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APG 11- HISTOLOGIA E CONTRAÇÃO DAS FIBRAS MUSCULARES - ABERTURA 14/03 - FECHAMENTO 18/03 Principais características do tecido muscular O tecido muscular é constituído de células alongadas, que contêm no seu citoplasma grande quantidade de proteínas motoras. Essas proteínas estão organizadas de maneira a promover a transformação de energia química armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) em energia mecânica, que é utilizada para a contração das células e dos músculos. A contração individual das células musculares que constituem um músculo é agregada de modo a gerar força e movimento. As células musculares, também denominadas miócitos, têm origem mesodérmica. De acordo com suas características morfológicas e funcionais, distinguem-se três tipos de tecido muscular: estriado esquelético, estriado cardíaco e liso. Por serem alongadas, as células musculares são também chamadas fibras. O tecido muscular estriado esquelético é formado por feixes de longas células (fibras), multinucleadas, cilíndricas, arranjadas paralelamente entre si. Quando observadas em cortes longitudinais ao microscópio, as células apresentam faixas transversais em seu citoplasma, motivo pelo qual são denominadas estriadas. São fibras de contração rápida e vigorosa, sujeitas ao controle voluntário e constituem os músculos esqueléticos do corpo. O tecido muscular estriado cardíaco é formado por curtas células cilíndricas, também estriadas. Suas fibras aderem entre si por junções celulares chamadas discos intercalares. Essas fibras constituem a maior parte do coração e sua contração é involuntária, vigorosa e rítmica. O tecido muscular liso é formado por curtas células fusiformes, isto é, alongadas e com as extremidades afiladas. É conhecido como músculo liso porque suas células não apresentam estrias transversais. Sua contração é lenta e não sujeita ao controle voluntário. As fibras se localizam principalmente nas vísceras e na parede dos vasos sanguíneos. Alguns componentes das células musculares receberam nomes especiais. A membrana celular é chamada de sarcolema; o citosol, de sarcoplasma; e o retículo endoplasmático liso, de retículo sarcoplasmático. Tecido muscular estriado esquelético As células ou fibras musculares estriadas esqueléticas são formadas na vida intrauterina a partir de precursores denominados mioblastos, originados do mesoderma. Eles migram para os locais em que serão formados os músculos, expressam os fatores de transcrição Pax3 e Pax7, e se fundem paralelamente e pelas suas extremidades, originando longas células multinucleadas. O tecido muscular estriado esquelético é formado por células longas (de até 30 cm de comprimento), cilíndricas, multinucleadas, cujo diâmetro varia de 10 a 100 μm. Os numerosos núcleos são elípticos e localizam-se na periferia da fibra, logo abaixo do sarcolema, a membrana plasmática da célula. Essa localização nuclear característica ajuda a distinguir em cortes histológicos o músculo esquelético do músculo cardíaco, no qual os núcleos se localizam no centro das fibras. A característica estrutural mais importante das fibras estriadas esqueléticas e cardíacas é a existência, em seu citoplasma, de milhares de filamentos cilíndricos chamados miofibrilas, nas quais se localizam as moléculas responsáveis pelo aparelho contrátil. Características histológicas dos três tipos de tecido muscular. Músculo esquelético: fibras com grande diâmetro, longas e multinucleadas; núcleos situados na periferia da fibra. Músculo cardíaco: fibras curtas e unidas pelos discos intercalares; cada célula tem apenas um ou dois núcleos, localizados no centro da célula. Músculo liso: células fusiformes, com um núcleo na parte mais dilatada da célula. Estrutura do músculo esquelético Cada músculo esquelético de mamíferos é formado por milhares de fibras musculares estriadas esqueléticas organizadas em feixes ou fascículos. O músculo é envolvido por uma camada de tecido conjuntivo denso chamada epimísio, que contém vasos sanguíneos, vasos linfáticos e nervos. Do epimísio partem septos de tecido conjuntivo que constituem o perimísio, septos que envolvem e separam os fascículos de fibras. Em torno de cada fibra muscular há uma delicada camada de tecido conjuntivo, denominada endomísio , que contém fibras reticulares e células do tecido conjuntivo, além de uma extensa rede de capilares sanguíneos e nervos. Funções importantes do tecido conjuntivo dos músculos são manter unidas as fibras e transmitir aos ossos as forças geradas pela contração. Nas extremidades da maioria dos músculos, há uma região de transição entre as fibras musculares e os tendões. Nessa região, as fibras de colágeno do tendão inserem-se em dobras complexas do sarcolema das fibras musculares. Organização de um músculo estriado esquelético. As fibras musculares se organizam em feixes e são envolvidas por tecido conjuntivo disposto em diferentes formações: epimísio, perimísio e endomísio. Estrutura das fibras musculares esqueléticas Seus núcleos elípticos situam-se na periferia das fibras e o citoplasma contém muitas mitocôndrias, concentradas nos locais próximos às sinapses neuromusculares. O retículo endoplasmático liso, também denominado retículo sarcoplasmático, é muito desenvolvido e desempenha um papel importante no processo de contração, que será descrito mais adiante. Cada fibra é envolvida por uma lâmina basal, e entre a lâmina basal e o sarcolema (a membrana plasmática) localizam-se as células satélites, importantes para processos de regeneração e hipertrofia do músculo esquelético. Mais informações sobre essas células serão apresentadas na seção Regeneração do tecido muscular. Cortes longitudinais de fibras musculares esqueléticas observadas ao microscópio revelam a presença, no citoplasma, de estriações transversais caracterizadas pela alternância de faixas claras e escuras. Quando as fibras musculares estriadas (tanto esqueléticas quanto cardíacas) são observadas em um microscópio de polarização, as faixas escuras brilham (são anisotrópicas), e, por isso, receberam o nome de bandas A. As faixas claras não brilham, são isotrópicas e, por esse motivo, foram denominadas bandas I. No centro de cada banda I, observa-se uma linha transversal escura denominada disco Z . Além disso, a banda A tem uma zona mais clara no seu centro chamada banda H, observável por