Os desafios osmoticos dos ambientes aquático e terrestre

Aula 02Silvia Mitiko Nishida

INVERTEBRADOSINVERTEBRADOS

Aquáticos e Terrestres

A maioria dos invertebrados marinhos são isosmóticos em relação ao mar. Não enfrentam o movimento osmótico de água, mas precisam regular a composição de solutos, que é diferente daquela do mar.

Libinia emarginata

AMBIENTE MARINHO

Os invertebrados marinhos são, na maioria, ISOSMOTICOS em relação à água do mar. Entretanto, precisam regular determinados tipos de íons como o Mg++ e o SO4

- -

Cátions AnionsNa Mg Ca K Cl SO4 Proteína

s

Água marinha 478,3 54,5 10,5 10,1 558,4 28,8 -

Medusa 474 53,0 10,0 10,7 580 15,8 0,7

Ouriço do mar 474 53,5 10,6 10,1 557 28,7 0,3

Lula 456 55,4 10,6 22,2 578 8,1 150,0

Caranguejo (Maia)

488 44,1 13,6 12,4 554 14,5 -

Caranguejo (Carcinus)

531 19,5 13,3 12,3 557 16,5 60

Lagosta 541 9,3 11,9 7,8 552 19,8 33

mM/Kg de água

Já vimos que a variação de volume celular é indesejável. Uma tática é a de adicionar e remover, controladamente, osmólitos nos fluidos corporais.

Os eletrólitos (Na+ ou K+) não são desejáveis porque afetam a velocidade das reações enzimáticas mas solutos orgânicos e neutros como aminoácidos (glicina, alanina, etc.) e outros osmólitos (betaina, TMAO) são muito uteis.

Soluto Adicionado (M)

Km (u

m)

40

80

120

160

200

0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0

Lis

Arg

K

K

Na

Na

Glicina

BetainaTMAO

A medusa precisa manter os níveis de SO4 mais baixos do que meio para garantir a flutuabilidade, ou seja, regular a densidade do corpo. Ele é um regulador iônico e, ao mesmo tempo, osmoconformador.

E precisa eliminar magnésio que competem com o cálcio.

Por que 1Kg de cortiça flutua mas 1 Kg de aço, não?

Porque mesmo tendo a mesma massa, a cortiça ocupa um volume muito maior, ou seja, a densidade (massa/volume) da cortiça é menor do que a do líquido circundante e, a densidade do aço maior.

O nosso corpo é um pouco menos denso do que da água porque há ar nos pulmões e presença de gordura na nossa constituição, flutuamos com facilidade.

Regulação hiperosmótica

Osmocoformador Entre 200 e 650 mOsm/Kg, o Upogebia é osmorregulador hiperosmotico e o Callianassa, osmoconformador.

Acima de 650mOsm/Kg, o Upogebia torna-se conformador usando a glicina como osmolito.

Por onde ocorrem as trocas (obrigatórias ou reguladas) de solventes e de soluto?Epitélio de RevestimentoBrânquiasPeleNefrídiosTrato gastrintestinal

0,5

1,7

0,7

1,5

1,5

0,0 0,0

Animal Na (mM) K (mM) Cl (mM) Cosm (mOsm)

MoluscoPomacea

55,7 3,0 52,0 139

AnelideoLumbricus

75,6 4,0 42,8 299

CrustaceoEriocheir

309,0 5,7 279,0 636

Os invertebrados de água doce são hiperosmóticos e hipertônicos em relação ao meio circundante: SÃO OSMOREGULADORES E IONOREGULADORES ATIVOS.

AMBIENTE DE ÁGUA DOCE

Todos esses animais ganham água osmoticamente pois a água doce é bastante diluída em relação aos fluidos corporais. O excesso de água é eliminado na urina e como

conseqüência, o fluxo urinário é bastante elevado quando comparado com os invertebrados marinhos. A eliminação de água acaba arrastando íons e a urina e o

balanço de sais é compensado por mecanismos ativos de captação.

Eriocheir sinensis (caranguejo mitene-chines)Os adultos vivem em água-doce mas na época da reprodução precisam ir até os estuários para a desova. As larvas migram depois para os rios.

O caranguejo chinês é osmorregulador e regulador iônico na água doce.

Transitando entre os dois ambientes: água doce e salobra

O PREÇO PELA CONSUISTA DO AMBIENTE TERRESTRE

Quanto menor em tamanho maior a perda evaporativa de água

AMBIENTE TERRESTRE

Quanto mais quente o ambiente, maior a taxa evaporativa

O grande desafio: ser pequeno, viver no ambiente seco e quente...que soluções adaptativas seriam necessárias?

Animais de pele úmida Animais de superfície seca e encerada

Barreira tegumentar contra as perdas evaporativas

ARTROPODOSNão possuem nefrídios;

A osmolaridade dos fluidos corporais é regulada no intestino posterior.

Produzem fezes secas.

