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FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Fisiologia muscular → 40% do corpo é composto por m. esquelético, 10% cardíaco e liso → Células musculares são altamente especializadas na conversão de energia química em mecânica (ATP), gerando força ou trabalho (locomoção, bombeamento sanguíneo ou peristaltismo) Tecido muscular → Constituído por células alongadas caracterizada pela presença de grande quantidade de filamentos citoplasmáticos responsáveis pela contração → 3 tipos: esquelético, cardíaco, liso Estriado esquelético – contração rápida e voluntária Estriado cardíaco – contração involuntária, vigorosa e rítmica Liso – contração involuntária e lenta Componentes: Membrana = sarcolema Citoplasma = sarcoplasma RE = retículo sarcoplasmático Mitocôndrias = fibras musculares Músculo esquelético → Fibras organizadas de forma paralela umas às outras, em seus espaços intercelulares se contêm capilares contínuos às fibras → Músculos se inserem nos ossos pelos tendões → Cada fibra se apresenta como uma célula longa de até 25cm, formato cilíndrico, multinucleada e dotada de estriações transversais →A força da fibra depende diretamente do seu diâmetro, e a força do m. é determinada pelo número de fibras → Cor: varia do rosa ao vermelho, devido ao rico suprimento vascular, assim como a presença de mioglobulina Organização pelo tecido conjuntivo → Todo o m. é envolvido pelo epimísio (TC denso não modelado) → Perimísio (TC mais frouxo) – derivado do epimísio, envolve feixes → Endomísio (TC com fibras reticulares e uma lâmina externa – basal), envolve cada célula muscular FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA → A região entre duas linhas Z sucessivas é conhecida como sarcômero, mede 2,5 micrometros de comprimento, é considerada como a unidade contrátil das fibras → Grande parte do sarcoplasma das células musculares é ocupada por arranjos longitudinais de micro fibrilas cilíndricas (1 a 2 µm), que se estendem por todo o comprimento da célula, apresenta um arranjo estritamente paralelo, responsável pelas estriações transversais com faixas claras e escuras → Actina desliza sobre miosina Organização morfológica do músculo esquelético Banda A: faixas escuras (anisotrópicas em luz polarizada) Bandas I: faixas claras (isotrópicas) Banda H: centro pálido de cada banda A Linha M: divide a banda H Linha Z: divide a banda I FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Sarcômero – unidade contrátil da fibra muscular → Miofilamentos grossos (15nm-1,5µm) são compostos de miosina II → Miofilamentos finos (7nm-1,0µm) são compostos principalmente de actina → Partindo da linha Z os miofilamentos finos e se projetam em direção ao centro de 2 sarcômeros adjacentes, portanto, para direções opostas. Um único sarcômero possui 2 grupos de arranjos paralelos, para o centro de cada sarcômero. → Os miofilamentos grossos também forma entremeada por entre os miofilamentos finos, em organização específica. → A linha M (no centro da banda H), é composta por miomesina, proteína C e outras proteínas ainda pouco caracterizadas que interconectam os filamentos grossos O que eu preciso pra fazer contração muscular¿ ATP e cálcio. Como eles vem¿ → A organização estrutural das miofibrilas é mantida principalmente por 5 tipos de proteínas: Titina: posicionamento lado a lado dos sarcômeros, é muito flexível. α-actinina Cap Z Nebulina Tropomodulina Filamentos de miosina → A molécula de miosina é composta por 6 cadeias de polipeptídeos, sendo 2 cadeias pesadas e 4 leves → As 2 cadeias pesadas se enrolam em espiral formando uma dupla hélice denominada cauda da molécula de miosina → Uma extremidade de cada uma dessas caudas é dobrada em estrutura polipeptídica globular, denominada cabeça da miosina. As 4 cadeias leves também fazem parte da cabeça da miosina. A cabeça da miosina funciona como uma enzima ATPase → Parte da molécula de miosina projeta-se para o lado, junto com a cabeça, dando origem a um braço articulado chamados de pontes cruzadas. Filamentos de actina → Formado por 3 componentes proteicos: Actina, Troponina e Tropomiosina. FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA → O arcabouço da molécula de actina é uma molécula proteica com duplo filamento de actina F, que formam uma dupla hélice, tal qual a miosina → As moléculas de tropomiosina formam espirais ao redor da dupla hélice de actina F. Em repouso as moléculas de tropomiosina colocam-se sobre os locais ativos do filamento de actina, não havendo assim a ligação entre a actina e a miosina para causar a contração → Presas ao longo das moléculas de tropomiosina existem as moléculas de troponina. Tais moléculas representam complexos de 3 subunidades de proteínas: Troponina I – alta afinidade pela actina Troponina T – alta afinidade pela tropomiosina Troponina C – alta afinidade pelos íons cálcio → Actina e miosina juntas representam 55% do total de proteínas do musculo estriado Músculo esquelético → Assim que os filamentos de actina tornam-se ativados pelos íons cálcio, as pontes cruzadas das cabeças dos filamentos de miosina são atraídas pelos locais ativos do filamento de actina, o que produz a contração. Esta hipótese para a qual existem consideráveis evidências é a teoria do "ir para diante" (walkalong) (ou teoria da "catraca" [ratchet]) da contração. Acredita-se que cada uma das pontes cruzadas atue de forma independente das demais, cada uma se ligando e puxando, em ciclo contínuo e repetitivo. Assim, quanto maior o número de pontes cruzadas ligadas ao filamento de actina a qualquer tempo, maior será, teoricamente, a força da contração. Acoplamento excitação-contração FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Características moleculares dos filamentos contráteis ATP como fonte de energia para a contração Quando um músculo se contrai, é realizado trabalho, com necessidade de energia. Grandes quantidades de ATP são degradadas, formando ADP, durante o processo da contração; quanto maior a quantidade de trabalho realizada pelo músculo, maior a quantidade de ATP degradada, o que é referido como efeito Fenn. Acredita-se que esse efeito ocorra na seguinte sequência: 1.Antes do início da contração, as pontes cruzadas das cabeças ligam-se ao ATP. A atividade da ATPase das cabeças de miosina imediatamente cliva o ATP, mas deixa o ADP e o íon fosfato como produtos dessa clivagem, ainda ligados à cabeça. Nessa etapa, a conformação da cabeça é tal que se estende perpendicularmente em direção ao filamento de actina, só que ainda não está ligada à actina 2. Quando o complexo troponina-tropomiosina se liga aos íons cálcio, os locais ativos no filamento de actina estão descobertos, e as cabeças de miosina então se unem a eles 3. A ligação entre a ponte cruzada da cabeça e o local ativo no filamento de actina causa alteração conformacional na cabeça, fazendo com que está se incline em direção ao braço da ponte cruzada. Essa alteração gera um movimento de força para puxar o filamento de actina. A energia que ativa o movimento de força é a energia já armazenada, como uma mola "engatilhada", pela alteração conformacional que ocorreu na cabeça quando as moléculas de ATP foram clivadas 4. Uma vez em que a cabeça da ponte cruzada esteja inclinada, isso permite a liberação de ADP e de Pi que estavam ligados à cabeça. No local onde foi liberado o ADP, nova molécula de ATP se liga. A ligação desse novo ATP causa o desligamento da cabeça pela actina 5. Após a cabeça ter sido desligada da actina, a nova molécula de ATP é clivada para que seja iniciado um novo ciclo, levando a novo movimento de força. Ou seja, a energia volta a "engatilhar" a cabeça em suaposição perpendicular, pronta para começar o novo ciclo do movimento de força 6. Quando a cabeça engatilhada (com a energia armazenada derivada da clivagem do ATP) se liga a novo local ativo no filamento de actina, ela se descarrega e, de novo, fornece outro movimento de força. Desse modo, o processo ocorre sucessivamente até que os filamentos de actina puxem a membrana Z contra as extremidades dos filamentos de miosina, ou até que a carga sobre os músculos fique demasiadamente forte para que ocorra mais tração FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Durante a contração, os