CAPÍTULO 4: METABOLISMO E REGULAÇÃO DA TEMPERATURA CORPORAL.

Question 1

O que é o metabolismo?

Answer 1

O metabolismo → são sucessões de reações bioquímicas → catalisadas e reguladas por moléculas orgânicas → há transformação de energia.

Question 2

Que fatores podem afetar o metabolismo?

Answer 2

• Temperatura corporal;
• Eficiência inferior a 100%: perdas sob a forma de calor → visto como desperdício → pode ser útil em situações de frio → calor perdido → aquece o animal;
• Massa corporal: animais mais pequenos → taxas de metabolismo maiores quando expressas em unidades de massa → Em termo absolutos, animais maiores têm taxas de metabolismo maiores;
• Atividade muscular;
• Comportamento;
• Reprodução: produção de gametas e os cuidados parentais → acarretam custos energéticos elevados.

Question 3

Quais os dois tipos de vias metabólicas que podem existir?

Answer 3

• Via anabólica: substâncias simples → substâncias complexas; processo que necessita de energia; relacionado com reparações, regeneração e crescimento
• Via catabólica: Substâncias complexas → substâncias mais simples; liberta energia → armazenada sob a forma de ATP;

Question 4

O que é a energia bruta?

Answer 4

Designa-se por energia bruta (EBruta) → toda a energia que o alimento contém → a energia que o animal consome.

Question 5

Toda a energia consumida é digerida pelo animal?

Answer 5

Nem toda a energia consumida é digerida pelo animal. As maiores perdas de energia são as que ocorrem por meio das fezes (Efezes) e a energia que sobra e que vai ser processada pelo animal chama-se energia digerível (EDigerível). Desta forma: 𝐸𝐷𝑖𝑔𝑒𝑟í𝑣𝑒𝑙 = 𝐸𝐵𝑟𝑢𝑡𝑎 − 𝐸𝐹𝑒𝑧𝑒𝑠 . A energia digerível pode ainda ser perdida por: urina, gases (ruminantes) e, no caso dos peixes, branquias (Energia perdida nas brânquias principalmente por excreção de amónia). Energia metabolizável (EMetabolizável): 𝐸𝑀𝑒𝑡𝑎𝑏𝑜𝑙𝑖𝑧á𝑣𝑒𝑙 = 𝐸𝐷𝑖𝑔𝑒𝑟í𝑣𝑒𝑙 − (𝐸𝑈𝑟𝑖𝑛𝑎 + 𝐸𝐺𝑎𝑠𝑒𝑠 + 𝐸𝐵𝑟𝑎𝑛𝑞𝑢𝑖𝑎𝑠)

Question 6

Para que é usada a energia metabolizável?

Answer 6

A energia metabolizável é usada para realizar trabalho, é armazenada sob a forma de energia química e pode ser dissipada na forma de calor → produção de calor usado como índice da taxa metabólica.

Question 7

Qual o nome da parte da energia metabolizada perdida?

Answer 7

Esta parte da energia metabolizável que é perdida chama-se incremento de calor → trabalho de digestão (apreensão, consumo e digestão do alimento) e a eficácia dos processos metabólicos → depende do alimento. Esta energia abandona o organismo na forma de calor, sendo considerada desperdício, com exceção de um animal homeotérmico numa situação de frio.

Question 8

Como se divide a energia metabolizada limpa?

Answer 8

Depois de tudo isto, sobra a energia met (energia metabolizável limpa) →energia utilizada pelo animal → usada para os processos vitais do animal, dividindo-se em duas categorias: energia de produção e energia da manutenção (energia basal). Energia da manutenção → convertida em calor a partir dos processos de manutenção →não é desperdício.

Question 9

O que é a taxa metabólica?

Answer 9

taxa metabólica → conversão de energia química em calor → medida através do calor libertado ou a partir do consumo de O2 e produção de CO2 do animal. A taxa metabólica representa:
* As necessidades energéticas;
* Os mecanismos de conversão e dissipação do calor;
* O custo energético das diferentes atividades;
* O uso de recursos alimentares no ecossistema

Question 10

O que é taxa metabólica basal?

Answer 10

Taxa metabólica basal (BMR): taxa metabólica em repouso, na ZNT, em jejum, em homeotérmicos. A BMR → soma de todos os processos que ocorrem nos tecidos, sendo que os componentes celulares e bioquímicos são de especial importância. Por exemplo, a bomba de H+ e a bomba de Na+ /K+ representam um gasto significativo de energia.

Question 11

O que é a taxa metabólica standard?

