Biologia do ensino médio · Grades 10–12
32A glicose do sangue e o diabetes
Cinco litros de sangue, um grama de glicose em cada um: cinco gramas ao todo, mais ou menos um torrão de açúcar. Só o cérebro queima essa quantidade a cada hora, de dia e de noite, e não consegue usar mais nada. E, mesmo assim, uma pessoa que não come nada por um dia, ou que come um bolo inteiro de uma vez, mantém a concentração a alguns décimos de grama por litro do mesmo valor — e uma pessoa cujo pâncreas falhou não mantém, com consequências que vão da sede ao coma. Este capítulo é sobre o número mais vigiado do corpo, sobre os órgãos que o mantêm firme, e sobre o que acontece, nas duas formas do diabetes, quando eles não conseguem.
32.1 Uma constante regulada
Definição 32.1 (Glicemia)
A glicemia é a concentração de glicose no plasma sanguíneo: cerca de () antes de uma refeição numa pessoa saudável, subindo a em uma hora depois de comer e voltando em duas, caindo a depois de um dia de jejum. Abaixo de o cérebro falha (confusão, depois coma); acima de a glicose vaza para a urina, e anos acima de danificam vasos e nervos. A glicemia é uma grandeza regulada: um valor mantido perto de um ponto de ajuste por um sistema que o mede e o corrige.
Proposição 32.2 (O reservatório de glicose e os fluxos dele)
Os de glicose do sangue são um reservatório pelo qual passam fluxos grandes. Entradas: o intestino depois de uma refeição (até numa hora) e, entre as refeições, o fígado, que libera glicose do glicogênio armazenado dele (, o suprimento de meio dia) e produz glicose nova a partir de aminoácidos e de lactato. Saídas: o cérebro (, constante), os músculos (de alguns gramas a em trabalho), outros tecidos, e o armazenamento como glicogênio no fígado e nos músculos ou como gordura. Um reservatório de alimentado e drenado a dezenas de gramas por hora só é estável porque os fluxos são ajustados minuto a minuto.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 32.3 (Um dia de glicemia)
Café da manhã às 8: a glicemia sobe de a às 9 e volta a às 10, com o excesso indo para o glicogênio do fígado e do músculo. Das 10 às 13 o fígado libera glicogênio e o nível fica perto de . Uma corrida às 17 puxa para os músculos em uma hora; o fígado esvazia metade da reserva dele para acompanhar, e o nível cai a . Durante a noite, o fígado produz glicose nova a partir de aminoácidos, e às 7 o nível é de . Trezentos gramas passaram por um reservatório de cinco.
32.2 O pâncreas mantém o equilíbrio
Proposição 32.4 (Dois hormônios das ilhotas)
Espalhados pelo pâncreas, entre as células que fabricam enzimas digestivas, ficam um milhão de pequenos aglomerados de células, as ilhotas. As células delas medem a glicemia do sangue que passa e secretam nele dois hormônios:
- a insulina, das células , quando a glicemia sobe: ela faz as células musculares e adiposas captarem glicose, e o fígado e os músculos a armazenarem como glicogênio; a glicemia cai;
- o glucagon, das células , quando ela cai: ele faz o fígado quebrar o glicogênio e liberar glicose; a glicemia sobe.
Os dois agem sobre os mesmos órgãos em sentidos opostos; o equilíbrio entre eles, reajustado a cada poucos minutos pela glicemia medida, é a regulação. A insulina é o único hormônio que baixa a glicemia; vários a elevam.
Evidence. Retirar o pâncreas de um cão (1889) o deixa diabético em um dia: a glicemia dele triplica e glicose aparece na urina dele; amarrar o ducto que leva as enzimas digestivas não deixa, e assim o efeito não é digestivo. Injetar um extrato das ilhotas (1921) baixa a glicemia de um cão diabético, e de uma criança diabética, em horas; a substância ativa, a insulina, foi purificada no mesmo ano. Ilhotas isoladas numa placa secretam insulina quando a glicose do meio é elevada e glucagon quando ela é baixada. O glucagon injetado eleva a glicemia de uma pessoa em jejum em minutos, e só se o fígado tiver glicogênio. ∎
Exemplo 32.5 (A alça em ação)
Depois de uma refeição a glicemia sobe; em minutos as células liberam insulina, os músculos e as células adiposas abrem os transportadores de glicose deles, o fígado passa a produzir glicogênio, e o nível cai de volta — momento em que a secreção de insulina também cai. Entre as refeições, a deriva para baixo é atendida pelo glucagon, o glicogênio é quebrado, e o nível se mantém. Nenhum dos hormônios está ausente algum dia; a razão entre eles se move, e a glicemia a segue dentro de uma faixa estreita.
