Funções Metabólicas nos Animais que Hibernam e Estivam

A hibernação  é um mecanismo de sobrevivência utilizado por muitos animais em períodos em que as condições ambientais  se encontram bastante adversas ou ainda quando a quantidade de alimentos disponível é menor do que a necessária para a manutenção da temperatura corporal do animal. Os animais mergulham num estado de sonolência e inatividade, em que as funções vitais do organismo são reduzidas ao absolutamente necessário à sobrevivência.

 A respiração quase cessa, o número de batimentos cardíacos diminui o metabolismo, ou seja, todo o conjunto de processos bioquímicos que ocorrem no organismo restringe-se ao mínimo. Pode-se dizer que qualquer animal que permanece inativo durante muitas semanas, com temperatura corporal inferior à normal, está em hibernação, embora as mudanças fisiológicas que acontecem durante o letargo sejam muito diferentes, de acordo com as diferentes espécies.

Normalmente este fenômeno ocorre em regiões onde existe um inverno rigoroso e escassez de comida, mas existem algumas espécies que dormem na estação quente e seca, porque para elas as maiores ameaças são a alta temperatura e a falta de água. Este caso é conhecido como estivação. Muitos caracóis passam por este estado durante as estações quentes e secas, durante as quais há pouco alimento e a umidade é escassa.

Os morcegos, por exemplo, e algumas espécies de pássaros passam por pequenos períodos diários em que seu metabolismo é reduzido. Este estado é chamado de torpor e tem duração e intensidades moderadas.

Os animais que geralmente mergulham em letargo são os homeotermos. Existem homeotermos, como os ursos, que dormem durante o inverno, mas, como sua temperatura permanece pouco abaixo do normal(entre 30-35oC), não se considera que tenham uma hibernação verdadeira, e sim uma estivação, que nada mais é do que uma hibernação, só que menos profunda, ou seja, o urso pode acordar se algo externo ocorrer. 

Ainda em relação aos ursos, como se mantém o processo de manutenção das proteínas durante o período de estivação? A grande quantidade de nitrogênio produzida pelo metabolismo das proteínas seja eficientemente reincorporada às proteínas, por meio de um processo de produção de amônia a partir da ureia por micro-organismos presentes no trato digestório, sendo a amônia então reabsorvida.

Entre os mamíferos que hibernam verdadeiramente estão o musaranho e o ouriço que cavam sua toca no solo; os esquilos, a marmota, que abrigam-se nos ocos das árvores; o morcego que se acomoda em velhas casas, cavernas e túmulos. A única ave conhecida que hiberna é o noitibó-de-nuttall.



O noitibó-de-nutall (tipo de curiango) é a única espécie de pássaro que realmente hiberna. Ele baixa sua temperatura corporal a até 15,5^oC e pode viver até 100 dias com 10 gramas de gordura corporal armazenada.

Durante a hibernação ou estivação, os primeiros consomem a gordura armazenada; os outros acordam por curtos espaços de tempo para comer e evacuar. Durante o letargo profundo, a temperatura corpórea é apenas 1 ou 2 °C superior à ambiental; o número de batimentos cardíacos varia de 3 a 15 por minuto (na marmota é de 3-4 por minuto comparativamente aos 90-130 batimentos normais); os movimentos respiratórios são de 2 a 5 por minuto, menos de um décimo do número normal; o consumo de oxigênio reduz-se à vigésima parte do normal e o metabolismo, à trigésima.

Para hibernar, os animais precisam se preparar. Alguns animais fazem estoques de alimentos em suas tocas e, vez ou outra durante o inverno, despertam brevemente para se alimentar. Outros animais fazem esse estoque de energia na forma de gordura corporal. E, por fim, há aqueles que usam as duas técnicas combinadas.

Outra etapa da preparação para o período de dormência, seja hibernação ou estivação, é a escolha do local ou hibernáculo. Alguns animais, como os ursos, escolhem cavernas rasas para hibernar de forma a ficar abrigados (o que ajuda a manter a temperatura) e ainda assim perceber as mudanças do clima (para saber a hora de despertar). Esquilos, lêmures e outros animais cavam tocas no solo e a recobrem com folhas, barro e outros materiais isolantes. E algumas espécies de insetos constroem casulos para hibernar.



As tâmias usam suas bolsas expansíveis nas bochechas para transportar grandes quantidades de alimento para seus ninhos, onde o estocam para o inverno.

