FISIOLOGIA DO SISTEMA MUSCULAR

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FISIOLOGIA DO SISTEMA MUSCULAR
Possui células altamente especializadas em converter energia química em mecânica. Tais células
utilizam a energia do ATP para realizar trabalho (locomoção, contração, etc). Como sabemos
existem três tipos de músculos: esquelético, cardíaco e o liso.
- Músculo esquelético: age sobre o esqueleto. Está sob controle voluntário e exerce papel
importante na manutenção da postura, locomoção, fala e respiração.
- Músculo cardíaco: está sob controle involuntário. O coração possui esse tipo de músculo.
- Músculo liso: está sob controle involuntário. Encontrado principalmente na parede de órgãos
ocos, como o intestino e os vasos sanguíneos.
Em todos os três tipos de músculos, a força é gerada pela interação das moléculas de actina e
miosina, processo que requer aumento transitório da [Ca++] intracelular.
ORGANIZAÇÃO DO MÚSCULO ESQUELÉTICO
Os músculos são fixados ao osso em um dos lados da articulação. O ponto de fixação mais próximo
do processo espinhoso é chamado de origem, enquanto o ponto de fixação na região distal é
chamado de inserção. Esses pontos de fixação são estabelecidos pelos tendões na extremidade do
músculo.
Cada músculo é composto por numerosas células chamadas de fibras musculares. A camada de
tecido conjuntivo, denominada endomísio, envolve cada uma dessas fibras. As fibras musculares
individuais são agrupadas em fascículos que são envolvidos por outra camada de tecido conjuntivo,
chamada perimísio. No perimísio estão os vasos sanguíneos e os nervos que suprem as fibras
musculares individuais. Finalmente, os fascículos são agrupados para formar o músculo. A bainha
de tecido conjuntivo que circunda o músculo é chamada de epimísio.
As células musculares esqueléticas individuais são delgadas, mas podem ser extremamente longas
(até 25 cm de comprimento). Cada fibra muscular esquelética contém feixes de filamentos,
chamados miofibrilas, que cursam ao longo do eixo da célula.
A miofibrila pode ser dividida, longitudinalmente, em sarcômeros. O sarcômero é delimitado por
duas linhas escuras, chamadas de linhas Z, e representa a unidade contrátil que se repete no
músculo esquelético. Em cada lado da linha Z existe uma faixa clara (banda I) que contém os
filamentos finos, compostos, principalmente, pela proteína actina. A área entre duas bandas I no
sarcômero é a banda A, que contém os filamentos grossos, compostos, principalmente, pela
proteína miosina.
A área escura na extremidade da banda A representa a região de sobreposição entre os filamentos
finos e grossos. A área clara, presente no centro do sarcômero, é chamada de banda H. Esta área
representa a porção da banda A que contém os filamentos grossos de miosina, mas nenhum
filamento fino de actina. Portanto, os filamentos finos de actina se estendem da linha Z até a
margem da banda H e se sobrepõem sobre parte do filamento grosso na banda A. Uma linha escura,
chamada de linha M, é evidente no centro do sarcômero e inclui proteínas que parecem ser críticas
para a organização e o alinhamento dos filamentos grossos no sarcômero.
Cada miofibrila é circundada pelo retículo sarcoplasmático (RS). O RS é a rede intracelular de
membranas que exerce papel na regulação do Ca + + intracelular. Invaginações do sarcolema,
chamadas de túbulos T, se estendem para o interior da fibra muscular, próximo às bordas da banda
A. O RS é uma rede intracelular, enquanto os túbulos T estão em contato com o espaço extracelular.
A porção do RS mais próxima aos túbulos T é chamada de cisterna terminal e é o local de
liberação do Ca + + , que é fundamental para a contração do músculo esquelético. A porção do RS
longitudinal contínua às cisternas terminais contém alta densidade de proteína da bomba de Ca + +,
fundamental para o relaxamento do músculo.
Os filamentos grossos de miosina são ancorados às linhas Z pela proteína do citoesqueleto,
chamada titina. A titina é uma proteína elástica muito grande, que se estende da linha Z ao centro
do sarcômero e parece ser importante para a organização e o alinhamento dos filamentos grossos,
no sarcômero. A titina pode, também, funcionar como um sensor mecânico e influenciar a
expressão gênica e a degradação proteica de modo mecânico, dependente da atividade.