Answer 11

Taxa metabólica standard (SMR): taxa metabólica em repouso e em jejum de um poiquilotérmico; Tanto a BMR como a SMR dão pouca informação acerca dos custos metabólicos de atividades normais dos animais. Assim, esses só são determinados pela field metabolic rate que é mais difícil de medir.

Question 12

O que é a field matabolic rate?

Answer 12

Field Metabolic Rate (FMR): taxa média de utilização de energia em condições de atividades normais.

Question 13

O que é a ZNT?

Answer 13

ZNT → zona de neutralidade térmica → zona de conforto térmico do animal onde este não tem de ativar mecanismos adicionais para produzir ou dissipar calor → produção mínima e constante de calor. Na ZNT, a taxa metabólica de animais endotérmicos é baixa e independente da temperatura ambiente. Se a temperatura diminui, o animal adota posturas que impedem a dissipação de calor como o agrupamento de animais e a ingestão de mais alimento → estes comportamentos só são eficazes até certo ponto a partir do qual são precisos mecanismos adicionais →nem sempre são eficazes, existindo uma certa temperatura a partir da qual o animal entra em hipotermia. Se a temperatura aumenta → o animal adota posturas que lhe permitem dissipar o calor como esticar/estender-se no chão → só são eficazes até um certo ponto, a partir do qual o animal começa a arfar e a aumentar a ventilação.

Question 14

Como é que a temperatura ambiente influência a taxa metabólica?

Answer 14

Vacas em climas temperados (esquerda) e vacas em climas tropicais (direita) → metabolismos diferentes → vacas de climas temperados têm um metabolismo maior → característica de animais que se adaptam melhor a climas mais frios.

Question 15

Como é que as hormonas influênciam a taxa metabólica?

Answer 15

Hormonas: A tiroxina tem um efeito a longo prazo e aumenta a taxa metabólica. A adrenalina produz um aumento da atividade metabólica por curtos períodos de tempo

Question 16

Como é que o sexo influência a taxa metabólica?

Answer 16

Sexo: Fêmeas têm uma taxa metabólica menor que machos → característica importante para a produção de carne → são preferidos machos inteiros (diferentes dos castrados) uma vez que crescem mais depressa e depositam menos gordura. À medida que avança na idade → o animal aumenta o peso vivo (na maturidade estagna) → passa a depositar menos músculo e mais gordura. Os animais têm uma capacidade máxima de deposição de músculo → a partir da qual, o animal deixa de produzir músculo e passa a depositar gordura. Um macho tem uma taxa de deposição
de músculo maior que as fêmeas

Question 17

Como é que a idade influência a taxa metabólica?

Answer 17

Idade: Animais mais jovens têm uma taxa metabólica superior a animais mais velhos.

Question 18

Como é que o estilo de vida influência a taxa metabólica?

Answer 18

Estilo de vida: Quanto mais ativo for o estilo de vida do animal →
quanto mais exercício físico fizer → maior será a taxa metabólica.

Question 19

Como é que a gravidez influência a taxa metabólica?

Answer 19

Gravidez: Fêmeas gestantes têm uma taxa metabólica maior → importante no último terço da gravidez → altura em que o feto se encontra na fase exponencial de crescimento.

Question 20

O que é a aerobic metabolic scope?

Answer 20

Aerobic metabolic scope: Relação entre a taxa metabólica máxima e BMR/SMR (taxa metabólica máxima → imposta pela atividade física máxima.). Os insetos que atingem altas temperaturas durante o voo conseguem atingir valores de 100 para MAS (valor mais elevado no reino animal).

Question 21

Quais os constrangimentos da aerobic metabolic scope?

Answer 21

Não tem em consideração a contribuição do metabolismo anaeróbio que pode levar a um débito de oxigénio, especialmente durante curtos períodos de esforço intenso. (Músculo branco especialmente adaptado para desenvolver um débito de oxigénio através do metabolismo anaeróbio)

Question 22

Como medimos a taxa metabólica?

Answer 22

A taxa metabólica é medida pela produção de calor ou pelo consumo de O2 → O animal tem de estar em máxima atividade física para se atingir a taxa metabólica máxima. Num cavalo em repouso → temos a TMB.

Question 23

Como varia o nível de O2 na medição da taxa metabólica?

Answer 23

Quando o animal começa a mover-se há um tempo de latência entre as necessidades de O2 e a quantidade que é fornecida por ventilação. Durante este período, o animal vai buscar energia a outros locais como reservas de O2 (oximioglobina), ao sistema ATP-PC (fosfocreatina) e à glicose anaeróbia. Depois deste período, o fornecimento de O2 por ventilação já é suficiente para suportar as necessidades. Quando o animal para → consumo de O2 continua para repor as reservas utilizadas no período de latência. Este O2 é chamado de EPOC (excessive post-exercise oxygen consumption).

