Rã-da-madeira (Lithobates sylvaticus) e seu mecanismo de crioproteção

Uma das mais fascinantes estratégias de sobrevivência que alguns indivíduos do reino animal desenvolveram, é sem sombra de dúvidas, a tolerância ao congelamento. Entre os vertebrados, a capacidade de suportar o congelamento corporal completo é extremamente rara, podemos observar parcialmente essa habilidade em algumas espécies de anfíbios, como a rã-da-madeira (Lithobates sylvaticus), um animal amplamente distribuído na América do Norte e considerada o principal modelo experimental para o estudo dos mecanismos moleculares, bioquímicos e fisiológicos envolvidos nesse processo (STOREY, 2017). 

A partir do momento em que a temperatura extracorpórea diminui, proteínas especializadas induzem a formação de cristais de gelo em espaços extracelulares, inviabilizando o congelamento abrupto das células, e evitando o rompimento das membranas (LARSON et al., 2014). Durante o congelamento, o sistema nervoso do animal, sinaliza ao fígado para transformar suas reservas de glicogênio em uma grande quantidade de glicose, que será transportado para todos os tecidos do corpo, aumentando o nível plasmático e regulando a perda de líquido da células (STOREY e STOREY, 1986). 

Os sinais vitais são interrompidos, como batimentos cardíacos, respiração e atividade cerebral, entrando em um estado de anóxia suportada pela drástica redução do metabolismo. Algumas enzimas são moduladas para operar em baixas temperaturas, minimizando o consumo de ATP e evitando o acúmulo de metabólitos tóxicos (COSTANZO et al., 2013; LARSON et al., 2014), também é observado o aumento significativo a chaperones moleculares (proteínas) e enzimas antioxidantes, atuando de forma única na estabilização e neutralização de radicais livres durante o processo de congelamento e descongelamento, além da anoxia em si (STOREY e STOREY, 2013).

Figura 1:(A) Lithobates sylvaticus, congelada e descongelada. (B) O gráfico mostra como a concentração de glicose em vários tecidos (sangue, fígado, músculo esquelético, coração e rim) muda ao longo de um período de congelamento e descongelamento. Fonte: J. M. Storey. 

A ureia é um dos principais crioprotetores no quesito de congelamento da rã-da-madeira, ela se acumula nos espaços intracelulares, um pouco antes da temperatura extracorpórea cair, em períodos invernais majoritariamente. Esse acúmulo age significativamente na elevação da osmolaridade dos fluidos corporais, ressaltando a depressão do ponto de congelamento e restringindo a nucleação de cristais de gelo no interior das células, o que contribui para a preservação da integridade das membranas, um efeito análogo ao conferido por compostos como a glicose e o glicerol (STOREY, et al., 2021). 

O descongelamento se inicia da periferia para o centro corporal do animal, ocorrendo em pouco tempo. Observa-se, neste período, o retorno da frequência cardíaca e reperfusão tecidual sistêmica (Layne & First, 1991). Esse processo, que ocorre de maneira gradual e coordenada, é fundamental para evitar lesões isquêmicas e garantir a integridade fisiológica dos tecidos. A recuperação mitocondrial também é essencial nesse momento, com rápida reativação da cadeia respiratória e aumento controlado do consumo de oxigênio, ambos fatores que previnem um estresse oxidativo excessivo e protegem as células contra a formação descontrolada de espécies reativas ao oxigênio (STOREY, et al., 2021). 

Diante da complexidade dos processos fisiológicos envolvidos na sobrevivência da rã-da-madeira ao congelamento, torna-se evidente o alto grau de sofisticação adaptativa dessa espécie frente às condições extremas do inverno norte americano. A capacidade de interromper quase completamente o metabolismo, preservar a estrutura e a função celular durante a formação de gelo extracelular e retomar a atividade fisiológica plena após o degelo, revela um conjunto de mecanismos bioquímicos, moleculares e mitocondriais altamente integrados. Com a compreensão de como a Lithobates sylvaticus evita danos celulares mesmo em condições de parada metabólica quase total, a ciência se aproxima de replicar tais estratégias em criopreservação em contextos clínicos e tecnológicos na conservação de tecidos ao frio extremo, um potencial transformador para a saúde humana e conservação biológica.

Autor: Marcelo Oliveira Loiola - Vice-diretor de Divulgação do GEAS Brasil.

 Painel Selvagem de Junho/2025.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

1. STOREY, J. M.; WU, S.; STOREY, K. B. Mitochondria and the frozen frog. Antioxidants, v. 10, p. 543, 2021. DOI: 10.3390/antiox10040543.

2. STOREY, K. B.; STOREY, J. M. Molecular physiology of freeze tolerance in vertebrates. Physiological Reviews, 2017, v. 97, n. 2, p. 623–665, abr. 2017. DOI: 10.1152/physrev.00016.2016  .

3. STOREY, K. B.; STOREY, J. M. Natural freezing survival in animals. Annual Review of Ecology and Systematics, v. 27, n. 1, p. 365–386, nov. 1996. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.27.1.365  .

4. STOREY, K. B.; STOREY, J. M. Freeze tolerant frogs: Cryoprotectants and tissue metabolism during freeze/thaw cycles. Canadian Journal of Zoology, v. 64, n. 1, p. 49–56, 1986. DOI: não disponível (caso deseje, posso procurar).

5. LARSON, D. J.; MIDDLE, L.; VU, H.; ZHANG, W.; SERIANNI, A. S.; DUMAN, J.; BARNES, B. M. Wood frog adaptations to overwintering in Alaska: new limits to freezing tolerance. The Journal of Experimental Biology, v. 217, Pt 12, p. 2193–2200, 2014. DOI: 10.1242/jeb.101931  .

6. COSTANZO, J.; DO AMARAL, M. C.; ROSENDALE, A.; LEE, R. H. Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of the wood frog. The Journal of Experimental Biology, v. 216, Pt 18, p. 3461–3473, set. 2013. DOI: 10.1242/jeb.089342  .

7. LAYNE, J. R. Jr.; FIRST, M. C. Resumption of physiological functions in the wood frog (Rana sylvatica) after freezing. American Journal of Physiology, v. 261, n. 1 Pt 2, p. R134–R137, jul. 1991. DOI: 10.1152/ajpregu.1991.261.1.R134.