Filamento fino: formado pela agregação de moléculas de actina (denominadas actina globular ou
actina G), formando um filamento de dois cordões, torcidos em hélice, chamado de actina F ou
actina filamentosa. A proteína alongada do citoesqueleto, nebulina, se estende ao longo do
comprimento do filamento fino e participa da regulação do comprimento desse mesmo filamento.
Proteínas adicionais, associadas ao filamento fino, incluem a tropomodulina (localizada na
extremidade, em direção ao centro do sarcômero, e participa na determinação do comprimento do
filamento fino), alfa-actinina e proteína capZ (ambas servem para ancorar o filamento fino à linha
Z).
Dímeros da proteína tropomiosina ocorrem ao longo de todo o filamento de actina e cobrem os
sítios de ligação da miosina, nas moléculas de actina. Cada dímero de tropomiosina recobre sete
moléculas de actina, com as sequências de dímeros de tropomiosina dispostas em configuração
cabeça-cauda. O complexo de troponina, que consiste em três subunidades - troponina T (se liga
à tropomiosina), troponina I (facilita a inibição da ligação da miosina à actina pela tropomiosina) e
troponina C (se liga ao Ca++) -, está presente em cada dímero de tropomiosina.
A ligação do Ca++ à troponina C promove o movimento da tropomiosina, sobre o filamento de
actina, expondo os sítios de ligação da miosina e facilitando a interação dos filamentos de actina e
miosina e a contração do sarcômero.
Filamento grosso: Os filamentos de miosina se formam pela associação cauda a cauda de moléculas
de miosina, resultando, desse modo, em uma disposição bipolar do filamento grosso. O filamento
grosso, então, se estende de cada lado da zona nua central, por meio de associação cauda-cabeça de
moléculas de miosina, mantendo, assim, a organização bipolar do filamento grosso central na linha
M. Tal arranjo bipolar é crítico para aproximar as linhas Z durante a contração.
CONTRAÇÃO E RELAXAMENTO MUSCULAR
A contração muscular é um processo extraordinário que permite a geração de força para mover ou
resistir a uma carga. Em fisiologia muscular, a força produzida pela contração muscular é chamada
de tensão muscular. A carga é o peso ou a força que se opõe à contração. A contração, a geração
de tensão pelo músculo, é um processo ativo que necessita de energia fornecida pelo ATP. O
relaxamento é a liberação da tensão que foi produzida durante a contração.
- Junção neuromuscular: conversão de um sinal químico (a acetilcolina liberada pelo
neurônio motor somático) em um sinal elétrico na fibra muscular.
- Acoplamento excitação - contração: é o processo pelo qual os potenciais de ação
musculares produzem um sinal de cálcio, o qual, por sua vez, ativa o ciclo de
contração-relaxamento.
- Contração - relaxamento: explicado pela teoria dos filamentos deslizantes da contração
muscular. Nos músculos intactos, um único ciclo de contração-relaxamento é chamado de
abalo muscular.
A actina e a miosina deslizam uma sobre a outra durante a contração
Teoria dos filamentos deslizantes da contração muscular: os filamentos sobrepostos de actina e de
miosina, de comprimento fixo, deslizam uns sobre os outros em um processo que requer energia e
que produz a contração muscular.
Quando o músculo contrai, os filamentos grossos e finos deslizam uns sobre os outros. Os discos Z
aproximam-se à medida que o sarcômero encurta. A banda I e a zona H – regiões onde não há
sobreposição de actina e de miosina no estado de repouso – praticamente desaparecem.
As ligações cruzadas da miosina movem os filamentos de actina
O movimento das ligações cruzadas da miosina fornece a força que move o filamento de actina
durante uma contração. No músculo, as cabeças de miosina ligam-se às moléculas de actina. Um
sinal de cálcio inicia o movimento de força, produzido quandoas ligações cruzadas da miosina
mudam de conformação, movendo-se para a frente e empurrando os filamentos de actina em
direção ao centro do sarcômero. Ao final do movimento de força, cada cabeça de miosina solta-se
da actina, inclina-se para trás e liga-se a uma nova molécula de actina, ficando pronta para dar
início a um novo ciclo. Durante a contração, nem todas as cabeças de miosina se soltam ao mesmo
tempo – se isso ocorresse, as proteínas deslizariam de volta para a posição inicial.
