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1 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Objetivos 1. Compreender a fisiologia da contração do Músculo Esquelético; 2. Entender a Histologia dos Músculos Esqueléticos, Cardíaco e Liso; Tipos de tecido muscular: O corpo humano tem três tipos de tecido muscular: o músculo esquelético, o músculo cardíaco e o músculo liso. Eles diferem entre si em sua anatomia microscópica. O tecido muscular esquelético é assim denominado porque a maioria dos músculos esqueléticos movimenta os ossos do esqueleto. É estriado: quando o tecido é examinado com um microscópio, faixas de proteínas claras e escuras alternadas (estriações). Funciona principalmente de forma voluntária. Sua atividade pode ser controlada conscientemente por neurônios que fazem parte da divisão somática (voluntária) do sistema nervoso. A maioria dos músculos esqueléticos também é controlada subconscientemente até certo ponto. O músculo cardíaco também é estriado, mas sua ação é involuntária. A alternância de contração e relaxamento do coração não é controlada conscientemente. Seu ritmo integrado é denominado autorritmicidade. O tecido muscular liso está localizado nas paredes das estruturas internas ocas, como vasos sanguíneos, vias respiratórias e a maioria dos órgãos na cavidade abdominopélvica. Também é encontrado na pele, ligado aos folículos pilosos. Ao microscópio, esse tecido não apresenta estriações como as dos tecidos musculares esquelético e cardíaco. A ação do músculo liso é geralmente involuntária, tem autorritmicidade. Funções do tecido muscular: Por meio da contração sustentada ou alternância entre contração e relaxamento, o tecido muscular tem quatro funções principais: 1. Produção de movimentos corporais 2. Estabilização das posições corporais 3. Armazenamento e movimentação de substâncias dentro do corpo 4. Geração de calor APG 11 – Tecido Muscular 2 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 3 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Propriedades do tecido muscular O tecido muscular tem quatro propriedades especiais que permitem o seu funcionamento e contribuem para a homeostasia: 1. Excitabilidade elétrica, uma propriedade tanto das células musculares quanto de células nervosas, é a capacidade de responder a determinados estímulos por meio da produção de sinais elétricos denominados potenciais de ação (impulsos). Potenciais de ação nos músculos são chamados de potenciais de ação musculares; aqueles observados nas células nervosas são chamados de potenciais de ação nervosos. Para células musculares, dois tipos principais de estímulos desencadeiam potenciais de ação. Um deles é representado por sinais elétricos autorrítmicos que surgem no próprio tecido muscular, como no marca- passo natural do coração. O outro é representado pelos estímulos químicos, tais como os neurotransmissores liberados pelos neurônios, hormônios distribuídos pelo sangue ou mesmo alterações locais no pH. 2. Contratilidade é a capacidade do tecido muscular de contrair com força quando estimulado por um impulso nervoso. Quando um músculo esquelético se contrai, ele gera tensão (força de contração), enquanto puxa seus locais de inserção. Se a tensão gerada for grande o suficiente para superar a resistência do objeto sendo movido, o músculo encurta e ocorre um movimento. 3. Extensibilidade é a capacidade do tecido muscular de esticar, dentro de certos limites, sem ser lesionado. O tecido conjuntivo dentro do músculo limita o intervalo de extensibilidade e o mantém dentro da faixa contrátil das células musculares. Normalmente, o músculo liso está sujeito a maior grau de estiramento. Por exemplo, cada vez que o estômago se enche de comida, o músculo liso em sua parede é estirado. O músculo cardíaco também é alongado a cada vez que o coração se enche de sangue. 4. Elasticidade é a capacidade do tecido muscular de retornar ao seu comprimento e forma originais após a contração ou extensão. 