filamentos finos e grossos não se encurtam, em vez disso, as linhas Z se aproximam pelo deslizamento do filamento finos sobre os grossos (Teoria do deslizamento de Huxley) Contração muscular Rigor mortis Como células mortas são incapazes de produzir ATP, a dissociação entre os filamentos finos e grossos não pode ocorrer FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA As cabeças de miosinas permanecerão unidas aos sítios ativos das moléculas de actina até o músculo entrar em decomposição (podendo estimar o tempo de morte – 12 a 24h atinge a rigidez máxima) A junção neuromuscular As fibras musculares esqueléticas são inervadas por grandes fibras nervosas mielinizadas que se originam nos grandes neurônios motores, nos cornos anteriores da medula espinhal Cada fibra nervosa, depois de penetrar no feixe muscular, normalmente se ramifica e estimula de 3 a várias centenas de fibras musculares esqueléticas Cada terminação nervosa faz uma junção, chamada junção neuromuscular, com a fibra muscular próxima da porção média desta O PA, iniciado na fibra muscular pelo sinal nervoso, viaja em ambas as direções, até as extremidades da fibra muscular. Com exceção de cerca de 2% das fibras musculares, há apenas uma destas junções por fibra muscular Cada músculo recebe pelo menos 2 tipos de fibras nervosas: Motoras: atuam no estímulo inicial da contração Um único neurônio motor pode ser responsável pela inervação de 5 a 10 fibras musculares (ex: músculo do olho) Um neurônio pode controlar 1000 fibras (ex: músculo da parede abdominal) Sensoriais: passam aos fusos neuromusculares Cada neurônio motor e as fibras musculares que ele controla formam uma unidade motora (seguem a lei do tudo-ou-nada) A fibra nervosa forma um complexo de terminais nervosos ramificados que se invaginam na superfície extracelular da fibra muscular. A estrutura toda é chamada de placa motora, que é recoberta por uma ou mais células de Schwann que a isolam dos líquidos circunjacentes Inervação do músculo esquelético Placa motora FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA A membrana invaginada é chamada de goteira sináptica ou canaleta sináptica, e o espaço entre o terminal e a membrana da fibra é chamado de fenda sináptica No fundo da goteira encontram-se numerosas pequenas dobras da membrana muscular, as fendas subneurais, que aumentam em muito a área de superfície na qual o transmissor sináptico pode agir. No terminal axonal há muitas mitocôndrias que fornecem ATP A acetilcolina, por sua vez, excita a membrana da fibra muscular, que é sintetizada no citoplasma do terminal, mas é absorvida rapidamente por muitas pequenas vesículas sinápticas, cerca de 300.000, as quais se encontram normalmente nos terminais de uma única placa motora No espaço sináptico há grandes quantidades da enzima acetilcolinesterase, que destrói a acetilcolina alguns milissegundos depois que ela foi liberada das vesículas sinápticas Quando um impulso nervoso atinge a junção neuromuscular, cerca de 125 vesículas de acetilcolina são liberadas dos terminais no espaço sináptico Na superfície interna da membrana neural estão as barras densas lineares, que de cada lado estão partículas proteicas que penetram na membrana neural; estas são os canais de cálcio voltagem-dependentes Quando um potencial de ação se propaga para o terminal, estes canais se abrem e permitem que os íons cálcio se difundam do espaço sináptico para o interior do terminal nervoso Considera-se que os íons cálcio, por sua vez, exerçam uma atração sobre as vesículas de acetilcolina, puxando-as para a membrana neural adjacente às barras densas As vesículas se fundem então com a membrana neural e esvaziam a acetilcolina no espaço sináptico pelo processo da exocitose FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Secreção de acetilcolina pelos terminais nervosos Efeito da acetilcolina na membrana da fibra muscular A fibra muscular apresenta muitos receptores de acetilcolina na membrana, estes são os canais iônicos controlados pela acetilcolina, e se localizam quase inteiramente próximos às aberturas das fendas subneurais, situadas imediatamente abaixo das áreas de barras densas, onde a acetilcolina é esvaziada no espaço sináptico Essas moléculas proteicas penetram por toda a extensão da membrana, situando-se lado a lado, em um círculo, para formar um canal tubular, que se mantém fechado, até que 2 moléculas de acetilcolina se liguem às duas subunidades, provocando uma alteração conformacional que abre o canal O canal colinérgico aberto tem um diâmetro de cerca de 0,65 nm, que é grande o suficiente para permitir que íons positivos importantes — Na+, K+ e Ca++ — se movimentem facilmente através da abertura, porém, íons negativos (Cl-) não passam através do canal por causa das fortes cargas negativas na abertura do canal, que repelem estes íons negativos Na prática, muitos mais íons Na+ fluem através dos canais de acetilcolina do que quaisquer outros íons, por 2 razões: 1ª - há apenas dois íons positivos em alta concentração: íons Na+ no líquido extracelular e íons K+ no líquido intracelular 2ª - o potencial muito negativo do lado de dentro da membrana muscular, -80 a -90 mV, puxa os íons Na+ carregados positivamente para o interior da fibra e se opõe ao efluxo dos íons K+ carregados positivamente O grande número de íons Na+ que passa para dentro da fibra, leva com eles um grande número de cargas positivas. Isto provoca uma alteração potencial local positiva no interior da membrana da fibra muscular, chamado potencial da placa motora Por sua vez, este potencial da placa motora inicia um PA que se propaga ao longo da membrana muscular, causando a contração muscular Figura 7-2. Liberação de acetilcolina das vesículas sinápticas na membrana neural da junção neuromuscular. Observe a proximidade entre os locais de liberação na membrana neural para os receptores de acetilcolina na membrana muscular, nas aberturas das fendas subneurais. FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Mecanismo geral de contração muscular O início e a execução de uma contração muscular ocorrem nas seguintes etapas sequenciais. 1. Os PAs cursam pelo nervo motor até suas terminações nas fibras musculares 2. Em cada terminação, o nervo secreta pequena quantidade de acetilcolina 3. A acetilcolina age em uma área local da membrana da fibra muscular para abrir múltiplos canais "regulados pela acetilcolina" por meio de moléculas de proteína que flutuam na membrana 4. A abertura dos canais regulados pela acetilcolina permite a difusão de grande quantidade de íons sódio para o lado interno da membrana das fibras musculares. Isso desencadeia o potencial de ação na membrana 5. O PA se propaga por toda a membrana da fibra muscular do mesmo modo como o potencial de ação cursa pela membrana das fibras nervosas 6. O PA despolariza a membrana muscular, e grande parte da eletricidade do potencial de ação flui pelo centro da fibra muscular. Aí, ela faz com que o retículo sarcoplasmático libere grande quantidade de íons Ca++ que estavam armazenados nesse retículo 7. Osíons Ca++ ativam as forças atrativas entre os filamentos de miosina e actina, fazendo com que eles deslizem ao lado um do outro, que é o processo contrátil 8. Após fração de segundo, os íons Ca++ são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático pela bomba de Ca++ da membrana, onde permanecem armazenados até que novo potencial de ação muscular se inicie; essa retirada dos íons Ca++ das miofibrilas faz com que a contração muscular cesse Figura 7-3. Canal colinérgico. A, Estado fechado B, depois que a acetilcolina (ACh) se ligou e uma alteração de conformação abriu o canal, permitindo que íons sódio penetrassem na fibra muscular e estimulassem a contração Observe as cargas negativas na abertura do canal que impedem a passagem de íons negativos como o cloreto. FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA EVENTOS DA NEUROTRANSMISSAO 1. Chegada do PA nos terminais 2. Liberação de acetilcolina (ACh) 3. Complexo receptor -ACh 4. Abertura de canais de Na NT-dependentes 5. Potencial pós-sináptico = Potencial de Placa 6. Abertura de Canais Na e K voltagem dependentes, fora da placa motora 7. Geração e propagação do PA pelo sarcolema A frequência de resposta das fibras musculares é