Miosina-ATPase
De onde é obtida a energia necessária para a geração do movimento de força? A resposta está no
ATP. A miosina converte a energia da ligação química do ATP na energia mecânica necessária para
o movimento das ligações cruzadas. A miosina é uma ATPase (miosina-ATPase) que hidrolisa o
ATP, formando ADP e fosfato inorgânico (Pi ). A energia liberada nesse processo é capturada pela
miosina e armazenada como energia potencial no ângulo formado entre a cabeça da miosina e seu
eixo longitudinal. A energia potencial armazenada nas cabeças engatilhadas transforma-se na
energia cinética do movimento de força que desloca a actina.
O cálcio inicia a contração
Como o íon cálcio “liga” e “desliga” a contração muscular? A resposta está na troponina (TN), um
complexo ligante de cálcio constituído por três proteínas. A troponina controla o posicionamento de
um polímero proteico alongado, a tropomiosina. Em um músculo esquelético no estado de repouso,
a tropomiosina enrola-se ao redor dos filamentos de actina e cobre de forma parcial todos os sítios
que permitiriam a ligação da miosina na actina.
A mudança entre os estados “ligado” e “desligado” da tropomiosina é regulada pela troponina.
Quando a contração é iniciada em resposta ao cálcio, uma das proteínas do complexo – a troponina
C – liga-se reversivelmente ao Ca ++ . O complexo cálcio-troponina C desloca a tropomiosina,
afastando-a completamente dos sítios de ligação à miosina na actina. Essa posição “ligada” permite
que as cabeças da miosina formem ligações cruzadas fortes, de alta energia, e executem o
movimento de força, puxando o filamento de actina. Esses ciclos de contração ficam se repetindo
enquanto os sítios de ligação estiverem expostos.
Relaxamento
Para que o relaxamento muscular possa ocorrer, as concentrações citoplasmáticas de Ca++ precisam
diminuir. O Ca++ desliga-se da troponina quando há uma redução do cálcio citosólico. Na ausência
de Ca++ , a troponina permite que a tropomiosina retorne para o estado “desligado”, recobrindo os
sítios de ligação à miosina presentes nas moléculas de actina. Durante um breve período da fase de
relaxamento, no qual a actina e a miosina não estão ligadas, os filamentos do sarcômero deslizam de
volta às posições originais. Esse processo conta com a ajuda da titina e de outros componentes
elásticos do músculo.
As cabeças da miosina caminham ao longo dos filamentos de actina
No estado de rigor, ou rigidez, no qual as cabeças da miosina estão fortemente ligadas às
moléculas de actina G, nenhum ADP ou ATP está ligado à miosina. No músculo vivo, o estado de
rigidez ocorre apenas por um curto período de tempo:
(1) Uma molécula de ATP liga-se à miosina, diminuindo a afinidade dela pela actina, fazendo
com que a miosina se solte da actina.
(2) A hidrólise do ATP fornece a energia necessária para a cabeça da miosina se inclinar e se
ligar novamente à actina. Nesta posição engatilhada, a miosina liga-se a uma nova actina,
que está 1 a 3 moléculas distante da sua posição inicial.
(3) O movimento de força (o movimento de inclinação das ligações cruzadas) inicia após o
cálcio se ligar à troponina e permite a liberação total do sítio de ligação à miosina. As
ligações cruzadas, então, transformam-se em ligações fortes, à medida que a miosina libera
o Pi, fazendo com que a cabeça da miosina se desloque.
(4) Ao final do movimento de força, a miosina libera ADP. A cabeça da miosina liga-se
fortemente à actina novamente, retornando ao estado de rigidez.