4 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Músculo Esquelético Fibra do músculo esquelético: Todos os músculos esqueléticos são compostos por inúmeras fibras, com diâmetro de 10 a 80 micrômetros. Cada uma dessas fibras é formada por subunidades sucessivamente ainda menores. Na maioria dos músculos esqueléticos, cada fibra se prolonga por todo o comprimento do músculo. Cada fibra é inervada por apenas uma terminação nervosa. Anatomia fisiológica do músculo esquelético Miofibrilas são compostas por filamentos de actina e de miosina: Cada fibra muscular contém centenas a milhares de miofibrilas; por sua vez, cada miofibrila é composta por cerca de 1.500 filamentos de miosina e por 3.000 filamentos de actina, dispostos lado a lado. Esses filamentos consistem em grandes moléculas de proteína polimerizadas, que são responsáveis pela contração muscular. Observe as seguintes características: • Bandas claras e escuras. Os filamentos de miosina e de actina se interdigitam parcialmente, o que faz as miofibrilas terem bandas claras e escuras alternadas. As bandas claras contêm apenas filamentos de actina e são denominadas bandas I. As bandas escuras, denominadas bandas A, contêm filamentos de miosina, bem como as extremidades dos filamentos de actina. O comprimento da banda A é o comprimento do filamento de miosina. O comprimento da banda I modifica-se com a contração muscular • Pontes cruzadas. As pequenas projeções das laterais dos filamentos de miosina são pontes cruzadas. Projetam-se das superfícies do filamento de miosina ao longo de todo o seu comprimento, exceto no centro. As pontes cruzadas de miosina interagem com os filamentos de actina, causando contração • Linha Z (disco Z). As extremidades dos filamentos de actina estão ligadas às linhas Z. A linha Z passa através da miofibrila e de uma miofibrila para outra, ligando e alinhando as miofibrilas ao longo da fibra muscular. Portanto, toda a fibra muscular tem bandas claras e escuras, conferindo aos músculos esquelético e cardíaco a sua aparência estriada •Sarcômero. A porção de uma miofibrila situada entre duas linhas Z sucessivas é denominada sarcômero. Durante o repouso, os filamentos de actina se sobrepõem aos filamentos de miosina com uma quantidade ótima de interdigitação no músculo esquelético e uma interdigitação ligeiramente mais curta no músculo cardíaco. 5 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Moléculas Filamentosas de Titina mantêm os Filamentos de Miosina em seus Lugares: As moléculas filamentosas de titina mantêm os filamentos de miosina em posição ao lado dos filamentos de actina. A titina, a maior molécula de proteína do corpo com um peso molecular de cerca de 3 milhões, é flexível e atua como um arcabouço. Ela prende os filamentos de miosina e actina no lugar, permitindo que a maquinaria contrátil funcione. Uma extremidade elástica da titina está ligada ao disco Z, funcionando como uma mola que se ajusta ao comprimento do sarcômero durante a contração e relaxamento. A outra extremidade ancora nos filamentos grossos de miosina e serve como um molde para a formação inicial dos filamentos contráteis do sarcômero, espec ialmente os de miosina. O Sarcoplasma é o Líquido Intracelular entre as Miofibrilas: O sarcoplasma é o líquidofibras musculares lisas ou leiomiócitos. Em cortes longitudinais das células, o seu citoplasma não apresenta estriação transversal, daí a denominação músculo liso. Proteínas características do citoplasma dessas células são actina, 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 ou em camadas. 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. 33 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 As células musculares lisas são revestidas por uma lâmina basal e mantêm-se unidas por uma rede de fibras reticulares (compostas de colágeno tipo III) que envolve as células. Essas fibras fazem com que a contração das células se expanda na contração do músculo inteiro. As fibras reticulares, assim como as fibras elásticas e proteoglicanas, são sintetizadas pelas fibras musculares lisas. 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. 34 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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. 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. 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 muscular segue uma sequência coordenada iniciada por diversos tipos de estímulos, como mecânicos, elétricos (potenciais de ação) e substâncias no meio extracelular. A tração das fibras ativa receptores de superfície, que reconhecem moléculas como norepinefrina e angiotensina II, acionando proteínas G e segundos mensageiros. Esses estímulos liberam íons Ca2+ do retículo sarcoplasmático para o citosol, onde se ligam à calmodulina. Isso ativa a quinase da cadeia leve da miosina, fosforilando as moléculas de miosina. Fosforiladas, as moléculas de miosina se ligam à actina, iniciando o deslizamento semelhante ao dos músculos estriados. Esse processo requer energia do ATP. Os corpos densos contêm α-actinina, ligando a actina e as moléculas dos corpos densos, resultando no encurtamento da célula durante o deslizamento dos filamentos de actina em relação à miosina. 