Sistemas Excretor e Nervoso: Fisiologia Animal Comparada

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O aparelho excretor lida com um número de substâncias no metabolismo celular que devem ser expulsas do corpo, pois algumas delas são muito tóxicas, como os resíduos nitrogenados. Outras não são, mas podem representar um problema para o animal, dependendo do seu habitat, como os sais minerais para animais aquáticos. Muitos resíduos metabólicos são excretados através da pele, mesmo em animais altamente evoluídos. No entanto, existem estruturas especializadas na regulação do ambiente interno, que, além de expulsar substâncias tóxicas, controlam os parâmetros de água, minerais e nutrientes no interior do animal. A remoção de nitrogênio ocorre em diferentes formas moleculares, como amônia, ureia ou ácido úrico. A expulsão na forma de amônia envolve a capacidade de captar grandes volumes de água de forma constante, já que a amônia deve ser removida imediatamente e dissolvida em água. Se assim não fosse, o animal morreria. Portanto, os animais que excretam nitrogênio na forma de amônia são aqueles que vivem na água, como os peixes ósseos. Esses animais são chamados amoniotélicos. Tubarões e raias, anfíbios na idade adulta, tartarugas e mamíferos excretam ureia como produto nitrogenado. Esses animais são chamados ureotélicos. A ureia é formada quando os radicais amina se ligam ao carbono. Esta substância, apesar de ser tóxica, pode ser armazenada dentro do animal desde que esteja dissolvida em água. Os animais que precisam limitar as perdas de água, como insetos e répteis, ou que não podem acumular grandes quantidades de água devido ao seu estilo de vida, como as aves, expelem o ácido úrico como resíduo nitrogenado. Esses animais são chamados uricotélicos. Esta substância é expelida em forma sólida e não há perda de água.

O sistema excretor de animais invertebrados diblásticos elimina substâncias nitrogenadas por difusão. Este sistema também é observado em animais triblásticos simples. No entanto, é mais comum a presença de estruturas específicas para desempenhar essa função. Podemos encontrar protonefrídios, metanefrídios, tubos de Malpighi, glândulas verdes e glândulas coxais. Os protonefrídios são estruturas simples encontradas em acelomados ou pseudocelomados. Existem dois tipos de protonefrídios: células-flama, que são grandes células com cílios. Conectam as células do interior do corpo ao exterior por um pequeno canal. Produtos nitrogenados passam de uma célula para outra, até chegarem à célula-flama, que os lança no meio ambiente, graças à corrente criada pelo movimento dos cílios. Solenócitos: são células grandes, flageladas, com um colar. Estão associados a outras células em uma câmara de substâncias nitrogenadas, que são ejetadas para fora através da ação dos flagelos. Os metanefrídios aparecem em anelídeos, moluscos e alguns artrópodes. São tubos enrolados com duas aberturas. Uma das extremidades é o nefrostoma, que está em contato com a cavidade celomática e remove todos os tipos de substâncias dela. No tubo do metanefrídio, chamado nefroduto, há reabsorção de compostos úteis para o animal. As substâncias tóxicas são expelidas para o exterior através do nefróporo. Os tubos de Malpighi (ou túbulos de Malpighi) são estruturas que aparecem em insetos. São túbulos com uma extremidade fechada e outra aberta para a parte final do intestino do animal. Captam substâncias da cavidade interna e as expelem para o intestino. Nesta área, substâncias úteis são reabsorvidas e os resíduos nitrogenados são expelidos para o exterior. As glândulas verdes (ou glândulas antenais) aparecem em crustáceos. Estão localizadas sob as antenas. Consistem em um saco que contém compostos tóxicos, um longo tubo que termina na bexiga, que é uma zona alargada onde se acumulam substâncias nitrogenadas, que são ejetadas através do nefridióporo. As glândulas coxais são estruturas semelhantes às glândulas verdes de crustáceos, que aparecem em aracnídeos. Encontram-se perto da coxa, que são as primeiras articulações das pernas.