A acetilcolina inicia o processo de acoplamento excitação-contração
Envolve quatro eventos principais:
1. A acetilcolina (ACh) é liberada pelo neurônio motor somático.
2. A acetilcolina causa a geração de um potencial de ação na fibra muscular.
3. Esse potencial de ação desencadeia a liberação de cálcio pelo RS.
4. O cálcio liga-se à troponina, dando início ao processo de contração.
Em detalhes como ocorre a contração - relaxamento:
A acetilcolina liberada na fenda sináptica da junção neuromuscular liga-se aos seus receptores
ionotrópicos da placa motora no terminal da fibra muscular. Quando esses canais dependentes de
acetilcolina se abrem, ocorre o fluxo de Na + e K + na membrana plasmática (3Na + para 2K + -
sódio entra, potássio sai). A força motriz do gradiente eletroquímico é maior para o Na +, com isso
ocorre a despolarização da membrana da fibra muscular, pois internamente fica mais positivo
gerando um potencial da placa motora (PPM).
O potencial de ação desloca-se pela superfície da fibra muscular, e para o interior dos túbulos T,
devido à abertura sequencial de canais de Na + dependentes de voltagem. Quando o potencial de
ação penetra nos túbulos T, ocorre a liberação de Ca ++ a partir do retículo sarcoplasmático. Em um
músculo em repouso, os níveis citosólicos de Ca ++ normalmente são muito baixos. quando os
níveis citosólicos de Ca ++ estão altos, o Ca ++ liga-se à troponina, e a tropomiosina move-se para
a posição “ligada” e a contração ocorre.
No nível molecular, a transdução do sinal elétrico em um sinal de cálcio necessita de duas proteínas
de membrana. A membrana do túbulo T contém uma proteína sensível à voltagem, um canal de
cálcio do tipo L, chamado de receptor de di-hidropiridina (DHP). No músculo esquelético,
exclusivamente, esses receptores de DHP estão acoplados mecanicamente aos canais de Ca ++ do
retículo sarcoplasmático adjacente. Estes canais de liberação de Ca ++ do RS são conhecidos como
receptores de rianodina (RyR).
Quando a despolarização produzida por um potencial de ação alcança um receptor de DHP, o
receptor sofre uma alteração conformacional. Essa alteração conformacional causa a abertura dos
canais RyR para a liberação de Ca ++ do retículo sarcoplasmático. O Ca ++ armazenado flui para o
citosol, a favor do seu gradiente eletroquímico, iniciando o processo de contração.
Para finalizar uma contração, o cálcio deve ser removido do citosol. O retículo sarcoplasmático
bombeia o Ca ++ de volta para o seu lúmen utilizando uma Ca ++ - ATPase. À medida que a
concentração citosólica de Ca++ livre diminui, o equilíbrio entre o cálcio ligado e o não ligado é
alterado, e o cálcio desliga-se da troponina. A remoção do Ca ++ permite que a tropomiosina volte à
sua posição inicial e bloqueie o sítio de ligação à miosina presente na molécula de actina. Com a
liberação das ligações cruzadas, a fibra muscular relaxa, com a ajuda de componentes elásticos do
sarcômero e do tecido conectivo do músculo.
Sincronização do acoplamento Excitação-Contração
Após o potencial de ação do neurônio motor somático, ocorre um potencial de ação muscular,
seguido da contração muscular. Um único ciclo de contração-relaxamento de uma fibra muscular
esquelética é denominado abalo muscular. Observe que há um pequeno retardo – o período de
latência – entre o potencial de ação muscular e o início da geração de tensão muscular. Esse retardo
representa o tempo necessário para a liberação do cálcio e sua ligação à troponina.
Uma vez iniciada a contração, a tensão muscular aumenta continuamente até um valor máximo, à
medida que as interações entre as ligações cruzadas também aumentam. A tensão diminui na fase de
relaxamento do abalo. Durante o relaxamento, os elementos elásticos do músculo fazem o
sarcômero retornar ao seu comprimento de repouso. Um único potencial de ação em uma fibra
muscular provoca um único abalo.
Entretanto, os abalos musculares variam de fibra para fibra em relação à velocidade com que a
tensão é desenvolvida, à tensão máxima atingida e à duração dacontração.
A contração do músculo requer um suprimento contínuo de ATP
De onde é obtido todo o ATP necessário para a atividade muscular?
