brunner na parede duodenal; e (2) na bile que vem do fígado.

Por fim, dois mecanismos de controle por feedback normalmente asseguram

que essa neutralização do suco gástrico seja completa:

1. Quando excesso de ácido entra no duodeno, isso, reflexamente, inibe a

secreção gástrica e o peristaltis mo no estômago, seja por reflexos nervosos ou

por feedback hormonal, diminuindo, assim, o esvaziamento gástrico.

2. A presença de ácido no intestino delgado libera secretina pela mucosa intestinal

para o sangue, e essa estimula o pâncreas a secretar suco pancreático com concentração alta de bicarbonato de sódio; o bicarbonato de sódio neutraliza o

ácido.

Assim, a úlcera péptica pode ser causada por dois modos: (1) excesso de

secreção de ácido e de pepsina pela mucosa gástrica; ou (2) diminuição da

capacidade de proteção da barreira mucosa duodenal contra a digestão pela

secreção ácido–pepsina do estômago.

Causas Específicas de Úlcera Péptica

A Infecção Bacteriana por Helicobacter pylori Rompe a Barreira Mucosa

Gastroduodenal e Estimula a Secreção de Ácido Gástrico. Pelo menos 75%

das pessoas com úlcera péptica demonstram ter infecção crônica da mucosa nas

partes terminais do estômago e iniciais do duodeno; a infecção mais frequente é

causada pela bactéria Helicobacter pylori. Uma vez instalada a infecção, ela pode

durar a vida toda, a menos que seja erradicada por terapia antibacteriana. A

bactéria é capaz de penetrar a barreira mucosa por sua capacidade física de

passar pela barreira e pela liberação de amônio, que liquefaz a barreira e estimula

a secreção de ácido hidroclorídrico. Em decorrência, os sucos digestivos ácidos

das secreções gástricas podem então atingir o epitélio subjacente e, literalmente,

digerir a parede gastrointestinal, levando à ulceração péptica.

Outras Causas de Ulceração. Em muitas pessoas com úlceras pépticas na

parte inicial do duodeno, a secreção gástrica ácida é maior do que a normal,

algumas vezes por até duas vezes o normal. Embora parte desse aumento da

secreção possa ser estimulada por infecção bacteriana, estudos em animais e em

seres humanos mostraram que o excesso da secreção de sucos gástricos, por

qualquer razão (p. ex., mesmo em distúrbios psíquicos) pode por si causar

ulceração péptica.

Outros fatores que predispõem à úlcera são: (1) tabagismo, presumivelmente

devido ao aumento da estimulação nervosa das glândulas secretoras do

estômago; (2) o consumo de álcool, porque tende a romper barreira mucosa; (3) o

consumo de aspirina e outros anti-inflamatórios não esteroides que também

afetam a integridade da barreira.

Tratamento de Úlceras Pépticas. Desde a descoberta de que boa parte das

úlceras pépticas apresenta uma base infecciosa bacteriana, a terapia mudou

imensamente. Quase todos os pacientes com úlcera péptica podem ser tratados

eficazmente por duas medidas: (1) uso de antibióticos, com outros agentes para

matar as bactérias infecciosas; e (2) administração de supressor de ácido, especialmente a ranitidina, que é um agente anti-histamínico que bloqueia o efeito

estimulador da histamina sobre os receptores H das glândulas gástricas e, desse 2 modo, reduzindo a secreção gástrica de ácido por 70% a 80%.

No passado, antes dessas abordagens para a terapia das úlceras pépticas

serem desenvolvidas, era necessário remover até quatro quintos do estômago,

reduzindo, assim, os sucos acidopépticos do estômago para curar a maioria dos

pacientes. Outra terapia era seccionar os ramos dos nervos vagos para o estômago, que fazem a estimulação parassimpática do plexo mioentérico. Com esse procedimento conseguia-se bloquear grande parte da secreção de ácido e

de pepsina e, frequentemente, curava a úlcera dentro de 1 semana após a

operação. Todavia, grande parte da secreção basal do estômago era recuperada, depois de alguns meses, e, em muitos pacientes, a úlcera também reincidia.

As abordagens terapêuticas mais recentes demonstraram ser muito mais

eficazes. Em alguns casos, porém, a condição do paciente é tão grave, incluindo

sangramento maciço da úlcera, que procedimentos cirúrgicos heroicos têm de ser usados.

 

Distúrbios do Intestino Delgado

Digestão Anormal do Alimento no Intestino Delgado — Insuficiência Pancreática

Uma causa de digestão anormal é a insuficiência do pâncreas de secretar suco

pancreático para o intestino delgado. A falta de secreção pancreática ocorre

frequentemente (1) em pessoas com pancreatite (discutida adiante); (2) quando o

ducto pancreático é bloqueado por cálculo na papila de Vater; ou (3) depois de

remoção da cabeça do pâncreas, devido à doença maligna.

A perda de suco pancreático significa perda de tripsina, quimotripsina,

carboxipolipeptidase, amilase pancreática, lipase pancreática e ainda de algumas outras enzimas digestivas. Sem essas enzimas, até 60% da gordura que entra no intestino delgado pode não ser absorvida, juntamente com um terço ou a metade

das proteínas e carboidratos. Como resultado, grande parte dos alimentos

ingeridos não pode ser usada para a nutrição e são excretadas fezes gordurosas e abundantes.

Pancreatite — Inflamação do Pâncreas. A pancreatite pode ocorrer sob a

forma de pancreatite aguda ou pancreatite crônica.

A causa mais comum de pancreatite é o excesso de bebidas alcoólicas; a

segunda causa mais comum é o bloqueio da papila de Vater por cálculo; as duas

causas são responsáveis por mais de 90% de todos os casos. Quando o cálculo

biliar bloqueia a papila de Vater, são bloqueados o ducto secretor principal do

pâncreas e o colédoco. As enzimas pancreáticas são, então, represadas nos

ductos e ácinos do pâncreas. Eventualmente, o acúmulo de tripsinogênio e a sua

ativação à tripsina superam a capacidade do inibidor da tripsina nas secreções, e

pequena quantidade de tripsinogênio é ativada para formar tripsina. A tripsina

ativa ainda mais tripsinogênio, bem como quimotripsinogênio e

carboxipolipeptidase, nos ductos e ácinos pancreáticos. Essas enzimas digerem

rapidamente grandes porções do próprio pâncreas, algumas vezes eliminando

completa e permanentemente a capacidade do pâncreas de secretar enzimas

digestivas.

Má Absorção pela Mucosa do Intestino Delgado — Espru

Ocasionalmente, os nutrientes não são absorvidos de maneira adequada no

intestino delgado, embora o alimento tenha sido bem digerido. Várias doenças

podem causar diminuição da absorção pela mucosa; elas costumam ser

classificadas sob o termo geral “espru”. A má-absorção também pode ocorrer

quando grande parte do intestino delgado é removida.

Espru Não Tropical. Um tipo de espru, chamado espru idiopático ou doença

celíaca (em crianças), ou enteropatia pelo glúten, decorre de efeitos tóxicos do

glúten presente em certos tipos de grãos, especialmente no trigo e no centeio.

Somente algumas pessoas são suscetíveis a esse efeito; naqueles que o são, o

glúten tem efeito destrutivo direto sobre os enterócitos intestinais. Nas formas

mais leves da doença, somente as microvilosidades dos enterócitos são

destruídas com diminuição da superfície de absorção por até duas vezes. Nas

formas mais graves, as vilosidades ficam reduzidas ou desaparecem totalmente,

reduzindo ainda mais a área de absorção do intestino. A remoção do trigo e do

centeio da dieta frequentemente resulta na cura em semanas, em especial nas

crianças com essa doença.

Espru Tropical. Um tipo diferente de espru, chamado espru tropical, ocorre

frequentemente nos trópicos e pode ser tratado com agentes antibacterianos.

Embora nenhuma bactéria específica esteja implicada como causa, acredita-se

que essa variedade de espru seja produzida por inflamação da mucosa intestinal

por agentes infecciosos não identificados.

Má Absorção no Espru. Nos primeiros estágios do espru, a absorção intestinal

de gorduras é mais comprometida que a absorção de outros nutrientes. A gordura

que aparece nas fezes é quase inteiramente de sais de ácidos graxos, em vez de gordura não digerida, demonstrando que o problema é de absorção, e não de

digestão. A patologia é frequentemente chamada esteatorreia, que significa simplesmente excesso de gorduras nas fezes.

Nos casos muito graves de espru, além da disabsorção de gorduras, também

ocorre comprometimento da absorção de proteínas, carboidratos, cálcio, vitamina

K, ácido fólico e vitamina B . Como resultado, a pessoa apresenta: (1) deficiência 12

nutricional grave, que frequentemente provoca caquexia; (2) osteomalácia (i. e., desmineralização dos ossos, devido à falta de cálcio); (3) coagulação sanguínea inadequada, causada pela falta de vitamina K; (4) anemia macrocítica, do tipo

anemia perniciosa, devido à diminuição da absorção de vitamina B e de ácido 12 fólico.

 

Distúrbios do Intestino Grosso

Constipação

Constipação significa movimento lento das fezes pelo intestino grosso.

