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A Vida Com Pouco Oxigênio: O Que Alguns Animais Fazem Para Suportar a Falta de Oxigênio Sem Danificar o Cérebro

A Vida Com Pouco Oxigênio: O Que Alguns Animais Fazem Para Suportar a Falta de Oxigênio Sem Danificar o Cérebro

Alison Alves Ortega, Juliane Midori Ikebara, Silvia Honda Takada, Alexandre Hiroaki Kihara / Universidade Federal do ABC

Vol. 1, N. 16, 26 de Agosto de 2014
DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2014.08.26.004

As ótimas condições do ambiente são diferentes para cada animal; alguns suportam ambientes com frio extremo, outros preferem o calor; para viver em alguns lugares, como no alto de montanhas, ou em desertos, foram necessárias adaptações em alguns animais. O nível de oxigênio é um fator muito importante e que pode alterar rapidamente, causando sérios problemas se o animal não está preparado para esta mudança. Quando a quantidade de oxigênio no cérebro é muito baixa, falamos que está ocorrendo caso de hipóxia (Hypos = pouco; Oxis = oxigênio) (1).

O cérebro humano é composto por muitos bilhões de células, dos mais variados tipos; a mais conhecida são os neurônios, dos quais se acredita que temos cerca de 86 bilhões. Eles são responsáveis pela comunicação entre as várias regiões do cérebro e também com o restante do corpo. A informação é transmitida no interior do neurônio por substâncias chamadas neurotransmissores, os quais são passados de neurônio em neurônio até seu destino final.

Se o nosso cérebro ficar sem oxigênio por mais de alguns minutos podem ocorrer danos irreversíveis e até levar a morte de alguns neurônios. Cerca de 20% do oxigênio consumido pelo nosso corpo é utilizado no cérebro, sendo que a maior parte dele é usada para produzir ATP (adenosina trifosfato), nucleotídeo responsável por armazenar energia em suas ligações químicas. O ATP é fundamental para vários processos neuronais ocorrerem, como o transporte de íons e a recaptação de neurotransmissores; portanto, na falta do ATP, neurônios começam a falhar. Com esta falha, alguns neurotransmissores são liberados, como o glutamato e a dopamina, aumentando muito suas quantidades próximas a outras células, o que pode levar à morte das células ao redor dos neurônios sem oxigênio.

No entanto, existem diferenças entre os animais e alguns suportam ficar sem oxigênio mais tempo do que outros. Alguns animais estudados tem a capacidade de suportar baixos níveis de oxigênio, como o rato-toupeira-pelado, que passa a vida toda em baixas quantidades de oxigênio, a tartaruga-de-água-doce e os esquilos árticos, os quais vivem com baixo oxigênio durante parte do ano; já algumas focas e baleias ficam com pouco oxigênio quando precisam mergulhar. Os estudos com estes animais podem auxiliar na compreensão de como cada um está adaptado para seu tipo de vida e também para terapias em doenças em humanos, como os acidentes vasculares encefálicos (AVEs) e epilepsia. Um resumo das diferentes estratégias utilizadas pelos diversos animais citados para contornar os problemas decorrentes da falta de oxigênio está esquematizado na Figura 1.

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Figura 1: Representação esquemática de diferentes espécies de seres vivos e suas estratégias para minimizar os danos decorrentes da falta de oxigênio. Maior tempo sem oxigênio: refere-se ao período máximo sem oxigênio em que não há lesões encefálicas ou estas são mínimas.

Estudos mostraram que a tartaruga-de-água-doce (Trachemys scripta) pode suportar até semanas sem oxigênio durante sua hibernação no inverno, sem que haja extensa perda neuronal. A hibernação é um modo de economizar energia, diminuindo consumo de alimentos e água e também baixando o fluxo sanguíneo, a temperatura do corpo, os batimentos cardíacos e o metabolismo. Ao diminuir o metabolismo, o consumo de oxigênio é reduzido. A tartaruga, sem perceber, sinaliza aos seus neurônios para que eles utilizem o mínimo de energia e oxigênio possível, resistindo melhor ao período de anóxia, quando não há oxigênio disponível.

Foi notado que ocorrem diversas reações dentro do cérebro da tartaruga-de-água-doce na ausência de oxigênio. Uma delas é o aumento de GABA (Ácido gama-aminobutírico), um neurotransmissor geralmente com ação inibitória, que, neste caso auxilia inibindo a liberação de glutamato, outro neurotransmissor, mas excitatório, diminuindo a sensibilidade do neurônio e tornando mais difícil o início de um impulso elétrico, em anóxia precoce. Já em casos prolongados temos em conjunto a ação da adenosina, que afeta os canais de glutamato e também diminui a liberação de dopamina.

Além disso, foi notado aumento de antioxidantes, proteínas que protegem os neurônios da morte (apoptose), fatores que atuam no choque térmico, dentre outros. Este último começa a aumentar juntamente com a diminuição da temperatura, decorrente do inverno, período em que as tartarugas irão hibernar e passar por anóxia. Desta forma, a baixa temperatura auxilia na proteção contra a falta de oxigênio. Esses fatores ajudam também quando a tartaruga sai da hibernação e volta a respirar normalmente.