A quantidade de ATP estocado em uma fibra muscular a qualquer tempo é suficiente para apenas
cerca de oito contrações. À medida que o ATP é convertido em ADP e Pi durante a contração, o
estoque de ATP precisa ser restabelecido pela transferência de energia a partir de outras ligações
fosfato de alta energia ou pela síntese de ATP utilizando processos mais lentos, como as vias
metabólicas da glicólise e da fosforilação oxidativa.
A reserva energética de segurança dos músculos é a fosfocreatina (ou creatina-fosfato, ou ainda,
fosfato de creatina). A fosfocreatina é uma molécula cujas ligações fosfato de alta energia são
geradas entre a creatina e o ATP quando os músculos estão em repouso. Quando os músculos
entram em atividade, como durante o exercício, os grupamentos fosfato de alta energia da
fosfocreatina são transferidos para o ADP, gerando mais ATP para abastecer os músculos.
A enzima que transfere o grupamento fosfato da fosfocreatina para o ADP é a creatina-cinase,
também conhecida como creatina-fosfocinase. As células musculares contêm grandes quantidades
dessa enzima. Como consequência, níveis elevados de creatina-cinase no sangue normalmente são
um indicador de dano muscular esquelético ou cardíaco. A energia armazenada nas ligações fosfato
de alta energia é muito limitada. Assim, as fibras musculares precisam utilizar o metabolismo de
biomoléculas para transferir energia das ligações covalentes para o ATP. Os carboidratos,
particularmente a glicose, são a fonte de energia mais rápida e eficiente para a produção de ATP.
Os músculos esqueléticos são classificados de acordo com a velocidade de contração e a resistência
à fadiga
As fibras musculares esqueléticas têm sido tradicionalmente classificadas com base na velocidade
de contração e na resistência à fadiga decorrente da estimulação repetida e depende da isoforma de
miosina expressa na fibra. A classificação atualmente aceita para os tipos de fibras musculares em
seres humanos inclui as fibras oxidativas de contração lenta (também chamadas de ST ou tipo 1),
as fibras oxidativas-glicolíticas de contração rápida (FOG ou tipo 2A) e as fibras glicolíticas de
contração rápida (FG ou tipo 2X).
As fibras musculares de contração rápida (tipo 2) produzem tensão duas a três vezes mais rápido do
que as fibras de contração lenta (tipo 1). As fibras rápidas bombeiam Ca ++ para dentro do retículo
sarcoplasmático de forma mais rápida do que as fibras lentas e, por isso, produzem contrações mais
rápidas. A contração das fibras de contração lenta pode durar dez vezes mais.
- Fibras oxidativas: As fibras oxidativas dependem principalmente da fosforilação oxidativa
para a produção de ATP – daí o nome que recebem. Essas fibras, que incluem as fibras
lentas do tipo 1 e as de contração rápida tipo 2A (oxidativas-glicolíticas), possuem mais
mitocôndrias do que as fibras glicolíticas. Elas também possuem mais vasos sanguíneos no
tecido conectivo adjacente, disponibilizando mais oxigênio para as células . Como as fibras
oxidativas contêm mais mioglobina, a difusão do oxigênio é mais rápida do que nas fibras
glicolíticas. As fibras oxidativas também possuem um diâmetro menor, o que reduz a
distância pela qual o oxigênio deve se difundir até as mitocôndrias.
- Fibras oxidativas-glicolíticas de contração rápida (2A): Exibem propriedades de fibras
oxidativas e de fibras glicolíticas. Elas são menores do que as fibras glicolíticas de contração
rápida e utilizam uma combinação de metabolismo oxidativo e glicolítico para produzir
ATP. Devido ao seu tamanho intermediário e ao uso da fosforilação oxidativa para a síntese
de ATP, as fibras do tipo 2A são mais resistentes à fadiga do que as suas primas glicolíticas
rápidas (tipo 2X). As fibras do tipo 2A, assim como as lentas do tipo 1, são classificadas
como músculo vermelho, devido ao seu conteúdo de mioglobina.