Frequentemente, está associada à grande quantidade de fezes ressecadas e

endurecidas no cólon descendente, que se acumulam devido à absorção

excessiva ou insuficiente ingestão de líquido. Qualquer patologia dos intestinos

que obstrua o movimento do conteúdo intestinal, como tumores, aderências que causem constrição ou úlceras, pode causar constipação.

Lactentes raramente são constipados, porém parte de seu treinamento, nos

primeiros anos de vida, exige que eles aprendam a controlar a defecação; esse controle é efetuado por inibição dos reflexos naturais da defecação. A experiência

clínica mostra que se não houver defecação, quando os reflexos são excitados ou

caso haja o uso excessivo de laxativos, no lugar da função natural do intestino, os reflexos ficam progressivamente menos fortes com o passar de meses ou anos, e o cólon se torna atônico. Por essa razão, se a pessoa estabelecer hábitos

intestinais regulares cedo na vida, geralmente defecando pela manhã, depois do

café da manhã, quando os reflexos gastrocólico e duodenocólico causam movimentos de massa no intestino grosso, o desenvolvimento de constipação,

mais tarde na vida, será muito menos provável.

A constipação pode também resultar de espasmo de pequeno segmento do

cólon sigmoide. A motilidade normalmente é fraca no intestino grosso, de modo que mesmo um espasmo discreto pode provocar constipação séria. Se a

constipação perdura por vários dias e fezes se acumulam acima do cólon sigmoide espástico, secreções colônicas excessivas frequentemente levam a um

dia ou mais de diarreia. Depois disso, o ciclo começa novamente com alternância

entre constipação e diarreia.

Megacólon (Doença de Hirschsprung). Ocasionalmente, a constipação é tão

intensa que os movimentos do intestino ocorrem só uma vez, em vários dias, ou

apenas uma vez por semana. Isso faz com que grande quantidade de matéria

fecal se acumule no cólon, distendendo-o a diâmetros de 7 a 10 centímetros. A

patologia é chamada megacólon ou doença de Hirschsprung.

Causa de megacólon é a falta ou deficiência de células ganglionares, no plexo

mioentérico, em um segmento do cólon sigmoide. Como consequência, nem

reflexos de defecação, nem motilidade peristáltica forte ocorrem nessa área do

intestino grosso. O próprio sigmoide fica pequeno e quase espástico, enquanto as

fezes se acumulam proximalmente a essa região, causando megacólon nos

segmentos ascendente, transverso e descendente.

Diarreia

A diarreia resulta do movimento rápido de material fecal pelo intestino grosso.

Várias causas de diarreia com importantes sequelas fisiológicas são as seguintes.

Enterite — Inflamação do Trato Intestinal. Enterite significa inflamação, em

geral, ocasionada por vírus ou por bactérias do trato intestinal. Na diarreia

infecciosa comum, a infecção é mais extensa, no intestino grosso e na parte distal

do íleo. Em todos os lugares em que a infecção esteja presente, ocorre irritação

da mucosa, cuja secreção aumenta muito. Ademais, a motilidade da parede

intestinal costuma ficar muito aumentada. Como resultado, existe no lúmen

grande quantidade de líquido para a remoção do agente infeccioso e, ao mesmo

tempo, fortes movimentos propulsores impelem esse líquido na direção do ânus.

Esse mecanismo é importante para livrar o trato intestinal de infecção debilitante.

De especial interesse é a diarreia causada pelo cólera (e menos frequentemente

por outras bactérias, como os bacilos patogênicos do cólon). Como explicado

no Capítulo 66, a toxina do cólera estimula diretamente a secreção excessiva de

eletrólitos e líquido pelas criptas de Lieberkühn no íleo distal e no cólon. A

quantidade pode ser de 10 a 12 litros por dia, e o cólon em geral reabsorve o

máximo de 6 a 8 litros por dia. Portanto, a perda de líquido e de eletrólitos por

muitos dias pode ser fatal.

A base fisiológica mais importante da terapia no cólera é repor com rapidez o

líquido e os eletrólitos, à medida que são perdidos principalmente por via

intravenosa. Com reposição apropriada de líquido e com o uso de antibióticos,

quase nenhuma pessoa morre do cólera; mas sem terapia, a mortalidade é de até 50% dos pacientes.

Diarreia Psicogênica. Quase todos estão familiarizados com a diarreia que

acompanha períodos de tensão nervosa, como durante provas ou quando um

soldado está para entrar na batalha. Esse tipo de diarreia, chamada diarreia emocional psicogênica, é causado por estimulação excessiva do sistema nervoso

parassimpático, que excita intensamente (1) a motilidade; e (2) o excesso de

secreção de muco no cólon distal. Esses dois efeitos somados podem causar diarreia acentuada.

Colite Ulcerativa. A colite ulcerativa é uma doença caracterizada por áreas

extensas das paredes do intestino grosso inflamadas e ulceradas. A motilidade do cólon ulcerado costuma ser tão grande que ocorrem movimentos em massa em

grande parte do dia, enquanto no cólon normal os movimentos duram de 10 a 30

minutos por dia. As secreções do cólon aumentam muito. Como resultado, o

paciente tem movimentos repetidos intestinais, com diarreia.

A causa da colite ulcerativa é desconhecida. Alguns clínicos acreditam que

resulte de efeito destrutivo alérgico ou imune, mas também poderia resultar de infecção bacteriana crônica, ainda não compreendida. Qualquer que seja a causa, existe forte tendência hereditária para a suscetibilidade à colite ulcerativa. Se a

condição progride muito, as úlceras raramente cicatrizam; a ileostomia para

permitir que o conteúdo do intestino delgado drene para o exterior, em lugar de atravessar o cólon, pode ser necessária. Mesmo assim, as úlceras algumas vezes não cicatrizam, e a única solução pode ser a remoção cirúrgica de todo o cólon.

Paralisia da Defecação nas Pessoas com Injúrias da Medula Espinal

Como se viu no Capítulo 64, a defecação normalmente é iniciada pelo acúmulo

de fezes no reto, o que causa o reflexo de defecação, mediado pela medula

espinal, que passa do reto para o conus medullaris da medula espinal e, então, de volta para o cólon descendente, sigmoide, reto e ânus.

Quando a medula espinal é lesada em algum ponto entre o conus medullaris e o

cérebro, a parte voluntária do ato da defecação é bloqueada, enquanto o reflexo

medular básico para a defecação permanece intacto. Todavia, a perda do

componente voluntário da defecação — isto é, a perda da capacidade de aumentar a pressão abdominal e de relaxar o esfíncter anal voluntário — frequentemente torna a defecação um processo difícil na pessoa com esse tipo de

lesão alta da medula espinal. Porém, como o reflexo medular da defecação ainda pode ocorrer, pequeno enema para excitar a ação desse reflexo medular, em geral

aplicado pela manhã logo após a refeição, costuma causar defecação adequada.

Desse modo, as pessoas com traumatismo da medula espinal, que não destrua o

conus medullaris, usualmente podem controlar seus movimentos intestinais

diários.

 

Distúrbios Gerais do Trato Gastrointestinal

Vômitos

O vômito é o meio pelo qual o trato gastrointestinal superior se livra do seu

conteúdo, quando qualquer parte do trato superior é excessivamente irritada,

hiperdistendida ou hiperexcitada. A distensão excessiva ou a irritação do duodeno

é estímulo especialmente forte para o vômito.

Os sinais sensoriais que iniciam o vômito se originam principalmente da faringe,

do esôfago, do estômago e das partes superiores do intestino delgado. Os

impulsos nervosos são transmitidos, como se vê na Figura 67-2, por fibras

nervosas aferentes vagais e simpáticas para múltiplos núcleos distribuídos no

tronco cerebral, especialmente a área postrema na área chamada “centro do

vômito”. Desse centro, os impulsos motores que causam vômitos são transmitidos

pelos quinto, sétimo, nono, décimo e décimo segundo nervos cranianos para o

trato gastrointestinal superior, pelos nervos vagais e simpáticos para regiões mais

distais do trato, e pelos nervos espinais para o diafragma e músculos abdominais.

Figura 67-2. Conexões neutras do “centro do vômito”. O centro do vômito inclui múltiplos núcleos sensoriais, motores e de controle, principalmente na formação reticular bulbar e pontina, e estende-se à medula espinal.

 

 

Antiperistaltismo, o Prelúdio do Vômito. Nos primeiros estágios da irritação

gastrointestinal excessiva ou da hiperdistensão, o antiperistaltismo começa a

ocorrer minutos antes de aparecerem os vômitos. Antiperistaltismo significa

peristaltismo para cima, no trato digestório, e não para baixo. Ele pode se iniciar

no íleo, e a onda antiperistáltica viaja em direção oral, velocidade de 2 a 3 cm/s;

esse processo pode empurrar grande parte do conteúdo do intestino delgado

inferior de volta ao duodeno e ao estômago em 3 a 5 minutos. Depois, à medida

que essas partes superiores do trato gastrointestinal, especialmente o duodeno,

são hiperdistendidas, a distensão é o fator excitatório que inicia o ato do vômito.

No início do vômito, ocorrem fortes contrações no duodeno e no estômago e

relaxamento parcial do esfíncter esofagogástrico, o que permite o movimento do

vômito do estômago para o esôfago. Então, o ato específico de vomitar,

envolvendo os músculos abdominais, ocorre e expele o vômito para o exterior,

conforme explicado no parágrafo a seguir.