microscopia óptica após colorações especiais e bem caracterizada por microscopia eletrônica de transmissão. Corte transversal de um músculo estriado esquelético. Há inúmeras fibras na imagem, algumas marcadas por asteriscos. Os pontos no interior das fibras são miofibrilas cortadas transversalmente. O tecido conjuntivo do perimísio e do endomísio está corado em verde. (Tricrômico de Masson. Médio aumento. Por que se observa a estriação nas fibras Cada fibra muscular estriada contém no seu citoplasma milhares de filamentos cilíndricos de 1,5 a 2 μm de diâmetro chamados miofibrilas. Elas se arranjam paralelamente entre si ao longo do eixo maior da fibra muscular, percorrendo-a em toda a sua extensão. Músculo esquelético observado em várias dimensões. Em destaque: as miofibrilas que contêm o aparelho contrátil e seus componentes estruturais e moleculares. À esquerda, embaixo: observe a localização dos filamentos delgados e grossos no sarcômero. A estrutura molecular desses elementos é mostrada à direita, embaixo. Fibras musculares estriadas esqueléticas. Na metade superior: corte transversal das fibras musculares, fibras indicadas por asteriscos. Note os núcleos localizados na periferia das células. Na metade inferior: três fibras seccionadas longitudinalmente e indicadas por barras. Note a estriação transversal das fibras. Cada miofibrila é constituída de uma sequência repetitiva de unidades denominadas sarcômeros, que medem cerca de 2,5 μm de comprimento. O sarcômero é formado pela região da miofibrila situada entre dois discos Z sucessivos. Ele contém no centro uma banda A ladeada por duas metades de bandas I. Cortes longitudinais de célulasmusculares estriadas observadas ao microscópio eletrônico de transmissão, em que é possível observar os sarcômeros e as bandas A, I e os discos Z. A microscopia eletrônica revelou outros fatos muito importantes: •Os sarcômeros de cada miofibrila, assim como as suas bandas, estão alinhados com os sarcômeros e com as bandas das miofibrilas vizinhas, isso fica muito evidente. Por esse motivo, quando se observa ao microscópio uma fibra muscular cortada em corte longitudinal, as bandas parecem percorrer a fibra em toda a sua espessura, mas, na verdade, cada banda pertence ao sarcômero da miofibrila em que está localizada •As miofibrilas são constituídas de filamentos altamente organizados, dispostos ao longo das miofibrilas e, portanto, das fibras. Esses filamentos, chamados miofilamentos, são de dois tipos: delgados e espessos. Nos filamentos delgados, predominam moléculas de actina, e nos filamentos espessos, moléculas de miosina 2. Além dessas proteínas, há, nas miofibrilas, muitas outras moléculas proteicas. A localização dos filamentos nas bandas Cada miofibrila é, portanto, um longo cilindro formado por uma sequência de inúmeros sarcômeros, delimitados por discos Z. Por microscopia eletrônica de transmissão, observou-se que os filamentos delgados de actina estão ancorados nos discos Z e que eles se dirigem para a região central de cada sarcômero, na qual se intercalam com os filamentos espessos. Consequências dessa organização: a banda I contém somente filamentos delgados; e a banda A, filamentos espessos intercalados com filamentos delgados, exceto em sua região mais central. Esta é ocupada somente por filamentos espessos e corresponde à banda H. No centro da banda H, os filamentos espessos estão presos entre si por meio de conjuntos de proteínas que formam o disco M. Três fibras musculares esqueléticas em corte longitudinal. A estriação transversal é bastante evidente. Observe: os sarcômeros delimitados por discos Z; as bandas A (escuras); as bandas I (claras); os discos Z nos centros das bandas I. Diversas moléculas compõem os filamentos e as miofibrilas Quatro proteínas principais relevantes para a contração muscular formam os miofilamentos das miofibrilas: actina G, tropomiosina, troponina e miosina 2. Os filamentos espessos são formados de miosina 2, e as outras três proteínas são encontradas nos filamentos delgados. A miosina e a actina, juntas, representam 55% do total das proteínas do músculo estriado. Acompanhe pela Figura 10.8 como são constituídos os filamentos de actina e de miosina. O filamento delgado de actina é composto da reunião de moléculas globulares de actina G. Essas moléculas se reúnem em duas sequências lineares de dois filamentos enrolados entre si cujo conjunto é o filamento de actina. As moléculas de actina G têm um sítio que interage com a miosina, também mostra que o filamento de actina F é polarizado, isto é, tem uma extremidade (+) e outra (–). Nos sarcômeros, os filamentos de actina ancorados a cada lado do disco Z têm polaridades opostas entre si; a extremidade ancorada no disco Z é sempre (+) e a outra extremidade, livre no centro do sarcômero, é sempre (–). A tropomiosina é uma longa molécula constituída de duas cadeias polipeptídicas enroladas entre si. Ela se dispõe ao longo de um sulco da molécula de actina formado pelas sequências globulares de actina G. A troponina é um complexo de três subunidades de proteínas globulares: TnT, que se liga fortemente à tropomiosina; TnC, que tem grande afinidade por íons cálcio (Ca2+); e TnI, que cobre e esconde o sítio ativo da actina, no qual ocorre a interação da actina com a miosina, inibindo essa interação. Os complexos de troponina se prendem aos inúmeros sítios específicos de ligação para troponina existentes na cadeia de tropomiosina. A molécula de miosina 2 tem a forma de um bastão constituído pela reunião de duas cadeias polipeptídicas entrelaçadas. Há três domínios ou regiões na molécula: •Duas cabeças: porções globulares que contêm sítios específicos para ligação de moléculas de ATP. Além disso, são dotadas de atividade ATPásica, que hidrolisa ATP e libera energia necessária para a contração. Em cada cabeça há também um sítio de combinação com a actina •Cauda: representa o bastão propriamente dito e é formada por duas cadeias pesadas enroladas entre si •Dois braços: fazem a ligação entre cada cadeia pesada e cada cabeça. Durante a contração, atuam como dobradiças. Esquema simplificado das principais proteínas dos miofilamentos delgados e espessos. Na porção inferior da figura: trecho de uma miofibrila e a posição dos filamentos em um sarcômero. Inervação da fibra muscular e estrutura da junção neuromuscular A contração das fibras musculares esqueléticas é