Question 24

Porque é que preciso mais O2 no período de recuperação do animal?

Answer 24

Na fase de recuperação é necessário mais O2 que aquele retirado das reservas na fase de latência, devido:
* Substituição do O2 necessário ao organismo (défice em O2);
* Recuperação do Sistema ATP-PC;
* Remover lactato acumulado nos tecidos;
* Taxas respiratória e cardíaca estão elevadas (para remoção do CO2) →necessitam de O2;
* A temperatura corporal e a taxa metabólica estão aumentadas → necessitam de energia;
* Adrenalina e Noradrenalina aumentadas → aumenta o consumo de O2.

Question 25

O que é a calorimetria animal?

Answer 25

A calorimetria animal é responsável pela medição da produção de calor ou pela retenção de energia. Esta pode ser dividida em dois:
* Calorimetria direta;
* Calorimetria indireta: o Intercâmbio respiratório; o Balanço de carbono e de azoto.

Question 26

O que é a calorimetria direta?

Answer 26

Calorimetria direta: A calorimetria direta é um método de determinação da taxa metabólica por determinação da quantidade de energia libertada sob a forma de calor.

Question 27

O que é o calorímetro de Lavoisier?

Answer 27

O animal era colocado numa câmara envolvida por gelo → animal liberta calor → gelo derretia → calor libertado era calculado pela quantidade de gelo que fundiu. Este é um método que permite medir o incremento de calor:
1. Medir a produção de calor em jejum → obter o metabolismo basal em repouso
2. Alimentar o animal → produção de calor
3. Diferença entre a produção de calor inicial e o calor produzido depois de alimentado.

Question 28

Problemas com a calorimetria direta

Answer 28

A calorimetria direta é muito imprecisa para animais com taxas metabólicas muito baixas. Animais de grandes dimensões requerem calorímetro grandes. O comportamento animal pode ser alterado pelo confinamento. Por estes motivos, a calorimetria direta é mais usada em aves e pequenos mamíferos.

Question 29

O que é a calorimetria indireta?

Answer 29

Calorimetria indireta: baseia-se na medição do metabolismo a partir da ingestão de alimento e da excreção: teor em energia da matéria orgânica que entra e sai do organismo.
O metabolismo é medido a partir da ingestão do alimento e da excreção. Num animal, a energia é retida em proteínas e gorduras (carboidratos não têm significado porque são constantemente produzidos e degradados).

Question 30

Explica o método do balanço do carbono e do azoto (calorimetria indireta)

Answer 30

Método do balanço do carbono e do azoto: para saber a energia retida na forma de proteínas e gorduras → necessário saber quanto C e quanto N é que o animal ingeriu e a quantidade que excretou. Começa-se pelo azoto (só existe nas proteínas) usando um fator de conversão de 6,25 (100/16, em 100 g de proteína, 16 g são azoto). Calcula-se o carbono retido sob a forma de proteína → sabendo que 51,2% das proteínas é carbono. Calcula-se a quantidade de lipidos sabendo que o restante carbono corresponde a aproximadamente 70% dos lipidos.

Question 31

Explica o método das trocas gasosas ou intercâmbio respiratório (calorimetria direta)

Answer 31

Mede a produção de calor a partir de O2 consumido e CO2 produzido. O animal pode obter energia por oxidação de lípidos, gorduras e proteínas. Para saber o que o animal está a oxidar começa-se pelo azoto (vem de alimento que não foi digerido e quando na urina vem de proteínas que foram metabolizadas), ao medir o N na urina e nas fezes sabemos a energia excretada sob esta forma. Para sabermos a quantidade de gorduras e dos hidratos de carbono a serem oxidados, usamos o coeficiente de respiração (RQ) → 1 na oxidação carboidratos e 0.71 na oxidação de lípidos e gorduras. 𝑄𝑅 = 𝐶𝑂2𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑂2𝑐𝑜𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜. O termo “eliminado” refere-se a dióxido de carbono (CO2) removido (“eliminado”) do corpo. O valor de RQ reflete as proporções de carbono e hidrogénio presentes na molécula.

Question 32

Qual a relação da área e do volume do animal na perda de calor?

Answer 32

Em regiões mais frias, os animais tendem a ser grandes (relação A/V pequena) → maior volume e menor área de superficie → maior produção de calor e menor perdas de calor . Em regiões quentes, os animais tendem a ser pequenos (relação A/V alta) → menor volume e maior área de superfície → mais perda de calor e menor produção. Como em todos os casos, podem existir exceções.