Quando foram comparadas tartarugas que ficaram sem oxigênio em laboratório e outras que tinham níveis normais de oxigênio foi visto que, após longa hibernação, os animais apresentavam alguns danos no cérebro. Os cientistas tentaram então verificar se, em caso de doença que deixasse o animal sem oxigênio, esses danos ao cérebro seriam minimizados com o tempo e foi visto que sim. Desta forma, concluiu-se que os animais que realizam a hibernação resistem melhor a doenças que causam falta de oxigênio no cérebro.

O esquilo-do-ártico, mesmo quando não está hibernando, tolera a falta de oxigênio melhor que espécies que não hibernam. Portanto, sua tolerância à falta de oxigênio é natural da sua espécie, ou seja, ocorre independentemente da época de hibernação. Curiosamente, esquilos de terra tem menor tolerância à falta de oxigênio durante o verão, enquanto em esquilos-do-ártico vemos menor tolerância durante o inverno. Em outras espécies, a hibernação aumenta a tolerância à falta de oxigênio, pois na hibernação há um abaixamento da temperatura do corpo, e esta temperatura mais baixa ajuda a proteger as células da falta de oxigênio e da morte.

É sugerido que as grandes reservas de energia que os esquilos-do–ártico possuem contribuem substancialmente para sua resistência à falta de oxigênio. Em época de hibernação, o esquilo permanece com pouco oxigênio por longo período e, quando retorna, não apresenta sequelas no cérebro por melhor suportar componentes tóxicos que são liberados no cérebro durante a falta de oxigênio.

O rato-toupeira-pelado, escavador de terra assim como o esquilo, também é mais tolerante à falta de oxigênio, mostrando que espécies que escavam a terra normalmente suportam a falta de oxigênio por maiores períodos. O nível de oxigênio em suas tocas é muito baixo durante a vida toda, que pode ser de mais de 30 anos. Neste caso, foi observado que as hemoglobinas, proteínas que carregam oxigênio no sangue, conseguem captar muito mais oxigênio do que em outras espécies. Estudos realizados em laboratório mostraram que o cérebro do rato-toupeira-pelado é mais resistente à falta de oxigênio do que o rato comum e também a recuperação após a hipóxia é maior nestes animais. Foi também observado que a tolerância à falta de oxigênio até que os neurônios parassem de funcionar, nos ratos comuns, era de 3 minutos e meio, em média, enquanto nos ratos-toupeira-pelados levava mais de 13 minutos; além disso, o rato-toupeira-pelado apresenta menor acúmulo de cálcio, o qual, em grandes concentrações, é lesivo aos neurônios. Muitos estudos já mostraram que recém-nascidos suportam melhor a hipóxia do que adultos, desta forma as pesquisas buscaram as alterações entre ratos recém-nascidos e adultos e rato-toupeira-pelado. Foram encontradas diferenças na quantidade de algumas subunidades de receptores do glutamato, neurotransmissor excitatório que, quando em grande quantidade pode ser tóxico ao neurônio. Além disso, muitas outras características juvenis, típicas de recém-nascidos, foram encontradas no rato-toupeira-pelado adulto, como a falta de pelos, má regulação da temperatura corporal, forte ligação da hemoglobina ao oxigênio, entre outras.

Já em alguns animais que vivem na água, como focas e baleias, existem reservas de oxigênio dentro do corpo, para que seja produzida energia mesmo quando ficam muito tempo embaixo da água, conseguindo suportar baixos níveis de oxigênio no sangue, o que mamíferos terrestres não são capazes de suportar.

Uma diferença de animais que vivem na água é que apresentam um maior número de vasos sanguíneos pequenos na proximidade dos neurônios, o que facilita a chegada de oxigênio nestas células, além uma proteína, chamada neuroglobina, que protege contra a falta de oxigênio. A neuroglobina é mais encontrada em focas do que em outros animais, tornando-as mais resistentes à falta de oxigênio. Nas baleias, esta proteína parece guardar oxigênio dentro dos neurônios. Assim, a neuroglobina atua contra a falta de oxigênio tanto em focas como em baleias, mas de modo diferente. Além disso, o cérebro de mamíferos que vivem na água tem uma capacidade maior de produzir energia quando não há oxigênio.

Desta forma, vemos que existem várias formas de proteger o cérebro contra a falta de oxigênio, sendo as com maior destaque: 1) melhoria na chegada de oxigênio aos neurônios, como vimos nos animais que vivem na água, que possuem vasos sanguíneos pequenos; 2) diminuição no gasto de energia; 3) capacidade de produzir energia mesmo sem oxigênio; 4) maior número de proteínas que protegem contra a morte celular; e 5) maior capacidade de restauração dos danos, depois que o animal volta a respirar normalmente.

Referências

1. Larson J, Drew KL, Folkow LP, Milton SL, Park TJ No oxygen? No problem! Intrinsic brain tolerance to hypoxia in vertebrates. The Journal of Experimental Biology 2014;217:1024-1039

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  1. Como funciona o cerebro das tartarugas?

    23/março/2015 ás 14:06

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