- Fibras glicolíticas de contração rápida (2X): São descritas como um músculo branco,
devido ao seu baixo conteúdo de mioglobina. Essas fibras musculares também possuem um
diâmetro maior do que as fibras lentas (tipo 1). As fibras glicolíticas dependem
principalmente da glicólise anaeróbia para a síntese de ATP e, assim, entram mais
rapidamente em fadiga. As fibras glicolíticas (contração rápida, tipo 2X) dependem
principalmente da glicólise anaeróbia para a produção de ATP. Entretanto, o acúmulo de H+
proveniente da clivagem do ATP contribui para a acidose, uma condição associada ao
desenvolvimento de fadiga. Como consequência as fibras glicolíticas entram em fadiga mais
facilmente do que as fibras oxidativas, que não dependem do metabolismo anaeróbio.
MÚSCULO LISO
Existem diversas maneiras de se categorizar os diferentes tipos de músculos lisos:
- Pela localização: o músculo liso pode ser dividido em seis grupos principais: vascular,
gastrointestinal, urinário, respiratório, reprodutivo e ocular.
- Pelo padrão de contração: se o músculo alterna entre estados de contração e relaxamento
ou se ele se mantém continuamente contraído. Os músculos que sofrem ciclos periódicos de
contração e relaxamento constituem os chamados músculos lisos fásicos (ex.: parede do
esôfago inferior). Os músculos que permanecem contraídos de forma contínua são chamados
de músculos lisos tônicos, uma vez que estão sempre mantendo algum nível de tônus
muscular (ex.: esfíncter da bexiga).
- Pelo modo de comunicação entre as células vizinhas: em alguns músculos lisos, as células
estão conectadas eletricamente por junções comunicantes e contraem como uma unidade
coordenada. Esses músculos constituem o chamado músculo liso unitário. No músculo liso
multiunitário, as células não estão ligadas eletricamente, e cada célula muscular funciona de
modo independente.
A maior parte da musculatura lisa é do tipo unitário. O músculo liso unitário também é chamado de
músculo liso visceral, pois compõe as paredes dos órgãos internos (vísceras), como o trato
gastrintestinal. As fibras do músculo liso unitário estão conectadas umas às outras por junções
comunicantes. Um sinal elétrico em uma célula se espalha rapidamente por toda a camada de tecido
muscular, produzindo uma contração coordenada.
No músculo liso multiunitário, as células não estão conectadas eletricamente e precisam ser
estimuladas independentemente para contrair. De modo surpreendente, o músculo liso multiunitário
presente no útero se transforma em músculo liso unitário durante os estágios finais da gestação.
A fosforilação da miosina controla a contração
No músculo liso:
- Uma elevação citosólica do Ca ++ inicia a contração. Esse Ca ++ é liberado do RS, mas
também penetra na célula a partir do líquido extracelular.
- O Ca ++ liga-se à calmodulina, uma proteína ligadora de cálcio encontrada no citosol.
- Esta ligação é o primeiro passo de uma cascata que termina com a fosforilação das cadeias
leves da miosina.
- A fosforilação das cadeias leves da miosina intensifica a atividade da miosina-ATPase e
provoca a contração. Assim, a contração do músculo liso é controlada por processos
reguladores associados à miosina, e não pela tropomiosina.
A contração começa quando as concentrações citosólicas de Ca ++ aumentam, logo após a entrada
deste íon a partir do líquido extracelular e da sua liberação pelo retículo sarcoplasmático . Os íons
Ca ++ ligam-se à calmodulina (CaM). Então, o complexo Ca ++ - calmodulina ativa uma enzima,
chamada de cinase da cadeia leve da miosina (MLCK). Na base da cabeça da miosina, encontra-se
uma pequena cadeia proteica reguladora, chamada de cadeia leve da miosina. Os processos de
fosforilação e desfosforilação da cadeia leve da miosina controlam a contração e o relaxamento do
músculo liso. Quando o complexo Ca ++ - calmodulina ativa a MLCK, a enzima ativa as cadeias
proteicas leves da miosina.