 

          Durante a hibernação e estivação, o animal passa por um preparo para o estresse oxidativo, produzindo uma quantidade considerável de enzimas antioxidantes para evitar os piores efeitos do despertar. Ocorre uma redução acentuada (de até 90%) na taxa metabólica, associada à diminuição da oxigenação dos tecidos.

Aspectos da Hibernação

A hibernação e estivação são controladas principalmente pelo sistema endócrino. Glândulas no corpo alteram as quantidades de hormônios liberados e podem controlar quase todos os aspectos fisiológicos da hibernação.

· Tireoide - glândula que controla os níveis de metabolismo e de atividade.

· Melatonina - hormônio que controla o crescimento de pelagens no inverno.

· Pituitária - glândula que controla o acúmulo de gordura, a frequência de batimentos do coração e a frequência respiratória, bem como as funções metabólicas.

· Insulina - hormônio que regula a quantidade de glicose (açúcar) que o animal necessita.

Quando um mamífero entra em hibernação, torna-se meio parecido com um animal de sangue frio. Sua temperatura corporal irá variar dependendo da temperatura circundante. No entanto, há uma temperatura mínima, conhecida como ponto de solidificação. Quando a temperatura do corpo do mamífero atinge o ponto de solidificação, o metabolismo reage e queima algumas reservas de gordura. Isso gera alguma energia, que por sua vez é usada para .Animais maiores têm um ponto de solidificação mais alto. Se eles deixarem sua temperatura cair muito, isso irá exigir uma enorme quantidade de energia para se aquecer novamente.

Várias outras coisas ocorrem quando um animal está hibernando ou estivando:

· O ritmo cardíaco cai a até 2,5% de seu nível normal. O ritmo cardíaco de uma tâmia diminui para 5 batidas por minuto em vez das 200 normais.

· A frequência respiratória cai de 50% a 100% (sim, 100%). Alguns animais param de respirar completamente. Alguns répteis atravessam seu período de hibernação sem respirar e mesmo mamíferos mostraram capacidade de sobreviver com suprimentos de oxigênio bem reduzidos.

· A consciência é muito diminuída e varia conforme a espécie, mas muitos animais em hibernação ficam completamente esquecidos de seu ambiente, sendo quase impossível despertá-los. Se você fosse despertar um animal hibernando no meio do inverno, talvez o matasse. Ele usaria tanta energia para despertar que não teria chance de fazer isso na primavera, mesmo se pudesse reentrar em hibernação.

A rã da areia usa suas pernas posteriores para se entocar na areia, onde hiberna durante o inverno da África do Sul.

 

Épocas diferentes para Hibernar ou Estivar

Diferentes espécies de animais hibernam e estivam em épocas diferentes e cada espécie tem uma forma diferente de saber quando é a hora certa. A hibernação é regulada mais diretamente pela temperatura. Quando esfria, os animais se preparam para hibernar e quando esquenta, eles despertam, na estivação ocorre o inverso. Consequentemente, os períodos de hibernação e estivação podem variar dependendo do clima. Um verão indiano e um descongelamento antecipado resultam em uma hibernação muito curta.

Algumas espécies mantêm uma observação cuidadosa em seus suprimentos de comida. Quando eles mínguam, o animal sabe que é hora de apanhar tudo o que sobrou e se recolher para o inverno. O fotoperíodo (a duração do dia) provoca a hibernação para outros.

Mesmo que um animal não tenha ideia de qual é a temperatura externa, de quão cedo o sol se põe ou qual é a situação atual dos suprimentos de comida, muitos ainda entrarão em estado de hibernação na mesma época a cada ano. Experiências sob essas condições comprovaram que algumas espécies entram automaticamente em hibernação na época apropriada, guiadas por um "calendário" biológico interno. Esses ritmos circanuais não são totalmente compreendidos, mas todos os animais são afetados por eles, mesmo os humanos. Animais que entram em torpor diário, por outro lado, depende dos ritmos circadianos, a versão diária.

Como a gordura é armazenada

A gordura corporal normal é branca. Quando "queimada", ela é decomposta através de etapas intermediárias em combustível para provocar calafrios que, por sua vez, produzem calor corporal conforme os músculos são exercitados. A gordura marrom pode ser oxidada diretamente pelas mitocôndrias das células - As mitocôndrias da gordura marrom, como não sintetizam ATP, vão dissipar a energia da oxidação sob a forma de calor-. Essa reação química produz calor diretamente, sem etapas intermediárias e sem calafrios. O temo científico para o processo é termogênese.