35 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Inervação do Tecido Muscular Liso: O músculo liso é inervado pelo sistema nervoso simpático e parassimpático. Os axônios desses sistemas se dividem em finos filamentos entre as células musculares lisas, chamadas varicosidades, que contêm neurotransmissores como a acetilcolina ou norepinefrina. Esses neurotransmissores se ligam a receptores na superfície das células musculares, desencadeando a contração. Os receptores geralmente estão ligados a sistemas de proteínas G na membrana interna das células musculares, iniciando processos que levam à contração. Como as células musculares lisas estão conectadas por junções comunicantes, um estímulo inicial pode se propagar rapidamente por várias células. As terminações nervosas adrenérgicas e colinérgicas têm efeitos opostos, estimulando ou inibindo a contração muscular. Isso varia dependendo do órgão, com alguns sendo estimulados pela acetilcolina e inibidos pela norepinefrina, e vice-versa. O controle do sistema nervoso autônomo sobre o músculo liso varia amplamente, com alguns músculos, como os do sistema digestório, apresentando contração lenta em ondas, enquanto outros, como os da íris, respondem rapidamente e precisamente a estímulos luminosos, ajustando o diâmetro da pupila. Regeneração do tecido muscular Os três tipos de tecido muscular têm diferentes capacidades de regeneração após lesões parciais. O músculo cardíaco não se regenera, resultando em cicatrização com tecido conjuntivo denso em casos como infartos. As fibras musculares esqueléticas não se dividem, mas o músculo pode se regenerar a partir das células satélites, que se ativam, se dividem e se fundem com as fibras musculares existentes, contribuindo para a hipertrofia muscular em resposta ao exercício. O músculo liso tem uma resposta regenerativa mais eficiente, com células musculares lisas sobreviventes capazes de entrar em mitose e reparar o tecido danificado. Os pericitos também desempenham um papel na regeneração do tecido muscular liso na parede dos vasos sanguíneos, multiplicando-se e originando novas células musculares lisas.intracelular entre as miofibrilas nas fibras musculares. Contém potássio, magnésio, fosfato, enzimas proteicas e muitas mitocôndrias, que fornecem energia na forma de ATP para as miofibrilas durante a contração muscular. O Retículo Sarcoplasmático é o Retículo Endoplasmático Especializado do Músculo Esquelético: O Retículo Sarcoplasmático encontrado no músculo esquelético. Ele circunda as miofibrilas em cada fibra muscular e desempenha um papel crucial na regulação do cálcio para a contração muscular. Os tipos de fibras musculares com contração rápida têm retículos sarcoplasmáticos especialmente extensos. Mecanismo geral da contração muscular O início e a execução da contração muscular ocorrem nas seguintes etapas sequenciais: 1. Os potenciais de ação cursam pelo nervo motor até suas terminações nas fibras musculares. 2. Em cada terminação, o nervo secreta pequena quantidade da substância neurotransmissora acetilcolina. 3. A acetilcolina age em área local da membrana da fibra muscular para abrir múltiplos canais de cátion, “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. Essa ação causa despolarização local que, por sua vez, produz a abertura de canais de sódio, dependentes da voltagem, que desencadeia o potencial de ação na membrana. 5. O potencial de ação 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 potencial de ação 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 6 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 grande quantidade de íons cálcio armazenados nesse retículo. 7. Os íons cálcio ativam as forças atrativas entre os filamentos de miosina e actina, fazendo com que deslizem ao lado um do outro, que é o processo contrátil. 