comandada por nervos motores originados em grandes neurônios presentes no tronco encefálico e na medula espinal. Os nervos se ramificam no tecido conjuntivo do perimísio dos músculos, originando numerosos ramos delgados que alcançam a superfície das fibras musculares. Nesses locais, as fibras nervosas perdem sua bainha de mielina, e o axônio é recoberto apenas por uma delgada camada de citoplasma das células de Schwann. Os botões sinápticos dos terminais axonais têm numerosas mitocôndrias, além de vesículas sinápticas que contêm o neurotransmissor acetilcolina. Esta é sintetizada no citosol da sinapse a partir de precursores e é transportada para o interior das vesículas sinápticas. Junto ao sarcolema das fibras musculares, os botões sinápticos dos axônios estabelecem sinapses chamadas junções neuromusculares ou placas motoras. No local das sinapses, a superfície da célula muscular apresenta uma leve depressão na qual o botão sináptico fica parcialmente inserido. O sarcolema que reveste o local da depressão da célula muscular é pregueado, aumentando a superfície da recepção das moléculas do neurotransmissor. A fenda sináptica, o espaço entre a membrana do axônio e a lâmina basal, que reveste a célula muscular, mede de 50 a 100 nm de espessura. O citoplasma da fibra muscular situado abaixo das pregas da membrana contém vários núcleos, numerosas mitocôndrias, ribossomos e grânulos de glicogênio. O sarcolema da junção neuromuscular (a membrana pós-sináptica) tem milhares de receptores para acetilcolina, que são ancorados na membrana por elementos do citoesqueleto da fibra muscular. Esses receptores são moléculas transmembrana que também são canais iônicos dependentes de ligantes, isto é, abrem-se quando reconhecem a acetilcolina. Quando um potencial de ação chega ao terminal axônico, há liberação de acetilcolina para a fenda sináptica existente entre a membrana do axônio e da célula muscular. A acetilcolina liga-se aos seus receptores na célula muscular e permite a entrada súbita de íons sódio através do sarcolema no local da junção, resultando na despolarização local do sarcolema. A despolarização se propaga ao longo da membrana da fibra muscular e suas consequências serão descritas na próxima seção. Esquema de uma junção neuromuscular vista por microscopia eletrônica de transmissão. O axônio está separado da fibra muscular pela fenda sináptica. Na região da junção, a superfície da fibra tem muitas pregas do sarcolema. Em torno da junção, há centenas de invaginações tubulares do sarcolema, denominadas túbulos T. As membranas dos túbulos T conduzem para o interior da fibra a despolarização causada pelo estímulo nervoso. Núcleos e mitocôndrias (fora de proporção) acumulam-se na região da junção. Miastenia -> É uma doença autoimune caracterizada por fraqueza muscular progressiva. Resulta da redução da quantidade e, sobretudo, da eficiência dos receptores para acetilcolina localizados no sarcoplasma das junções mioneurais (placas motoras), causadas por anticorpos circulantes no sangue que se ligam a esses receptores, dificultando a comunicação entre o nervo e a fibra muscular. O excesso de acetilcolina existente na fenda sináptica é hidrolisado pela enzima acetilcolinesterase, que é sintetizada no corpo celular do neurônio,transportada ao longo do axônio, transferida para a fenda sináptica e inserida na membrana pós-sináptica, na lâmina basal das pregas da sinapse e permanece livre na fenda sináptica. A lise da acetilcolina é importante para evitar o estímulo prolongado do neurotransmissor sobre os receptores do sarcolema e diminuir a duração da contração da fibra muscular. Porções das moléculas de acetilcolina são captadas e reutilizadas pelo terminal axônico para síntese de novas moléculas de acetilcolina. O sistema T das fibras musculares e o desencadeamento da contração muscular O sistema de túbulos transversais ou sistema T é uma estrutura especializada das fibras musculares estriadas (esqueléticas e cardíacas) para conduzir a despolarização da membrana plasmática de maneira rápida e eficiente para o interior da célula. Pelo sistema T, as inúmeras miofibrilas da fibra podem se contrair de maneira sincrônica. O sistema T é constituído de milhares de invaginações da membrana plasmática da fibra muscular em forma de tubos, chamados túbulos T. Da superfície da fibra, os túbulos T se dirigem para o interior da célula e abraçam as miofibrilas, situando-se entre duas cisternas do retículo sarcoplasmático, formando milhares de conjuntos de três estruturas membranosas, as tríades. As cisternas do retículo sarcoplasmático armazenam íons Ca2+ em seu interior. A despolarização da membrana plasmática chega pelos túbulos T até as tríades e provoca a saída de íons Ca2+ das cisternas de retículo endoplasmático para o interior das miofibrilas. O aumento da concentração desses íons nas miofibrilas é o fator desencadeador da contração muscular. Quando a onda de despolarização termina, íons Ca2+ são transportados de volta para as cisternas do retículo sarcoplasmático por transporte ativo e a fibra muscular relaxa. A contração muscular resulta da diminuição do comprimento dos sarcômeros A miosina 2 é uma proteína motora e interage com a actina. A contração muscular depende da interação de filamentos delgados de actina e filamentos espessos de miosina. Essa interação ocorre na região da banda A, na qual os filamentos estão intercalados e muito próximos entre si. Há um deslizamento dos filamentos delgados em relação aos filamentos espessos e os filamentos delgados são tracionados para a região central dos sarcômeros. A interação de miosina 2 e actina, durante o repouso e a contração, ocorre na seguinte sequência: Duas cisternas do retículo sarcoplasmático e um túbulo T abraçam uma miofibrila e compõem uma tríade. 1.Durante o repouso, moléculas de ATP ligam-se à região das cabeças da miosina que têm atividade ATPásica. Para essa enzima atuar na molécula de ATP e liberar energia, a miosina necessita da actina, que atua como cofator. No músculo em repouso, as cabeças de miosina não podem associar-se à actina, porque o local de ligação entre miosina e actina está bloqueado pelo complexo troponina-tropomiosina fixado sobre o filamento de actina. 2.Um impulso nervoso sob forma de um potencial de ação chega na junção neuromuscular e libera acetilcolina na fenda sináptica. A acetilcolina promove a abertura de canais de íons Na+ na membrana plasmática da célula muscular. A súbita entrada de íons Na+ cria um potencial de ação na membrana plasmática da fibra muscular. 