O metabolismo único do coração

por Stephen Hussey,

Para entender o metabolismo único do coração e seu papel em manter o coração saudável, primeiro precisamos discutir algumas informações básicas. Os seres humanos, assim como todos os mamíferos, têm o que é chamado de Sistema Nervoso Autônomo (SNA). É o aspecto do nosso sistema nervoso que está monitorando nosso ambiente externo para determinar se estamos em uma situação segura ou ameaçadora. Dependendo de qual é, ele dirá ao seu corpo para ter a reação apropriada. Descanse / relaxe ou fuja / defenda-se.

Existem dois aspectos no SNA dos mamíferos, o estímulo simpático e parassimpático, e a estimulação dominante de um ou outro diz ao seu corpo qual a resposta ter em uma determinada situação. O simpático é o aspecto "lutar ou fugir" usado para nos ajudar a combater ou fugir de uma situação ameaçadora, enquanto o parassimpático é o aspecto "descansar e digerir" que assume quando tudo é "seguro" e podemos nos concentrar em digestão, metabolismo, sono, socialização, etc.

As informações para o SNA são comunicadas no sistema nervoso através de um dos nervos cranianos chamado nervo vago. A parte do nervo vago associada ao sinal simpático é denominada núcleo motor dorsal (DMN) e a parte associada ao aspecto parassimpático é denominada núcleo ambíguo (NA) (1). Abaixo está uma seção transversal da medula espinhal mostrando as diferentes áreas do nervo.

Mas esse sistema duplo de nervo vago nem sempre foi assim. A maioria dos répteis, e tudo o que evoluiu antes dos répteis, possuíam um único trato nervoso. O núcleo motor dorsal foi o único aspecto do nervo vago nesses animais. Como os animais eram muito metabolicamente lentos (pense em animais de sangue frio como répteis), era tudo o que eles precisavam. Se eles tivessem uma resposta extrema ao estresse que estimulasse excessivamente o nervo vago, isso faria com que seu corpo desacelerasse gravemente. Eles teriam diminuído a respiração e a frequência cardíaca (bradicardia). Era quase como um mecanismo de defesa "fingindo de morto" para eles.

Agora, avance rapidamente para répteis de maior evolução, como crocodilos e algumas tartarugas, e começamos a ver evidências de uma divisão no nervo vago. Isso começou a acontecer porque esses animais estavam se tornando mais ativos e metabolicamente exigentes. Se você tentasse desacelerar os sistemas corporais durante uma resposta ao estresse nesses animais, isso não acabaria bem para eles. Isso ocorre porque nesses animais mais ativos, a desaceleração do metabolismo e do fluxo sanguíneo resultaria em diminuição de oxigênio para os tecidos, ou hipóxia.

Quando os mamíferos finalmente aparecem no cenário evolutivo (cerca de 225 milhões de anos atrás), agora vemos a divisão completa do nervo vago no núcleo motor dorsal e no núcleo ambíguo, como nós humanos temos hoje. Os mamíferos são muito mais exigentes metabolicamente do que qualquer coisa viva que evoluiu antes deles. Essa divisão do nervo vago em duas vias é o que permitiu que os mamíferos se tornassem tão exigentes metabolicamente (corrida, movimentos rápidos, sangue quente), mantendo a capacidade do nosso Sistema Nervoso Autônomo de desencadear uma resposta ao estresse para evitar algo ameaçador sem exagerar o metabolismo e desligar nossos sistemas orgânicos muito exigentes metabolicamente.

Se os mamíferos tivessem mantido a via do núcleo motor dorsal único do nervo vago enquanto desenvolviam sistemas orgânicos mais exigentes do metabolismo, quando tivessem uma resposta de estresse estimulante demais, o núcleo motor dorsal do trato único tentaria retardar o metabolismo dos sistemas orgânicos exatamente como ele fez nos répteis e animais pré-répteis. Os sistemas de órgãos altamente metabolicamente ativos dos mamíferos não tolerariam isso e provavelmente causariam o desligamento dos sistemas de órgãos e a provável morte.

Essas espécies evoluídas mais antigas, sem uma via dividida, tinham uma fisiologia que lhes permitia, em certas situações, retardar gravemente o metabolismo e o fluxo sanguíneo (criando privação de oxigênio ou hipóxia e privação de metabólitos) sem causar danos aos tecidos. Para se tornarem mais metabolicamente ativos, répteis com maior evolução e, em seguida, mamíferos, perderam essa capacidade em troca de serem mais rápidos, mais fortes, mais quentes e maiores. No entanto, existem algumas espécies, que conhecemos, que parecem ter se apegado à capacidade de desacelerar gravemente o metabolismo e não causar danos. Um exame de sua fisiologia metabólica pode nos ajudar a entender o que há de errado com o nosso em doenças crônicas.