8. Após fração de segundo, os íons cálcio 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 remoção dos íons cálcio das miofibrilas faz com que a contração muscular cesse. Mecanismo molecular da contração muscular A contração muscular ocorre por um mecanismo de filamentos deslizantes: As forças mecânicas geradas pelas interações dos filamentos de actina e de miosina fazem os filamentos de actina deslizarem entre os filamentos de miosina. Em condições de repouso, essas forças são inibidas; entretanto, quando um potencial de ação se propaga pela membrana da fibra muscular, o retículo sarcoplasmático libera grandes quantidades de íons cálcio, que ativam as forças entre os filamentos de miosina e de actina, levando ao início da contração. Características moleculares dos filamentos contráteis Os filamentos de miosina são compostos por várias moléculas de miosina: As caudas das moléculas de miosina reúnem-se para formar o corpo do filamento, ao passo que as cabeças da miosina e parte de cada molécula de miosina projetam-se para as laterais do corpo, formando um braço que se estende da cabeça para fora do corpo. Os braços protuberantes e as cabeças são, em conjunto, denominados pontes cruzadas. Uma importante característica da cabeça da miosina é o fato de que ela funciona como uma enzima adenosina trifosfatase, que possibilita a clivagem do trifosfato de adenosina (ATP), fornecendo, assim, a energia para o processo de contração. Atividade da Adenosina Trifosfatase da Cabeça de Miosina: A cabeça da miosina tem uma função essencial na contração muscular: atua como uma enzima ATPase. Isso significa que ela pode quebrar o ATP, usando a energia liberada para impulsionar o processo de contração. 7 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Filamentos de actina são compostos por actina, tropomiosina e troponina: Cada filamento de actina tem cerca de 1 µm de comprimento. As bases dos filamentos de actina são inseridas fortemente nos discos Z, ao passo que as outras extremidades projetam- se em ambas as direções nos sarcômeros adjacentes, onde ficam nos espaços existentes entre as moléculas de miosina. As Moléculas de Tropomiosina: Os filamentos de actina contêm também outra proteína, a tropomiosina. Essas moléculas estão espiraladas nos sulcos da dupla hélice da actina F. Durante o período de repouso, as moléculas de tropomiosina recobrem os locais ativos de filamento de actina, de forma a impedir que ocorra atração entre os filamentos de actina e de miosina para produzir contração. A Troponina e seu Papel na Contração Muscular: A Troponina desempenha um papel crucial na contração muscular. É composta por três subunidades proteicas que se ligam às moléculas de tropomiosina e actina. Uma subunidade se liga à actina, outra à tropomiosina e a terceira aos íons cálcio. A presença de cálcio desencadeia o processo de contração muscular, facilitando a ligação da tropomiosina à actina através da troponina. Interação de um filamento de miosina, dois filamentos de actina e íons cálcio para causar a contração O filamento de actina é inibido pelo complexo troponina-tropomiosina: A ativação é estimulada por íons cálcio: ↠ Inibição pelo complexo troponina ‑tropomiosina. Os sítios ativos no filamento de actina normal do músculo relaxado são inibidos ou fisicamente cobertos pelo complexo troponina-tropomiosina. Em consequência, os sítios não podem se ligar às cabeças dos filamentos de miosina para iniciar a contração até que o efeito inibitório do complexo troponina-tropomiosina seja ele próprio inibido ↠ Ativação do Filamento de Actina por íons cálcio: O efeito inibitório do complexo troponina-tropomiosina sobre os filamentos de actina é inibido por íons cálcio. Os íons cálcio combinam-se com a troponina C, fazendo o complexo de troponina puxar a molécula de tropomiosina. Essa ação “descobre” os sítios ativos da actina, permitindo a ligação das cabeças de miosina e a ocorrência da contração. ↠ A Interação entre o Filamento de Actina “Ativado” e as Pontes Cruzadas de Miosina — A Teoria de “Ir para Diante” (WalkAlong) da Contração: Quando os íons cálcio são liberados no músculo, eles ativam os filamentos de actina, desencadeando uma série de eventos que resultam na contração muscular. As cabeças dos filamentos de miosina, que são proteínas presentes nos filamentos grossos, são atraídas para os sítios ativos da actina, que são regiões específicas ao longo dos filamentos finos de actina. A teoria do "ir para diante" ou "catraca" da contração muscular descreve um processo 8 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 complexo de interação entre as cabeças de miosina e os filamentos de actina. Segundo essa teoria, as cabeças de miosina se ligam e se desligam dos sítios ativos da actina de forma