A fosforilação da miosina intensifica a atividade da miosina-ATPase. Quando a atividade da
miosina-ATPase é alta, aligação à actina e os ciclos das ligações cruzadas aumentam a tensão
muscular. A isoforma da miosina-ATPase do músculo liso é muito mais lenta do que a do músculo
esquelético, o que reduz a frequência de ciclos das ligações cruzadas.
A desfosforilação da cadeia leve da miosina pela enzima fosfatase da cadeia leve da miosina
(MLCP) diminui a atividade da miosina-ATPase. A miosina desfosforilada pode permanecer em
um estado de contração isométrica, chamado de estado de tranca. Essa condição mantém a tensão
muscular com um consumo mínimo de ATP. Esse é um fator importante na capacidade do músculo
liso de sustentar a contração sem entrar em fadiga.
Relaxamento
É a razão entre a atividade da MLCK pela MLCP que determina o estado de contração do músculo
liso. A MLCP do músculo liso está sempre ativa em algum grau.
Assim como no músculo esquelético, o Ca ++ livre é removido do citosol quando a Ca ++ -ATPase
o bombeia de volta para dentro do retículo sarcoplasmático. Além disso, parte do Ca ++ é
bombeada para fora da célula, com o auxílio da Ca ++-ATPase e do trocador Na-Ca ++. Pela lei de
ação das massas, uma diminuição do Ca ++ citosólico livre faz o Ca ++ se desligar da calmodulina.
Na ausência do complexo Ca ++-calmodulina, a cinase da cadeia leve da miosina torna-se inativa.
À medida que a MLCK se torna menos ativa, a fosfatase da cadeia leve da miosina desfosforila a
miosina. A atividade da miosina-ATPase diminui, e o músculo relaxa.
O cálcio inicia o processo de contração do músculo liso
A contração pode ser iniciada por sinais elétricos – mudanças no potencial de membrana – ou por
sinais químicos. A contração produzida por sinalização elétrica é chamada de acoplamento
eletromecânico. As contrações iniciadas por sinais químicos, sem uma alteração significativa do
potencial de membrana, são chamadas de acoplamento farmacomecânico. Sinais químicos
também podem diminuir a tensão muscular sem mudar o potencial de membrana.
O Ca ++ que inicia a contração vem de duas fontes: o retículo sarcoplasmático e o líquido
extracelular.
Liberação de Ca ++ do retículo sarcoplasmático
O estoque intracelular de Ca + + do músculo liso está no retículo sarcoplasmático (RS). A liberação
de Ca + + pelo RS é mediada por um receptor de rianodina (RyR), que é um canal de liberação de
cálcio, e por um canal receptor de IP3. O canal RyR abre-se em resposta ao Ca + + que entra na
célula, um processo conhecido como liberação de cálcio induzida por cálcio (LCIC). Os canais
dependentes de IP3 abrem quando receptores acoplados à proteína G ativam as vias de transdução
de sinal da fosfolipase C. O trifosfato de inositol (IP3) é um segundo mensageiro produzido nessa
via. Quando o IP3 se liga ao canal receptor de IP3 do RS, o canal abre, e o Ca + + flui do RS para o
citosol.
Quando os estoques de Ca ++ do RS diminuem, uma proteína-sensor (STIM1) presente na
membrana do RS interage com os canais de Ca ++ operados por estoque presentes na membrana
plasmática. Esses canais de Ca ++, formados pela proteína Orai-1, então, abrem-se para permitir a
entrada de mais Ca ++ na célula. As bombas Ca ++ -ATPase transportam o Ca ++ citosólico para
dentro do RS, restabelecendo seu estoque.
Entrada de Ca ++ pela membrana plasmática
A entrada de Ca ++ na célula a partir do líquido extracelular, independentemente dos estoques,
ocorre com a ajuda de canais da membrana que são dependentes de voltagem, dependentes de
ligante ou mecanossensíveis.
(1) Os canais de Ca ++ dependentes de voltagem abrem-se em resposta a um estímulo
despolarizante. Potenciais graduados subliminares podem causar a abertura de alguns canais
de Ca ++, permitindo que pequenas quantidades de Ca ++ entrem na célula. A entrada desse
cátion despolariza a célula, provocando a abertura adicional de canais de Ca ++ dependentes
de voltagem.