32.3 Quando a alça falha: o diabetes
Definição 32.6 (Diabetes)
O diabetes é um excesso crônico de glicemia: acima de em jejum, ou acima de duas horas depois de uma carga padrão de glicose. Os sinais iniciais decorrem do excesso: glicose na urina, que arrasta água junto (urina abundante, sede), e perda de peso quando as células não conseguem usar a glicose que está em volta delas. Os danos tardios — aos pequenos vasos do olho e do rim, aos nervos, às artérias — vêm de anos de glicose reagindo com proteínas. Duas doenças compartilham o nome.
Proposição 32.7 (Tipo 1 e tipo 2)
- O diabetes tipo 1 (cerca de 10% dos casos) é a destruição das células pelo próprio sistema imunológico do paciente, em geral na infância ou na juventude: a insulina está ausente. A glicemia sobe sem freio, a gordura é queimada por falta de glicose utilizável e os produtos ácidos dela se acumulam; sem insulina injetada a doença é fatal em meses. O tratamento é insulina, várias vezes por dia, dosada conforme as refeições e a glicemia medida, para a vida toda.
- O diabetes tipo 2 (cerca de 90%) se desenvolve em adultos, na maioria das vezes com sobrepeso e sedentários: os tecidos respondem cada vez menos à insulina (resistência à insulina), as células compensam secretando mais, e depois de anos elas se esgotam. A insulina está presente, mas é insuficiente. A predisposição é em parte genética (Capítulo 16); o gatilho é o modo de vida, e o primeiro tratamento é a mudança dele — perda de peso e exercício — antes dos medicamentos e, tarde, da insulina.
Evidence. Os pacientes de tipo 1 têm anticorpos contra as próprias células das ilhotas anos antes dos sintomas, e no diagnóstico as ilhotas deles estão quase sem células e infiltradas por glóbulos brancos; a insulina do sangue deles é indetectável e eles respondem na hora à insulina injetada. Os pacientes de tipo 2 têm insulina normal ou alta no diagnóstico; as células musculares e adiposas deles captam menos glicose para uma dada dose de insulina que as de uma pessoa saudável; gêmeos idênticos compartilham a doença em 70% dos casos, e a perda de peso ou um programa de caminhadas sozinho restaura a glicemia normal em muitos casos iniciais. ∎
Exemplo 32.8 (Administrar um dia com tipo 1)
Uma adolescente com tipo 1 mede a glicemia antes de cada refeição com uma gota de sangue, conta os carboidratos do prato dela e injeta uma dose de insulina rápida proporcional a eles — cerca de uma unidade por — mais uma insulina lenta uma vez por dia para o fundo. Insulina demais, ou uma refeição pulada, e o nível cai abaixo de : suor, tremor, confusão, corrigidos com açúcar em minutos. Insulina de menos, e o nível fica acima de com sede e cansaço, e os vasos sofrem o dano em silêncio. Ela está fazendo, à mão, o que as células dela faziam por retroalimentação.
Método 32.9 (Ler um registro de glicemia)
- Localize o ponto de ajuste e a faixa: em jejum , depois das refeições abaixo de ; duas horas depois de uma carga de glicose abaixo de (saudável), (diminuída), acima de (diabetes).
- Para cada subida, pergunte o que colocou glicose (refeição, fígado) e o que deveria retirá-la (os alvos da insulina); para cada queda, o que a retirou (cérebro, músculo) e o que deveria repô-la (o glucagon, o fígado).
- Leia os hormônios junto com a glicose: a insulina deve subir com a glicemia e o glucagon cair; insulina ausente significa tipo 1, insulina alta com glicemia alta significa resistência.
- Converta as unidades quando for preciso: de glicose são .