Ato do Vômito. Uma vez que o centro do vômito tenha sido suficientemente

estimulado e instituído o ato do vômito, os primeiros efeitos são: (1) respiração

profunda; (2) elevação do osso hioide e da laringe para a abertura do esfíncter

esofágico superior; (3) fechamento da glote para impedir o fluxo de vômito para os

pulmões; e (4) elevação do palato mole para fechar as narinas posteriores. Em

seguida, ocorre forte contração do diafragma e contração simultânea dos

músculos da parede abdominal. Isso comprime o estômago entre o diafragma e

os músculos abdominais, elevando a pressão intragástrica a alto nível.

Finalmente, o esfíncter esofágico inferior se relaxa completamente, permitindo a

expulsão do conteúdo gástrico para o esôfago.

Portanto, o ato de vomitar decorre de ação de compressão dos músculos do

abdome, associada à contração simultânea da parede gástrica e abertura dos

esfíncteres esofágicos, com expulsão do conteúdo gástrico.

“Zona de Disparo dos Quimiorreceptores” no Bulbo para Início dos

Vômitos por Fármacos ou por Cinetose. Além dos vômitos iniciados por

estímulos irritativos do próprio trato gastrointestinal, os vômitos também podem

ser causados por sinais nervosos que se originam em áreas do cérebro. Isso é, de

modo particular, verdade, para pequena área chamada zona de disparo de

quimiorreceptores, que se localiza na área postrema das paredes laterais do

quarto ventrículo. A estimulação elétrica dessa área pode iniciar os vômitos;

porém, mais importante, a administração de certos fármacos, incluindo a

apomorfina, a morfina e alguns derivados de digitálicos, pode estimular

diretamente essa zona de disparo de quimiorreceptores e iniciar o vômito. A

destruição dessa área bloqueia esse tipo de vômitos, mas não bloqueia os

decorrentes de estímulos irritativos, no próprio trato gastrointestinal.

Sabe-se também que mudanças rápidas na direção ou no ritmo dos movimentos

corporais podem fazer com que certas pessoas vomitem. O mecanismo desse

fenômeno é o seguinte: o movimento estimula receptores, no labirinto vestibular do ouvido interno, e daí os impulsos são transmitidos, principalmente por via dos

núcleos vestibulares do tronco cerebral para o cerebelo e desse para a zona de disparo dos quimiorreceptores e, por fim, para o centro do vômito, causando o

vômito.

Náusea

A sensação de náusea costuma ser um pródromo do vômito. A náusea é o

reconhecimento consciente da excitação subconsciente na área do bulbo

estreitamente associada ao centro do vômito ou que faz parte dele e pode ser causada por (1) impulsos que venham do trato gastrointestinal, causados por

irritação; (2) impulsos que se originem no mesencéfalo, associados à cinetose; ou (3) impulsos do córtex cerebral, para iniciar os vômitos. Os vômitos,

ocasionalmente, ocorrem sem a sensação de náusea, indicando que apenas certas partes do centro do vômito se associam à sensação de náusea.

Obstrução Gastrointestinal

O trato gastrointestinal pode ser obstruído em quase todos os pontos de sua

extensão, como é mostrado na Figura 67-3. Algumas causas comuns de obstrução são (1) câncer; (2) constrição fibrótica decorrente de ulceração ou por

aderências peritoneais; (3) espasmo de segmento do intestino; e (4) paralisia de segmento do intestino.

As consequências anormais da obstrução dependem do ponto no trato

gastrointestinal, que é obstruído. Se a obstrução ocorrer no piloro, o que resulta

da constrição fibrótica depois de ulceração péptica, ocorrerão vômitos persistentes do conteúdo gástrico. Esse vômito reduz a nutrição corporal; também causa perda

de íons hidrogênio do estômago e pode resultar em alcalose metabólica dos

líquidos corporais.

Se a obstrução for além do estômago, o refluxo antiperistáltico do intestino

delgado faz com que os sucos intestinais voltem para o estômago e eles são

vomitados, junto com as secreções gástricas. Nesse caso, a pessoa perde grande quantidade de água e eletrólitos e se desidrata, mas as perdas de ácido do

estômago e de base do intestino delgado podem ser equivalentes, de modo que

ocorra pouca mudança no equilíbrio acidobásico.

Se a obstrução ocorrer na extremidade distal do intestino grosso, as fezes

poderão se acumular no cólon por 1 semana ou mais. O paciente desenvolve

sensação intensa de constipação, mas, a princípio, os vômitos não são intensos.

Se o intestino grosso ficar completamente cheio, de modo que não mais ocorra

transferência de quimo do intestino delgado para o intestino grosso, ocorrerão

vômitos intensos. Obstrução prolongada do intestino grosso finalmente causa

ruptura do próprio intestino ou, no caso de vômitos intensos, desidratação e

choque circulatório podem ocorrer.

 

Figura 67-3. Obstrução em diferentes partes do trato gastroin testinal.

 

Gases no Trato Gastrointestinal; “Flatos”

Os gases, chamados flatos, podem entrar no trato gastrointestinal por três

fontes: (1) ar deglutido; (2) gases formados no intestino pela ação bacteriana; ou

(3) gases que se difundem do sangue para o trato gastrointestinal. A maior parte

do ar do estômago é composta por misturas de nitrogênio e oxigênio derivados do

ar deglutido. Esses gases são expelidos por eructações. Somente pequenas

quantidades de gases ocorrem normalmente no intestino delgado, e grande parte

desse gás é ar que passa do estômago para o intestino.

No intestino grosso, a ação bacteriana produz a maior parte dos gases, incluindo

especialmente dióxido de carbono, metano e hidrogênio. Quando metano e

hidrogênio são misturados ao oxigênio, é formada algumas vezes mistura

explosiva. O uso de eletrocautério durante a sigmoidoscopia pode causar pequena explosão.

Sabe-se que certos alimentos causam maior flatulência que outros — feijão,

repolho, cebola, couve-flor, milho e certos alimentos irritativos, como vinagre.

Alguns desses alimentos servem como meio adequado para bactérias formadoras de gases, especialmente tipos fermentáveis e não absorvidos de carboidratos. Por

exemplo, o feijão contém carboidrato indigerível que entra no cólon e é substrato

para as bactérias colônicas. Em outros casos, porém, o excesso de eliminação de gases decorre da irritação do intestino grosso, o que promove rápida eliminação peristáltica dos gases pelo ânus, antes que eles possam ser absorvidos.

A quantidade de gases que entram ou se formam no intestino grosso, a cada dia

é em média de 7 a 10 litros, enquanto a quantidade média eliminada pelo ânus,

em geral, é cerca de 0,6 litro. O restante é normalmente absorvido pelo sangue

por meio da mucosa intestinal e eliminado pelos pulmões.

 

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UNIDADE XIII 

 

Metabolismo e Termorregulação

 

RESUMO DA UNIDADE

 

CAPÍTULO 68 - Metabolismo dos Carboidratos e

Formação do Trifosfato de Adenosina

CAPÍTULO 69 - Metabolismo dos Lipídios

Estrutura Química Básica dos Triglicerídeos (Gordura

Neutra)

Transporte de Lipídios nos Líquidos Corporais

CAPÍTULO 70 - Metabolismo das Proteínas

CAPÍTULO 71 - O Fígado como Órgão

CAPÍTULO 72 - Equilíbrios Dietéticos; Regulação da

Alimentação; Obesidade e Inanição; Vitaminas e

Minerais

Em Condições Estáveis a Ingestão e o Gasto Energético

Estão Equilibrados

Regulação da Ingestão Alimentar e do Armazenamento de

Energia

CAPÍTULO 73 - Energética Celular e a Taxa Metabólica

CAPÍTULO 74 - Regulação da Temperatura Corporal e

Febre

Temperaturas Corporais Normais

A Temperatura Corporal é Controlada pelo Equilíbrios Entre

a Produção e a Perda de Calor

Regulação da Temperatura Corporal — o Papel do

Hipotálamo

Anormalidades da Regulação da Temperatura Corporal

 

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CAPÍTULO 68

 

Metabolismo dos Carboidratos e

 

Formação do Trifosfato de

 

Adenosina

 

Os Capítulos seguintes tratam do metabolismo do organismo, isto é, os

processos químicos que tornam possível a continuação da vida celular. Não

é intenção deste livro apresentar os detalhes químicos de todas as diversas

reações celulares, que pertencem ao universo da bioquímica. Em vez disso,

a intenção desses Capítulos é (1) rever os principais processos químicos

celulares; e (2) analisar suas implicações fisiológicas, especialmente da

maneira como se enquadram no conceito global da homeostasia corporal.

 

Liberação de Energia dos Alimentos e “Energia Livre”

Muitas reações químicas das células é voltada para a obtenção de energia a

partir dos alimentos disponíveis para os diversos sistemas fisiológicos da célula. Por exemplo, há necessidade de energia para atividade muscular, secreção

glandular, manutenção dos potenciais de membrana pelas fibras nervosas e

musculares, síntese de substâncias nas células, absorção de alimentos do trato

gastrointestinal e muitas outras funções.