 

· Células de gordura branca são grandes células que possuem um minúsculo citoplasma, apenas 15% do volume da célula, um pequeno núcleo e uma grande gota de gordura que ocupa 85% do volume da célula.

 

· As células de gordura marrom  são um pouco menores, possuem muitas mitocôndrias e são compostas de diversas gotas pequenas de gordura. A mitocôndria é capaz de gerar calor.

 

Visão de corte transversal de sua pele. A gordura está na camada subcutânea, que é ricamente abastecida pelos vasos sangüíneos.

Os quilomícrons - grandes partículas produzidas pelas células intestinais, compostas de cerca de 85 a 95% de triglicerídeos de origem da dieta (exógeno), pequena quantidade de colesterol livre e fosfolipídios e 1 a 2% de proteínas- não duram muito na corrente sanguínea - apenas cerca de oito minutos - por causa das enzimas chamadas lipases de lipoproteína quebrando as gorduras em ácidos graxos. Lipases de lipoproteína são encontradas nas paredes dos vasos sanguíneos no tecido adiposo, tecido muscular e músculo cardíaco. A atividade das lipases de lipoproteína dependem dos níveis de insulina no corpo. Quando a insulina é alta, então as lipases são altamente ativas; se a insulina é baixa, as lipases são inativas



Como a célula de gordura armazena gordura e converte glicose e aminoácidos em gordura.

 

 

Conversão de energia durante períodos prolongados de jejum

Os pesquisadores dividem o período em três fases ou estágio, como mostrado na figura a seguir:

Karasov, W. H. & Martinez del Rio, C. Physiological Ecology. Princeton University Press, 2007

O estágio 1 ocorre nas primeiras horas de privação alimentar. Nesse estágio, as reservas de glicogênio hepático são mobilizadas. A glicogenólise (quebra do glicogênio produzindo moléculas de glicose livres) nesse momento serve como uma forma de defesa dos níveis normais de glicose no sangue (em humanos está entre 70-110 mg/dl), o que é especialmente importante para a manutenção do funcionamento de órgãos e sistemas glico-dependentes, como o sistema nervoso por exemplo. Ainda nesse estágio inicia-se a oxidação dos estoques de lipídeos (β-oxidação), mas o catabolismo das proteínas ainda é reduzido.

 Com o decorrer do tempo, as reservas de glicogênio estão quase completamente exauridas e o sistema nervoso precisa encontrar glicose para manter-se em funcionamento. Inicia-se então o estágio 2, em que a glicose passa a ser formada por gliconeogênese a partir do glicerol, de proteínas e de corpos cetônicos, os quais são produzidos pelo metabolismo dos lipídeos. A elevação dos níveis sanguíneos de corpos cetônicos tem um efeito negativo no balanço ácido-base sanguíneo. Em relação ao catabolismo das proteínas, este permanece reduzido. Entretanto, pequenas quantidades de proteínas são continuamente degradadas tanto para produzir glicose para o sistema nervoso como para produzir os intermediários do Ciclo de Krebs.

Quando as reservas de lipídeos estão praticamente esgotadas, a demanda de energia do sistema nervoso necessita de uma nova fonte de glicose. Inicia-se então o estágio 3, em que a glicose é formada pela gliconeogênese a partir das proteínas, o que eleva os níveis plasmáticos de nitrogênio.

De forma geral, o esquema acima pode variar entre diferentes espécies. Por exemplo, algumas aves migratórias iniciam o catabolismo de proteínas mais cedo quando em jejum.

Bibliografia:

Karasov, W. H. & Martinez del Rio, C. Physiological Ecology. Princeton University Press, 2007
 

http://ciencia.hsw.uol.com.br/hibernacao4.htm  <Acessado 05 de Novembro 2010> 

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hibernação < Acessado 05 de Novembro 2010> 

http://www.ebah.com.br/adaptacao-hibernacao-doc-a37538.html < Acessado 07 de Novembro 2010> 

http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=3927&bd=1&pg=3&lg < Acessado 07 de Novembro 2010> 

http://www.gforum.tv/board/1643/289835/hibernacao.htm <Acessado 10 de Novembro 2010>