Excreção em Vertebrados

Estruturas do corpo podem exercer a função de excreção de substâncias tóxicas. Estas incluem a pele e as glândulas exócrinas, por onde substâncias dissolvidas podem ser despejadas para fora. Além disso, o sistema respiratório, além de CO2 (resíduo metabólico da atividade celular), descarrega, dispersas na umidade do ar, outras substâncias que o corpo não necessita. No entanto, os vertebrados possuem órgãos específicos para a eliminação de substâncias nitrogenadas. Além disso, associado a esta função, como em outros animais, o sistema excretor mantém o ambiente interno constante em relação aos níveis de certas substâncias essenciais à vida. Os órgãos responsáveis pela realização destas funções são os rins. São órgãos pares, formados por túbulos renais. Existem três tipos de estruturas de filtragem:

  • Pronefros: são estruturas que aparecem em embriões de vertebrados. Consistem em um grande número de nefrostomas que se ligam a um tubo maior chamado ureter. O nefróstoma contém um glomérulo, formado por vasos capilares.
  • Mesonefros: aparecem em peixes e anfíbios na fase adulta e em embriões de répteis, aves e mamíferos. O rim é constituído por um grande número de túbulos que, na sua área inicial em contato com o sistema circulatório, possui uma seção expandida chamada cápsula de Bowman. Sobre esta cápsula aparece um nefróstoma atrofiado. A cápsula de Bowman absorve o líquido filtrado dos vasos capilares do glomérulo. Anfíbios, como outros animais, utilizam em conjunto seus rins e glândulas da pele para expelir substâncias tóxicas.
  • Metanefros: aparece nos répteis, aves e mamíferos. O rim é composto por túbulos chamados néfrons. Os néfrons são tubos que estão divididos nas seguintes partes:
    • Cápsula de Bowman: zona inicial alargada, que coleta o líquido que vaza dos capilares glomerulares.
    • Túbulo proximal: uma área tortuosa que realiza a reabsorção de solutos presentes no filtrado e que são necessários para o corpo, de modo a voltarem para o sangue.
    • Alça de Henle: é uma estrutura estreita e curva que concentra o líquido que flui através do néfron. É cercada por vasos sanguíneos.
    • Túbulo contorcido distal: é outra área tortuosa, onde continua a reabsorção de substâncias e aumenta a concentração do fluido.

Flui para o túbulo coletor.

O Papel da Relação com o Ambiente

O ambiente onde os animais vivem está em constante mudança. Muitas destas alterações são detectadas pelos animais através dos órgãos dos sentidos. As mudanças observadas que induzem o desenvolvimento de uma resposta são chamadas estímulos. O estímulo pode vir de dentro do animal, como a fome ou a dor, ou ser produzido no exterior, como alterações de temperatura ou luz. Podem ser produzidos por animais da mesma espécie, como gritos de angústia ou exibições coloridas do sexo oposto, ou produzidos por animais de diferentes espécies, como a produção de odores para marcar território ou sons distintos. A resposta a um estímulo pode ser positiva, se o animal se aproxima do estímulo, ou negativa, se o animal se afasta do estímulo (externa, como uma defesa ou ataque; ou interna, como a produção hormonal). Para detectar esses estímulos, o animal possui órgãos dos sentidos que coletam informações visuais, auditivas, táteis ou químicas, e órgãos-alvo para as respostas adequadas. Os sistemas de coordenação integram as informações recebidas e preparam a resposta a ser realizada pelos órgãos efetores. Estes sistemas de coordenação são o sistema nervoso e o sistema endócrino.

