TEMA 4 - Biofísica da contração muscular

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TEMA 4 - Biofísica da contração muscular
 MÓDULO 1
A Mecânica engloba subáreas como Cinemática, Dinâmica, Estática, Gravitação e Hidrostática, 
estudando o movimento relativo. Por exemplo, no carro em movimento, os ocupantes podem 
estar em repouso para você, mas em movimento para quem observa de fora. As grandezas 
físicas podem ser escalares, como temperatura e massa, que precisam apenas de valor 
numérico e unidade de medida.
Grandezas vetoriais requerem valor numérico, direção e sentido para serem definidas. Vetores 
representam essas grandezas, como forças na mecânica corporal. Vetores podem ser somados: 
na mesma direção e sentido, são somados; em direções opostas, são subtraídos. Exemplo: V1 = 
10 e V2 = 7, resultando em 17 se na mesma direção, e 3 se em direções opostas.
No entanto, a soma de vetores V1 e V2 em diferentes direções segue uma equação com o 
ângulo θ entre eles. A regra do paralelogramo é essencial para determinar a direção e sentido 
do vetor resultante após a soma. A figura 2 mostra as etapas para aplicar essa regra.
Traça-se uma reta paralela a V1, de mesmo comprimento, a partir de V2. Em seguida, desenha-
se um novo vetor da origem dos vetores até o outro vértice do paralelogramo formado para 
encontrar a direção e o sentido do vetor resultante.
A velocidade do movimento é a distância percorrida por um móvel em determinado tempo, 
sendo representada pela equação v = ΔS / Δt (m/s). Se a velocidade é constante, é um 
movimento uniforme; se varia, há aceleração. A aceleração é a variação da velocidade em 
função do tempo, sendo positiva quando a velocidade aumenta, negativa quando diminui e zero 
quando não há variação.
A Dinâmica estuda as forças, representadas por vetores em Newtons. O equilíbrio ocorre 
quando a soma das forças em um corpo é zero, resultando em velocidade constante. Caso 
contrário, o corpo acelera. Exemplo do "cabo de guerra" ilustra esse conceito: forças iguais 
resultam em equilíbrio, forças desiguais causam movimento.
Isaac Newton formulou as Leis de Newton, fundamentais na mecânica clássica:
A energia potencial é gerada em materiais elásticos pela deformação, enquanto o atrito surge 
quando superfícies se movem uma contra a outra. O trabalho é realizado quando uma força 
provoca o deslocamento de um corpo, e a energia mecânica inclui energia cinética e potencial.
MÓDULO 2
Quando estudamos o movimento humano, especialmente em disciplinas como cinesiologia e 
biomecânica, nos deparamos com o conceito de alavancas e torque na mecânica. As alavancas 
são barras rígidas que se movem em torno de um ponto fixo, o "Eixo", onde uma força de 
potência (Fp) deve vencer uma força de resistência (Fr) para gerar movimento.
Uma força aplicada em uma alavanca gera torque, influenciando o movimento angular. As 
alavancas facilitam o movimento humano, sendo comparadas às articulações sinoviais que 
funcionam como eixos de alavancas. Existem três tipos de alavancas classificadas com base no 
posicionamento do eixo em relação às forças: de primeira classe, de segunda classe e de 
terceira classe.
As alavancas de primeira classe têm o eixo entre a força de potência e a de resistência, como a 
gangorra e a tesoura. As alavancas de segunda classe têm a força de resistência entre o eixo e a 
de potência, como um carrinho de obras e um amassador de alho. Já as alavancas de terceira 
classe possuem a força de potência entre o eixo e a de resistência, como uma pinça.
Identificando as alavancas no corpo humano:
Primeira Lei da Inércia: corpos em equilíbrio de forças mantêm velocidade constante.
Segunda Lei Fundamental da Dinâmica: \( F = m \cdot a \), onde \( F \) é a força, \( m \) a 
massa e \( a \) a aceleração.