TÚBULOS DE MALPIGHIDerivados o TGI que exercem funções osmorreguladoras

VERTEBRADOS AQUÁTICOS

Peixes Marinhos e Dulcícolas

Vertebrados Aquáticos

Rim funcional das lampreias,Peixes e anfíbios

Rim funcional dosrépteis, aves e mamíferos

1.000.000 nefrons em cada rimCapacidade ampla de diluir e concentrar a urina

RIM DE MAMÍFERO

Os teleósteos são osmorreguladores hiposmóticos e ionoreguladores.

AMBIENTE MARINHO

Osmolaridade da água doce

Todos os peixes de água doce são osmorreguladores hipeorsmóticos e ionorrguladores

AMBIENTE ÁGUA DOCE

TELEÓSTEO MARINHO

MARNa+ 460 mMCl- 540 mM

1000 mOsm

FLUIDO CORPORALNa+ 180 mMCl- 160 mM

337 mOsm

TELEÓSTEO DE ÁGUA DOCE

ÁGUA DOCENa+ 0.3 mMCl- 0.28 mM

1.0 mOsm

FLUIDO CORPORALNa+ 142 mMCl- 107 mM

293 mOsm

Concentração Água

doce

Mar Agnatas Elasmob.

Marinhos

Teleósteos marinhos

Teleósteos Dulcicolas

Na+ (Mm) 0,3 460 554 269 180 142

K+ (Mm) 0,02 10 6,8 4,3 4 2

Ca2+ (Mm) 0,2 10 8,8 3,2 3 6

Mg2+ (Mm) 0,45 53 23,4 1,1 1 3

Cl- (Mm) 0,28 540 532 258 160 107

Urea (Mm) - - 3 376 8 -

TMAO (Mm) - - - 78 - -

Osmolaridade (mOsm)

1 1000 1002 1075 337 293

osmoconformador osmoconformer Osmoregulador Osmoregulador

Mecanismo de concentração urinária

Vertebrados Terrestres

Existe um compromisso funcional entre o uso de uma estrutura como órgão de trocas gasosas e a troca obrigatória de solutos e água através desta...

Alta permeabilidade aos gases respiratórios

Alta permeabilidade aos solutos e a água

Tanto a pele dos anfíbios quanto as brânquias dos peixes estão envolvidas no transporte ativo de sais.

O volume de sangue que perfunde as brânquias diminui quando a demanda respiratória cai... Por quê?

Quanto menor o tamanho do corpo, maior será a perda de água

2. Produzir uma urina menos volumosa e mais concentrada do que o plasma

3. Condensar o ar expirado saturado de vapores de água

4. Excretar resíduos nitrogenados menos solúveis em água

5. Conciliar os mecanismo de termorregulação (transpiração) e de osmorregulação

(poupança de água)

6. Adotar estratégias comportamentais que minimizam as perdas de água

7. Possuir um tegumento seco

8. Aproveitar a água metabólica

9. Produzir fezes secas

Como minimizar as perdas obrigatórias de água no ambiente terrestre?

Perdas evaporativas cutâneas

EXPERIMENTE!

a) Molhe a superfície do corpo com água.Observe. O que você sentiu?

b) Molhe novamente e agora abane o local.Observe. E agora? Quais são as diferenças?

Entendeu o que significa sensação térmica?T= 2º C e vento está a 40 km/hA sensação térmica será como T = -13º C!! A nossa região serrana proporciona-nos isso

Xenopus laevis

Hyla cinerea

Scaphiopus holbrooki

Os anfíbios anuros possuem “grau de terrestrialidade relativa”

Anuros apresentam uma postura típica em situações de desidratação.

Algumas espécies produzem um muco seroso, que espalham sobre a pele, reduzindo drasticamente a taxa de perda de água por evaporação.

Algumas espécies adicionam camadas mortas de pele sobre a superfície do corpo durante a estivação (casulo), reduzindo as taxas de perda de água por evaporação.

Suamos o tempo todo mas a sudorese aumenta devido a estimulação simpática (ACh) aumentada; calor

Aumentando-se a velocidade de fluxo aumenta-se a sudorese

Glândulas écrinas: principalmente na palma da mão, pés, axilas e testa. Sem proteínas e gordura. Termorregulação.

Glândulas apócrinas: principalmente axilas e regiões pudendas. Drenam pelos folículos. Ancestrais das glândulas de marcação. Controle SNA simpático (catecolaminas)

Perdas evaporativas pela respiração pulmonar

Experimente!Coloque a palma da sua mão diante do nariz: 5)Inspire e expire pelo nariz 6)Inspire pelo nariz e expire pela boca

Qual seria a forma mais econômica de perder água durante a respiração?

Expirar pela boca seria uma boa maneira de perder calor?

Os animais que termorregulam ofegando ou suando (sudorese)perdem MUITA água

Por que o focinho do cão está sempre úmido e gelado?

Por que o cão baba quando está ofegando?

As coanas respiratórias são estruturas associadas à conservação de água e calor em endotermos, e aparentemente evoluíram independentemente em aves e mamíferos.

