1. Alguns animais ectotérmicos, como rãs e insetos, sobrevivem ao inverno congelando ou evitando o congelamento através de adaptações como proteínas anticongelantes. 2. Animais que toleram o congelamento controlam a formação de gelo e acumulam substâncias crioprotetoras para preservar as células. 3. Rãs sobrevivem ao congelamento produzindo altos níveis de glicose no sangue, e compreender esse mecanismo pode ajudar tratamentos

1. CONGELADO E VIVO
Poucos animais permanecem ativos durante os meses gelados de inverno no
hemisfério Norte. As aves voam para o Sul, e os mamíferos terrestres hibernam em
suas tocas.
E o que acontece com os animais ectotérmicos, cujo metabolismo é
insuficiente para manter a temperatura corporal constante, como rãs e tartarugas,
insetos e aranhas, e que não conseguem encontrar um abrigo quente ou migrar
grandes distâncias? Como eles se comportam quando a temperatura ambiente cai
abaixo do ponto de congelamento de seus fluidos corporais?
Algumas espécies conseguem evitar esse congelamento, enquanto outras
congelam como se fossem pedras de gelo, sobrevivendo até a chegada da
primavera. É o que acontece com algumas espécies de insetos do Ártico, que
sobrevivem congelados durante 10 meses do ano em temperaturas abaixo de 50 oC.
Outros invertebrados que habitam a região entremarés das regiões frias, como
cracas e mexilhões, podem congelar e descongelar duas vezes ao dia, de acordo
com a maré alta ou baixa.
No caso dos vertebrados, quatro espécies de rãs, Rana sylvatica, Hyla
crucifer, Hyla versicolor e Pseudacris triseriata, podem sobreviver durante dias ou
semanas de congelamento, com 65% de sua água corporal convertida em gelo.
Uma espécie de salamandra siberiana, Hynobius keyserlingia, a única espécie de
anfíbio hibernante da tundra, sobrevive à temperatura de –35 oC. Há registros de
que algumas espécies de tartarugas e serpentes que habitam as regiões frias
também 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 rasgam
as membranas celulares e danificam as organelas, o conteúdo celular extravasa, e
os processos metabólicos essenciais para o funcionamento celular ficam
prejudicados. Além disso, o congelamento bloqueia a respiração e a circulação,
além de romper os vasos sangüíneos, interrompendo o acesso de oxigênio e outros
nutrientes essenciais para a sobrevivência das células. O gelo se acumula em todos
os compartimentos extracelulares, preenchendo a cavidade abdominal, a bexiga
urinária, a pele e a musculatura.
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2. Existem duas alternativas que permitem aos animais ectotérmicos enfrentar
temperaturas abaixo de zero. A primeira é evitar a exposição a temperaturas abaixo
do ponto de congelamento dos fluidos corporais, escolhendo locais mais protegidos
para 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 de
adaptações específicas que permitam aos animais manter o estado líquido de seus
fluidos corporais em temperaturas abaixo de zero. Todas as soluções aquosas
podem ser supercongeladas, ou seja, resfriadas abaixo do ponto de congelamento e
ainda permanecer no estado líquido. O plasma humano, por exemplo, tem ponto de
congelamento em –8 oC, mas, se resfriado de maneira controlada, pode ser
supercongelado 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 estrutura
cristalina do gelo. O próprio gelo é o melhor nucleante, mas proteínas plasmáticas,
bactérias e certas partículas desempenham idêntica função. Para conseguir
estabilizar o estado líquido, os animais com essas adaptações eliminam as
partículas nucleantes ou impedem que os nucleantes disparem a cristalização.
Os peixes polares evitam o congelamento por meio de proteínas
anticongelantes presentes em seus fluidos corporais. Quando os primeiros cristais
de gelo começam a se formar dentro do peixe, essas proteínas rapidamente se
ligam a esses cristais, impedindo a adição de mais moléculas de água ao cristal de
gelo em formação. Muitos artrópodes terrestres, incluindo aranhas e insetos,
possuem proteínas anticongelantes potentes o suficiente para impedir a formação de
cristais de gelo em temperaturas abaixo de –15 oC. Além dessas proteínas, alguns
insetos carregam em seus fluidos corporais anticongelantes constituídos de álcoois
poliidroxílicos (glicerol).