Terceira Lei da Ação e Reação: corpos exercem forças iguais e opostas em ação e reação.
Alavanca de primeira classe: exemplificada pela articulação atlanto-occipital, onde os 
músculos extensores da cabeça evitam seu deslocamento anterior durante a flexão.
Alavanca de segunda classe: ilustrada pela flexão plantar para erguer o corpo, com a ponta 
do pé como eixo e os músculos gastrocnêmios e sóleo aplicando a força para erguer o 
corpo.
Alavanca de terceira classe: exemplificada pela ação dos flexores de cotovelo, onde o bíceps 
braquial exerce a força para a flexão, com a força-peso da mão encontrando-se na 
As principais alavancas nos movimentos da marcha são abordadas em um vídeo, destacando o 
conceito de torque e sua relação com a força e o braço de alavanca. O torque é calculado pela 
força multiplicada pelo braço de alavanca, influenciando a movimentação das alavancas. A 
gangorra ilustra o equilíbrio dos torques da potência e da resistência. A vantagem mecânica é a 
relação entre os braços de alavanca da potência e da resistência, influenciando a eficiência das 
alavancas de primeira, segunda e terceira classes.
MÓDULO 3
Cerca de 40% do corpo é composto por músculos estriados esqueléticos, que produzem força 
para a locomoção através de fenômenos químicos e físicos. A fibra muscular esquelética é 
composta por tecido muscular contrátil envolvido por camadas de tecido conjuntivo: epimísio, 
perimísio e endomísio.
Cada fibra muscular é envolvida pelo sarcolema, que é a membrana plasmática da célula. O 
retículo sarcoplasmático armazena íons cálcio essenciais para a contração muscular. O músculo 
estriado apresenta estrias transversais devido às bandas I e A, separadas pela linha Z. Cada 
sarcômero contém miofibrilas organizadas em filamentos finos de actina e filamentos grossos 
de miosina.
As principais proteínas dos sarcômeros são:
Filamentos finos são compostos por duas cadeias de proteínas globulares em dupla hélice, com 
tropomiosina envolvendo o filamento de actina e a troponina formada por três subunidades: a 
que se liga ao Ca2+, a que se liga à tropomiosina e a TnI que cobre o sítio ativo da molécula de 
actina.
Filamentos grossos são compostos pela proteína miosina, que possui uma cabeça com função 
ATPásica para a contração muscular. O espaço entre as miofibrilas é preenchido pelo 
sarcoplasma, contendo potássio, magnésio, fosfato, enzimas e mitocôndrias.
extremidade da alavanca.
Actina
Troponina
Atropomiosina
Miosina
A junção neuromuscular é onde o impulso nervoso chega à membrana da fibra muscular, 
através de um potencial de ação de uma fibra nervosa. Os terminais nervosos se conectam à 
fibra muscular na placa motora. Cada motoneurônio inerva um grupo de fibras musculares, 
formando uma unidade motora grande ou pequena, dependendo do número de fibras 
inervadas.
A membrana sarcoplasmática possui invaginações que aumentam a área para a ação dos 
neurotransmissores. Quando um impulso nervoso atinge a placa motora, a acetilcolina é 
liberada no espaço sináptico e se liga a receptores na fibra muscular. Isso gera um potencial de 
ação, levando à contração muscular. A acetilcolina é destruída por enzimas para evitar excitação 
contínua.
O impulso nervoso desencadeia a contração muscular através do acoplamento excitação-
contração, levando os sarcômeros a se contraírem.
Quando o potencial de ação atinge o sarcolema, ele percorre a membrana sarcoplasmática e os 
túbulos T, estimulando a liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático. Após a propagação, a 
bomba de Ca2+ recupera os íons para o retículo sarcoplasmático.
O Ca2+ é essencial para a contração muscular por permitir a geração do processo.
As cabeças de miosina têm alta afinidade com a actina, mas o sítio ativo da actina é coberto pela 
troponina. Quando os íons de cálcio se ligam à troponina, ela sofre uma alteração 
conformacional que expõe o sítio ativo da actina, permitindo a ligação com a miosina.