Observação 32.10 (Um modelo de regulação)
Sensor, ponto de ajuste, dois efetores opostos, retroalimentação negativa: o controle da glicemia tem o mesmo desenho que o controle da testosterona no Capítulo 20, e que o desenho da maioria das constantes do corpo — temperatura, água, pressão arterial, acidez. O diabetes é a cara de uma constante regulada quando a alça dela está quebrada: o valor ainda responde às entradas, mas nada o traz de volta. Ler as curvas deste capítulo é treino para ler qualquer uma delas.
32.4 Exercícios
Exercício 32.1 ★
Dê a glicemia normal em jejum em e em , e os dois limiares de perigo.
Solução
Solução de Exercício 32.1.
Cerca de , ou seja, . Abaixo de o cérebro falha; acima de a glicose passa para a urina (e anos acima de danificam os vasos).
Exercício 32.2 ★
Nomeie os dois hormônios das ilhotas, as células que os produzem e o efeito de cada um sobre a glicemia.
Exercício 32.3 ★
Qual órgão consegue tanto armazenar quanto liberar glicose? Sob que forma ele a armazena?
Solução
Solução de Exercício 32.3.
O fígado, como glicogênio (e ele também consegue produzir glicose nova a partir de aminoácidos e de lactato).
Exercício 32.4 ★
Enuncie a diferença essencial entre o diabetes tipo 1 e o tipo 2 numa frase para cada um.
Exercício 32.5 ★
A partir da figura do teste de tolerância, leia as três curvas aos 120 minutos e classifique cada uma.
Solução
Solução de Exercício 32.5.
Saudável, cerca de ; tolerância diminuída, cerca de (entre 1.4 e 2); tipo 2, cerca de (acima de 2).
Exercício 32.6 ★★
O cérebro usa de glicose por hora e o sangue guarda . Explique por que uma pessoa não perde a consciência uma hora depois de uma refeição, nomeando o órgão e o hormônio responsáveis.
Solução
Solução de Exercício 32.6.
O fígado libera glicose do glicogênio dele na mesma taxa em que o cérebro a retira, sob o controle do glucagon, e assim o reservatório fica perto de embora o conteúdo dele seja renovado a cada hora.
Exercício 32.7 ★★
Explique por que retirar o pâncreas causa diabetes, mas amarrar o ducto dele não causa, e o que isso mostra sobre onde a insulina é produzida e como ela viaja.
Solução
Solução de Exercício 32.7.
O ducto leva enzimas digestivas ao intestino; bloqueá-lo deixa a glicemia normal, e assim o efeito do pâncreas sobre a glicose não se dá pela digestão. Retirar o órgão inteiro retira as ilhotas: a insulina é produzida no pâncreas e chega aos alvos dela pelo sangue, e não pelo ducto.
Exercício 32.8 ★★
Uma pessoa em jejum recebe uma injeção de glucagon: a glicemia sobe em 20 minutos. A mesma injeção depois de três dias de jejum não faz nada. Explique.
Solução
Solução de Exercício 32.8.
O glucagon age fazendo o fígado quebrar o glicogênio dele; depois de uma noite de jejum a reserva está lá e a glicemia sobe; depois de três dias o glicogênio está esgotado e o glucagon não tem nada para liberar.
Exercício 32.9 ★★
Por que um diabético urina em abundância e sente sede?
Solução
Solução de Exercício 32.9.
Acima de cerca de os rins não conseguem reabsorver toda a glicose que filtram; ela passa para a urina e, por osmose, arrasta água junto. A água perdida precisa ser reposta: sede.
Exercício 32.10 ★★
Uma paciente de tipo 1 injeta a dose habitual de insulina dela e depois pula o almoço. Preveja o que acontece nas duas horas seguintes e por quê.
Exercício 32.11 ★★
Explique por que o exercício baixa a glicemia de um diabético de tipo 2 mesmo sem nenhuma mudança de insulina, usando o Capítulo 10.
Solução
Solução de Exercício 32.11.
Um músculo em trabalho capta glicose do sangue por uma via que não precisa de insulina, e o músculo treinado recupera a sensibilidade à insulina entre as sessões; a glicemia cai durante e depois do exercício, e a resistência dos tecidos, a causa da doença, diminui.
Exercício 32.12 ★★★
Dois pacientes têm glicemia de jejum de . Um não tem insulina detectável; o outro tem três vezes a insulina normal. Diagnostique cada um, e diga o que as ilhotas de cada paciente estão fazendo.