diretamente proporcional a frequência de estimulação A frequência de PA nas fibras é diretamente proporcional a força de contração muscular Destruição da Acetilcolina Liberada pela Acetilcolinesterase A acetilcolina, uma vez liberada no espaço sináptico, continua a ativar os receptores de acetilcolina enquanto está persistir no espaço Entretanto, ela é removida rapidamente por 2 maneiras: 1) A maior parte da acetilcolina é destruída pela enzima acetilcolinesterase, que está ligada principalmente à camada esponjosa do tecido conjuntivo fino que preenche o espaço sináptico 2) Uma pequena quantidade de acetilcolina difunde-se para fora do espaço sináptico, e então dispõe de pouco tempo para agir na membrana da fibra muscular A rápida remoção da acetilcolina evita a reexcitação continuada do músculo depois que a fibra muscular se recuperou de seu potencial de ação inicial Potencial de placa motora Potencial de placa motora e excitação da fibra muscular esquelética O influxo de íons Na+ na fibra muscular quando os canais colinérgicos se abrem causa variação do potencial elétrico no interior da fibra, no local da placa motora, para aumentar a direção positiva em 50 a 75 mV, criando um potencial local chamado potencial de placa motora Um súbito aumento no potencial da membrana nervosa de mais de 20 a 30 mV é normalmente suficiente para iniciar aberturas de mais e mais canais de Na+, iniciando assim um PA na membrana da fibra muscular Esta figura mostra 3 potenciais de placa motora A: a baixa amplitude do potencial de placa motora foi causada por envenenamento da fibra muscular com curare (bloqueia o efeito controlador da acetilcolina sobre os canais colinérgicos competindo pelos receptores da acetilcolina) FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA B: é de amplitude maior, faz com que um número suficiente de canais de sódio se abra, de forma que o efeito autorregenerativo de mais e mais íons sódio fluindo para o interior da fibra inicie um potencial de ação C: a baixa amplitude do potencial de placa motora resultou do efeito da toxina botulínica, um veneno bacteriano que diminui a quantidade de acetilcolina liberada pelos terminais nervosos Botulismo Causado pela ingestão de comida enlatadas que não foram preservadas adequadamente A toxina é produzida pelo Clostridium botulinum, que interfere na liberação de acetilcolina, resultando na paralisia muscular A toxina botulínica do tipo A (botox), é utilizado para corrigir linhas de expressão, o efeito dura por menos de 3 meses Drogas que Reforçam ou Bloqueiam a Transmissão na Junção Neuromuscular Drogas que Estimulam a Fibra Muscular pela Ação Semelhante à da Acetilcolina Muitas substâncias, incluindo a metacolina, o carbacol e a nicotina, têm o mesmo efeito que a acetilcolina sobre o músculo A diferença é que elas não são destruídas pela colinesterase ou são destruídas tão lentamente que sua ação, persiste por muitos minutos ou várias horas As drogas atuam provocando áreas localizadas de despolarização da membrana da fibra muscular na placa motora, onde estão localizados os receptores de acetilcolina, assim, a cada vez que a fibra muscular se recupera de uma contração prévia, estas áreas despolarizadas, em virtude do vazamento de íons, iniciam um novo potencial de ação, levando desta forma a um estado de espasmo muscular Drogas que Estimulam a Junção Neuromuscular Inativando a Acetilcolinesterase 3 drogas particularmente bem conhecidas, neostigmina, fisostigmina e fluorofosfato de diisopropil, inativam a acetilcolinesterase nas sinapses, de forma que ela não mais hidrolisa a acetilcolina, assim a cada impulso nervoso sucessivo, mais acetilcolina se acumula e estimula repetidamente a fibra muscular FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Isto provoca espasmo muscular mesmo quando poucos impulsos nervosos alcançam o músculo. Infelizmente, isto também pode causar a morte por espasmo da laringe, o qual sufoca o indivíduo A neoestigmina e a fisoestigmina se combinam com a acetilcolinesterase para inativá-la por até várias horas, depois do que elas se deslocam para que a esterase recupere a atividade O fluorofostato de diisopropil, que tem potencial militar como um poderoso gás venenoso "para os nervos", inativa a acetilcolinesterase por semanas, o que o torna um veneno particularmente letal Drogas que Bloqueiam a Transmissão na Junção Neuromuscular Um grupo de drogas conhecidas como drogas curariformes pode impedir a passagem dos impulsos da terminação nervosa para o músculo Ex: a D-tubocurarina bloqueia a ação da acetilcolina nos receptores de acetilcolina da fibra muscular, evitando, assim um aumento na permeabilidade dos canais de membrana muscular suficiente para iniciar o PA Miastenia Grave Caracterizada por fraqueza muscular progressiva, é uma doença autoimune O organismo produz anticorpos contra os receptores musculares de acetilcolina Algumas neurotoxinas, como bungarotoxina (algumas cobras peçonhentas), também se ligam aos receptores de acetilcolina, podendo levar à morte pelo comprometimento respiratório Potencial de ação muscular Com relação à iniciação e à condução dos PAs nas fibras nervosas, se aplica igualmente às fibras musculares esqueléticas, exceto por diferenças quantitativas Alguns dos aspectos quantitativos dos potenciais musculares são os seguintes: 1. Potencial de repouso da membrana: cerca de -80 a -90 milivolts nas fibras musculares esqueléticas - o mesmo das grandes fibras nervosas mielinizadas 2. Duração do potencial de ação: l a 5 milissegundos no músculo esquelético - cerca de 5 X mais prolongado que nos grandes nervos mielinizados 3. Velocidade de condução: 3 a 5 m/s - cerca de 1/13 da velocidade de condução nas grandes fibras nervosas mielinizadas que excitam o músculo esquelético A fibra muscular esquelética é tão grande que o potencial de ação na superfície quase não provoca fluxo corrente no interior da fibra Contudo, para causar o máximo de contração muscular, a corrente tem de penetrar profundamente na fibra muscular até as proximidades das miofibrilas, que se dá pela propagação dos potenciais de ação ao longo dos túbulos transversos (túbulos T) que penetram a fibra muscular, de um lado a outro Os PAs no túbulo T provocam liberação de íons Ca++ no interior da fibra muscular, na vizinhança imediata das miofibrilas, e estes íons Ca++ causam então a contração. Este processo é chamado de acoplamento excitação-contração FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Acoplamentoexcitação-contração Os túbulos T passam transversalmente pela fibra e se dispõe exatamente no plano de junção entre as bandas A e I Cada sarcômero possui 2 conjuntos de túbulos T, um em cada interface das bandas A e I, assim os túbulos T se estendem profundamente pelo interior da fibra, facilitando a condução de ondas de despolarização ao longo do sarcolema Associado a esse sistema de túbulo T está o retículo sarcoplasmático (armazena Ca++), o qual é mantido em íntimo contato com as bandas A e I. O RS forma uma trama de túbulos em torno de cada miofibrila e apresenta cisternas terminais dilatadas ao nível de cada junção entre as bandas A e I Assim forma-se uma tríade (2 cisternas e um túbulo T), o que possibilita que uma onda de despolarização se espalhe por toda a célula instantaneamente, a partir do sarcolema As cisternas possuem canais de liberação de Ca++ voltagem-dependente em sua membrana O RS regula a contração muscular através do controle do Ca++ no sarcoplasma: Sequestro – levando ao relaxamento Liberação – levando à contração Após uma despolarização transmitida pelos túbulos T, resultando na abertura dos canais de liberação do Ca++, nas proximidades das miofibrilas Transdução eletromecânica 1. Condução do PA pelo sarcolema 2. Despolarização dos Túbulos T 3. Abertura de canais de Ca++ voltagem dependentes do retículo sarcoplasmático 4. Difusão de Ca++ 5. Aumento de [Ca++] no mioplasma 6. Início da contração muscular FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Acoplamento excitação contração Figura 7-7. Acoplamento excitação-contração no músculo, mostrando (1) um potencial de ação que causa a liberação de íons cálcio do retículo sarcoplasmático e, em seguida, (2) recaptação dos íons cálcio por uma bomba de cálcio. ATP, trifosfato de