Question 33

Define crescimento isométrico?

Answer 33

Crescimento isométrico → quando as dimensões do animal se mantêm proporcionais independentemente do tamanho. Nesta situação, cria-se uma relação entre área e volume que é linear e cujo declive é 0.67 (a área aumenta ao quadrado e o volume aumenta ao cubo). Normalmente isto não acontece, sendo necessária uma escala não geométrica.

Question 34

Define crescimento alométrico?

Answer 34

Crescimento alométrico → Num animal esférico, o dobro do raio faz com que o animal tenha 4 vezes mais área e 8 vezes mais volume → A sua superfície não aumenta com velocidade suficiente para manter as necessidades do seu aumento de volume.

Question 35

Em geral nos animais prevalece a isometria ou a alometria?

Answer 35

Para estudarmos como a taxa metabólica varia com o aumento do tamanho, temos de usar os efeitos de escala. No caso isométrico, as variações são de 0.67, no entanto isto não acontece → Não é possível ter um rato com proporções de rato e o tamanho de um elefante (pernas curtas de mais para aguentar o peso e tamanho do animal). Assim, há alometria → alterações nas proporções corporais com o aumento do tamanho corporal.

Question 36

Qual a relação da BMR total com o tamanho e peso?

Answer 36

A BMR total aumenta com o tamanho, mas não proporcionalmente ao aumento do peso. A taxa metabólica massa específica tem uma relação constante em homeotérmicos e poiquilotérmicos (relação alométrica). Os efeitos de escala também ocorrem a nível celular. Animais mais pequenos têm mais mitocôndrias porque têm uma taxa metabólica específica maior. Têm ventilação e irrigação mais extensa, mas um coração mais pequeno (proporcional ao tamanho do corpo), por isso, têm mais batimentos e uma taxa cardíaca mais elevada.
A curva rato-elefante ilustra a não proporcionalidade das taxas metabólicas basais de mamíferos de diferentes tamanhos.
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏ó𝑙𝑖𝑐𝑎 = 𝑇𝑎𝑥𝑎 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑏ó𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑂2 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 ∗ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜

Question 37

Taxa metabólica relaciona-se com o tamanho por um declive de 0.75. muitos tentaram explicar o porquê deste valor e quem teve mais sucesso foi Rubner (1883). Como?

Answer 37

Mediu a taxa metabólica basal de cães de vários tamanhos → Taxa metabólica específica maior em cães menores → Um animal menor tem uma área corporal maior em relação a massa → Como cães têm temperatura corporal constante, devem, no mínimo, produzir calor metabólico na mesma
proporção que o perdem na superfície → Ao medir a produção de calor por m2 de superfície corporal, chegou à teoria de que a taxa metabólica basal deveria ser governada pela razão superfície/volume (S/V ~ M2/3) necessária para manter o animal aquecido.

Question 38

Quais as premissas de Rubner?

Answer 38

• Animais homeotérmicos tendem a perder calor para o ambiente;
• A perda de calor é proporcional à superfície corporal do animal;
• Pequenos animais homeotérmicos com grandes áreas superficiais em relação ao volume perdem calor mais rapidamente;
• Um aumento no processo metabólico é necessário para que pequenos animais homeotérmicos possam manter a temperatura corporal.

Question 39

Quando é que as explicações de Rubner caíram por terra? E o que diz a Lei de Kleiber?

Answer 39

Assim, a relação só se mantém para animais que mantém as proporções constantes (e.g., indivíduos adultos de diferente tamanho dentro da mesma espécie) e houve uma falha para indivíduos de diferentes tamanhos pertencentes a espécies diferentes.
Surgiu então a Lei de Kleiber que ainda hoje é aceite e que defende um expoente de 0.75. Na comparação de diferentes espécies, as diferenças nas taxas metabólicas não podem ser previstas simplesmente com base nas diferenças na área de superfície (Taxa metabólica proporcional a PV0,75).

Question 40

Há uma relação entre animais de diferentes tamanhos e o número de mitocondrias que possuem. Qual?

Answer 40

As células de um mamífero pequeno possuem mais mitocondrias que um mamífero grande → isto ocorre por uma maior taxa metabólica.

Question 41

Implicações fisiológicas na taxa metabólica

Answer 41

Um animal mais pequeno come menos peso que um animal de maior porte → em termos relativos (alimento/grama de peso vivo), um animal mais pequeno come mais. Assim, devido à taxa metabólica mais elevada e à maior ingestão de alimento → maior taxa de passagem no intestino → para que o animal possa obter o que precisam da dieta, o alimento tem de ser muito digestível para compensar a passagem rápida.