Perda de água evaporativa em animais representativos em condições de deserto

Espécie Perda de água (mg.cm-2.h-1)

Observações

Artrópodes

Eleodes armata 0,20 30oC, 0% u.r.

Hadrurus arizonensis 0,02 30oC, 0% u.r.

Locusta migratoria 0,70 30oC, 0% u.r.

Anfíbios

Cyclorana alboguttatus 4,90 25oC, 100% u.r.

Lepidossauros

Gehyra variegata 0,22 30oC, ar seco

Uta stansburiana 0,10 30oC

Aves

Amphispiza belli 1,48 30oC

Phalaenoptilus nuttallii 0,86 30oC

Mamíferos

Peromyscus eremicus 0,66 30oC

Oryx beisa 3,24 22oC

Homo sapiens 22,32 35oC, despido

Como compensar as perdas de água e de sal?

c)Ingerindo água livre ou dos alimentosd)Economizando a perda de água na urina e nas fezese)Aproveitando a água metabólicaf) Ter uma pele seca

Será que já podemos responder as perguntas sobre o dromedário, o cavalo, o

homem, a gaivota e o rato do deserto?

Os mamíferos (animais homeotérmicos endotérmicos) produzem muito calor durante o exercício muscular!! A hipertermia deve ser evitada e há vários mecanismos:

•Sudorese (seres humanos e cavalos)•Ofegação (cão)•Vasodilatação cutânea •Diminuição do gradiente térmico com o meio, etc.

Após e durante o exercício, a reposição de água e eletrólitos é fundamental para a reposição dos fluidos perdidos com o suor.

Em outras palavras, a termorregulação e a regulação hidroeletrolítica estão intimamente relacionados.

Os dromedários não suam!

Toleram uma perda de água (perdas evaporativas e urina) equivalente a 40% da massa corpórea!

Depois, quando tiverem oportunidade, ingerem até 20 a 25% da massa corpórea em água de uma única vez: toleram grande diluição do plasma!

Adaptações do dromedário

Regulam a temperatura corpórea em 39º C, reduzindo o gradiente térmico com o ambiente.

Possuem um rim poderoso que evita ao máximo a perda de água na urina e desviam a uréia (excreta nitrogenado) para o rúmen.

Produzem fezes secas (45% de umidade)

Porque o cavalo morreu?

Para evitar o choque de calor devido ao exercício extenuante o cavalo tentará eliminar o excesso de calor por: 1. respiração rápida (20%)2. a redistribuição da circulação sanguínea para a pele 3. a transpiração

A respiração dará conta dos 20% e o restante será por perda de 10 a 15 L de fluido corporal por hora, ou seja, intensa sudorese.

A sudorese causará intensa desidratação e perda de eletrólitos, aumento de osmolaridade e perda de volume. Além disso, haverá intensa produção de ácido lático e redução do pH plasmático.

Hipertemia não compensada .

Em outras palavras, o sistemas vitais entram em falência aguda.

Aves e répteis marinhos bebem água do mar para obterem água, mas, são incapazes de eliminar o excesso de sal pelos rins..

Uma rota alternativa, as glândulas de sal eliminam excesso de sal, às custas de energia metabólica.

Os répteis marinhos também usam mesma estratégia.

Adaptações da gaivota: por que ela pode beber água do mar?

Se o naufrago humano ingerisse a água do mar, sofreria:

3)Forte diarréia osmótica que o levaria a uma desidratação4)Aumento de osmolaridade sanguínea sem conseguir eliminar o excesso de sal

Melhor aguardar ser resgatado, privando-se da água marinha.

O ser humano não deve beber água do mar!

1. Estratégias comportamentais: hábito noturno e durante o dia repousa dentro da toca

2. Mecanismo de condensação eficiente do vapor de água do ar expirado

3. Obtém água livre do alimento e água metabólica;

4. Produz leite com concentração elevada de lipídios;

5. Concentra a urina poderosamente (5.500mOsm/l)

6. Elimina um excreta nitrogenado que exige pouco solvente (ácido úrico)

6. Excreta fezes extremamente secas

Adaptações do rato cangurú

Ganhos Perdas

Água metabólica

90% Evaporação 70%

Água livre com o alimento

10% Urina 25%

Ingestão 0% Fezes 5%

+100% -100%

Fontes de ganho e perda de água em um rato canguru

Schmidt-Nielsen (1972)

Se houver uma forma de resfriar o ar exalado, será possível condensar os vapores de água e recuperar parte da água.

Ar inalado

Ar exalado

recuperação

Por isso, no frio apresentamos corisa...e no verão seco, é difícil respirar!O rato cangurú que é noturno, obtem essa vantagem pois a noite no deserto é frio.

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E-book: Endocrines and osmoregulation: a comparative account in vertebrates, Volume 1 Por P. J. Bentley

Vertebrate ecophysiology: an introduction to its principles and applications Por Sidney Donald Bradshaw

The physiological ecology of vertebrates: a view from energetics Por Brian Keith McNab

Dá-lhes Fisiologia! Referencias adicionais