cíclica. Quando uma cabeça de miosina se liga a um sítio ativo, ela sofre uma mudança conformacional que resulta em um movimento de flexão conhecido como "curso de força" ou "power stroke". Esse movimento de flexão puxa os filamentos de actina em direção ao centro dos filamentos de miosina, encurtando assim o sarcômero e produzindo a contração muscular. Após o "curso de força", a cabeça de miosina se desconecta automaticamentedo sítio ativo da actina. Em seguida, ela se move para se ligar a um novo sítio ativo mais adiante no filamento de actina, repetindo o ciclo de ligação, curso de força e desconexão. Esse processo é repetido de forma contínua e coordenada por todas as cabeças de miosina ao longo dos filamentos de actina, resultando na contração muscular. Cada ponte cruzada formada pela ligação entre uma cabeça de miosina e um sítio ativo de actina age de forma independente das outras. Portanto, quanto mais pontes cruzadas estiverem ligadas aos sítios ativos da actina em um determinado momento, maior será a força de contração gerada pelo músculo. Esta complexa interação entre as proteínas miosina e actina é essencial para a produção de movimento e força durante a contração muscular. ↠ ATP como Fonte de Energia para a Contração — Eventos Químicos na Movimentação das Cabeças de Miosina: 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 se ligam 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 são descobertos, e as cabeças de miosina, então, se ligam a esses locais. 3. A ligação entre a ponte cruzada da cabeça e o local ativo no filamento de actina causa alteração conformacional da cabeça, fazendo com que se incline em direção ao braço da ponte cruzada, o que 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, é permitida a liberação do ADP e do íon fosfato que estavam ligados à cabeça. No local onde foi liberado o ADP, nova molécula de ATP se liga. A 9 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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 novo ciclo, levando a novo movimento de força. Ou seja, a energia volta a “engatilhar” a cabeça em sua posição 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 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 haja mais tração. O grau de superposição dos filamentos de actina e de miosina determina a tensão que é desenvolvida pelo músculo que se contrai O comprimento do sarcômero e a sobreposição entre os filamentos de miosina e actina afetam a tensão gerada pela fibra muscular durante a contração. À medida que o sarcômero encurta, os filamentos de actina começam a se sobrepor aos filamentos de miosina, aumentando progressivamente a tensão. Quando a sobreposição é máxima, a tensão é máxima. Entretanto, se a sobreposição se torna excessiva, reduz a força de contração. Quando o sarcômero atinge seu menor comprimento, a força de contração se aproxima de zero. Este processo ilustra como o ajuste fino do comprimento do sarcômero e a precisão na sobreposição dos filamentos são essenciais para a eficiência da contração muscular. Efeito do Comprimento Muscular sobre a Força de Contração do Músculo Intacto Total: O músculo, em sua totalidade, contém grande quantidade de tecido conjuntivo; também os sarcômeros, em partes diferentes do músculo, nem sempre se contraem do mesmo grau. Por essa razão, a curva tem dimensões algo diferentes das curvas mostradas para a fibra muscular individual, mas exibe a mesma forma geral para a inclinação, na faixa normal de contração. Quando o músculo está no seu comprimento normal de repouso ele se contrai quando ativado com sua força máxima de contração. Todavia, o aumento da tensão que ocorre durante essa contração, chamada de tensão ativa, diminui com o estiramento do músculo além de seu comprimento normal. Energética da contração muscular 10 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Contração muscular: Quando o músculo se contrai contra uma carga, ele realiza trabalho. Isso significa que a energia é transferida do músculo para a carga externa, para levantar um objeto até a maior altura ou para superar a resistência ao movimento. Matematicamente, o trabalho é definido pela equação T = C × D, onde T é o trabalho realizado, C é a carga ou resistência que está sendo movida, e D é a distância sobre a qual o movimento ocorre contra a carga. A energia necessária para realizar esse trabalho é obtida a partir de reações químicas que ocorrem nas células musculares durante a contração. Em suma, o texto explica como a contração muscular resulta na realização de trabalho, usando energia química para mover uma carga ou superar uma resistência. Três fontes de energia para a contração muscular: 1. Energia do ATP e Fosfocreatina: O ATP é a principal fonte imediata de energia para a contração muscular. Durante a contração, o ATP é clivado em ADP, liberando energia. A fosfocreatina é outra molécula que fornece energia rápida para a regeneração do ATP. No entanto, a quantidade total de ATP e fosfocreatina é limitada e só pode sustentar a contração máxima por alguns segundos. 