Nos animais com sistema nervoso altamente desenvolvido, existem células de proteção dos neurônios que os alimentam. Essas células formam um arcabouço de apoio e impedem a propagação dos impulsos nervosos para áreas indesejadas. São chamadas de glia. O impulso nervoso transmite a informação de alterações de polaridade na membrana das células, devido à presença de neurotransmissores que alteram a concentração de íons dentro da célula. Em animais pouco desenvolvidos, o impulso nervoso é gerado sem a presença de neurotransmissores. Além disso, as proteínas dentro do neurônio e os íons são carregados negativamente. Essa diferença na concentração de íons também produz uma diferença de potencial entre o exterior e o interior da membrana celular. O valor atingido é de cerca de -70 milivolts (interior negativo em relação ao valor de cargas positivas no exterior). Essa variação entre o exterior e o interior é alcançada pela função da bomba de sódio e potássio (Na+/K+), que gasta ATP. Expulsa três íons de sódio que estavam dentro do neurônio e introduz dois íons de potássio que estavam no exterior. Os íons de sódio não podem voltar a entrar no neurônio, porque a membrana é impermeável ao sódio. Portanto, a concentração de íons sódio no exterior é alta. Além disso, três cargas positivas são perdidas a cada vez que a bomba de Na+/K+ funciona, mas apenas duas cargas de potássio são introduzidas. Isso faz com que o exterior tenha mais cargas positivas que o interior, criando uma diferença de potencial. Diz-se que o neurônio está em potencial de repouso, pronto para receber um impulso nervoso. Quando o impulso nervoso atinge um neurônio em repouso, a membrana é despolarizada, com a abertura de canais de sódio. Como a concentração de sódio é muito alta no exterior, quando os canais de sódio se abrem, a polaridade é invertida, de modo que o interior do neurônio atinge um valor eletropositivo em relação ao exterior. Se a despolarização provoca uma alteração no potencial de 120 mV, diz-se que o interior atingiu o potencial de ação, o que envolve a transmissão de impulsos nervosos para o próximo neurônio, pois cria condições para que o interior da célula seja capaz de secretar o neurotransmissor para a área de contato entre os neurônios. O impulso nervoso segue a lei do tudo ou nada. Isto significa que, se a despolarização da membrana não atingir um potencial mínimo, chamado potencial limiar, não há transmissão de impulso nervoso; mas mesmo que esse potencial seja ultrapassado por muito, o neurônio só envia um impulso nervoso, sempre com a mesma intensidade. Nas sinapses, os neurônios na maioria dos animais não estão fisicamente juntos. Há um pequeno espaço entre elas, a chamada fenda sináptica, para onde o neurotransmissor é liberado da membrana pré-sináptica (a membrana do neurônio que envia impulsos nervosos) para a membrana pós-sináptica (a membrana do neurônio que recebe os impulsos nervosos). O neurotransmissor é a molécula responsável por despolarizar a membrana do neurônio que recebe os impulsos nervosos, abrindo os canais de sódio fechados. Uma vez que o neurônio emite um impulso nervoso, ele deve retornar ao potencial de repouso inicial. Para este fim, a membrana é repolarizada, fechando os canais de sódio que foram abertos com a presença do neurotransmissor. O neurotransmissor é destruído pelas enzimas e o potencial de repouso é atingido pela ação da bomba de Na+/K+.

O Sistema Nervoso

O sistema nervoso é um sistema de coordenação. Coleta as informações recebidas pelos sentidos, processa-as e produz a resposta adequada a ser executada pelos órgãos efetores. O sistema nervoso gera respostas rápidas, transmitindo impulsos nervosos aos músculos (lisos ou estriados), produzindo um movimento. Este movimento pode ser aplicado a ossos e órgãos internos, como o coração ou as vísceras, ou a glândulas. O sistema nervoso consiste em um conjunto de células que estão conectadas através de sinapses para transmitir informações de uma para outra. Essas células são chamadas neurônios. O neurônio é a unidade estrutural e funcional do sistema nervoso. Sua estrutura pode ser distinguida em:

  • O corpo celular, que é a área mais vasta. Aqui estão quase todas as organelas celulares.
  • As dendrites, que são extensões do corpo celular. Elas tendem a ser numerosas. Elas se conectam com outros neurônios e são responsáveis por receber os impulsos nervosos.
  • Os axônios, que são prolongamentos do corpo celular. Normalmente, ocorre um para cada neurônio, embora possa se ramificar na zona final. O axônio envia um impulso nervoso para outro neurônio ou órgão efetor.