Exercício 32.13 ★★★
Trace, ou descreva, as curvas da glicemia e da insulina nas três horas depois de uma refeição numa pessoa saudável, num paciente de tipo 1 sem tratamento e num paciente de tipo 2. Explique cada diferença.
Solução
Solução de Exercício 32.13.
Saudável: a glicemia sobe a cerca de aos 30–60 minutos e volta em 2 horas; a insulina sobe com ela e cai com ela. Tipo 1 sem tratamento: a glicemia sobe acima de e fica; a insulina plana em zero — nada retira a glicose. Tipo 2: a glicemia sobe alto e cai devagar; a insulina sobe mais que o normal e fica alta — muito hormônio, pouco efeito.
Exercício 32.14 ★★★
Uma refeição contém de carboidratos. Se tudo isso entrasse no sangue de uma vez, quanto ficaria a glicemia? Explique por que isso nunca acontece, listando os destinos da glicose nas duas primeiras horas.
Solução
Solução de Exercício 32.14.
em : . Isso nunca acontece porque a absorção leva uma ou duas horas e, à medida que a glicose chega, a insulina a manda para o glicogênio do fígado, para o glicogênio do músculo e para a gordura, enquanto o cérebro e os tecidos queimam um pouco: o reservatório nunca guarda mais que alguns gramas acima do normal.
Exercício 32.15 ★★★
Compare a regulação da glicemia com a da testosterona no Capítulo 20: sensor, ponto de ajuste, efetores, sinal da retroalimentação. O que há de especial em ter dois hormônios opostos?
Solução
Solução de Exercício 32.15.
Os dois: um sensor (as células das ilhotas; o hipotálamo e a hipófise), um ponto de ajuste, efetores e uma retroalimentação negativa que remove o sinal. A glicemia tem dois hormônios opostos agindo sobre os mesmos órgãos, e assim a variável consegue ser empurrada ativamente para cima e para baixo; a alça da testosterona tem um hormônio e corrige sobretudo por mais ou menos dele. Dois efetores opostos dão um controle mais rápido e mais apertado de uma variável que muda depressa nos dois sentidos.
32.5 Problema: cinco gramas de açúcar
Problema 32.1
Problema de fim de semana — a glicose do sangue contabilizada ao longo de um dia: o reservatório e os fluxos dele, um teste de tolerância lido, uma dose de insulina calculada, e uma alça que precisa ser substituída à mão
Tome um volume de sangue de , um consumo cerebral de de glicose, uma reserva de glicogênio hepático de e um glicogênio muscular de . Uma unidade de insulina rápida dá conta de cerca de de carboidratos.
Parte I — O reservatório.
- Calcule a massa de glicose do sangue a , e a mesma concentração em (glicose ).
- Quanto tempo a glicose do sangue duraria só para o cérebro, se nada a repusesse?
- Entre as refeições, o fígado a repõe. Quanto tempo o glicogênio do fígado dura para o cérebro? O que acontece depois disso?
- O glicogênio muscular é quatro vezes o do fígado, mas os músculos não conseguem liberar glicose no sangue. Explique por que o glicogênio muscular não ajuda o cérebro, e para que ele serve.
- Uma refeição entrega de glicose ao longo de uma hora. Se nada fosse retirado, quanto a glicemia atingiria? O que a retira de fato, e para onde ela vai?
Parte II — O teste. Um paciente bebe de glicose. Glicemia e insulina medidas:
| minutos | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 180 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| glicemia (g/L) | 1.15 | 1.8 | 2.05 | 2.0 | 1.85 | 1.6 |
| insulina (% de um pico saudável) | 90 | 140 | 180 | 200 | 190 | 160 |
- Classifique o paciente com os limiares do Método 32.9.
- Falta insulina? O que, então, está falhando?
- Nomeie a doença, e dê duas características da história do paciente que você esperaria.
- Como ficaria a mesma tabela para um paciente de tipo 1 sem tratamento?
- Qual é o primeiro tratamento prescrito, e por que mecanismo ele age?
Parte III — Conduzir a alça à mão. A glicemia de uma paciente de tipo 1 é de antes do jantar; a refeição tem de carboidratos.
- Calcule a dose de insulina rápida para a refeição.
- Ela a injeta mas come só metade da refeição. Estime até onde a glicemia pode cair, e nomeie os sintomas e o remédio.
- Ela não injeta nada e come a refeição inteira. Estime a glicemia se os entrassem todos num reservatório de , e diga o que os rins fazem acima de .