Os fluidos corporais de alguns animais congelam enquanto outras espécies
de animais terrestres evitam esse processo por meio do supercongelamento. A
habilidade de congelar ou resistir ao congelamento está relacionada à história
evolutiva de cada espécie para sobreviver ao inverno rigoroso. O estado
supercongelado é instável, e a probabilidade de nucleação espontânea aumenta à
medida que a temperatura ambiental diminui. Um ferimento na pele, por exemplo,
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3. resulta em congelamento instantâneo e letal. Como os animais sobrevivem então ao
congelamento?
Para sobreviver ao congelamento, eles precisam satisfazer a três condições
básicas:
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 ser
pequenos, pois mesmo os animais que toleram o congelamento não resistem ao
gelo intracelular. Todo esse mecanismo depende de proteínas especiais que são
sintetizadas pelo animal logo no início do inverno e lançadas no sangue. Dessa
forma, o congelamento torna-se um fenômeno controlado, permitindo que as células
se ajustem física e metabolicamente ao estado congelado durante o período de
transição.
2. A estrutura e a função celular devem ser preservadas
À medida que o gelo se forma fora das células, o fluido extracelular se torna
mais 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 membrana
celular colapsa, cessando suas atividades de transporte de substâncias e permitindo
que o gelo penetre nas células. A maioria dos animais que tolera o congelamento
alcança o volume celular crítico quando cerca de 65% da água corporal se encontra
sob a forma de gelo. Nesses animais, substâncias crioprotetoras, ou seja, que
protegem do congelamento (crio = frio), são sintetizadas e atuam de modo a impedir
prejuízos à membrana plasmática e ao citoplasma. Nos insetos, essas substâncias
são a trealose, um dissacarídeo, e a prolina, um aminoácido, as quais interagem
com os fosfolipídios da bicamada lipídica da membrana, estabilizando-a à medida
que o volume celular diminui.
Alguns crioprotetores, como o sorbitol e o glicerol, que alguns insetos
acumulam nos fluidos extracelulares e intracelulares, regulam a quantidade de gelo
formado e a perda de água pelas células. Tanto o glicerol como o sorbitol
representam excelentes escolhas para os insetos, sendo facilmente sintetizados a
partir das reservas de carboidratos acumuladas durante os meses de verão. Além de
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4. fornecer a ação osmótica necessária para regular o volume celular durante o
congelamento, eles também são atóxicos para as células, mesmo em altas
concentrações. Eles não se cristalizam espontaneamente em soluções aquosas e
podem passar livremente através das membranas. Além do mais, esses carboidratos
estabilizam a estrutura de proteínas e enzimas, protegendo-as dos efeitos
desnaturantes das baixas temperaturas.
As rãs utilizam um crioprotetor diferente dos insetos. Durante o período de
congelamento, elas acumulam quantidades maciças de glicose, o açúcar
normalmente encontrado no sangue dos vertebrados. Enquanto no sangue humano
o 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 4.500
miligramas por 100 mililitros de sangue. Os primeiros cristais de gelo formados sobre
a pele disparam uma resposta neuroendócrina que ativa a liberação de glicose para
o sangue a partir da quebra do glicogênio estocado no fígado. A rápida liberação de
glicose durante o congelamento e a reconversão igualmente rápida para glicogênio
hepático no descongelamento podem ser a chave para evitar os vários efeitos
negativos da manutenção de altos níveis de glicose no sangue. Em indivíduos
diabéticos com altos níveis de glicose, esse açúcar pode se ligar irreversivelmente a
várias proteínas, como a hemoglobina e a albumina do sangue, causando sérios
danos à saúde. Na catarata diabética, por exemplo, as moléculas de glicose podem
se 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 pouco
açúcar ligado às proteínas sangüíneas, mesmo nos períodos em que a
concentração de açúcar no sangue era elevada. Essas rãs podem ter desenvolvido
um mecanismo natural para inibir os danos causados pelo excesso de glicose no
sangue. A compreensão desses processos em rãs poderia levar a tratamentos que
diminuíssem 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 da
fermentação da glicose. As células desses animais possuem mecanismos
metabólicos ainda não esclarecidos para suportar períodos prolongados de baixa
energia. Um coração humano removido para transplante, por exemplo, pode ser
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5. preservado resfriado no máximo por oito horas, mas as rãs sobrevivem após uma ou
duas semanas de congelamento constante. Se os pesquisadores compreenderem
como o fígado ou o coração dessas rãs suportam o congelamento, um dia será
possível aprender a congelar órgãos humanos, ou mesmo o corpo inteiro, trazendo
esperanças 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.
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