3.Esse potencial de ação se propaga para o interior da fibra muscular ao longo da membrana dos túbulos T, que são extensões da membrana plasmática. 4.Em torno das miofibrilas, os túbulos T estão muito próximos de membranas de cisternas do retículo sarcoplasmático nas tríades. 5.O potencial de ação promove a saída de íons Ca2+ do interior das cisternas para o citosol que envolve as miofibrilas. 6.Íons Ca2+ se combinam com a unidade TnC da troponina, modificam a configuração espacial das três subunidades de troponina e deslocam a molécula de tropomiosina em direção ao sulco da hélice de actina. 7.Consequentemente, ficam expostos os locais de ligação da actina com a miosina, permitindo a interação das cabeças da miosina com a actina. Além disso, o complexo miosina-ATP é ativado. 8.O ATP libera difosfato de adenosina (ADP), fosfato inorgânico (Pi) e energia. Como resultado, há aumento da curvatura da cabeça da miosina em relação ao bastão da molécula, auxiliado pelos braços da molécula, que funcionam como dobradiças. 9.Como a actina está ligada à miosina, o movimento das cabeças da miosina traciona os filamentos de actina, promovendo seu deslizamento em direção ao centro do sarcômero. Os filamentos delgados de actina estão ancorados nos discos Z e seu deslizamento em direção ao centro dos sarcômeros arrasta consigo os discos Z que se aproximam e diminuem o comprimento dos sarcômeros, das miofibrilas e de toda a fibra. 10.Durante uma contração muscular, há inúmeros ciclos, descritos nos itens de 6 a 9. As cabeças das moléculas de miosina se movimentam seguidamente para frente e para trás, tracionando os filamentos delgados de actina. 11.A cada deslizamento dos filamentos delgados, esses se aproximam alguns nanômetros do centro do sarcômero, com o consequente encurtamento das bandas I e do sarcômero. 12.O comprimento dos filamentos não se altera, assim como não se altera a largura da banda A. 13.A somatória dos encurtamentos dos sarcômeros de milhares de miofibrilas resulta na contração do músculo como um todo. 14.A contração termina quando se encerra o estímulo nervoso. Os íons Ca2+ são removidos do citosol, retornando para o interior das cisternas de retículo sarcoplasmático por meio de bombas de Ca2+. Embora os filamentos espessos tenham elevado número de cabeças de miosina, a cada momento da contração, apenas certo número de cabeças está alinhado com os locais de combinação existentes nos filamentos delgados da actina. À medida que as cabeças de miosina tracionam a actina, novos locais para formação de pontes entre actina e miosina ficam à disposição. As pontes antigas se desfazem cada vez que a miosina se une a uma nova molécula de ATP. Depois disso, a cabeça de miosina volta para a sua posição primitiva, preparando-se para formar uma nova ponte e um novo movimento de tração de actina. Unidades motoras do músculo esquelético Cada neurônio motor inerva um número variado de fibras musculares. Os conjuntos formados por um neurônio e pelas fibras musculares que ele inerva são denominados unidades motoras. Em certos músculos, uma unidade motora pode ser formada por um neurônio e até mil fibras musculares. Em músculos dotados de movimentos delicados, as unidades motoras são formadas por um neurônio que inerva um número variado de fibras musculares, de algumas poucas a milhares. A energia liberada por moléculas de ATP é usada para movimentar a cabeça da miosina. Essa cabeça se liga ao filamento delgado e traciona esse filamento para o interior do sarcômero, fazendo-o deslizar ao longo do filamento espesso. Esse processo se repete muitas vezes durante um ciclo de contração e resulta no encurtamento dos sarcômeros, das miofibrilas e da fibra muscular. Tipos de fibras musculares esqueléticas De acordo com sua estrutura e composição molecular, as fibras musculares esqueléticas podem ser identificadas como tipo I, ou fibras lentas, e tipo II, ou fibras rápidas. As fibras do tipo I, adaptadas para contrações continuadas, são de cor vermelho-escura e ricas em mioglobina no sarcoplasma. Sua energia é obtida principalmente dos ácidos graxos que são metabolizados nas mitocôndrias. As fibras do tipo II, adaptadas para contrações rápidas e descontínuas, contêm pouca mioglobina e são de cor vermelho-clara. Elas podem ser subdivididas nos tipos IIA, IIB e IIC, de acordo com suas características funcionais e bioquímicas. As fibras do tipo IIB são as mais rápidas e dependem principalmente da glicólise como fonte de energia. Ver outras informações sobre mioglobina em Para saber mais – Mioglobina. Mioglobina -> A mioglobina é uma proteína da família da hemoglobina, responsável pela cor vermelho-escura de algumas fibras musculares. A mioglobina serve de depósito de oxigênioe existe em grande quantidade nos músculos dos mamíferos que vivem no oceano e mergulham constantemente, como focas e baleias. Os músculos que executam atividades prolongadas também são vermelhos e têm muita mioglobina, por exemplo, o músculo peitoral das aves migradoras. Além de refletir propriedades funcionais diferenciadas, a classificação das fibras musculares também é importante para a caracterização das doenças musculares (miopatias) nas biopsias de tecido muscular. Nos seres humanos, os músculos esqueléticos geralmente apresentam diferentes proporções desses tipos de fibras. A diferenciação das fibras musculares nos tipos vermelho, branco e intermediário é controlada pela inervação. Em experimentos com animais, quando se seccionam os nervos das fibras brancas e vermelhas e se faz reimplante cruzado, as fibras musculares mudam seu caráter durante a regeneração, conforme a nova inervação. Ver informações sobre o diâmetro das fibras musculares em Histologia aplicada – Diâmetro das fibras musculares esqueléticas. Diâmetro das fibras musculares esqueléticas Esse diâmetro depende de vários fatores, como: os diversos músculos, idade, sexo, estado de nutrição e treinamento físico. Sabe-se que o exercício aumenta a musculatura e diminui a quantidade de tecido adiposo. O aumento da musculatura por meio do exercício se deve à formação de novas miofibrilas, com aumento do diâmetro das fibras musculares. Esse processo, caracterizado pelo aumento de volume das células, chama-se hipertrofia, enquanto