adenosina. Músculo esquelético Os feixes de miofibrilas estão afixados à face citoplasmática do sarcolema por várias proteínas, incluindo a distrofina, uma proteína que se liga à actina A ausência da distrofina ou sua alteração, normalmente é causada por uma miopatia hereditária, ligada ao cromossomo X, chamada distrofia de Duchenne FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Metabolismo energético Fontes de energia da contração muscular Bombear Ca++ do sarcoplasma para o retículo sarcoplasmático Bombear Na+ e K+ Ativar os mecanismos de catraca na contração muscular A concentração de ATP é suficiente para uma contração máxima de 1 a 2 segs. Vários substratos são utilizados como fonte energética pelas células musculares Via glicolítica, via das pentoses, oxidação de ácidos graxos e Ciclo de Krebs → sistema de transporte de elétrons (mitocôndria) →ATP [ATP]/[ADP] deve estar sempre elevada. Todas as células musculares mantêm um sistema efetivo para reservar ATP Síntese de creatina fosfato (CP) → age como fonte armazenadora para rápida regeneração de ATP Este reservatório de energia utiliza as enzimas creatino quinase (CK) e mioquinase (MK) para manter o equilíbrio de ATP, ADP e CP → Fosfocreatina Contém ligação de fosfato de alta energia, que é clivada instantaneamente para a refosforilação Porém a quantidade de fosfocreatina no musculo é apenas 5X maior que a de ATP, o que garante de 5 a 8 s de contração máxima → Glicogênio Rapidamente fracionado em ácido pirúvico e lático que refosforilam o ATP e refazem as reservas de fosfocreatina Tais reações glicolíticas ocorrem mesmo na ausência de O2 e acontecem 2,5 X mais rápido que a formação de ATP em reações com O2. Garantem uma contração máxima por volta de um minuto → Metabolismo Oxidativo 95% da energia utilizada na contração prolongada vem dessa fonte onde são utilizados como fonte os carboidratos, proteínas e principalmente gorduras Energia Esquelético Fibras musculares vermelhas e brancas Vermelhas (lentas): ricas em mioglobina e mitocôndrias – fosforilação oxidativa Brancas (rápidas): pobre em mioglobina e mitocôndrias – glicólise Em máxima atividade, o músculo esquelético aumento seu consumo de O2 cerca de 20x ou + Quando o O2 se torna deficiente → ↑ lactato no sangue (prod. final do metabolismo anaeróbico) FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Acidose lática pode ocorrer no músculo esquelético após exercício excessivo. Fadiga, dor muscular, etc. Músculo cardíaco Metabolismo aeróbico bastante pronunciado Utilização de substratos normalmente presentes no plasma. Ácidos graxos livres, glicose, lactato, piruvato, corpos cetônicos, aminoácidos Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa Mitocôndria = 35% do volume total do músculo cardíaco Creatina A creatina fosfato é o derivado fosforilado de creatina encontrado no músculo, é um composto de alta energia que pode doar reversivelmente um grupo fosfato ao ADP para formar ATP A reação, catalisada pela creatina quinase, fornece uma reserva pequena, mas rapidamente mobilizada de fosfato de alta energia, que pode ser usada para manter o nível intracelular de ATP durante os primeiros minutos de contração muscular intensa Síntese de creatina A creatina é sintetizada a partir da glicina e do grupo guanidina da arginina, mais um grupo metila da S- adenosilmetionina. A creatina é reversivelmente fosforilada a creatina fosfato (fosfocreatina) pela creatinoquinase, utilizando ATP como doador de fosfato A fosfocreatina funciona como um depósito de fosfato de alta energia no músculo Degradação da creatina A creatina e fosfocreatina tornam-se cíclicas espontaneamente em uma velocidade lenta, porém constante para formar creatinina, a qual é excretada na urina A quantidade de creatinina excretada pelo corpo é proporcional ao conteúdo corporal total de creatina fosfato e, assim, pode ser usada para estimar a massa muscular Qualquer aumento na creatinina sanguínea é um indicador sensível de disfunção renal, pois a creatinina normalmente é rapidamente removida do sangue e excretada Eficiência da contração muscular A eficiência de uma máquina ou de um motor é calculada conforme o percentual de energia fornecida que é convertida em trabalho em vez de calor O percentual da quantidade de energia fornecida ao músculo (a energia química dos nutrientes) que pode ser convertida em trabalho, mesmo sob as melhores condições, é menor que 25 %, com o restante se transformando em calor FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA A razão para essa baixa eficiência é que cerca da ½ da energia dos nutrientes é perdida durante a formação do ATP, e, mesmo assim, somente 40% a 45% da energia do ATP pode ser posteriormente convertida em trabalho A eficiência máxima só pode ser conseguida quando a contração muscular ocorre com velocidade moderada Se o músculo se contrair lentamente ou sem qualquer movimento, pequenas quantidades do calor de manutenção são liberadas durante a contração, mesmo que pouco ou nenhum trabalho seja realizado, fazendo com que a eficiência da conversão diminua a zero De modo inverso, se a contração for muito rápida, grande quantidade de energia é usada para superar a fricção viscosa no próprio músculo, o que também reduz a eficiência da contração Geralmente, ocorre eficiência máxima quando a velocidade da contração fica em torno de 30% da máxima Características da contração do músculo como um todo Receptores sensoriais musculares O controle apropriado da função muscular requer não apenas a excitação do músculo pelos neurônios motores ventrais como também do feedback contínuo das informações sensoriais de cada músculo para a medula espinhal Fusos musculares: se distribuem por todo o corpo do músculo e informam ao SN o comprimento do músculo e/ou a velocidade de variação de seu comprimento Órgão tendinoso de Golgi: localizados nos tendões musculares emitindo informaçõessobre a tensão dos tendões e/ou a velocidade de variação da tensão Fusos Neuromusculares Proporcionam feedback sobre as mudanças no comprimento do músculo, assim como o nível de alteração no comprimento do músculo Órgãos Tendinosos de Golgi Monitoram a tensão, assim como o nível de tensão que está sendo produzida durante o movimento Receptores musculares Os músculos esqueléticos e seus tendões contêm receptores sensoriais especializados chamados receptores de estiramento, que descarregam seus impulsos quando a musculatura é estirada. Esses receptores incluem os fusos musculares e os órgãos tendinosos de Golgi. Tais receptores estão envolvidos na experiência sensorial e contribuem para propriocepção O receptor muscular mais complexo corresponde aos fusos musculares, que são constituídos de feixes alongados de fibras musculares estreitas denominadas fibras musculares intrafusais contidas dentro de uma cápsula de tecido conjuntivo Os fusos são ricamente inervados com terminações tanto sensoriais como motoras Grande parte do fuso muscular repousa livremente dentro dos espaços entre as fibras musculares extrafusais ou regulares, mas suas extremidades distais fundem-se com o tecido conjuntivo no músculo FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Quando todo o músculo se contrai, o fuso muscular fica sem carga a menos que as fibras intrafusais também se contraiam As fibras musculares intrafusais são de dois tipos principais: Fibras com sacos nucleares: são maiores e possuem um aglomerado de núcleos próximo ao ponto central. Inerva 1-3 fibras musculares em cada fuso. São menos abundantes com capacidade de poderosas respostas dinâmicas Fibras com cadeias nucleares: têm uma fileira única de núcleos junto a esse ponto central. Inerva 3-9 fibras musculares em cada fuso Há 2 tipos de neurônios motores (gama): Gama dinâmicos: inervam basicamente as fibras musculares intrafusais com sacos nucleares, suas terminações são em placa. Respondem quando o comprimento do receptor do fuso neuromuscular altera-se muito rapidamente. A transmissão ocorre somente por fibras Ia (rápidas) quando o comprimento do fuso estiver aumentado. Logo após, as fibras tipo II começam a atuar (respostas estáticas) Gama estáticos suprem as fibras com cadeias nucleares, suas terminações são em trilha. Respostas originadas quando o fuso neuromuscular é estirado lentamente. As