(2) Os canais de Ca ++ dependentes de ligante também são conhecidos como canais de cálcio
operados por receptor. Esses canais se abrem em resposta à ligação de um ligante e
permitem a entrada de quantidades suficientes de Ca ++ na célula para induzir a liberação de
cálcio pelo RS.
(3) Canais ativados por estiramento: algumas células musculares lisas, como aquelas dos vasos
sanguíneos, contêm canais de Ca ++ ativados pelo estiramento que se abrem quando uma
pressão ou outra força deforma a membrana plasmática. Como a contração neste caso é
originada de uma propriedade da própria fibra muscular, ela é conhecida como contração
miogênica.
MÚSCULO CARDÍACO
O coração pode se contrair sem uma conexão com outras partes do corpo, pois o sinal para a
contração é miogênico, ou seja, é originado dentro do próprio músculo cardíaco. O sinal para a
contração miocárdica não é proveniente do sistema nervoso central, mas de células miocárdicas
especializadas, denominadas células autoexcitáveis. As células autoexcitáveis são também
denominadas células marca-passo.
As células musculares cardíacas individuais ramificam-se e juntam-se com as células vizinhas,
criando uma rede complexa. As junções celulares, conhecidas como discos intercalares, consistem
em membranas interligadas. Os discos intercalares têm dois componentes: os desmossomos e as
junções comunicantes. Os desmossomos são conexões fortes que mantêm as células vizinhas
unidas, permitindo que a força criada em uma célula seja transferida para a célula vizinha.
As junções comunicantes nos discos intercalares conectam eletricamente as células musculares
cardíacas umas às outras. Elas permitem que as ondas de despolarização se espalhem rapidamente
de célula a célula, de modo que todas as células do músculo cardíaco se contraem quase
simultaneamente. Neste aspecto, o músculo cardíaco assemelha-se ao músculo liso unitário.
A entrada do cálcio é uma característica do acoplamento excitação-contração cardíaco
No músculo cardíaco, um potencial de ação também inicia o acoplamento EC, contudo, o potencial
de ação origina-se espontaneamente nas células marca-passo do coração e se propaga para as
células contráteis através das junções comunicantes.
Um potencial de ação que entra em uma célula contrátil se move pelo sarcolema e entra nos túbulos
T, onde abre os canais de Ca ++ dependentes de voltagem tipo L na membrana das células. O Ca ++
entra nas células através desses canais, movendo-se a favor do seu gradiente eletroquímico. A
entrada de cálcio abre os canais liberadores de cálcio do tipo rianodínico (RyR) no retículo
sarcoplasmático. Esse processo do acoplamento EC no músculo cardíaco é também chamado de
liberação de Ca ++-induzida pelo Ca ++ (LCIC). Quando os canais RyR se abrem, o cálcio estocado
flui para fora do retículo sarcoplasmático e entra no citosol.. A abertura múltipla de diferentes
canais RyR se somam para criar o sinal de Ca ++.
A liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático fornece, aproximadamente, 90% do Ca ++
necessário à contração muscular, sendo que os 10% restantes entram na célula a partir do líquido
extracelular. O cálcio difunde-se pelo citosol para os elementos contráteis, onde se liga à troponina
e inicia o ciclo de formação de pontes cruzadas e o movimento.
O relaxamento no músculo cardíaco geralmente é similar ao do músculo esquelético. Com a
diminuição das concentrações citoplasmáticas de Ca ++ , ele desliga-se da troponina, liberando a
actina da miosina, e os filamentos contráteis deslizam de volta para sua posição relaxada. Como no
músculo esquelético, o Ca ++ é transportado de volta para o retículo sarcoplasmático com a ajuda
da Ca ++-ATPase. Entretanto, no músculo cardíaco, o Ca ++ também é removido de dentro da
célula pelo trocador Na-Ca ++ (NCX). Um Ca ++ é movido para fora da célula contra o seu
gradiente eletroquímico em troca de 3Na+ para dentro da célula a favor do seu gradiente
eletroquímico. O sódio que entra na célula durante essa troca é removido pela Na+ -K+ -ATPase.
REFERÊNCIA:
SILVERTHORN, D.U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 7 ed.