o crescimento decorrente da proliferação das células é denominado hiperplasia. A hiperplasia é comum em outros tecidos, como o músculo liso, mas não nos músculos esquelético e cardíaco. O músculo liso pode aumentar o número de suas células, processo conhecido como hiperplasia. Tecido muscular estriado cardíaco É constituído de células cilíndricas com aproximadamente 15 μm de diâmetro e 85 a 100 μm de comprimento, sendo, portanto, curtas, comparadas com as fibras musculares esqueléticas. Em cortes longitudinais, parecem ser ramificadas, devido ao tipo de associação com as células musculares adjacentes. Cortes longitudinais das fibras musculares cardíacas observados ao microscópio exibem estriações transversais semelhantes às do músculo esquelético. Suas fibras contêm um ou, às vezes, dois núcleos elípticos localizados no centro da fibra, e não na periferia da célula, como nas fibras esqueléticas. As fibras cardíacas são circundadas por uma delicada camada de tecido conjuntivo, equivalente ao endomísio do músculo esquelético, que contém abundante rede de capilares sanguíneos. Uma característica estrutural importante do músculo cardíaco é a presença de complexas junções intercelulares que prendem as fibras musculares entre si. Ao microscópio óptico, são visualizadas em cortes longitudinais das fibras sob forma de traços transversais às fibras chamados discos intercalares ou discos escalariformes, que têm aspecto de traços retos ou de escada. Em preparados histológicos rotineiros corados por HE, os discos são fracamente corados, porém são bem observados após colorações especiais. Fibras musculares cardíacas em corte longitudinal. Observe a estriação transversal das fibras e seus núcleos centrais. As setas apontam discos intercalares. No detalhe, estão ressaltados discos intercalares (setas). (HE. Imagem maior: médio aumento. Detalhe: grande aumento.) Fibras musculares cardíacas em corte transversal. Observe a posição central dos núcleos no interior das fibras, ao contrário da posição periférica encontrada no músculo esquelético. Dois núcleos estão apontados por setas. (HE. Pequeno aumento.) A estrutura dos sarcômeros e o funcionamento das proteínas contráteis das células musculares cardíacas são semelhantes ao descrito para o músculo esquelético. Os túbulos T cardíacos localizam-se na altura da banda Z, e não na junção das bandas A e I, como acontece no músculo esquelético. O retículo sarcoplasmático é menos desenvolvido que das fibras esqueléticas e distribui-se irregularmente sobre as miofibrilas. As tríades (túbulo T + duas cisternas de retículo sarcoplasmático) são menos frequentes nas células cardíacas e os túbulos T geralmente se associam apenas a uma cisterna, formando, por esse motivo, díades. Fibras musculares cardíacas em corte longitudinal. Note a estriação transversal e os discos intercalares (setas). O músculo cardíaco contém numerosas mitocôndrias, que ocupam aproximadamente 40% do volume citoplasmático, refletindo o intenso metabolismo aeróbico desse tecido. Em comparação, no músculo esquelético, as mitocôndrias ocupam apenas cerca de 2% do volume do citoplasma. O músculo cardíaco armazena ácidos graxos sob a forma de triglicerídios, encontrados nas gotículas lipídicas do citoplasma de suas células. Há pequena quantidade de glicogênio, que fornece glicose às células. Por microscopia eletrônica de transmissão, foram descobertos nas fibras cardíacas grânulos contendo secreção. São revestidos por membrana, medem de 0,2 a 0,3 μm de diâmetro e localizam-se próximo aos núcleos, na região do complexo de Golgi. São mais abundantes nas células musculares do átrio esquerdo (cerca de 600 grânulos por célula), mas existem também no átrio direito e nos ventrículos. Eles contêm a molécula precursora do peptídio atrial natriurético (ANP, do inglês atrial natriuretic peptide), que é secretada para a circulação sanguínea e que atua nos rins, aumentando a eliminação de sódio e água pela urina. Esse hormônio natriurético tem ação oposta à da aldosterona, um hormônio antidiurético que atua nos rins promovendo a retenção de sódio e água. Enquanto a aldosterona aumenta a pressão arterial, o hormônio natriurético tem efeito contrário. Discos intercalares A microscopia eletrônica de transmissão revelou que os discos intercalares são complexos juncionais situados entre as extremidades de fibras musculares cardíacas adjacentes. Os discos têm formato de prateleiras arranjadas como escadas. Nelas, distinguem-se duas regiões: prateleiras transversais, que cruzam a fibra em ângulo reto, e prateleiras longitudinais, paralelas às miofibrilas e aos miofilamentos. Partes de duas células musculares cardíacas, em cortes longitudinais. Observe as bandas A e I e os discos Z no centro da banda I. As estruturas características das fibras musculares cardíacas são os discos intercalares, que são formados por junções de adesão (escuras e pregueadas) e junções comunicantes (seta). Há diversas mitocôndrias (M). No espaço extracelular entre as duas células, observam-se fibras reticulares. Nos discos intercalares, há dois tipos principais de junções intercelulares: junções de adesão e junções comunicantes. As junções de adesão se localizam principalmente nas membranas das prateleiras transversais do disco, sendo encontradas também nas longitudinais. Nessas junções, ancoram-se os filamentos delgados de actina das miofibrilas adjacentes à membrana plasmática; as junções são, portanto, equivalentes aos discos Z dos sarcômeros. Essas junções oferecem forte adesão às células musculares cardíacas adjacentes, para que elas não se separem durante a atividade contrátil. Nas prateleiras longitudinais dos discos, paralelas às miofibrilas, encontram-se, principalmente, junções comunicantes, responsáveis pela comunicação iônica entre células musculares adjacentes. Do ponto de vista funcional, a passagem de íons permite que conjuntos de células musculares se comportem como se fossem um sincício, pois o sinal para a contração passa de uma célula para a outra. Tecido muscular liso É formado pela associação de células alongadas e fusiformes, mais espessas no centro e afiladas nas extremidades chamadas fibras musculares lisas ou leiomiócitos. Seu comprimento pode variar de 20 μm na parede dos pequenos vasos sanguíneos até 500 μm no útero gravídico. Em cortes longitudinais das células, o seu citoplasma não apresenta estriação