fibras que transmitem essa informação são Ia e II A resposta dinâmica sinaliza a taxa de estiramento muscular, enquanto o componente estático indica o comprimento muscular. Os neurônios motores gama regulam a sensibilidade dos fusos musculares ao estiramento do músculo O sistema nervoso central pode regular as respostas dinâmicas e estáticas dos fusos musculares de forma independente Um outro tipo de receptor de estiramento muscular é o órgão tendinoso de Golgi, encontrados nos tendões, no tecido conjuntivo dentro dos músculos esqueléticos, e em torno das cápsulas articulares São inervados por espessas fibras nervosas aferentes primárias mielinizadas, denominadas fibras do grupo Ib, que interdigitam-se com os feixes de fibras colágenas, um arranjo que permite a aplicação de força mecânica sobre os terminais quando o músculo é contraído ou estirado Os órgãos tendinosos de Golgi, portanto, estão dispostos em série com o músculo e seu tendão Muitas características da contração muscular podem ser demonstradas pela produção de um abalo muscular Este pode ser produzido por meio da excitação elétrica instantânea do nervo muscular ou por um breve estímulo elétrico, originando contração breve e abrupta que dura uma fração de segundo A contração muscular é dita ISOMÉTRICA quando o músculo não encurta durante contração, e ISOTÔNICA quando encurta, mas sua tensão permanece constante por toda a contração No sistema isométrico, o músculo se contrai contra um transdutor de força sem que ocorra encurtamento do músculo, em termos estritos, só registra a variação da força da própria contração muscular, por isso, o sistema isométrico é comumente mais utilizado quando se comparam as características funcionais dos diferentes tipos de músculo No sistema isotônico, o músculo se encurta contra uma carga fixa, as características das contrações isotônicas dependem da carga contra a qual o músculo se contrai, além da inércia da carga FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Tipos de fibras musculares O tamanho da FM se relaciona com a delicadeza e precisão de movimento Poucas fibras musculares – precisão Muitas fibras musculares – força Fibras Musculares Rápidas x Fibras Lentas Cada músculo do corpo é composto por uma mistura das chamadas fibras musculares rápidas e lentas, além das fibras com diferentes graduações entre estes dois extremos Os músculos que reagem rapidamente são compostos, em sua maior parte, por fibras "rápidas" com apenas um pequeno número da variedade lenta Inversamente, os músculos que respondem lentamente, mas com contração prolongada, são compostos, na maior parte, por fibras "lentas" Fibras rápidas l) Fibras grandes para uma grande força de contração 2) Retículo sarcoplasmático muito extenso, para a rápida liberação dos íons cálcio para desencadear a contração 3) Grande quantidade de enzimas glicolíticas, para a rápida liberação de energia pelo processo glicolítico 4) Suprimento de sangue menos extenso, devido ao metabolismo oxidativo ter importância secundária 5) Menor número de mitocôndrias, também porque o metabolismo oxidativo é secundário São 2 X maiores que as fibras de contração lenta, a potência máxima de contração que pode ser alcançada é 2 X maior, e são organizadas para potência, velocidade, para contrações rápidas que necessitam de potência elevada Fibras lentas 1) Fibras menores FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA 2) Também inervadas por fibras nervosas pequenas 3) Sistema dos vasos sanguíneos e dos capilares mais extensos, para suprir quantidades extras de oxigênio 4) Número de mitocôndrias muito elevado, também para dar suporte aos altos níveis de metabolismo oxidativo 5) As fibras contêm grande quantidade de mioglobina, uma proteína que contém ferro, semelhante à hemoglobina, nas hemácias, que dá ao músculo lento sua aparência avermelhada e o nome de músculo vermelho, enquanto a falta da mioglobina vermelha nos músculos rápidos dá a eles o nome de músculos brancos São organizadas para resistência, para gerar energia aeróbica, permite força de contração prolongada por muitos minutos ou hora Mecânica da contração do músculo esquelético Unidade motora Todas as fibras musculares inervadas por uma só fibra nervosa formam uma unidade motora Contrações musculares com forças diferentes Somação das forças Significa a soma de contrações individuais para aumentar a intensidade da contração total. A somação ocorre por dois meios: Aumento do número de unidades motoras que se contraem ao mesmo tempo, referido como somação por fibras múltiplas Aumento da frequência de contração, que é referido como somação por frequência e pode levar à tetanização Somação por fibras múltiplas Quando o SNC envia um sinal fraco para que o músculo se contraia, as menores unidades motoras do músculo podem ser estimuladas, em preferência às unidades motoras maiores, à medida que a força do sinal aumenta, unidades motoras cada vez maiores começam a ser também excitadas, com as maiores unidades motoras apresentando 50X mais força contrátil que as unidades menores FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Isso é conhecido como o princípio do tamanho. Esse fenômeno é importante, pois permite a graduação da força muscular durante uma contração fraca que ocorre em pequenas etapas, uma vez que essasetapas ficam progressivamente maiores quando grande quantidade de força é necessária Somação por Frequência e Tetanização Quando a frequência atinge um nível crítico, as contrações sucessivas eventualmente ficam tão rápidas que se fundem, e a contração total do músculo aparenta ser completamente uniforme e contínua, como mostra a figura Isso é referido como tetanização. Com uma frequência pouco maior, a força da contração atinge sua capacidade máxima, de modo que qualquer aumento adicional da frequência além desse ponto não exerce novos efeitos para aumentar a força contrátil Isso ocorre porque quantidades suficientes de íons cálcio são mantidas no sarcoplasma muscular, mesmo entre potenciais de ação, de modo que o estado contrátil total é mantido sem que seja permitido qualquer grau de relaxamento entre os potenciais de ação Tônus do músculo esquelético Mesmo quando os músculos estão em repouso, em geral eles ainda apresentam certa tensão, conhecida como tônus muscular Como normalmente a fibra muscular esquelética não se contrai sem que ocorra um potencial de ação para estimulá-la, o tônus do músculo esquelético resulta inteiramente de baixa frequência de impulsos nervosos vindos da medula espinhal Esses impulsos, por sua vez, são controlados, em parte, por sinais transmitidos pelo cérebro para o motoneurônio anterior da medula espinhal, e por sinais originados nos fusos musculares localizados no próprio músculo Fadiga muscular É causada por contrações musculares fortes, perdurando por período prolongado Estudos em atletas mostraram que a fadiga muscular aumenta em proporção quase direta com a intensidade da depleção do glicogênio muscular, assim, os efeitos da fadiga surgem, em grande parte, da incapacidade FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA contrátil e do processo metabólico das fibras musculares de continuar a manter a mesma quantidade de trabalho Entretanto, experimentos mostraram que, também, a transmissão dos sinais nervosos pela junção neuromuscular pode diminuir pelo menos por pequena quantidade, após intensa e prolongada atividade muscular, e desse modo, diminuir a contração muscular. A interrupção do fluxo sanguíneo durante a contração do músculo leva à fadiga muscular quase total em 1 a 2 min., devido à perda do suprimento de nutrientes, especialmente de O2 Sistemas de alavancas do corpo Os músculos atuam pela aplicação de tensão em seus pontos de inserção nos ossos, e os ossos, por sua vez, formam vários tipos de sistemas de alavancas A análise dos sistemas de alavancas do corpo depende do conhecimento: Do ponto da inserção muscular Da distância do fulcro da alavanca Do comprimento do braço da alavanca Da posição da alavanca Remodelação do músculo para se ajustar à sua função Hipertrofia Quando a massa muscular total aumenta Virtualmente toda hipertrofia muscular resulta do aumento no número dos filamentos de actina e de miosina em cada fibra muscular, produzindo aumento dessa fibra; isso é