A miosina é essencial para a contração muscular, pois sua estrutura permite o movimento das 
cabeças, impulsionado pela hidrólise do ATP. Esse processo encurta o sarcômero, puxando as 
linhas Z para o centro. Para a miosina se soltar da actina, precisa de ATP. O rigor mortis ocorre 
pela falta de ATP, impedindo a liberação de Ca²⁺ e a desconexão das pontes cruzadas.Vamos resumir didaticamente o mecanismo de contração muscular em etapas:
ENERGÉTICA DA CONTRAÇÃO
Existem diferentes tipos de ação muscular:
Fatores que influenciam a força muscular:
O motoneurônio envia potenciais de ação até as junções neuromusculares.
As terminações nervosas liberam acetilcolina nos espaços sinápticos, abrindo canais iônicos 
no sarcolema.
O influxo de Na+ causa despolarização e deflagra um potencial de ação.
O potencial de ação percorre a membrana, abrindo canais de Ca2+ no retículo 
sarcoplasmático.
O Ca2+ se liga à troponina, expondo o sítio ativo da actina.
A miosina se liga à actina, formando pontes cruzadas.
Com a quebra de ATP, as pontes cruzadas se dobram, puxando o filamento fino para o 
centro do sarcômero.
Com nova ligação de ATP, a miosina se solta da actina e se liga a outro sítio ativo.
Fosfocreatina: fornece energia nos primeiros segundos de esforço físico.
Glicólise Anaeróbia: produz energia e ácido lático em atividades de alta intensidade.
Metabolismo Oxidativo: altamente eficiente, produz 32 ATP por molécula de glicose em 
atividades de baixa intensidade.
Aproximadamente 25% da energia fornecida aos músculos são convertidos em trabalho 
mecânico, com o restante perdido como calor.
Concêntrica: o músculo encurta durante a contração, como ao levantar um peso.
Excêntrica: o músculo alonga-se progressivamente durante a contração, como ao baixar um 
peso controladamente.
Isométrica: o músculo contrai sem alterar seu comprimento, sem movimento visível na 
articulação.
Isocinética: o movimento ocorre em velocidade angular constante, exigindo equipamentos 
específicos. É vantajoso para desenvolver força máxima em diversas velocidades, com 
mínimo de dores musculares.
Relação comprimento-tensão
Relação carga-velocidade
Relação força-tempo
Arquitetura do músculo
Pré-alongamento
Efeito da temperatura
Efeito da fadiga
Efeito da vibração
Existem diferentes tipos de fibras musculares:
Os músculos usam principalmente fibras tipo I em baixas intensidades, com tipo IIa entrando 
em ação em intensidades médias e tipo IIx em intensidades altas. A composição muscular em 
atletas e não atletas varia, influenciada pelo treinamento físico. Exemplos incluem corredores de 
distância com fibras lentas predominantes e halterofilistas com uma distribuição mais 
equilibrada.
Existem três tipos de músculos no corpo humano: estriado esquelético, estriado cardíaco e liso. 
O músculo estriado cardíaco forma as paredes do coração e é excitado de forma involuntária. O 
músculo estriado esquelético possui fibras separadas por discos intercalados com "gap 
junctions" para rápida difusão de íons. O músculo liso está nos órgãos e vísceras com 
movimentos involuntários e contém calmodulina para ativação das pontes cruzadas de miosina.
Tipo I (lentas, vermelhas) contraem lentamente de forma oxidativa.
Tipo II (rápidas, brancas) divididas em IIa (rápida oxidativa glicolítica) e IIb (rápida 
fosfagênica).
A inervação determina o tipo de fibra, com influência genética.
Características incluem mitocôndrias, diâmetro, capilaridade, mioglobina, entre outros.
A composição das fibras musculares de um músculo depende de sua função, com bíceps 
tendo mais fibras rápidas e eretores da coluna mais fibras lentas.