Artigo congelado e vivo

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Artigo congelado e vivo

  1. 1. CONGELADO E VIVO Poucos animais permanecem ativos durante os meses gelados de inverno nohemisfério Norte. As aves voam para o Sul, e os mamíferos terrestres hibernam emsuas tocas. E o que acontece com os animais ectotérmicos, cujo metabolismo éinsuficiente para manter a temperatura corporal constante, como rãs e tartarugas,insetos e aranhas, e que não conseguem encontrar um abrigo quente ou migrargrandes distâncias? Como eles se comportam quando a temperatura ambiente caiabaixo do ponto de congelamento de seus fluidos corporais? Algumas espécies conseguem evitar esse congelamento, enquanto outrascongelam como se fossem pedras de gelo, sobrevivendo até a chegada daprimavera. É o que acontece com algumas espécies de insetos do Ártico, quesobrevivem congelados durante 10 meses do ano em temperaturas abaixo de 50 oC.Outros invertebrados que habitam a região entremarés das regiões frias, comocracas e mexilhões, podem congelar e descongelar duas vezes ao dia, de acordocom a maré alta ou baixa. No caso dos vertebrados, quatro espécies de rãs, Rana sylvatica, Hylacrucifer, Hyla versicolor e Pseudacris triseriata, podem sobreviver durante dias ousemanas de congelamento, com 65% de sua água corporal convertida em gelo.Uma espécie de salamandra siberiana, Hynobius keyserlingia, a única espécie deanfíbio hibernante da tundra, sobrevive à temperatura de –35 oC. Há registros deque algumas espécies de tartarugas e serpentes que habitam as regiões friastambém têm seus fluidos corporais congelados durante o inverno. Passar o inverno congelado parece ser uma estratégia adaptativa perigosa,pois o congelamento é letal para a maioria das células. Os cristais de gelo rasgamas membranas celulares e danificam as organelas, o conteúdo celular extravasa, eos processos metabólicos essenciais para o funcionamento celular ficamprejudicados. Além disso, o congelamento bloqueia a respiração e a circulação,além de romper os vasos sangüíneos, interrompendo o acesso de oxigênio e outrosnutrientes essenciais para a sobrevivência das células. O gelo se acumula em todosos compartimentos extracelulares, preenchendo a cavidade abdominal, a bexigaurinária, a pele e a musculatura. 1
  2. 2. Existem duas alternativas que permitem aos animais ectotérmicos enfrentartemperaturas abaixo de zero. A primeira é evitar a exposição a temperaturas abaixodo ponto de congelamento dos fluidos corporais, escolhendo locais mais protegidospara se abrigar durante o inverno, como o fundo de lagos e tocas profundas no solo.A segunda alternativa, que consiste em evitar o congelamento, depende deadaptações específicas que permitam aos animais manter o estado líquido de seusfluidos corporais em temperaturas abaixo de zero. Todas as soluções aquosaspodem ser supercongeladas, ou seja, resfriadas abaixo do ponto de congelamento eainda permanecer no estado líquido. O plasma humano, por exemplo, tem ponto decongelamento em –8 oC, mas, se resfriado de maneira controlada, pode sersupercongelado a –16 oC, permanecendo na forma líquida. O que limita a extensão do supercongelamento é a presença de nucleantes,que são partículas que podem dar início ao crescimento de cristais de gelo,fornecendo pontos de ligação para as moléculas de água formarem a estruturacristalina do gelo. O próprio gelo é o melhor nucleante, mas proteínas plasmáticas,bactérias e certas partículas desempenham idêntica função. Para conseguirestabilizar o estado líquido, os animais com essas adaptações eliminam aspartículas nucleantes ou impedem que os nucleantes disparem a cristalização. Os peixes polares evitam o congelamento por meio de proteínasanticongelantes presentes em seus fluidos corporais. Quando os primeiros cristaisde gelo começam a se formar dentro do peixe, essas proteínas rapidamente seligam a esses cristais, impedindo a adição de mais moléculas de água ao cristal degelo em formação. Muitos artrópodes terrestres, incluindo aranhas e insetos,possuem proteínas anticongelantes potentes o suficiente para impedir a formação decristais de gelo em temperaturas abaixo de –15 oC. Além dessas proteínas, algunsinsetos carregam em seus fluidos corporais anticongelantes constituídos de álcooispoliidroxílicos (glicerol). Os fluidos corporais de alguns animais congelam enquanto outras espéciesde animais terrestres evitam esse processo por meio do supercongelamento. Ahabilidade de congelar ou resistir ao congelamento está relacionada à históriaevolutiva de cada espécie para sobreviver ao inverno rigoroso. O estadosupercongelado é instável, e a probabilidade de nucleação espontânea aumenta àmedida que a temperatura ambiental diminui. Um ferimento na pele, por exemplo, 2