designado simplesmente por fibra hipertrofiada Hipertrofia, em grau muito maior, ocorre quando o músculo trabalha contra a carga, durante o processo contrátil Apenas poucas e fortes contrações a cada dia são necessárias para causar hipertrofia significativa dentro de 6 a 10 semanas Atrofia Quando a massa muscular diminui Quando um músculo fica sem uso por muitas semanas, a intensidade de redução das proteínas contrateis é muito mais rápida do que a intensidade de sua reposição FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Hiperplasia das fibras musculares Sob raras circunstâncias de geração de força muscular extrema, observou-se que o número real de fibras musculares aumentou (mas apenas por alguns pontos percentuais), independentemente do processo de hipertrofia. Esse aumento do número de fibras musculares é referido como hiperplasia da fibra Quando isto ocorre, o mecanismo é a separação linear das fibras previamente aumentadas Efeitos da desnervação muscular Quando um músculo é privado de seu suprimento nervoso, deixa de receber os sinais contráteis necessários para manter as dimensões normais do músculo, assim o processo de atrofia começa imediatamente Após 2 meses, mudanças degenerativas começam também a aparecer nas próprias fibras musculares, caso o suprimento nervoso para o músculo seja restabelecido rapidamente, a recuperação total do músculo pode ocorrer em 3 meses, mas depois desse tempo a capacidade de restabelecimento funcional do músculo até o normal começa a diminuir com o passar do tempo, desaparecendo definitivamente após decorridos um a 2 anos No estágio final da atrofia de desnervação, a maioria das fibras musculares é destruída e substituída por tecido fibroso e gorduroso, as fibras que ainda persistem são compostas por longas membranas celulares com alinhamento de pequenos núcleos, mas com pouca ou nenhuma propriedade contrátil ou capacidade regenerativa das miofibrilas, caso o nervo cresça novamente O tecido fibroso que substitui as fibras musculares durante a atrofia causada pela desnervação tem também a tendência de continuar a se encurtar por vários meses, o que é conhecido por contratura, assim, um dos problemas mais importantes na fisioterapia consiste em evitar que os músculos em atrofia venham a desenvolver contraturas debilitantes ou disformes. Isso é conseguido por meio de exercícios diários de alongamento dos músculos ou pelo uso de aparelhos que mantenham os músculos estirados durante o processo de atrofia Recuperação da Contração Muscular na Poliomielite: Desenvolvimento de Unidades Macromotoras Quando algumas, porém não todas, fibras nervosas de um músculo são destruídas, como ocorre usualmente nos casos de poliomielite, as fibras nervosas remanescentes se ramificam para formar novos axônios, que então vão inervar muitas das fibras musculares paralisadas. Esse tipo de reação forma grandes unidades motoras, referidas como unidades macromotoras, podendo ter até 5X o número normal de fibras musculares para cada motoneurônio da medula espinhal. Isso reduz a eficiência e a finura do controle que a pessoa tem sobre seus músculos, mas permite que os músculos voltem a ter a possibilidade de variar sua força. FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Músculo Cardíaco SLIDE 160 Está sob o controle do sistema nervoso central, é um músculo estriado involuntário; um marca-passo intrínseco permite a contração rítmica do coração, sem qualquer influência externa Além disso, as células do músculo cardíaco formam um sincício elétrico, o que possibilita sua contração sincrônica (em onda) — importante para a efeito de bombeamento cardíaco O miocárdio adulto é composto por uma rede anastomosada de células musculares cardíacas ramificadas, organizada em camadas (lâminas) As lâminas são separadas por uma fina camada de TC que veiculam vasos sanguíneos, nervos e o sistema autogerador do impulso cardíaco Músculo cardíaco: cuja contração rítmica ejeta liquido (sangue) – bombeamento. Quase metade do volume da célula é ocupada por mitocôndrias, devido ao alto consumo de energia O glicogênio até certo ponto, mas principalmente triglicerídeos (60% frequência basal) formam o suprimento energético Contém abundante quantidade de mioglobina As fibras possuem em média 15µm de diâmetro e 80µm de comprimento. Cada célula possui um único (ou 2) núcleo grande As células dos átrios são um pouco menores que as do ventrículo, e armazenam grânulos (especialmente no direito) contendo peptídeo natriurético atrial (redutor da pressão arterial) As cels musculares cardíacas formam junções altamente especializadas que unem uma cel à outra através de suas extremidades (discos intercalares) Estes discos possuem porções transversais,onde junções caracterizadas como faixas de adesão e desmossomas ocorrem em grande quantidade, assim como porções laterais ricas em junções gap (permitem o fluxo rápido de informação entre cels) Na face citoplasmática do sarcolema dos discos intercalares, miofilamentos finos se unem às faixas de adesão (como as linhas Z) Cada sarcômero possui a mesma estrutura básica do músculo esquelético, assim o mecanismo de contração é virtualmente idêntico As diferenças estão na organização e quantidade dos túbulos T, no suprimento de Ca++, nos canais de íons do sarcolema e na duração do PA → As cisternas são maiores e mais extensas que o musc. esquel., não formam a tríade e sim uma díade (na linha Z) → Os túbulos T são 2 ½ X maior que os do musc. esquel. E apresentam uma lâmina externa (negativamente carregada) → O RS é esparso, assim não armazena Ca++ suficiente, necessitando fontes adicionais, como do meio extracelular (rico em Ca++) e da lâmina externa, assim como de grandes canais de Na + - Ca++ FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Ritmo Próprio O músculo cardíaco é involuntário, dotado de um marca-passo intrínseco, representado por uma célula especializada (situada no nodo sinoatrial do átrio direito), capaz de sofrer despolarização espontânea e gerar PA O PA se propaga pelas células atriais, através dos canais juncionais, e por fibras condutoras especializadas existentes nos átrios (por todo o átrio em aproximadamente 70 ms) Para que o PA alcance os ventrículos, ele deverá passar pelo nodo atrioventricular; em seguida pelos ventrículos através das vias especializadas para a condução (feixe de His e sistema de Purkinje), via canais juncionais nos discos intercalados O PA se propaga por todo o coração em 220 ms após disparo no nodo sinoatrial. Como a contração de uma célula do músculo cardíaco tipicamente dura 300 ms, essa condução rápida e imediata promove uma contração quase sincrônica das células musculares cardíacas Bem diferente do músculo esquelético, onde as células se encontram agrupadas em unidades motoras, recrutadas independentemente para o aumento na força de contração O Ca++ extracelular é necessário para a liberação do íon do RS pelo PA e o consequente desencadeamento da contração O PA no músculo cardíaco apresenta uma longa fase de platô, devido à ativação de canais para Ca++ de tipo L dependentes de voltagem. Entretanto, a quantidade de Ca++ que ingressa na célula do músculo cardíaco durante um PA é pequena e incapaz de promover a interação do complexo actina-miosina. O influxo do Ca++ durante um PA serve como um deflagrador para induzir a liberação desse íon pelo RS, o que promove contração muscular ATP é necessária para o desengate entre a miosina a actina; subsequentemente, o ATP sofre hidrólise parcial, o que fornece energia à cabeça da miosina para o início de outro ciclo contrátil O relaxamento do músculo esquelético simplesmente necessita do transporte do Ca++ para o RS mediante a ação da bomba de Ca++ Controle extrínseco da contração ocorre por estimulação hormonal O SN simpático é estimulado quando ficamos excitados e prepara o indivíduo para a reação “luta ou fuga” No caso do coração, os níveis elevados do hormônio da medula adrenal, a epinefrina, ou do neurotransmissor simpático, a norepinefrina, ativam os receptores β-adrenérgicos existentes nas células do músculo cardíaco, promovendo a ativação da adenililciclase, o aumento do AMPc, e a consequente fosforilação de inúmeras proteínas presentes nas células cardíacas Metabolismo Aeróbico O músculo cardíaco conta