De acordo com a função que desempenham, os neurônios podem ser classificados em:

  • Sensoriais: se recebem informações e as transferem para o sistema nervoso central.
  • De Associação: se conectam outros neurônios.
  • Motores: se estão ligados a um órgão efetor.
  • Mistos: se desempenham funções sensoriais e motoras.

Tipos de Sistemas Nervosos em Animais

Os animais possuem diferentes tipos de sistemas nervosos. Encontramos sistemas tão simples como os dos cnidários ou tão complexos como os dos vertebrados. É possível encontrar:

  • Uma rede difusa.
  • Um sistema nervoso ganglionar ventral.
  • Um sistema radial.
  • Um sistema constituído por um tubo neural dorsal.

Rede Difusa

Os cnidários possuem células nervosas difusas localizadas na epiderme. O impulso nervoso se expande em todas as direções. Isso ocorre porque o neurônio transmite informações em ambas as direções. Animais superiores têm neurônios polarizados, com uma parte que reúne informações e outra que as envia.

Sistema Nervoso Ganglionar Ventral

Neste modelo, o sistema nervoso está localizado na região ventral, no mesmo plano em que a boca está situada. Trata-se de gânglios, que são conjuntos de neurônios, e cordões nervosos, os quais são formados por extensões dos neurônios. Em Platyhelminthes, observam-se dois gânglios na região anterior do corpo, que são os gânglios cefálicos. Estes continuam por cordões nervosos, relacionados com outros pares de gânglios, que inervam o corpo inteiro ao longo da região ventral do animal. Há cordões secundários, chamados comissuras, que inervam um par de gânglios em cada área do corpo. O sistema completo apresenta uma estrutura em forma de escada, com "degraus" formados pelas comissuras e "barras" formadas pelos cordões longitudinais, criando uma rede conjuntiva. Os gânglios são nervosos. Em Moluscos, aparece um anel periesofágico, ao redor do trato digestivo, com três gânglios cerebroides. A partir desta área, saem um par de cordões nervosos que inervam o pé e outro par que inerva a massa visceral. Nos cefalópodes, o sistema nervoso é mais evoluído e possui apenas dois cordões nervosos que se conectam a um cérebro muito avançado. Em Anelídeos, existem dois gânglios cerebroides juntos. Esses gânglios continuam para uma cadeia ganglionar ventral formada pela fusão de pares de gânglios em cada metâmero, perdendo assim a aparência de "escada". Em Artrópodes, o sistema nervoso aumenta a concentração ganglionar, principalmente na região cefálica, devido ao desenvolvimento dos órgãos sensoriais. Aparece um cérebro composto por três gânglios em conjunto, chamados:

  • Protocérebro, que inerva o olho.
  • Deutocérebro, que recebe a informação das antenas e dos órgãos olfativos.
  • Tritocérebro, que controla as mandíbulas.

Após o terceiro gânglio, continua uma cadeia ganglionar ventral altamente concentrada, que controla, de forma independente do cérebro, partes do corpo.

Sistema Radial

O sistema radial é encontrado em equinodermos, animais com simetria radial. Possuem um anel oral de cinco ramos que começam a receber informações do sistema ambulacral. Um segundo anel oral, mais profundo, de onde saem outros cinco ramos, controla o movimento dos braços. Finalmente, um anel aboral, de onde cinco outros ramos nervosos suprem a pele entre as placas dérmicas.

Tubo Neural Dorsal

O sistema nervoso em forma de tubo dorsal é característico dos cordados, atingindo seu máximo desenvolvimento nos vertebrados. O sistema consiste em um tubo que se alarga na região anterior do animal (na cabeça) e continua ao longo da região dorsal (dorso do animal). A zona anterior é alargada e forma o cérebro; a parte que continua é chamada medula espinhal. A partir desta estrutura central (o sistema nervoso central), partem os nervos que inervam o corpo inteiro e formam o sistema nervoso periférico. A existência de um sistema nervoso tão perfeito, como o possuído pelos animais vertebrados, torna-os muito versáteis. Ver e observar com precisão, cheirar e reconhecer o odor, ouvir e até mesmo compreender são tarefas que envolvem a existência prévia de um complexo sistema nervoso.

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