Um animal que pode fazer isso é o peixe dourado comum. Observou-se que durante o inverno, quando as temperaturas da água são muito baixas, o peixinho dourado pode sobreviver vários dias sem oxigênio. Sem oxigênio, os peixes são forçados a usar glicólise anaeróbica para produzir energia. Se feito por muito tempo, isso normalmente causaria um aumento na produção de ácido lático, causando danos. Como o peixe contorna isso? Embora os mecanismos completos pelos quais isso é feito não estejam completamente desenvolvidos, os cientistas acreditam que a capacidade de fazer isso vem da capacidade desses peixes de converter lactato em etanol e excretar é muito fácil através de suas brânquias. Também foi observado que eles nem sempre produzem o produto ácido do lactato durante a glicólise anaeróbica, mas produzem outras substâncias neutras. (2)

Outra espécie de peixe (carpa), apresenta características metabólicas semelhantes. Quando os cientistas colocaram a carpa em um ambiente sem oxigênio, elas sobreviveram por 6 horas, e potencialmente mais tempo porque, quando interromperam o teste, os peixes ainda estavam bem. Foi determinado que esses peixes também faziam isso convertendo facilmente o lactato em etanol e excretando-o de forma eficiente através dos pulmões para a água. Eles também produziam menos lactato, produzindo subprodutos mais neutros do metabolismo. (3)

Outro exemplo são as tartarugas de água doce da América do Norte. Em um ambiente com pouco ou nenhum oxigênio, que exige que essas tartarugas dependam da glicólise anaeróbica, em vez de serem capazes de converter o excesso de ácido lático em etanol como o peixe, essas tartarugas possuem mecanismos que amortecem o ácido lático no sangue, liberando bicarbonato de cálcio muito alcalino de suas conchas. (4)

Isso é muito fascinante! Todos esses animais desenvolveram mecanismos que lhes permitem sobreviver em condições de baixo oxigênio. Mas os três primeiros foram dois peixes e um réptil, que evoluíram 530 milhões de anos atrás, muito antes dos mamíferos. Portanto, é compreensível que alguns peixes tenham essas características evoluídas para sobreviver a longos períodos de tempo sem oxigênio. No entanto, um último exemplo é um mamífero.

Aquele mamífero é o Rato-toupeira-pelado. Quando confrontados com ambientes com muito pouco ou nenhum oxigênio, os mamíferos podem fazer algumas adaptações fisiológicas para ajudá-los a sobreviver, uma delas é a glicólise anaeróbica. No entanto, como o ATP é usado tão rapidamente, a maioria dos vertebrados pode viver apenas alguns minutos em um ambiente anóxico. Os peixes discutidos anteriormente reduziram severamente a temperatura do corpo e tiveram pequenas alterações no metabolismo, o que lhes permitiu fazer isso, mas um mamífero de sangue quente, como um Rato-toupeira-pelado, teoricamente não pode diminuir muito a temperatura do corpo sem problemas. No entanto, esses ratos são capazes de suportar ambientes com baixo oxigênio, como é resumido por esta citação de um artigo de pesquisa:

"Park et al. Observaram que ratos-toupeiras-pelados podem tolerar uma atmosfera de 5% de oxigênio por 5 horas sem estresse indevido, enquanto ratos (Mus musculus) morreram de asfixia em < 15 minutos. Sob anóxia completa (oxigênio a 0%), ratos e ratos-toupeira-pelados rapidamente perderam a consciência. No entanto, enquanto os ratos passaram rapidamente pelo ponto sem retorno e não puderam ser ressuscitados, mesmo quando reexpostos ao ar ambiente (21% de oxigênio) dentro de um minuto após a exposição inicial à anoxia, os ratos-toupeira-pelados ficaram totalmente recuperados de 18 minutos de anóxia completa". (5)

Um mecanismo pelo qual eles fazem isso é que, em vez de usar glicose como combustível na glicólise anaeróbica, os ratos-toupeira desenvolveram uma maneira de usar a frutose. A vantagem disso é que, ao usar a frutose, ela pode ignorar certas etapas do metabolismo que servem como ciclos negativos de feedback que sinalizam para a fisiologia que muita glicólise anaeróbica está sendo realizada e que o ácido lactato corre o risco de estar em excesso. Isso permite que os ratos-toupeira continuem produzindo energia. Na medida em que os ratos-toupeira lidam com o aumento de lactato produzido, os melhores pesquisadores especulam que os ratos-toupeira podem diminuir severamente seu metabolismo:

"Descobrimos que os ratos-toupeira-pelados exibem depressão robusta da taxa metabólica na hipóxia aguda, acompanhados por declínios em todas as variáveis ​​fisiológicas e comportamentais examinadas. No entanto, o pH do sangue e do tecido não foi alterado e as concentrações teciduais de ATP e fosfocreatina foram mantidas. Os ratos-toupeira-pelados aumentaram sua dependência de carboidratos na hipóxia, e a glicose foi mobilizada do fígado para o sangue". (6)

Agora, como essas informações nos ajudam a determinar o que causa a doença crônica. Por um lado, os seres humanos e outros mamíferos não têm as capacidades únicas do rato-toupeira. Mas humanos e outros mamíferos também não vivem nos ambientes de baixo oxigênio das habitações subterrâneas que o rato-toupeira. A maioria dos mamíferos não apresenta problemas resultantes do excesso de produção de ácido láctico, mas os humanos parecem ter.