transversal, daí a denominação músculo liso. Proteínas características do citoplasma dessas células sãoactina, miosina e filamentos intermediários do citoesqueleto contendo desmina e vimentina, além de vinculina, uma molécula presente em junções aderentes. As fibras são de contração lenta e involuntária. Organizam-se, geralmente, em feixes (p. ex., nos músculos eretores dos pelos) ou em camadas (p. ex., nas paredes de vasos sanguíneos e nas paredes de órgãos ocos). evidencia feixes de músculo liso na parede do estômago. As fibras têm núcleo único elíptico e central cuja posição pode ser bem evidenciada em secções transversais das fibras. Quando vistos em cortes longitudinais, os núcleos podem exibir um aspecto ondulado quando as fibras estão contraídas. Esquema tridimensional de um segmento de um músculo liso. Suas células são fusiformes e têm núcleo único central. Observe que, no corte transversal (face direita da figura), as células apresentam diferentes diâmetros dependendo de como as células são seccionadas. Em muitas células, o corte não passou pelo plano dos núcleos. Delgado feixe de fibras musculares lisas. São longas e têm núcleos em posição central na região de maior diâmetro da fibra. O sarcolema dessas células apresenta grande quantidade de invaginações com o aspecto e as dimensões das vesículas de pinocitose, denominadas cavéolas. Estão associadas ao transporte de íons Ca2+ para o citosol, necessários para desencadear o processo de contração dessas células. Frequentemente, as células musculares lisas adjacentes estão conectadas por junções comunicantes, que podem transmitir o impulso de contração de uma célula para a outra e, assim, propagar a contração para uma população maior de fibras. A observação de fibras musculares lisas por microscopia eletrônica de transmissão evidencia que a região do sarcoplasma em torno do núcleo apresenta mitocôndrias, cisternas do retículo endoplasmático granuloso, grânulos de glicogênio e um complexo de Golgi pouco desenvolvido. Ainda por microscopia eletrônica, são vistas no citoplasma estruturas que aparecem escuras nas micrografias eletrônicas, chamadas corpos densos e podossomos. Além disso, são observadas estruturas densas junto à superfície interna da membrana plasmática, as placas densas. Esse conjunto de estruturas se associa ao citoesqueleto das células musculares lisas, e exerce um importante papel na efetivação da contração. Aparelho contrátil e mecanismo de contração Embora a contração, isto é, a diminuição do comprimento e do diâmetro das células, seja o resultado final do deslizamento de filamentos de actina em relação a filamentos de miosina, a organização desses filamentos é bastante diferente daquela encontrada nos músculos estriados. No citoplasma das células musculares lisas, há filamentos de α-actina e de miosina 2, similares aos dos miofilamentos delgados e espessos dos músculos estriados. No entanto, no músculo liso, pelo menos parte da molécula de miosina é composta de isoformas diferentes das existentes em músculos estriados. Os filamentos de actina formam uma complexa rede tridimensional que se ancora nos corpos densos do citoplasma e nas placas densas situadas junto à membrana (ver Figura 10.31). Os corpos densos são formados de várias proteínas, entre as quais se destacam proteínas de filamentos intermediários – desmina e/ou vimentina –, além de moléculas de α-actinina, uma proteína que, em diversos tipos de células do organismo, ancora filamentos de actina. Os filamentos de miosina estabelecem pontes entre os filamentos de actina. Acima: aparelho contrátil das fibras musculares lisas constituído de filamentos intermediários, filamentos de actina e de miosina, formando redes aderidas a placas e corpos densos situados no citosol ou abaixo da membrana plasmática. Abaixo: moléculas de actina se inserem nos corpos densos citoplasmáticos e nas placas densas associadas à membrana plasmática. Moléculas de miosina formam pontes entre moléculas de actina. O deslizamento de actina em relação à miosina traciona os filamentos intermediários do citoesqueleto ancorados nas placas e nos corpos densos, resultando em redução das dimensões da célula. A rede tridimensional de actina conectada aos corpos e às placas densas e às moléculas de miosina ocupa todo o citoplasma da célula muscular lisa. O deslizamento dos inúmeros filamentos de actina sobre os de miosina provoca o encurtamento das células, isto é, sua contração, pois actina está ancorada nos corpos densos e nas placas densas da membrana plasmática. Sequência da contração nas células musculares lisas A contração obedece a uma sequência bem coordenada. O estímulo inicial da contração pode resultar de estímulos muito diversos, por exemplo, estímulos mecânicos, elétricos (potenciais de ação) e por substâncias presentes no meio extracelular em torno das fibras. A tração das fibras, por exemplo, atua sobre receptores de superfície das células. Receptores presentes na superfície das células reconhecem vários tipos de moléculas, como norepinefrina, colecistoquinina, angiotensina II e endotelina-1. Tais receptores estão acoplados à proteína G e resultam na produção de segundos mensageiros. Os diversos estímulos promovem a saída para o citosol de íons Ca2+ armazenados em cisternas do retículo sarcoplasmático. No citosol, os íons Ca2+ combinam-se com moléculas de calmodulina, uma proteína com afinidade para esses íons. A ligação entre ambos depende da proteína caldesmon. O complexo calmodulina–Ca2+ ativa a enzima quinase da cadeia leve (que faz parte da molécula de miosina), resultando na fosforilação das moléculas de miosina. Uma vez fosforiladas, essas moléculas combinam-se com a actina, dando início aos ciclos de deslizamento da actina sobre a miosina de maneira semelhante à que ocorre nos músculos estriados. Para o deslizamento, é necessária a energia armazenada em moléculas de ATP. Os corpos densos contêm α-actinina, que funciona como elemento de ligação entre actina e moléculas dos corpos densos, e são homólogos dos discos Z dos músculos estriados. Como os filamentos de actina estão ligados aos corpos densos da membrana da célula, o resultado de seu deslizamento em relação à miosina é um encurtamento da célula. Inervação do tecido muscular liso O músculo liso recebe fibras pós-ganglionares do sistema nervoso simpático e do parassimpático, porém não exibe as complexas junções