Reações Acopladas. Todos os alimentos energéticos — carboidratos, gorduras

e proteínas — podem ser oxidados nas células e, durante esse processo, grande

quantidade de energia é liberada. Esses mesmos alimentos também podem ser

queimados com oxigênio puro fora do organismo em fogo verdadeiro, liberando

grande quantidade de energia; nesse caso, contudo, a energia é liberada

subitamente sob forma de calor. A energia que os processos fisiológicos celulares

necessitam não consiste em calor e, sim, em energia para os movimentos

mecânicos, no caso da função muscular, para concentrar solutos no caso da

secreção glandular e para efetuar outras funções celulares. Para fornecer essa

energia, as reações químicas devem estar “acopladas” aos sistemas responsáveis

por essas funções fisiológicas. Esse acoplamento é obtido por meio de sistemas

de enzimas celulares especiais e de transferência de energia, alguns dos quais

serão explicados neste e nos Capítulos subsequentes.

“Energia Livre”. A quantidade de energia liberada pela oxidação completa de

um alimento é chamada energia livre de oxidação dos alimentos e é, em geral,

representada pelo símbolo DG. A energia livre é usualmente expressa em termos

de calorias por mol de substância. Por exemplo, a quantidade de energia livre

liberada pela oxidação completa de 1 mol (180 gramas) de glicose é 686.000

calorias.

O Trifosfato de Adenosina É a “Moeda de Energia” do Corpo

O trifosfato de adenosina (ATP) é o elo essencial entre as funções, que utilizam

energia, e as funções que produzem energia no organismo (Figura 68-1). Por

esse motivo, o ATP foi chamado moeda de energia do organismo e pode ser

obtida e consumida repetidamente.

A energia derivada da oxidação dos carboidratos, proteínas e das gorduras é

usada para converter o difosfato de adenosina (ADP) em ATP, que é então

consumido pelas diversas reações do corpo, necessárias para (1) transporte ativo

das moléculas através das membranas; (2) contração dos músculos e

desempenho do trabalho mecânico; (3) diversas reações sintéticas que criam

hormônios, membranas celulares e muitas outras moléculas essenciais do

organismo; (4) condução de impulsos nervosos; (5) divisão celular e crescimento;

e (6) muitas outras funções fisiológicas que são necessárias para manter e

propagar a vida.

O ATP é composto químico lábil presente em todas as células. O ATP é uma

combinação de adenina, ribose e três radicais fosfato, como mostrado na Figura

68-2. Os últimos dois radicais fosfato estão conectados com o restante da molécula por meio de ligações de alta energia, indicadas pelo símbolo ~.

A quantidade de energia livre em cada um desses elos de alta energia por mol

de ATP é cerca de 7.300 calorias sob as condições-padrão e aproximadamente

12.000 calorias sob as condições usuais de temperatura e concentrações dos

reagentes no corpo. Consequentemente, no organismo, a remoção de cada um dos dois últimos radicais fosfato libera em torno de 12.000 calorias de energia. Após a perda de um radical fosfato do ATP, o composto se torna ADP e, após

perder o segundo radical fosfato, torna-se monofosfato de adenosina (AMP). As

interconversões entre ATP, ADP e AMP são as seguintes:

 

Figura 68-1. O trifosfato de adenosina é o elo principal entre os sistemas que produzem e utilizam energia no organismo. ADP, difosfato de adenosina; P , fosfato inorgânico. i

Figura 68-2. Estrutura química do trifosfato de adenosina.

 

O ATP está presente em toda parte no citoplasma e no nucleoplasma de todas

as células e, essencialmente, todos os mecanismos fisiológicos que requerem

energia para o seu funcionamento a obtêm diretamente do ATP (ou de um outro

composto de alta energia similar — trifosfato de guanosina). Por sua vez, o

alimento nas células é gradativamente oxidado e a energia liberada é usada para

formar novo ATP, mantendo, assim, reserva dessa substância sempre. Todas

essas transferências de energia ocorrem por meio de reações acopladas.

A principal finalidade deste Capítulo é explicar como a energia dos carboidratos

pode ser utilizada para formar ATP nas células. Normalmente, 90% ou mais de

todos os carboidratos utilizados pelo organismo são empregados com esse

objetivo.

Papel Central da Glicose no Metabolismo dos Carboidratos

Como explicado no Capítulo 66, os produtos finais da digestão dos carboidratos,

no aparelho digestivo são quase só glicose, frutose e galactose — com a glicose

representando, em média, cerca de 80% desses processos. Após absorção a

partir do trato intestinal, grande parte da frutose e quase toda galactose são

rapidamente convertidas em glicose no fígado. Consequentemente, existe pouca frutose ou galactose no sangue circulante. A glicose, assim, passa a ser a via final

comum para o transporte de quase todos os carboidratos para as células.

Nas células hepáticas, enzimas apropriadas estão disponíveis para promover as

interconversões entre os monossacarídeos — glicose, frutose e galactose, como

vemos na Figura 68-3. Além do mais, a dinâmica das reações é tal que quando o

fígado libera os monossacarídeos de volta para o sangue, o produto final é quase

inteiramente glicose. A razão para tanto é que as células hepáticas contêm grandes quantidades de glicose fosfatase. Logo, a glicose-6-fosfato pode ser degradada em glicose e fosfato, e a glicose pode então ser transportada de volta

para o sangue, através das membranas das células hepáticas.

Devemos novamente enfatizar que, de modo geral, acima de 95% de todos os

monossacarídeos circulantes no sangue são o produto de conversão final, a

glicose.

Figura 68-3. Interconversões dos três principais monossacarídeos — glicose, frutose e galactose — nas células hepáticas.

 

Transporte da Glicose através da Membrana Celular

Antes que a glicose possa ser utilizada pelas células dos tecidos do corpo, ela

deve ser transportada através da membrana para o citoplasma celular. No

entanto, a glicose não pode se difundir facilmente pelos poros da membrana

celular, porque o peso molecular máximo das partículas com difusão imediata se

situa em torno de 100, e a glicose apresenta peso molecular de 180. Ainda assim,

a glicose chega ao interior das células com certo grau de facilidade, devido ao

mecanismo de difusão facilitada. Os princípios desse mecanismo de transporte

são discutidos no Capítulo 4. Basicamente, são os expostos a seguir. Permeando

a matriz lipídica da membrana celular existe grande quantidade de moléculas de

proteínas carreadoras, que podem se ligar à glicose. A glicose nessa forma ligada pode ser transportada pelo carreador, de um lado para o outro da membrana,

quando é então liberada. Consequentemente, se a concentração de glicose for maior de um lado da membrana do que do outro lado, mais glicose vai ser

transportada a partir da área de alta concentração para a área de baixa concentração do que na direção oposta.

O transporte de glicose através das membranas da maioria das células é bem

diferente do que ocorre através da membrana gastrointestinal ou através do epitélio dos túbulos renais. Nesses dois casos, a glicose é transportada pelo mecanismo de cotransporte ativo de sódio e glicose, em que o transporte ativo do

sódio fornece energia para absorver a glicose contra diferença de concentração.

Esse mecanismo de cotransporte de sódio-glicose só funciona em algumas células epiteliais especiais que são especificamente adaptadas para a absorção ativa de glicose. Em outras membranas celulares, a glicose só é transportada da

concentração mais elevada para concentração inferior por meio de difusão facilitada, tornada possível pelas propriedades especiais de ligação da membrana

da proteína carreadora de glicose. Os detalhes da difusão facilitada para o

transporte da membrana celular são apresentados no Capítulo 4.

A Insulina Aumenta a Difusão Facilitada de Glicose

A intensidade do transporte da glicose, assim como o transporte de outros

monossacarídeos, aumenta muito devido à insulina. Quando o pâncreas secreta

grandes quantidades de insulina, o transporte de glicose na maioria das células aumenta por 10 ou mais vezes, relativamente ao valor medido na ausência de secreção da insulina. Por outro lado, a quantidade de glicose que pode se difundir

para o interior da maioria das células do organismo na ausência de insulina, com exceção das células hepáticas e cerebrais, é muito pequena para fornecer a

quantidade de glicose normalmente necessária para o metabolismo energético.

De fato, a utilização de carboidratos pela maioria das células é controlada pela

secreção de insulina pelo pâncreas e a sensibilidade dos diferentes tecidos aos efeitos da insulina no transporte de glicose. As funções da insulina e seu controle

do metabolismo dos carboidratos são discutidos com detalhes, no Capítulo 79.

Fosforilação da Glicose

Logo após sua entrada nas células, a glicose se liga a um radical fosfato

segundo a reação seguinte:

Essa fosforilação é promovida principalmente pela enzima glicocinase no fígado

e pela hexocinase, na maioria das outras células. A fosforilação da glicose é

quase inteiramente irreversível, exceto nas células hepáticas, nas células do

epitélio tubular renal e do epitélio intestinal; nessas células existe outra enzima, a

glicose fosfatase, que, quando é ativada, é capaz de reverter a reação. Na maioria

dos tecidos do corpo, a fosforilação tem como finalidade manter a glicose no

interior das células. Isso ocorre devido à ligação quase instantânea da glicose

com fosfato, que impede sua difusão de volta para fora, exceto nas células

especiais, principalmente, nas células hepáticas que contêm a fosfatase.

O Glicogênio É Armazenado no Fígado e no Músculo

Depois de sua captação para o interior da célula, a glicose pode ser usada

imediatamente para liberar energia ou pode ser armazenada sob a forma de

glicogênio, que é um grande polímero da glicose.