basicamente com o metabolismo aeróbico, incluindo a oxidação de gorduras, para suprir as demandas energéticas Durante os momentos de isquemia, a reserva da fosfocreatina (pequena), que transforma ADP em ATP, pode diminuir, como no músculo esquelético FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Quando o músculo cardíaco sofre uma privação de O2 em decorrência da oclusão de um vaso coronário (isquemia por interrupção do fluxo), as contrações cessam rapidamente (dentro de 30s) Isso não se deve à depleção do ATP ou da fosfocreatina, já que esses níveis declinam mais lentamente Mesmo depois de 10 min de isquemia por bloqueio do fluxo, quando os níveis da fosfocreatina chegam próximo ao zero, restando apenas 20% do ATP, a reperfusão é capaz de restabelecer essas reservas energéticas, bem como a capacidade contrátil Contudo, o prolongamento dessa isquemia por 20 min resulta em quedas maiores no nível do ATP, de modo que a reperfusão tem efeito consideravelmente menor, com restauração limitada dos níveis do ATP e da fosfocreatina ou mesmo da atividade contrátil Hipertrofia Cardíaca As células do músculo cardíaco sofrem um aumento de tamanho (hipertrofia), em resposta à sobrecarga de pressão Hipertensão, defeitos nas válvulas cardíacas e enfraquecimento das paredes ventriculares devido a infartos do músculo cardíaco podem levar à insuficiência cardíaca, uma causa predominante de óbito. A insuficiência cardíaca pode ser constatada com o espessamento das paredes do ventrículo ou com ventrículos dilatados (volume aumentado) Os defeitos contráteis associados à hipertrofia do músculo cardíaco parecem envolver falhas no controle do Ca++ intracelular, resultando em uma força contrátil inferior e um relaxamento mais lento Músculo Liso Suas células não possuem estriações transversais (lisas), não possuem sistema de túbulos T É encontrado na parede de vísceras ocas (trato gastrintestinal, alguns órgãos do trato genital e no urinário), paredes de vasos sanguíneos, ductos maiores de glândulas compostas, vias respiratórias, e em pequenos feixes no interior da pele Não está sob controle voluntário, sendo regulado pelo SN autônomo, por hormônios (bradicininas) e condições fisiológicas locais O tamanho pode variar 20 µm em pequenos vasos até 500 µm no útero gravídico Células do Músculo Liso Desempenham Funções Sintéticas e Secretórias O crescimento e o desenvolvimento dos tecidos dotados de células musculares lisas estão associados a aumentos na matriz de tecido conjuntivo Essas células da musculatura lisa são capazes de sintetizar e secretar os materiais que compõem essa matriz, tais componentes incluem o colágeno, a elastina e os proteoglicanos Dividem-se em 2 tipos: Músculo liso multiunitário: se contraem independentemente uma das outras, onde cada cel possui seu suprimento nervoso FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Músculo liso unitário (vascular): formam junções comunicantes com cels contíguas, e as fibras nervosas formam sinapses somente com algumas poucas fibras musculares Seu sarcolema apresenta grande quantidade de vesículas de pinocitose Além das funções contráteis, sintetizam proteínas (colágeno, elastina, GAGs, proteoglicanos e fatores de crescimento As fibras são células fusiformes, com comprimento médio de 0,2mm, com diâmetro de 5-6 µm. A porção central contém um núcleo oval com 2 ou mais nucléolos. Com o encurtamento pela contração, o núcleo adquire um característico “aspecto de saca-rolha” Cada cel muscular lisa é envolvida por uma lâmina externa, que em seu redor são encontradas fibras reticulares, que parecem envolver cada cel de forma individual, funcionando no aproveitamento de contração As cels formam camadas de várias espessuras, embora possam ocorrer como individuais. Quando em camadas formam uma rede contínua, onde suas porções afiladas se encaixam As camadas de cels encontram-se frequentemente em 2 camadas perpendiculares uma à outra (sistema urinário e digestório), permitindo a formação de ondas de peristalse Enquanto a maioria dos músculos esqueléticos se contrai e relaxa rapidamente, a maior parte da contração do músculo liso é uma contração tônica prolongada, durando às vezeshoras ou até mesmo dia Como no esquelético, a contração ocorre pela entrada de Ca++ no citoplasma, mas a miosina só interage com a actina quando a miosina está fosforilada (não apresenta troponina) O Ca++ no citosol forma um complexo com a calmodulina (participa também em cels não musculares) O complexo Ca++-calmodulina ativa cinase de cadeia leve da miosina, mudando a conformação das cabeças da miosina, resultando no deslizamento da actina adjacente, causando a contração Existem outros filamentos intermediários, com proteínas diferentes, como a desmina, que nos vasos sanguíneos se encontra ligada a vimentina (multiunitário) Estes intermediários, assim como os filamentos finos se inserem nos corpos densos (localizados no sarcoplasma ou na face do sarcolema), formados por αactina e outras proteínas associadas a linha Z A força de contração é repassada, através da associação dos miofilamentos dos corpos densos, para os intermediários, atuando no enovelamento e encurtamento da célula As cavéolas são estruturas associadas aos domínios da membrana, as quais atuam como os túbulos T, na regulação da concentração de Ca++ livre no citosol Recebe fibras do SN simpático e parassimpático, mas não apresenta placa motora Os axônios formam dilatações entre as fibras lisas, contendo vesículas sinápticas com acetilcolina ou noradrenalina, que atuam de forma antagônica Em alguns órgãos as terminações colinérgicas estimulam e as adrenérgicas inibem a contração, enquanto em outros ocorre o contrário FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA A contração ocorre da seguinte forma: 1. Sob o estímulo do sistema nervoso autônomo, íons de Ca++ migram do meio extracelular para o sarcoplasma (citosol) 2. Os íons Ca++ se combinam com a proteína (calmodulina), ativando a enzima cinase 3. A cinase fosforila uma das cadeias leves da miosina (cadeia reguladora), permitindo o desdobramento da miosina 4. A cadeia leve fosforilada permite a interação entre a actina e a miosina o que resulta na contração Tanto a fosforilação como a dissociação das pontes cruzadas ocorrem lentamente, assim a contração é prolongada e requer menos energia Controles Nervoso e Hormonal da Contração do Músculo Liso Embora as fibras musculares esqueléticas sejam estimuladas exclusivamente pelo sistema nervoso, o músculo liso pode ser estimulado a contrair-se por múltiplos tipos de sinais: Pelos sinais nervosos Por estímulo hormonal Por estiramento do músculo Várias outras maneiras A razão principal para a diferença é que a membrana do músculo liso contém muitos tipos de receptores proteicos que podem iniciar o processo contrátil. Outros receptores proteicos inibem a contração do músculo liso, o que é outra diferença em relação ao músculo esquelético. Junções Neuromusculares do Músculo Liso As fibras nervosas autônomas que inervam o músculo liso geralmente ramificam-se difusamente no topo de um folheto de fibras musculares, na maioria dos casos, estas fibras não fazem contato direto com a membrana celular das fibras musculares lisas, mas formam as chamadas junções difusas que secretam a substância transmissora na matriz que recobre o músculo liso, que se difunde então para as células. Além disso, onde há muitas camadas de células musculares, as fibras nervosas inervam frequentemente apenas a camada externa, e a excitação muscular viaja desta camada externa para as internas por condução do potencial de ação pela massa muscular ou por difusão da substância transmissora Nas fibras lisas, a maioria dos terminais axonais finos apresentam múltiplas varicosidades distribuídas ao longo de seus eixos, nestes pontos, as células de Schwann que envelopam os axônios são interrompidas para que a substância transmissora possa ser secretada através das paredes das varicosidades Nas varicosidades encontram-se vesículas similares às encontradas na placa motora do músculo esquelético que contém substância transmissora. Porém, as fibras nervosas autônomas contêm acetilcolina em algumas fibras e norepinefrina em outras — e, ocasionalmente, também outras substâncias FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Substâncias Transmissoras Excitatórias e Inibitórias A acetilcolina é uma substância transmissora excitatória para as fibras do músculo liso em alguns órgãos, porém um transmissor inibitório para o músculo liso em outros. Quando a acetilcolina excita uma fibra muscular, a norepinefrina ordinariamente a inibe. Ao contrário, quando a acetilcolina inibe uma fibra, a norepinefrina usualmente a excita Alguns dos receptores proteicos são receptores excitatórios, enquanto outros são receptores inibitórios. Assim, o tipo de receptor determina se o músculo liso será inibido ou excitado e também determina qual dos dois transmissores, acetilcolina ou norepinefrina, causa excitação ou inibição Potenciais de Membrana e Potenciais de Ação Potenciais de Membrana no Músculo Liso A voltagem quantitativa de potencial de membrana do músculo liso depende da situação momentânea do músculo. No estado normal de repouso, o potencial intracelular é de cerca de -50 a -60 mV, que é cerca de 30 mV menos negativo que no músculo esquelético. PA no Músculo Liso Unitário. → Os PA ocorrem no músculo liso unitário (tal como o músculo visceral) da mesma maneira que no músculo esquelético. Os PA do músculo liso visceral ocorrem em: PA em Espícula. Como os observados no músculo esquelético, ocorrem na maior parte dos tipos de músculo liso unitário. A duração deste tipo de PA é de 10 a 50 ms. Tais PA podem ser desencadeados de várias formas, ex: pela estimulação elétrica, pela ação de hormônios sobre o músculo liso, pela ação de substâncias transmissoras das fibras nervosas, pelo estiramento, ou como resultado da geração espontânea na própria fibra muscular PA com Platôs. O início deste PA é semelhante ao do potencial em espícula, porém, em vez de uma rápida repolarização da membrana da fibra muscular, a repolarização é retardada por várias centenas a até 1.000 ms (l s). A importância do platô é que ele pode estar associado à contração prolongada que ocorre em alguns tipos de músculo liso, como o ureter, o útero em certas condições e certos tipos de músculo liso vascular FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA A: PA típico (em espícula), por estímulo externo B: PA em espículas repetitivos, por ondas elétricas rítmicas que ocorrem espontaneamente na parede intestinal C: PA em platô, na fibra uterina Potenciais de Onda Lenta no Músculo Liso Unitário e Geração Espontânea de PA Alguns músculos lisos são auto excitatórios, isto é, os PA se originam nas próprias células musculares lisas, sem um estímulo extrínseco, que estão frequentemente associados a um ritmo em onda lenta básico do potencial de membrana A onda lenta não é o PA, isto é, ela não é um processo autorregenerativo que se propaga progressivamente pelas membranas das fibras musculares, e sim, uma propriedade local das fibras musculares lisas que compõem a massa muscular. A causa do ritmo em onda lenta é pouco conhecida A importância das ondas lentas é que, quando elas são de amplitude suficiente, podem iniciar PA As próprias ondas lentas não causam contração muscular, porém quando o pico do potencial de onda negativo dentro da membrana celular aumenta na direção positiva de -60 para cerca de -35 mV (o limiar aproximado para provocar os PA na maioria dos músculos lisos viscerais), um PA se desenvolve e se propaga pela massa muscular, a contração então ocorre A cada pico de onda lenta ocorrem um ou mais PA, estas sequências repetitivas de PA desencadeiam a contração rítmica da massa muscular lisa, assim, as ondas lentas são chamadas de ondas marca-passo FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR| MEDICINA Excitação de Músculo Liso Visceral pelo Estiramento Muscular Quando o músculo liso visceral (unitário) é estirado suficientemente, usualmente são gerados PA espontâneos. Eles resultam da combinação de: Potenciais de onda lenta normais Diminuição da negatividade do potencial de membrana causada pelo próprio estiramento Esta resposta ao estiramento faz com que a parede do intestino, quando estirada excessivamente, se contraia automática e ritmicamente Ex: quando o intestino está muito distendido pelo conteúdo intestinal, as contrações automáticas locais formam frequentemente ondas peristálticas que movem o conteúdo para fora da região distendida, usualmente na direção do ânus Despolarização do Músculo Liso Multiunitário Sem PA As fibras musculares lisas do músculo multiunitário (ex: músculo da íris do olho ou o do piloeretor de cada pelo) contraem-se principalmente em resposta aos estímulos nervosos As substâncias transmissoras provocam despolarização da membrana da musculatura lisa, e isto, por sua vez, provoca contração PA usualmente não se desenvolvem, porque as fibras são muito pequenas para gerar um PA. (Para que PA sejam desencadeados no músculo liso unitário visceral, 30 a 40 fibras musculares lisas têm de ser despolarizadas simultaneamente antes que aconteça um PA auto propagado.) Nas pequenas células musculares lisas, mesmo sem PA, a despolarização local (potencial juncional) causada pela substância neurotransmissora propaga-se "eletrotonicamente" por toda a fibra, o que basta para causar a contração muscular Efeito dos Fatores Teciduais Locais e dos Hormônios para Causar Contração do Músculo Liso Sem PA Muitas das contrações da fibra muscular lisa são iniciadas por fatores estimuladores que agem diretamente sobre a maquinaria contrátil do músculo liso, sem PA Os 2 tipos de fatores estimuladores não-nervosos e não-associados a PA que estão frequentemente envolvidos são: Fatores químicos teciduais locais Vários hormônios Fatores Químicos Teciduais Locais Os menores vasos capilares têm pouca ou nenhuma inervação, ainda assim, o músculo liso é muito contrátil, respondendo rapidamente a alterações nas condições químicas locais no líquido intersticial circundante FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA No estado normal de repouso, muitos destes pequenos vasos sanguíneos permanecem contraídos, porém quando é necessário fluxo sanguíneo extra para o tecido, múltiplos fatores podem relaxar a parede do vaso, permitindo, assim, o aumento do fluxo Desta maneira, um poderoso sistema local de controle por feedback controla o fluxo sanguíneo para a área tecidual. Alguns dos fatores de controle específicos são os seguintes: A falta de O2 nos tecidos locais causa relaxamento do músculo liso e, portanto, vasodilatação. O excesso de CO2 causa vasodilatação O aumento na concentração de H+ provoca vasodilatação Adenosina, ácido lático, ↑ na [K +], ↓ na [Ca++], e ↑ da temperatura corporal podem causar vasodilatação local Hormônios A maior parte dos hormônios que circulam no sangue afeta em algum grau a contração do músculo liso, e alguns apresentam efeitos profundos Entre os mais importantes destes estão norepinefrina, epinefrina, acetilcolina, angiotensina, endotelina, vasopressina, oxitocina, serotonina e histamina Um hormônio causa contração de um músculo liso quando a membrana da célula muscular contém receptores excitatórios controlados por hormônio. Ao contrário, o hormônio provoca inibição se a membrana contiver receptores inibitórios para o hormônio. Regeneração do Tecido Muscular No adulto os 3 tipos de tecido muscular exibem diferenças na regeneração: • O músculo cardíaco não se regenera. Nas lesões do coração (enfarte), as partes destruídas são invadidas por fibroblastos, que produzem fibras colágenas, formando uma cicatriz • Embora os núcleos das fibras esqueléticas não se dividam, tem uma pequena capacidade de reconstituição. Admite-se que as células satélites sejam responsáveis pela regeneração, visualizadas somente à ME, consideradas mioblastos inativos. Estas células também são importantes na hipertrofia, quando se fundem com as fibras musculares preexistentes • O músculo liso é capaz de uma regeneração mais eficiente. Ocorrendo lesão as fibras musculares lisas que permanecem viáveis entram em mitose e reparam o tecido. Na parede dos vasos sanguíneos há participação dos perícitos, que se multiplicam por mitose originando novas células musculares lisas, ocorrendo a regeneração. FISIOLOGIA: MUSCULAR CAMILA SANTIAGO FISIOLOGIA: MUSCULAR | MEDICINA Comparação entre os tipos de tecidos musculares
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