- Por que ela também precisa injetar uma insulina lenta à noite, quando não come nada?
- Explique em que sentido o medidor e a caneta substituem a célula , e o que eles não conseguem substituir.
Parte IV — A alça, raciocinada.
- Um medicamento estimula as células a secretar mais insulina. Para qual tipo de diabetes ele consegue funcionar, e por que não para o outro?
- Uma pessoa com tipo 2 perde e caminha uma hora por dia; seis meses depois o teste de tolerância está normal. Explique qual parte da alça foi reparada.
- Explique por que a insulina e o glucagon de uma pessoa saudável nunca estão os dois altos, e o que uma ilhota numa placa faz quando a glicose do meio é fixada em .
- O glucagon, a adrenalina, o cortisol e o hormônio de crescimento elevam todos a glicemia; só a insulina a baixa. Proponha por que o corpo tem várias salvaguardas contra uma glicemia baixa e uma contra uma alta.
- Enuncie o resultado: a glicose do sangue, as horas que o fígado consegue cobrir, o diagnóstico da Parte II e a dose da Parte III.
Solução
Solução de Problema 32.1.
1. ; .
2. Uma hora.
3. horas. Depois disso, o fígado produz glicose nova a partir de aminoácidos (e de lactato), ao custo das proteínas do corpo.
4. As células musculares não têm a enzima que libera glicose livre do glicogênio para o sangue; o glicogênio delas é queimado no próprio lugar, para a contração delas mesmas.
5. em : . A insulina manda a glicose para o glicogênio do fígado e do músculo e para a gordura, e os tecidos queimam um pouco; a glicemia tem pico em torno de .
6. Jejum (abaixo de 1.26) mas aos 120 minutos (entre 1.4 e 2): tolerância diminuída, no limiar do diabetes.
7. Não: a insulina está no dobro de um pico saudável. O que está falhando é a resposta dos tecidos a ela — resistência à insulina.
8. Tipo 2 (ou o estágio de alerta dele). Esperado: adulto, com sobrepeso, sedentário, muitas vezes com parentes diabéticos.
9. Glicemia começando acima de , subindo acima de e sem cair; insulina perto de zero o tempo todo.
10. Perda de peso e exercício regular: eles restauram a sensibilidade dos tecidos à insulina e deixam o músculo em trabalho captar glicose sem ela.
11. unidades.
12. A dose dá conta de , mas só chegam: a insulina excedente puxa a glicemia para baixo pelo equivalente a no reservatório e nas reservas — bem abaixo de : suor, tremor, confusão; açúcar na hora.
13. se nada fosse retirado; na realidade, alguns . Acima de os rins deixam a glicose ir para a urina, com água: urina abundante e sede.
14. Entre as refeições, o fígado liberaria glicose sem freio (o glucagon age, nada se opõe a ele) e os tecidos queimariam gordura com produtos ácidos: um fundo de insulina é necessário para o equilíbrio básico, e não só para as refeições.
15. O medidor mede a glicemia como a célula media; a caneta entrega a insulina que ela teria secretado. Eles não conseguem substituir o ajuste contínuo, minuto a minuto: a paciente mede algumas vezes por dia e estima, onde a célula media o tempo todo e respondia com exatidão.
16. Tipo 2, cujas células existem e conseguem ser estimuladas. No tipo 1 não há células para estimular.
17. A resposta dos tecidos à insulina — o lado efetor da alça: com menos gordura e músculo ativo, um sinal normal de insulina volta a produzir uma captação normal, e as células são aliviadas.
18. Cada um é secretado em resposta ao desvio oposto da mesma variável: uma glicemia alta chama a insulina e silencia o glucagon, uma baixa faz o contrário. A a ilhota secreta os dois a uma taxa baixa e equilibrada — o estado de repouso dela.
19. Uma glicemia baixa mata o cérebro em minutos, uma alta o danifica devagar ao longo de anos: o perigo agudo tem várias guardas independentes, o lento tem uma só — e é por isso que a falha da insulina sozinha basta para causar uma doença, e por que o diabetes é comum.
20. Cerca de de glicose no sangue; o glicogênio do fígado cobre cerca de 20 horas; o paciente da Parte II tem tolerância diminuída no limite do diabetes tipo 2; a dose da Parte III é de 9 unidades.