Todas as células do corpo são capazes de armazenar pelo menos algum

glicogênio, mas algumas células são capazes de armazená-lo em grande

quantidade, especialmente as células hepáticas, que podem acumular até 5% a

8% de seu peso sob a forma de glicogênio, e as células musculares, que podem

armazenar entre 1% e 3% de glicogênio. As moléculas de glicogênio podem ser

polimerizadas a qualquer peso molecular e o peso molecular médio é de 5

milhões ou mais; a maior parte do glicogênio se precipita sob a forma de grânulos.

Essa conversão dos monossacarídeos em composto precipitado de elevado

peso molecular (glicogênio) possibilita armazenar grandes quantidades de

carboidratos, sem alterar significativamente a pressão osmótica dos líquidos

intracelulares. Concentrações elevadas de monossacarídeos solúveis de baixo

peso molecular alterariam as relações osmóticas entre os líquidos intra e

extracelulares.

Glicogênese — Formação de Glicogênio

As reações químicas para a glicogênese são mostradas na Figura 68-4. Nessa

figura, podemos ver que a glicose-6-fosfato pode se tornar glicose-1-fosfato; essa

substância é convertida em uridinadifosfatoglicose que, finalmente, é convertida

em glicogênio. São necessárias diversas enzimas específicas para promover

essas conversões e qualquer monossacarídeo capaz de ser convertido em glicose

pode entrar nessas reações. Alguns compostos menores, inclusive o ácido lático,

glicerol, ácido pirúvico e alguns aminoácidos desaminados, também podem ser

convertidos em glicose ou em compostos muito próximos e, em seguida, em

glicogênio.

Figura 68-4. Reações químicas de glicogênese e glicogenólise mostrando também interconversões entre a glicose sérica e o glicogênio hepático. (A fosfatase necessária para a liberação da glicose da célula está presente nas células hepáticas, mas não se encontra na maioria das outras células.)

 

Glicogenólise — Quebra do Glicogênio Armazenado

Glicogenólise significa a ruptura do glicogênio celular armazenado para formar

novamente glicose nas células. A glicose pode então ser utilizada de modo a

fornecer energia. A glicoge nólise não ocorre pela reversão das mesmas reações químicas que formam o glicogênio; ao contrário, cada molécula de glicose

sucessiva em cada ramo do polímero de glicogênio se divide por meio de

fosforilação catalisada pela enzima fosforilase.

Em condições de repouso, a fosforilase está na forma inativa, de modo que o

glicogênio permanece armazenado. Quando ocorre necessidade de formar

novamente glicose a partir do glicogênio, a fosforilase deve primeiro ser ativada. Essa ativação pode ocorrer de diversas formas, que incluem a ativação pela

adrenalina e pelo glucagon, como se descreve na seguinte seção.

Ativação da Fosforilase pela Epinefrina ou pelo Glucagon. Dois hormônios,

a epinefrina e o glucagon, são capazes de ativar a fosforilase e, assim, causar glicogenólise rápida. O efeito inicial de cada um desses hormônios é o de

promover a formação do AMP cíclico nas células, que então dão início à cascata

de reações químicas que ativa a fosforilase. Esse processo é discutido, em

detalhes, no Capítulo 79.

A epinefrina é liberada pela medula da glândula adrenal, quando o sistema

nervoso simpático é estimulado. Consequentemente, uma das funções do sistema

nervoso simpático é a de aumentar a disponibilidade da glicose para o

metabolismo energético rápido. Essa função da epinefrina ocorre de forma

acentuada nas células hepáticas musculares, contribuindo com outros efeitos do

estímulo simpático para o preparo do corpo para ação, como é discutido

no Capítulo 61.

O glucagon é o hormônio secretado pelas células alfa do pâncreas, quando a

concentração sérica da glicose está excessivamente baixa. Ele estimula a

formação do AMP cíclico, principalmente pelas células hepáticas que, por sua vez,

promove a conversão do glicogênio hepático em glicose e sua liberação para o

sangue, elevando, desse modo, a concentração sanguínea de glicose. A função

do glucagon na regulação da glicose sanguínea é discutida no Capítulo 79.

Liberação de Energia a Partir da Glicose pela Via Glicolítica

Como a oxidação completa de uma molécula-grama de glicose libera 686.000

calorias de energia e apenas 12.000 calorias de energia são necessárias para

formar uma molécula-grama de ATP, haveria desperdício de energia se a glicose

fosse decomposta de uma só vez em água e dióxido de carbono, enquanto

formasse uma só molécula de ATP. Felizmente, todas as células do corpo contêm

enzimas especiais que efetuam o metabolismo da molécula de glicose em várias

etapas sucessivas, de modo que a energia seja liberada em pequenas

quantidades para formar uma só molécula-grama de ATP a cada vez, formando o

total de 38 moles de ATP para cada mol de glicose metabolizado pelas células.

As próximas seções descrevem os princípios básicos dos processos por meio

dos quais a molécula de glicose é progressivamente dissecada e sua energia

liberada para formar o ATP.

Glicólise — Clivagem da Glicose para Formar Ácido Pirúvico

O modo mais importante de liberar energia da molécula de glicose é iniciado

pela glicólise. Os produtos finais da glicólise são então oxidados para fornecer

energia. Glicólise significa a divisão da molécula de glicose de modo a formar

duas moléculas de ácido pirúvico.

A glicólise ocorre mediante 10 reações químicas sucessivas, mostradas na

Figura 68-5. Cada etapa é catalisada, pelo menos, por enzima proteica

específica. Observe que a glicose é primeiro convertida em frutose-1,6-difosfato e

depois é fracionada em duas moléculas com três átomos de carbonos, o gliceraldeído-3-fosfato, e cada uma delas é então convertida por mais cinco

etapas adicionais em ácido pirúvico.

 

Figura 68-5. Sequência de reações químicas responsáveis pela glicólise.

 

Formação de ATP Durante a Glicólise. Apesar das diversas reações químicas

nas séries glicolíticas, apenas uma pequena porção da energia livre na molécula de glicose é liberada na maioria das etapas. Entretanto, entre os estágios do ácido 1,3-difosfoglicérico e o ácido 3-fosfoglicérico e, de novo, nos estágios do ácido

fosfoenolpirúvico e do ácido pirúvico, a quantidade de energia liberada é superior

a 12.000 por mol, a quantidade necessária para formar o ATP e as reações são

acopladas de tal maneira que é formado ATP. Assim, o total de 4 moles de ATP é

formado para cada mol de frutose-1,6-difosfato, que se divide em ácido pirúvico.

Mesmo assim, 2 moles de ATP são necessários para fosforilar a glicose original,

de modo a formar a frutose-1,6-difosfato antes de ser possível iniciar a glicólise.

Portanto, o ganho líquido em moléculas de ATP em todo o processo glicolítico é

apenas 2 moles para cada mol de glicose utilizada. Isso corresponde a 24.000

calorias de energia transferida para o ATP, mas durante a glicólise o total de

56.000 calorias de energia foi perdido da glicose original, dando a eficiência global

para a formação de ATP de apenas de 43%. Os restantes 57% de energia se

perdem sob a forma de calor.

Conversão do Ácido Pirúvico em Acetilcoenzima A

O próximo estágio na degradação da glicose é a conversão em duas etapas das

duas moléculas de ácido pirúvico, na Figura 68-5, em duas moléculas de

acetilcoenzima A (acetil-CoA), segundo a seguinte reação:

 

A partir dessa reação, pode-se ver que duas moléculas de dióxido de carbono e

quatro átomos de hidrogênio são liberados dessa reação, enquanto as porções

restantes das duas moléculas de ácido pirúvico se associam à coenzima A, um

derivado da vitamina ácido pantotênico para formar duas moléculas de acetil-CoA.

Nessa conversão, não se forma ATP, mas até seis moléculas de ATP são

formadas quando os quatro átomos de hidrogênio liberados são posteriormente

oxidados, como vamos discutir adiante.

Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs)

O próximo estágio na degradação da molécula de glicose é chamado ciclo do

ácido cítrico (também chamado ciclo dos ácidos tricarboxílicos ou ciclo de Krebs,

em homenagem a Hans Krebs, responsável pela descoberta de este ciclo). Essa é a sequência de reações químicas em que a porção acetil da acetil-CoA é

degradada a dióxido de carbono e átomos de hidrogênio. Todas essas reações ocorrem na matriz das mitocôndrias. Os átomos de hidrogênio liberados se

somam ao número desses átomos que vão subsequentemente ser oxidados (como vamos discutir adiante), liberando imensa quantidade de energia para

formar o ATP.

A Figura 68-6 mostra os diferentes estágios das reações químicas no ciclo do

ácido cítrico. As substâncias à esquerda são acrescentadas durante as reações químicas e os produtos das reações químicas encontram-se à direita. Observe no

topo da coluna que o ciclo começa com o ácido oxaloacético, e abaixo da cadeia

das reações o ácido oxaloacético é formado de novo. Assim, o ciclo pode continuar indefinidamente.