  3. 3. resulta em congelamento instantâneo e letal. Como os animais sobrevivem então aocongelamento? Para sobreviver ao congelamento, eles precisam satisfazer a três condiçõesbásicas:1. A formação do gelo deve ocorrer de forma controlada O gelo deve começar a se formar nos fluidos extracelulares (plasma, urina,fluido abdominal) em baixa velocidade, e os cristais de gelo formados devem serpequenos, pois mesmo os animais que toleram o congelamento não resistem aogelo intracelular. Todo esse mecanismo depende de proteínas especiais que sãosintetizadas pelo animal logo no início do inverno e lançadas no sangue. Dessaforma, o congelamento torna-se um fenômeno controlado, permitindo que as célulasse ajustem física e metabolicamente ao estado congelado durante o período detransição.2. A estrutura e a função celular devem ser preservadas À medida que o gelo se forma fora das células, o fluido extracelular se tornamais concentrado, pois o gelo é um cristal de água pura e deixa de dissolver sais,açúcares e proteínas. Com isso, há saída de água para o meio extracelular,reduzindo-se o volume da célula. Se ele cair abaixo de um nível crítico, a membranacelular colapsa, cessando suas atividades de transporte de substâncias e permitindoque o gelo penetre nas células. A maioria dos animais que tolera o congelamentoalcança o volume celular crítico quando cerca de 65% da água corporal se encontrasob a forma de gelo. Nesses animais, substâncias crioprotetoras, ou seja, queprotegem do congelamento (crio = frio), são sintetizadas e atuam de modo a impedirprejuízos à membrana plasmática e ao citoplasma. Nos insetos, essas substânciassão a trealose, um dissacarídeo, e a prolina, um aminoácido, as quais interagemcom os fosfolipídios da bicamada lipídica da membrana, estabilizando-a à medidaque o volume celular diminui. Alguns crioprotetores, como o sorbitol e o glicerol, que alguns insetosacumulam nos fluidos extracelulares e intracelulares, regulam a quantidade de geloformado e a perda de água pelas células. Tanto o glicerol como o sorbitolrepresentam excelentes escolhas para os insetos, sendo facilmente sintetizados apartir das reservas de carboidratos acumuladas durante os meses de verão. Além de 3
  4. 4. fornecer a ação osmótica necessária para regular o volume celular durante ocongelamento, eles também são atóxicos para as células, mesmo em altasconcentrações. Eles não se cristalizam espontaneamente em soluções aquosas epodem passar livremente através das membranas. Além do mais, esses carboidratosestabilizam a estrutura de proteínas e enzimas, protegendo-as dos efeitosdesnaturantes das baixas temperaturas. As rãs utilizam um crioprotetor diferente dos insetos. Durante o período decongelamento, elas acumulam quantidades maciças de glicose, o açúcarnormalmente encontrado no sangue dos vertebrados. Enquanto no sangue humanoo conteúdo normal de glicose é de 50 a 100 miligramas por 100 mililitros de sangue,nas rãs congeladas os níveis de glicose no sangue alcançam em média 4.500miligramas por 100 mililitros de sangue. Os primeiros cristais de gelo formados sobrea pele disparam uma resposta neuroendócrina que ativa a liberação de glicose parao sangue a partir da quebra do glicogênio estocado no fígado. A rápida liberação deglicose durante o congelamento e a reconversão igualmente rápida para glicogêniohepático no descongelamento podem ser a chave para evitar os vários efeitosnegativos da manutenção de altos níveis de glicose no sangue. Em indivíduosdiabéticos com altos níveis de glicose, esse açúcar pode se ligar irreversivelmente avárias proteínas, como a hemoglobina e a albumina do sangue, causando sériosdanos à saúde. Na catarata diabética, por exemplo, as moléculas de glicose podemse ligar às proteínas que constituem o cristalino, gerando às vezes perda de visão.Em estudos de laboratório feito com essas rãs, no entanto, encontrou-se poucoaçúcar ligado às proteínas sangüíneas, mesmo nos períodos em que aconcentração de açúcar no sangue era elevada. Essas rãs podem ter desenvolvidoum mecanismo natural para inibir os danos causados pelo excesso de glicose nosangue. A compreensão desses processos em rãs poderia levar a tratamentos quediminuíssem os danos acarretados pela glicose aos diabéticos.3. A viabilidade celular deve ser mantida Durante o estado congelado, o metabolismo do animal diminui drasticamente,e as células, sem receber oxigênio, precisam gerar energia celular a partir dafermentação da glicose. As células desses animais possuem mecanismosmetabólicos ainda não esclarecidos para suportar períodos prolongados de baixaenergia. Um coração humano removido para transplante, por exemplo, pode ser 4
  5. 5. preservado resfriado no máximo por oito horas, mas as rãs sobrevivem após uma ouduas semanas de congelamento constante. Se os pesquisadores compreenderemcomo o fígado ou o coração dessas rãs suportam o congelamento, um dia serápossível aprender a congelar órgãos humanos, ou mesmo o corpo inteiro, trazendoesperanças para milhares de pessoas que aguardam um transplante de órgãos. Texto elaborado por Sônia Lopes e Luciano L. Rodrigues, em dezembro de 2004, a partir dos artigos“Frozen and Alive”, de Kenneth Storey e Janet Storey, publicado na revista Scientific American, p. 62- 7, dezembro de 1990, e “Lifestyles of the Cold and Frozen”, de Kenneth Storey e Janet Storey, publicado na revista Science, v. 39(3), p. 32-7, maio de 1999. 5

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