Eu discuti em posts anteriores como a série de eventos que acontecem devido à falta de adaptação da gordura, estresse oxidativo que esgota o óxido nítrico e um sistema nervoso autônomo desequilibrado, pode resultar em um ataque cardíaco. Em última análise, este é o resultado da alteração do metabolismo do tecido cardíaco, que resulta em um aumento na produção de ácido lático que causa danos. Considerando que os órgãos metabolicamente mais ativos do corpo são o rim, o cérebro e o coração (7) e esses são os locais mais comuns para se observar infarto no corpo (infarto renal, derrame e ataque cardíaco), acho que a isquemia do infarto, em muitos casos, é uma questão metabólica, na qual certos tecidos do corpo se tornam dependentes demais da glicose como combustível.

Existe algo chamado A teoria metabólica da regulação do fluxo sanguíneo. Isso sugere que, quando tivermos aumentado o metabolismo em uma área, também teremos aumentado os resíduos desse metabolismo. Esses resíduos (dióxido de carbono, íons hidrogênio e lactato) precisam ser evacuados da área em tempo hábil. (8) No entanto, quando muitos estão presentes, isso pode resultar na dilatação dos vasos sanguíneos, diminuição tremenda do fluxo sanguíneo e pode causar acumulo de sangue "sujo" na área. Esse sangue é pobre em oxigênio, o que força a área a glicólise anaeróbica. Como a glicólise anaeróbica é menos eficiente e produz mais produtos desperdiçadores do que a fosforilação oxidativa (9), o tecido é incapaz de manter a função fisiológica adequada.

Como os seres humanos não possuem nenhum dos mecanismos de proteção que as outras espécies que discutimos, essa situação pode resultar em morte de tecidos. Isso é visto superficialmente em diabéticos mal controlados quando o tecido de seus membros começa a morrer e eles precisam de amputação. Ou pode acontecer nos órgãos, especialmente nos órgãos metabolicamente ativos, como rim, cérebro e coração, que são muito dependentes do metabolismo adequado e eficiente.

O aumento de resíduos nos tecidos é iniciado por um metabolismo à base de carboidratos. (10) Isso é evidente porque a queima principalmente de carboidratos como combustível resulta em mais resíduos do que a queima de ácidos graxos ou cetonas. (11, 12) Embora eu não saiba muito sobre como isso acontece no rim ou no cérebro (embora eu acredite que haja uma razão pela qual as cetonas podem atravessar a barreira hematoencefálica e suprir o cérebro com uma fonte de combustível), eu acho que descobri como isso pode acontecer no coração.

É sabido que as células cardíacas não têm a capacidade de se dividir e se reparar quando danificadas. Pensa-se que elas perdem sua capacidade de fazer isso como uma espécie de compensação por serem tão metabolicamente ativas. Por isso, acho que, embora o coração dos mamíferos não tenha desenvolvido os mecanismos para lidar com o aumento da produção de lactato quando aconteceu como os outros animais que discutimos, o corpo desenvolveu mecanismos para garantir que o coração nunca tivesse que confiar principalmente na glicose. Estes são, mais ou menos, a entrega direta de ácidos graxos que comemos no coração através de quilomícrons no sistema linfático. Bem como um meio direto de comunicação entre as células do coração e das gorduras, para que o sinal para mobilizar gorduras possa ser dado a qualquer momento. (13)

Por mais que a evolução tentasse, no entanto, o mecanismo para manter o coração queimando principalmente gordura provou não ser suficiente para proteger o coração. A rápida mudança no modo de vida ao longo da história recente de seres humanos ultrapassou esses mecanismos e resultou em desequilíbrios fisiológicos que podem causar um ataque cardíaco. Novamente, esse é um metabolismo baseado em carboidratos, estresse oxidativo que esgota o óxido nítrico e um desequilíbrio no sistema nervoso autônomo. Discuto detalhadamente como os mecanismos que esses desequilíbrios causam resultam em um ataque cardíaco no meu post "Não são bloqueios, então o que realmente causa ataques cardíacos?"

Trazendo isso de volta ao que começamos a falar. Eu acho que metabolicamente o coração está bem evoluído para garantir que ele não use glicose demais como combustível. No entanto, o coração está inevitavelmente ligado às nossas emoções e eu não acho que ele esteja preparado para o súbito desequilíbrio em nosso Sistema Nervoso Autonômico que tantas pessoas experimentam em nosso mundo moderno e estressante. Portanto, respostas desequilibradas de estresse ao nosso órgão sensor de emoção podem desencadear um aumento repentino no metabolismo da glicose no coração e levar a problemas metabólicos e de fluxo sanguíneo que discutimos neste post.

A maneira de evitar isso é restringir carboidratos o suficiente para ter um metabolismo de ácidos graxos e base de cetona (pelo menos na maioria das vezes), reduzir o estresse oxidativo para preservar o óxido nítrico, evitando toxinas e aderindo a um metabolismo baseado em gordura, e encontrando maneiras de equilibre seu sistema nervoso autônomo como contato com a natureza, a comunidade, a terapia quente e fria, a mediação e os relacionamentos amorosos.

Mantenha-se saudável por aí!

Fonte: http://bit.ly/2TQxZyD