No estágio inicial do ciclo do ácido cítrico, a acetil-CoA se associa ao ácido

oxaloacético para formar o ácido cítrico. Parte da acetil-CoA é liberada e pode ser reutilizada, repetidamente, para formar quantidades ainda maiores de acetil-CoA,

a partir do ácido pirúvico; no entanto, a porção acetil passa a ser parte integral da

molécula do ácido cítrico. Durante os estágios sucessivos do ciclo do ácido cítrico,

são acrescentadas diversas moléculas de água, como vemos à esquerda na

Figura 68-6, e o dióxido de carbono e os átomos de hidrogênio são liberados em

outros estágios no ciclo, como vemos à direita na figura.

Os resultados efetivos de todo o ciclo do ácido cítrico são encontrados na

explicação, no final da Figura 68-6, demonstrando que, para cada molécula de

glicose originalmente metabolizada, duas moléculas de acetil-CoA entram no ciclo

do ácido cítrico, junto com seis moléculas de água. Essas são então degradadas em quatro moléculas de dióxido de carbono, 16 átomos de hidrogênio e duas

moléculas de coenzima A. Duas moléculas de ATP são formadas, como veremos

a seguir.

Figura 68-6. Reações químicas do ciclo do ácido cítrico mostrando a liberação de dióxido de carbono e grande número de átomos de hidrogênio durante o ciclo.

 

Formação de ATP no Ciclo do Ácido Cítrico. O ciclo do ácido cítrico, por si só,

não causa a liberação de grande quantidade de energia; em apenas uma das

reações químicas — durante a transformação do ácido a-cetoglutárico em ácido succínico — forma-se uma molécula de ATP. Assim, para cada molécula de

glicose metabolizada, duas moléculas de acetil-CoA passam pelo ciclo do ácido cítrico, cada uma formando uma molécula de ATP, ou total de duas moléculas de

ATP formadas.

Função das Desidrogenases e da Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo na

Indução da Liberação de Átomos de Hidrogênio no Ciclo do Ácido Cítrico.

Como já vimos em diversos pontos deste Capítulo, os átomos de hidrogênio são liberados no decorrer de diferentes reações químicas do ciclo do ácido cítrico — quatro átomos de hidrogênio durante a glicólise, quatro durante a formação da

acetil-CoA a partir do ácido pirúvico e 16 no ciclo do ácido cítrico; isto perfaz total

de 24 átomos de hidrogênio, liberados para cada molécula de glicose original. No entanto, esses átomos de hidrogênio não são deixados livres no líquido intracelular. Em vez disso, são liberados de dois em dois e, em todos os casos, a

liberação é catalisada pela enzima proteica específica chamada desidrogenase. Vinte dos 24 átomos de hidrogênio se combinam imediatamente com a

nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+), derivado da vitamina niacina, segundo a seguinte reação:

 

Essa reação não vai ocorrer sem a intermediação da desidrogenase específica

ou sem a capacidade da NAD +, para atuar como carreador de hidrogênio. Tanto o

íon hidrogênio livre, como o hidrogênio ligado à NAD+ entram em diversas reações químicas oxidativas que formam grandes quantidades de ATP, como

discutido adiante.

Os quatro átomos de hidrogênio restantes, liberados durante a quebra da

molécula de glicose — os quatro liberados ao longo do ciclo do ácido cítrico, entre

os estágios de ácido succínico e fumárico —, combinam-se à desidrogenase

específica, mas não são subsequentemente liberados para a NAD+. Eles, em vez disso, passam diretamente da desidrogenase para o processo oxidativo.

Função das Descarboxilases como Causa da Liberação de Dióxido de

Carbono. Mencionando de novo as reações químicas do ciclo do ácido cítrico,

assim como as reações para formação da acetil-CoA a partir do ácido pirúvico,

observa-se que existem três estágios em que o dióxido de carbono é liberado.

Para causar a liberação do dióxido de carbono, outras enzimas específicas,

chamadas descarboxilases, separam o dióxido de carbono de seu substrato. O

dióxido de carbono é então dissolvido nos líquidos orgânicos e transportado para

os pulmões, onde é eliminado do organismo pela expiração ( Capítulo 41).

Formação de Grandes Quantidades de ATP por meio da Oxidação do

Hidrogênio — o Processo de Fosforilação Oxidativa

Apesar de todas as complexidades da (1) glicólise; (2) do ciclo do ácido cítrico;

(3) da desidrogenação; e (4) da descarboxilação, quantidades muito pequenas de

ATP são formadas durante todos esses processos — apenas duas moléculas de

ATP no esquema da glicólise e outras duas moléculas no ciclo do ácido cítrico

para cada molécula de glicose metabolizada. Entretanto, quase 90% do ATP total,

criado pelo metabolismo da glicose, são formados durante a oxidação

subsequente dos átomos de hidrogênio que foram liberados nos estágios iniciais

da degradação da glicose. De fato, a principal função de todos esses estágios

iniciais é a de disponibilizar o hidrogênio da molécula da glicose sob formas

capazes de serem oxidadas.

A oxidação do hidrogênio é realizada, como ilustrado na Figura 68-7, por uma

série de reações catalisadas por reações enzimáticas nas mitocôndrias. Essas

reações (1) separam cada átomo de hidrogênio em íon hidrogênio e um elétron; e

(2) usam, eventualmente, os elétrons para combinar o oxigênio dissolvido dos

líquidos com moléculas de água para formar íons hidroxila. Então, o hidrogênio e

os íons hidroxila se associam entre si para formar água. Durante essa sequência

de reações oxidativas, quantidades enormes de energia são liberadas para formar

ATP. Essa maneira de formação do ATP é chamada fosforilação oxidativa. Ocorre

inteiramente nas mitocôndrias por meio de processo muito especializado chamado

mecanismo quimiosmótico.

Figura 68-7. Mecanismo quimiosmótico mitocondrial da fosforilação oxidativa para formar grandes quantidades de ATP. Essa figura mostra a relação entre as etapas oxidativa e de fosforilação nas membranas externa e interna da mitocôndria. FeS, proteína de sulfeto de ferro; FMN, flavina mononucleotideo; Q, ubiquinona.

 

 

Mecanismo Quimiosmótico da Mitocôndria para Formação do ATP

Ionização do Hidrogênio, a Cadeia de Transporte de Elétrons e a Formação

da Água. A primeira etapa da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias é a

ionização dos átomos de hidrogênio que foram removidos dos substratos alimentares. Como descrito acima, esses átomos de hidrogênio são removidos

aos pares: um se torna imediatamente um íon hidrogênio, H+; o outro se acopla

com a NAD+ para formar nicotinamida adenina dinucleotideo (NADH) reduzida. Na

parte superior da + Figura 68-7 , vemos o destino subsequente da NADH e do H. O efeito inicial é liberar o outro átomo de NADH para formar outro íon hidrogênio, H+;

esse processo também reconstitui a NAD + que vai ser reutilizada repetidamente.

Os elétrons retirados dos átomos de hidrogênio para causar a ionização do

hidrogênio entram imediatamente em cadeia de aceptores de elétrons para o

transporte de elétrons, que é parte integral da camada interna da membrana (a

membrana pregueada) das mitocôndrias. Os aceptores de elétrons podem ser

reduzidos ou oxidados de modo reversível, por meio da aceitação ou rejeição de

elétrons. Os membros importantes dessa cadeia de transporte de elétrons incluem

a flavoproteína (flavina mononucleotideo), diversas proteínas de sulfeto de ferro,

ubiquinona e citocromos B, C1, C, A e A3. Cada elétron é transferido de um

desses aceptores para o próximo, até que finalmente atinge o citocromo A3, o

qual é chamado citocromo oxidase por ser capaz de ceder dois elétrons,

reduzindo, assim, o oxigênio elementar para formar o oxigênio iônico, que então

se acopla aos íons de hidrogênio para formar água.

Dessa maneira, a Figura 68-7 mostra o transporte dos elétrons pela cadeia de

elétrons e, então, seu emprego definitivo pela citocromo oxidase para levar à

formação de moléculas de água. Durante o transporte desses elétrons pela cadeia

de transporte de elétrons, a energia liberada é utilizada na síntese do ATP, como

veremos a seguir.

Bombeamento de Íons Hidrogênio para a Câmara Externa da Mitocôndria,

Levados pela Cadeia Transportadora de Elétrons. À medida que os elétrons

passam pela cadeia de transporte de elétrons, são liberadas grandes quantidades

de energia. Essa energia é usada para bombear os íons hidrogênio da matriz

interna da mitocôndria (à direita na Figura 68-7) para a câmara externa, entre as

membranas interna e externa da mitocôndria (à esquerda). Isso cria elevada

concentração de íons hidrogênio com carga positiva nessa câmara; cria também

forte potencial elétrico negativo na matriz interna.

Formação de ATP. A próxima etapa na fosforilação oxidativa é converter o ADP

em ATP. Essa conversão ocorre em conjunto com a grande molécula proteica, que

protrai por toda a membrana mitocondrial interna e projeta-se na forma de nó na

matriz interna da mitocôndria. Essa molécula é uma ATPase, cuja natureza física

é mostrada na Figura 68-7. É chamada ATP sintetase.

A elevada concentração de íons hidrogênio com carga elétrica positiva na

câmara externa e a grande diferença de potencial, através de membrana interna,

fazem com que os íons hidrogênio fluam para a matriz mitocondrial interna através

da própria substância da molécula da ATPase. Assim, a energia derivada desse

fluxo de íons hidrogênio é usada pela ATPase para converter o ADP em ATP

acoplando o ADP a radical fosfato iônico livre (Pi), acrescentando assim outra

ligação fosfato de alta energia à molécula.