neuromusculares que há no músculo esquelético. Ao passar entre células musculares lisas, cada axônio se divide em muitos delgados filamentos não mielinizados que se localizam entre as células musculares. Dessa maneira, cada neurônio adrenérgico ou colinérgico é capaz de estimular um grande número de células musculares. Esses filamentos se assemelham a rosários, porque têm muitas dilatações denominadas varicosidades. Elas têm em seu interior vesículas que contêm moléculas de neurotransmissores, como a acetilcolina (nas terminações colinérgicas) ou a norepinefrina (nas terminações adrenérgicas). Calcula-se que um axônio que inerve um músculo liso possa apresentar de 10 mil a 20 mil dilatações em suas extremidades. Os neurotransmissores são liberados no espaço extracelular do músculo liso e se difundem, alcançando receptores da superfície das fibras musculares. De modo geral, esses receptores estão associados a sistemas de receptores acoplados à proteína G situados na superfície interna da membrana, produzindo mensageiros que desencadeiam a contração muscular. Como as células musculares lisas são conectadas por junções comunicantes, o estímulo inicial que alcança algumas das células de um feixe se transmite rapidamente por muitas outras. As terminações nervosas adrenérgicas e colinérgicas atuam de modo antagônico, estimulando ou deprimindo a atividade contrátil do músculo. Em alguns órgãos, as terminações colinérgicas estimulam e as adrenérgicas inibem a contração, enquanto em outros ocorre o contrário. O grau de controle do sistema nervoso autônomo sobre os músculos lisos é muito variável. A musculatura lisa do sistema digestório se contrai em ondas lentas; por outro lado, o músculo liso da írisdo globo ocular se contrai ou relaxa de modo muito rápido e preciso. Assim, o diâmetro da pupila se adapta com extrema rapidez às variações da intensidade luminosa. Esquema de célula muscular lisa relaxada e contraída As porções terminais dos axônios que inervam fibras musculares lisas têm dilatações chamadas varicosidades, nas quais são armazenadas vesículas que contêm neurotransmissores. Regeneração do tecido muscular No adulto, os três tipos de tecido muscular exibem diferentes capacidades regenerativas após uma lesão que produza destruição parcial do músculo. O músculo cardíaco não se regenera. Nas lesões do coração, por exemplo, nos infartos, as partes destruídas são invadidas por fibroblastos que produzem fibras colágenas, formando uma cicatriz de tecido conjuntivo denso. As fibras musculares esqueléticas não se dividem. Mesmo assim, o músculo esquelético tem capacidade de reconstituição a partir das células satélites. Essas são mononucleadas, fusiformes e dispostas paralelamente às fibras musculares entre o sarcolema e a lâmina basal que envolve as fibras musculares. Não são facilmente identificadas com precisão ao microscópio óptico. São consideradas mioblastos inativos. Após uma lesão ou outros estímulos, as células satélites tornam-se ativas, proliferam por divisão mitótica, podem migrar para locais lesionados do músculo e se fundem com as fibras musculares já existentes. As células satélites proliferam quando o músculo é submetido à contração ou à tensão (durante o exercício). Nesse caso, elas se fundem com as fibras musculares preexistentes, contribuindo para a hipertrofia do músculo. O músculo liso é capaz de uma resposta regenerativa mais eficiente. Ocorrendo lesão, as células musculares lisas que permanecem viáveis podem entrar em mitose e reparam o tecido destruído. Na regeneração do tecido muscular liso da parede dos vasos sanguíneos, há também a participação dos pericitos, que se multiplicam por mitose e originam novas células musculares lisas. CONTRAÇÃO MUSCULAR A contração muscular é um mecanismo importantíssimo em nosso organismo, essencial para nos locomovermos, realizarmos nossas atividades diárias, comer, escrever, digitar. Tudo aquilo que empregamos um movimento, uma força, passa pela contração dos músculos. Além disso, é essencial para o crescimento. Força e crescimento gerados pela contração muscular Hoje, vamos falar sobre o processo de contração do músculo esquelético, que ocorre em resposta à transmissão neuromuscular, realizada pelo sistema nervoso somático. Sendo musculatura estriada, as ações são voluntárias – você pensa e depois executa o movimento, é sob comando. Para que o músculo se movimente, ele precisa ser inervado. Essa inervação é realizada por um neurônio motor somático. Há um neurônio que chega ao músculo esquelético, e esse complexo neurônio + músculo esquelético formam a unidade motora, que é um conjunto de fibras inervadas por um único neurônio. Quando há um movimento, inúmeras unidades motoras são somadas, e essa somação espacial é que garante um movimento efetivo. Além disso, o número de unidades recrutadas é diretamente relacionado ao grau de força do movimento. Uma peculiaridade do sistema nervoso somático é que a atividade sempre é excitatória, que é a contração muscular. As sinapses são formadas são sinapses químicas, ou seja, a transmissão nervosa é realizada por neurotransmissores. Na contração muscular, temos sinapses colinérgicas, que possuem como neurotransmissor a acetilcolina atuando em receptores nicotínicos do tipo 2 (N2). O músculo esquelético possui uma região quimioexcitável, na qual a acetilcolina atua, e uma região eletroexcitável. É na região quimioexcitável que se inicia o processo, na junção neuromuscular. O neurônio motor sofre despolarização de sua membrana, o que abre canais de cálcio voltagem-dependentes. Com isso, há influxo (entrada) de cálcio na célula, que se liga a uma proteína, a calmodulina, e esse complexo cálcio + calmodulina ativa a tubulino quinase, que, por sua vez, fosforila os microtúbulos, e, então, libera as vesículas contendo a acetilcolina. Essas vesículas são atraídas em direção à membrana para serem liberadas, pois possuem proteínas de atração. Na vesícula, há a V-snare e, na membrana do terminal, a T-snare. Com isso, as vesículas se direcionam à membrana, e as membranas da vesícula e do terminal se fundem, ativando a ATPase e fosfolipase, e, assim, cria-se uma passagem para a liberação da acetilcolina na fenda sináptica. Sinapse química. Os neurotransmissores estão sofrendo exocitose, e sendo liberados na fenda sináptica. Após ser liberada na fenda sináptica, uma de suas ações é se ligar ao receptor