Question 42

O que consideramos como custos da locomoção?

Answer 42

Custos de locomoção
Os custos de locomoção englobam toda a energia necessária para mover uma unidade de massa numa unidade de tempo.
* A taxa metabólica durante a locomoção depende do tamanho e velocidade do animal.
* Por unidade de peso o aumento da TM por unidade de velocidade é superior em animais pequenos.
* Animais pequenos = menor eficácia energética (rapidez de contração muscular).

Question 43

Como são os custos da locomoção no ínicio do movimento?

Answer 43

Quando o animal começa a mover-se, os custos são muito altos, havendo depois uma ligeira diminuição → consequência dos custos não-locomoção (ativação muscular e geração de força). Quando os custos não-locomoção deixam de ser importantes → os custos de locomoção começam a aumentar→ devido ao aumento de velocidade.

Question 44

Como são os custos da locomoção se o animal mudar de marcha?

Answer 44

Mudança de marcha: se o animal mantiver a marcha quadrupede, há uma relação linear entre o aumento da velocidade e o aumento dos custos. Se o animal mudar de 4 patas para 2, o custo vai manter-se mais ou menos constante após a mudança → uso da acumulação de energia cinética nas patas traseiras que servem como molas. A mudança de marcha aumenta a eficácia da locomoção.

Question 45

Define inércia e momentum

Answer 45

Os animais têm duas características: inércia e momentum.
* Inércia: resistência à aceleração;
* Momentum: tendência em manter a velocidade.
Animais maiores têm maior inércia e maior momentum.

Question 46

Métodos de locomoção e os seus custos energéticos:

Answer 46

Os custos energéticos da locomoção estão mais relacionados com o modo de locomoção (nadar, voar, correr) do que com o grupo taxonómico. Animais que nadam gastam
pouca energia para se suspenderem (devido à bexiga natatória e a maiores quantidades de gordura), mas a fricção de arrasto pode ser bastante grande (dependendo da forma do animal). Animais que voam gastam muita energia para ultrapassar a gravidade, mas as forças de fricção são menores. A forma de locomoção que implica mais custos é correr porque há alterações no centro de massa do animal. Isto cria trabalho negativo que não contribui para a frente.

Question 47

O que são músculos impulsores e músculos desaceraladores?

Answer 47

Temos ainda dois tipos de músculos: os músculos impulsores que geram potência e movimento e os músculos desacelaradores que absorvem o movimento.

Question 48

Explica energia de locomoção.

Answer 48

Energia de locomoção → energia necessária, para alem da energia basal, para movimentar uma unidade de massa de animal uma unidade de distancia (normalmente quilocaloria por kilograma por kilometro). Estas medições são realizadas numa passadeira onde os animais corre ou num ttanque com fluxo de água ou a voar num túnel de vento.
Parte da energia que é usada não é para movimento em frente, mas sim para manter as articulações na sua posição, musculos para combater a gravidade, absorver choques e preparar os musculos para movimentos. Os animais mais pequenos gastam mais energia nesta energia, pelo que necessitam de mais energia para atingir a mesma velocidade que um animal maior.
Inicialmente o custo de locomoção reduz-se (devido a diminuição da necessidade de energia ser gasta para o trabalho negativo (acho que é isto)) com a velocidade, mas volta a aumentar para velocidades maiores.

Question 49

TMB nos animais endotérmicos vs ectotérmicos

Answer 49

Animais endotérmicos possuem uma TMB 6-10x superior à dos ectotérmicos de massa equivalente. Em ambos os grupos o consumo de oxigénio com a locomoção aumenta linearmente. Respiração anaeróbia: é de pouca duração nos ectotérmicos (peixes com 50% de fibras glicolíticas; curta duração) e de maior nos endotérmicos.

Question 50

Explica os dois tipos de seleções de reprodução

Answer 50

• Seleção R: menor, mais por si → A descendência é numerosa, mas de pequeno tamanho → descendência tem de se proteger a si própria → morte de muitos descendentes → compensada pelo grande número que nasce.
• Seleção K: maior, menos, protegidos → descendência é pouca e de grande tamanho → os progenitores são responsáveis pela sua sobrevivência → taxa de mortalidade é menor que na seleção anterior.

Question 51

Aonde é que o custos de produção de gâmetas são grandes?

Answer 51

aranhas, escorpiões e galinhas poedeiras