A etapa final no processo é a transferência do ATP do interior da mitocôndria de

volta para o citoplasma celular. Essa etapa ocorre por meio de difusão externa

facilitada pela membrana interna e, então, por meio de difusão simples, pela membrana mitocondrial externa. Por sua vez, o ADP é continuamente transferido

em outra direção, para prosseguir sua conversão em ATP. Para cada dois elétrons que passam por toda a cadeia de transporte de elétrons (representando a

ionização de dois átomos de hidrogênio) são sintetizadas até três moléculas de ATP.

Resumo da Formação de ATP Durante a Quebra da Glicose

É possível agora determinar o número total de moléculas de ATP que, sob

condições ideais, podem ser formadas pela energia de uma molécula de glicose. 1. Durante a glicólise, quatro moléculas de ATP são formadas e duas são gastas

para causar a fosforilação inicial da glicose, de modo que o processo possa continuar, o que fornece um ganho líquido de duas moléculas de ATP.

2. Durante cada revolução do ciclo do ácido cítrico, uma molécula de ATP é

formada. No entanto, como cada molécula de glicose se divide em duas

moléculas de ácido pirúvico, existem duas revoluções do ciclo para cada molécula de glicose metabolizada, havendo produção líquida de mais duas moléculas de ATP.

3. Durante todo o esquema representativo da quebra da molécula de glicose, o

total de 24 átomos de hidrogênio é liberado durante a glicólise e durante o ciclo do ácido cítrico. Vinte destes átomos são oxidados, em conjunto com o

mecanismo quimiosmótico oxidativo mostrado na Figura 68-7, com liberação de

três moléculas de ATP para cada dois átomos de hidrogênio oxidados,

perfazendo, desse modo, um total de 30 moléculas de ATP.

4. Os quatro átomos de hidrogênio restantes são liberados por sua

desidrogenase, no esquema oxidativo quimiosmótico na mitocôndria, além do

primeiro estágio da Figura 68-7. Duas moléculas de ATP são geralmente

liberadas para cada dois átomos de hidrogênio, havendo, assim, o total de mais quatro moléculas de ATP.

Agora, somando todas as moléculas de ATP formadas, encontramos o máximo

de 38 moléculas de ATP formadas para cada molécula de glicose degradada em dióxido de carbono e água. Dessa maneira, 456.000 calorias de energia podem

ser armazenadas sob a forma de ATP, enquanto 686.000 calorias são liberadas

durante a oxidação completa de cada molécula-grama de glicose. Esse resultado representa eficiência global máxima de transferência de energia de 66%. Os 34% restantes de energia são calor e, consequentemente, não podem ser utilizados

pelas células para a realização de funções específicas.

Efeito das Concentrações Celulares do ATP e ADP sobre o Controle da

Glicólise e da Oxidação de Glicose

A liberação contínua de energia da glicose, quando não existe necessidade de

energia pelas células, seria um processo de desperdício extremo. Em vez disso, a

glicólise e a subsequente oxidação dos átomos de hidrogênio são

continuadamente controladas segundo as necessidades celulares de ATP. Esse

controle é realizado por meio de diversos mecanismos de controle por feedback,

dentro do esquema químico. Entre os mais importantes desses mecanismos

encontram-se os efeitos das concentrações celulares tanto de ADP como de ATP

no controle das velocidades das reações químicas, na sequência do metabolismo

da energia.

Modo importante pelo qual o ATP ajuda a controlar o metabolismo energético é

inibindo a enzima fosfofrutocinase. Como essa enzima promove a formação de

frutose-1,6-difosfato, uma das etapas iniciais na série de reações glicolíticas, o

resultado efetivo de excesso de ATP celular é o de tornar muito lenta ou, até

mesmo, interromper a glicólise que, por sua vez, interrompe a maior parte do

metabolismo dos carboidratos. Pelo contrário, o ADP (e também o AMP) provoca

alteração oposta nessa enzima, aumentando muito sua atividade. Sempre que o

ATP é usado pelos tecidos como fonte de energia de fração importante de quase

todas as reações químicas intracelulares, isto reduz a inibição pelo ATP da

enzima fosfofrutocinase e, ao mesmo tempo, aumenta sua atividade como

resultado do excesso de ADP formado. Assim, o processo glicolítico é iniciado e

as reservas celulares totais de ATP se refazem.

Outro elo de controle é o íon citrato formado no ciclo do ácido cítrico. Excesso

desse íon também inibe fortemente a fosfofrutocinase, impedindo assim que o

processo glicolítico ultrapasse a capacidade do ciclo do ácido cítrico usar o ácido

pirúvico, formado durante a glicólise.

Um terceiro modo pelo qual o sistema do ATP-ADP-AMP controla o metabolismo

dos carboidratos, assim como controla a liberação de energia dos lipídios e

proteínas, é o seguinte: voltando às diversas reações químicas para liberação de

energia, verificamos que se todo o ADP na célula tiver sido transformado em ATP,

simplesmente não é possível formar ATP adicional. Consequentemente, toda a

sequência envolvida na utilização dos alimentos — glicose, lipídios e proteínas —

para a formação de ATP é suspensa. Então, quando o ATP é utilizado pela célula

para fornecer energia para as diferentes funções da fisiologia celular, o ADP

recém-formado e o AMP acionam novamente os processos fisiológicos, e o ADP e

o AMP são quase imediatamente devolvidos para o estado de ATP. Dessa

maneira, essencialmente é mantida, de forma automática, a reserva completa de ATP, exceto durante atividade celular excessiva, como exercício muito exaustivo.

Liberação Anaeróbica de Energia — “Glicólise Anaeróbica”

Ocasionalmente, o oxigênio fica indisponível ou insuficiente, de modo que a

fosforilação oxidativa não possa ocorrer. Ainda assim, mesmo sob essas condições, pequena quantidade de energia ainda pode ser liberada para as

células pelo estágio da glicólise da degradação de carboidratos, porque as

reações químicas para a ruptura da glicose em ácido pirúvico não requerem oxigênio.

Esse processo consome grande quantidade de glicose, porque apenas 24.000

calorias são empregadas para formar ATP em cada molécula de glicose metabolizada, o que representa apenas pouco mais do que 3% da energia total da

molécula de glicose. Entretanto, essa liberação de energia glicolítica para as

células, que é chamada energia anaeróbica, pode ser medida salvadora durante

alguns poucos minutos em que o oxigênio se torna indisponível.

A Formação de Ácido Lático Durante a Glicólise Anaeróbi ca Permite a

Liberação de Energia Anaeróbica Extra. A lei de ação das massas afirma que, à medida que os produtos finais da reação química se acumulam em meio reativo, a intensidade da reação diminui, aproximando-se de zero. Os dois produtos finais

das reações glicolíticas (Figura 68-5) são (1) ácido pirúvi co; e (2) átomos de

hidrogênio acoplados à NAD+ + para formar NADH e H. O acúmulo de uma ou de ambas as substâncias seria capaz de suspender o processo glicolítico e impedir a

formação adicional de ATP. Quando suas quantidades se tornam excessivas,

esses dois produtos finais reagem entre si para formar o ácido lático, conforme a

seguinte equação:

Assim, sob condições anaeróbicas, a maior parte do ácido pirúvico é convertida

em ácido lático, que se difunde rapidamente das células para os líquidos

extracelulares e, até mesmo, para os líquidos intracelulares de outras células com

menor atividade. Consequentemente, o ácido lático representa um tipo de

“sumidouro” em que os produtos finais da glicólise podem desaparecer, permitindo

assim que a glicólise prossiga além do que seria possível de outra maneira. De

fato, a glicólise poderia prosseguir apenas por alguns segundos, sem essa

conversão. Em vez disso, é possível continuar por diversos minutos, fornecendo

quantidades extras consideráveis de ATP para o corpo, mesmo na ausência de

oxigênio respiratório.

A Reconversão do Ácido Lático em Ácido Pirúvico Quando o Oxigênio se

Torna Novamente Disponível. Quando a pessoa começa a respirar oxigênio de

novo, depois de período de metabolismo anaeróbico, o ácido lático é rapidamente

reconvertido em ácido pirúvico e NADH e H+. Grandes porções dessas

substâncias são imediatamente oxidadas para formar grandes quantidades de

ATP. Essa quantidade excessiva de ATP, então, devolve até três quartos do

excesso restante de ácido pirúvico para serem convertidos de volta em glicose.

Assim, a grande quantidade de ácido lático que se forma, durante a glicólise

anaeróbica, não se perde no organismo porque, quando o oxigênio estiver

novamente disponível, o ácido lático poderá ser reconvertido em glicose ou

utilizado diretamente como fonte de energia. A maior parte dessa reconversão

ocorre principalmente no fígado, mas pequena quantidade também pode ocorrer

em outros tecidos.

Emprego do Ácido Lático pelo Coração como Fonte de Energia. O músculo

cardíaco é especialmente capaz de converter o ácido lático em ácido pirúvico e

então empregar o ácido pirúvico como fonte de energia. Esse processo ocorre principalmente durante a realização de exercícios pesados, quando grandes

quantidades de ácido lático são liberadas para o sangue pelos músculos esqueléticos e consumidas como forma extra de energia pelo coração.