nicotínico 2, para produzir o efeito da contração muscular. Para que o receptor nicotínico se abra, é necessário que duas moléculas de acetilcolina se liguem a ele. Um outro destino da acetilcolina, e na maioria das vezes complementar à ligação ao receptor N2, ocorrendo posteriormente, é a degradação da acetilcolina pela enzima acetilcolinesterase. Esse processo encerra a atuação da acetilcolina. A degradação ocorre na fenda sináptica, onde a acetilcolinesterase degrada a acetilcolina formando acetato e colina. O acetato é eliminado e a colina é transportada ao terminal, e serve como substrato para formação de novas moléculas de acetilcolina. Voltando à atuação da acetilcolina nos receptores N2, sabemos que os receptores nicotínicos são receptores ionotrópicos. Com isso, ao serem ativados, abrem um canal iônico, que, nesse caso, permite, principalmente, a passagem de sódio. Essa atuação da acetilcolina gera um potencial, conhecido como potencial de placa motora (PPM), sendo que, quanto maior a concentração de acetilcolina, maior é a amplitude do PPM. Quando o PPM é amplo o suficiente, ele é propagado a uma região adjacente, conhecida como membrana eletroexcitável. Nessa membrana, a acetilcolina não atua. Quem pode estimular a membrana eletroexcitável é o PPM gerado na região quimioexcitável. Assim, o PPM gera um ddp (diferença de potencial) na membrana eletroexcitável, que promove abertura de canais PDC (Canal dependente de voltagem) de sódio. Nessa região, temos o desencadeamento de um potencial de ação, e, sendo assim, é necessário que atinja um limiar de excitabilidade para deflagrar o potencial de ação. A membrana da célula muscular, o sarcolema, possui algumas invaginações, conhecidas como túbulos T. Quando o potencial de ação é gerado e percorre esses túbulos T, ocorre mudança em um receptor de membrana, o DHP (Receptor diidropiridina). Esse receptor DHP possui uma interação com um outro receptor presente na membrana do retículo sarcoplasmático, o receptor Ryr 1 (rianodina), e, ao ocorrer a alteração de conformação do DHP, há abertura do Ryr 1. Com isso, o cálcio, que estava armazenado no retículo sarcoplasmático, é liberado para o sarcoplasma. Uma vez no citoplasma, o cálcio interage com proteínas ali presentes. No citoplasma da célula muscular, há proteínas que são essenciais à contração muscular, como você já deve ter ouvido falar em actina, miosina, troponina e tropomiosina. Essas proteínas interagem entre si e com o cálcio, e, assim, promovem a contração. As proteínas citadas acima estão dispostas em filamentos. Há o filamento grosso e o filamento fino. O filamento grosso é formado pela miosina, que é formada por hélices e por cabeças globulares. Já o filamento fino é formado por filamentos de actina entrelaçados por tropomiosina, e com moléculas de troponina dispostas ao longo da tropomiosina. A tropomiosina bloqueia o sítio de ligação da miosina na actina. Mas se está bloqueado, como elas interagem-se no processo de contração? Quando o cálcio chega ao citoplasma, ele se liga à troponina, e essa ligação altera a conformação da tropomiosina, e, assim, deixa livre o sítio de ligação da miosina. A miosina, então, liga-se à actina, e, utilizando energia da quebra de ATP, ocorre o deslizamento entre o filamento fino e o filamento grosso, encurtando o sarcômeroe gerando, assim, a contração muscular. Portanto, você já percebeu que, para a contração acontecer, cálcio e ATP são indispensáveis. Relaxamento muscular Não dá para ficar com o músculo contraído o tempo todo, certo?! Por isso, há mecanismos de relaxamento muscular que são essenciais para que uma nova contração possa acontecer. O processo mais importante de relaxamento se dá por meio de transporte ativo primário, pela SERCA. É ela quem mantém as concentrações basais de cálcio no citoplasma, e, após uma contração muscular, tendo altas concentrações de cálcio no citoplasma, ela é ativada para promover o transporte do citoplasma para o retículo sarcoplasmático. Ao sair do citoplasma, o cálcio desliga-se da troponina, e, com isso, a tropomiosina retorna a sua conformação normal, bloqueando o sítio de ligação da miosina, e, assim, promove o relaxamento. Assim, se dá o processo de contração e o consequente relaxamento. Fatores de alteração do processo de contração e relaxamento muscular Muitos fatores ou até mesmo doenças podem alterar esse processo. Um exemplo disso é o uso da toxina botulínica na estética, ou usos clínicos como em pacientes com sequelas de AVE (Acidente Vascular Encefálico); pacientes com acalasia onde o esfíncter esofagiano inferior não relaxa, e isso dificulta o processo de digestão. Nesses casos, a toxina botulínica impede a contração muscular, pois bloqueia a atração entre a V-snare e a T-snare, e, com isso, não há a exocitose da acetilcolina. O processo também pode ser alterado na doença botulismo, onde há, por exemplo, a ingestão de alimentos contaminados por Clostridium botulinum. É uma doença que pode ser grave, pois a neurotoxina, que impede a exocitose da acetilcolina, provoca não apenas um efeito local, mas um efeito sistêmico, e acetilcolina é importante em diversas outras situações além da contração muscular. O indivíduo sofre parada de vários grupamentos musculares, e pode chegar à falência dos músculos respiratórios e óbito. Já o tétano, causado pelo Clostridium tetani, provoca uma contração exagerada. As toxinas produzidas levam a uma alteração das proteínas snares em sinapses inibitórias, liberadoras de glicina. Com isso, não há inibição da contração, e essa se instala de forma intensa, provocando todo o quadro sintomático observado, como a posição em opistótona e o trisma ou riso sardônico. É uma contração mantida e intensamente dolorosa. Um outro quadro que pode trazer alterações no processo de contração muscular, nesse caso deixando de acontecer a contração, é a Miastenia Gravis, uma doença autoimune, na qual há a produção de anticorpos contra os receptores de acetilcolina, destruindo, assim, seu sítio de ligação. Sem a ligação da acetilcolina em seu receptor na placa motora, o nicotínico 2, não há contração muscular. E, assim, vemos a importância de tantas etapas nesse processo, para promover a movimentação do nosso corpo e a capacidade de realizar inúmeras atividades cotidianamente. Vimos também que esse processo pode sofrer interferências de fatores internos ou externos ao indivíduo.