Liberação de Energia da Glicose pela Via da Pentose Fosfato

Em quase todos os músculos do organismo, essencialmente todos os

carboidratos utilizados como fonte de energia são degradados em ácido pirúvico,

por meio da glicogenólise e então oxidados. No entanto, esse esquema glicolítico não é o único meio pelo qual a glicose pode ser degradada e utilizada para fornecer energia. O segundo mecanismo importante para a quebra e oxidação da

glicose é chamado via da pentose fosfato (ou via do fosfogliconato), que é responsável por até 30% da quebra da glicose no fígado e até mesmo mais do

que isso, nas células adiposas.

Essa via é especialmente importante, porque pode fornecer energia

independente de todas as enzimas do ciclo do ácido cítrico e, consequentemente, é via alternativa para o metabolismo energético, quando algumas anormalidades

enzimáticas ocorrem nas células. Ela apresenta capacidade especial para

fornecer energia para diversos processos de síntese celular.

Liberação de Dióxido de Carbono e Hidrogênio pela Via da Pentose

Fosfato. A Figura 68-8 mostra a maioria das reações químicas básicas da via da

pentose fosfato. Ela demonstra que a glicose, durante diversos estágios da conversão, pode liberar uma molécula de dióxido de carbono e quatro átomos de

hidrogênio, com a resultante formação de açúcar com cinco carbonos, d-ribulose.

Essa substância pode mudar, progressivamente, em diversos outros açúcares

com cinco, quatro, sete e três carbonos. Finalmente, diversas combinações desses açúcares são capazes de ressintetizar a glicose. Entretanto, apenas cinco

moléculas de glicose são ressintetizadas para cada seis moléculas de glicose que

entram inicialmente nas reações. Ou seja, a via da pentose fosfato é um processo

cíclico em que a molécula de glicose é metabolizada para cada revolução do ciclo. Assim, com a repetição contínua do ciclo, toda a glicose pode eventualmente ser

convertida em dióxido de carbono e hidrogênio, e o hidrogênio pode entrar na via

da fosforilação oxidativa para formar ATP; na maioria das vezes, no entanto, é utilizada para a síntese de lipídios ou de outras substâncias, como veremos a seguir.

Figura 68-8. Via da pentose fosfato para o metabolismo da glicose.

 

Emprego do Hidrogênio para Sintetizar Gordura; a Função da Nicotinamida

Adenina Dinucleotídeo Fosfato. O hidrogênio liberado durante o ciclo da

pentose fosfato, não se acopla com a NAD+ como na via glicolítica, mas se acopla

com a nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP+), que é quase idêntico

à NAD+, exceto por radical fosfato extra, P. Essa diferença é extremamente

significativa, porque só o hidrogênio ligado à NADP+ na forma de NADPH pode

ser utilizado para a síntese lipídica, a partir dos carboidratos (como discutido

no Capítulo 69) e para a síntese de algumas outras substâncias.

Quando a via glicolítica, para utilização de glicose, é lentificada devido à

inatividade celular, a via da pentose fosfato continua em funcionamento

(principalmente no fígado) para fazer a degradação de qualquer excesso de glicose que continue a ser transportado para dentro das células e a NADPH fica

abundante, de modo a ajudar na conversão da acetil-CoA, também derivada da glicose, em ácidos graxos de cadeia longa. Essa é uma outra maneira pela qual a

energia na molécula da glicose é usada, além da formação de ATP — nessa circunstância, para a formação e armazenamento de lipídios no corpo.

Conversão da Glicose em Glicogênio ou Gordura

Quando a glicose não é imediatamente requerida como fonte de energia, a

glicose extra, que penetra continuamente nas células, é armazenada sob a forma de glicogênio ou convertida em lipídios. A glicose é preferencialmente

armazenada como glicogênio, até que as células tenham armazenado quantidades suficientes para fornecer energia para as necessidades do

organismo, por período de apenas 12 a 24 horas.

Quando as células que armazenam o glicogênio (primariamente, células

hepáticas e musculares) chegam perto da saturação com glicogênio, a glicose

adicional é convertida em lipídios, no fígado e nas células adiposas, e armazenada sob a forma de gordura nas células adiposas. Outras etapas da

química dessa conversão são discutidas no Capítulo 69.

Formação de Carboidratos a partir de Proteínas e Gorduras — “Gliconeogênese”

Quando as reservas de carboidratos do organismo caem abaixo da normal,

quantidades moderadas de glicose podem ser formadas a partir de aminoácidos e

da porção glicerol dos lipídios. Esse processo é chamado gliconeogênese.

A gliconeogênese é especialmente importante na prevenção de redução

excessiva da concentração de glicose no sangue durante o jejum. A glicose é o substrato primário de energia, em tecidos como o cérebro e as hemácias, e quantidades adequadas de glicose devem estar presentes no sangue por diversas

horas, entre as refeições. O fígado desempenha papel fundamental na

manutenção dos níveis de glicose sanguínea durante o jejum ao converter seu glicogênio armazenado em glicose (glicogenólise) e ao sintetizar a glicose, princi‐

palmente a partir do lactato e de aminoácidos (gliconeogênese).

Aproximadamente 25% da produção de glicose hepática derivam da

gliconeogênese, ajudando a manter o fornecimento estável de glicose para o

cérebro. Durante jejum prolongado, os rins também sintetizam quantidades

consideráveis de glicose, a partir de aminoácidos e de outros precursores.

Cerca de 60% dos aminoácidos nas proteínas do corpo podem ser facilmente

convertidos em carboidratos; os restantes 40% apresentam configurações

químicas que dificultam ou impossibilitam essa conversão. Cada aminoácido é

convertido em glicose por meio de processo químico ligeiramente diferente. Por

exemplo, a alanina pode ser convertida direto em ácido pirúvico, simplesmente

pela desaminação; o ácido pirúvico é então convertido em glicose ou glicogênio

armazenado. Diversos dos aminoácidos mais complicados podem ser convertidos

em açúcares diferentes, contendo três, quatro, cinco ou sete átomos de carbono;

eles podem então entrar na via do fosfogluconato e, eventualmente, formar

glicose. Assim, por meio da desaminação com diversas interconversões simples,

muitos dos aminoácidos podem tornar-se glicose. Interconversões similares

podem transformar o glicerol, em glicose ou em glicogênio.

Regulação da Gliconeogênese

A diminuição do nível celular dos carboidratos e da glicose sanguínea são os

estímulos básicos que aumentam a intensidade da gliconeogênese. A diminuição

dos carboidratos pode reverter diretamente muitas das reações glicolíticas e de

fosfogluconato, permitindo assim a conversão de aminoácidos desaminados e

glicerol em carboidratos. Além disso, o hormônio cortisol é especialmente

importante nessa regulação, como descrito nas seções seguintes.

Efeito da Corticotropina e dos Glicocorticoides sobre a Gliconeogênese.

Quando quantidades normais de carboidratos não estão disponíveis para as

células, a adeno-hipófise, por motivos que ainda não foram completamente

esclarecidos, começa a secretar quantidades aumentadas do hormônio

corticotropina. Essa secreção leva o córtex adrenal a produzir grandes

quantidades de hormônios glicocorticoides, em especial o cortisol. Por sua vez, o

cortisol mobiliza proteínas essencialmente de todas as células do organismo,

disponibilizando-as sob a forma de aminoácidos nos líquidos corporais. Elevada

proporção desses aminoácidos é de imediato desaminada no fígado e fornece

substratos ideais para a conversão em glicose. Assim, um dos métodos mais

importantes para promoção da gliconeogênese é a liberação de glicocorticoides

do córtex adrenal.

Glicose Sanguínea

A concentração sanguínea normal de glicose de pessoa em jejum nas últimas 3

ou 4 horas, é cerca de 90 mg/dL. Depois de refeição rica em carboidratos, esse

nível raramente se eleva acima de 140 mg/dL, a menos que essa pessoa seja

portadora de diabetes melito, condição que será discutida no Capítulo 79.

A regulação da concentração da glicose sanguínea está intimamente

relacionada aos hormônios pancreáticos, insulina e glucagon; esse assunto é

discutido detalhadamente no Capítulo 79, em relação às funções desses hormônios.

 

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CAPÍTULO 69

 

Metabolismo dos Lipídios

 

Diversos compostos químicos nos alimentos e no organismo são

classificados como lipídios. Entre eles se encontram (1) gordura neutra,

também conhecida como triglicerídeos; (2) fosfolipídios; (3) colesterol;

além de (4) alguns outros de menor importância. Quimicamente, a parte

lipídica básica dos triglicerídeos e dos fosfolipídios é formada por ácidos

graxos, que são simplesmente cadeias longas de hidrocarbonetos ácidos.

Um ácido graxo típico, o ácido palmítico, é o seguinte: CH (CH ) COOH. 3 2 14

Apesar de o colesterol não apresentar ácidos graxos na sua fórmula, seu

núcleo esterol é sintetizado a partir de partes de moléculas de ácidos graxos,

o que lhe dá, assim, muitas das propriedades físicas e químicas de outros‐

lipídios.

Os triglicerídeos são usados no organismo, principalmente para fornecer

energia para os diferentes processos metabólicos, função que compartilham

quase igualmente com os carboidratos. No entanto, alguns lipídios, especialmente o colesterol, os fosfolipídios e pequenas quantidades de