2. Glicólise: O glicogênio armazenado nas células musculares é quebrado em ácido pirúvico e ácido láctico, liberando energia que é usada para regenerar o ATP e a fosfocreatina. A glicólise pode ocorrer mesmo na ausência de oxigênio, permitindo que a contração muscular seja mantida por um curto período de tempo sem a necessidade de oxigênio. 3. Metabolismo Oxidativo: Esta é a principal fonte de energia para contrações musculares prolongadas. O oxigênio é combinado com os produtos finais da glicólise e outros nutrientes celulares para gerar ATP. A gordura é a principal fonte de energia para atividades musculares de longa duração, enquanto os carboidratos são preferidos para atividades de intensidade mais alta e de curta duração. Características da contração do músculo como um todo As contrações isométricas não encurtam o músculo, enquanto as contrações isotônicas encurtam o músculo sob uma tensão constante: • Ocorre contração isométrica quando o músculo não se encurta durante a contração. As contrações isométricas verdadeiras não podem ser geradas no corpo intacto, visto que os denominados componentes elásticos em série se esticam durante a contração, resultando em certo encurtamento do músculo. Esses elementos elásticos incluem os tendões, as extremidades dos sarcolemas das fibras musculares e, talvez, os braços articulados daspontes cruzadas de miosina • Ocorre contração isotônica quando o músculo se encurta e a tensão sobre este permanece constante. As características da contração isotônica dependem da carga contra o qual o músculo se contrai, bem como da inércia da carga. 11 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 As fibras rápidas são adaptadas para contrações musculares fortes, enquanto as fibras lentas são adaptadas para a atividade muscular prolongada: Cada músculo é composto por uma mistura das denominadas fibras musculares rápidas e lentas com outras fibras situadas entre esses dois extremos. Todavia, determinado músculo pode apresentar predominantemente fibras musculares rápidas (p. ex., músculo tibial anterior), ao passo que outros músculos podem ter predominantemente fibras musculares lentas (p. ex., músculo sóleo): • As fibras lentas (tipo I, fibras vermelhas) (1) são fibras musculares menores, (2) têm alta capilaridade e grande número de mitocôndrias para sustentar os altos níveis de metabolismo oxidativo e (3) contêm grandes quantidades de mioglobina, que confere ao músculo lento uma aparência avermelhada, que explica o nome “fibra vermelha”. O déficit de mioglobina vermelha no músculo rápido é responsável pelo nome “músculo branco” • As fibras rápidas (tipo II, fibras brancas) (1) são maiores para maior força de contração, (2) apresentam um extenso retículo sarcoplasmático para a rápida liberação de íons cálcio, (3) têm grandes quantidades de enzimas glicolíticas para a rápida liberação de energia e (4) têm menor capilaridade e menos mitocôndrias, visto que o metabolismo oxidativo é de importância secundária. Mecânica da contração do músculo esquelético A somação de força consiste em somar contrações individuais para aumentar a 12 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 intensidade da contração muscular total: A somação ocorre de duas maneiras: • Somação por múltiplas unidades motoras. Quando o sistema nervoso central envia um sinal fraco para contrair determinado músculo, as unidades motoras no músculo que contêm menos fibras musculares menores são estimuladas em preferência às unidades motoras maiores. Em seguida, à medida que a força do sinal aumenta, unidades motoras maiores também começam a ser excitadas, as quais, com frequência, têm até 50 vezes a força contrátil das unidades menores; esse fenômeno é denominado princípio de tamanho • Somação por frequência e tetanização. À medida que a frequência da contração muscular aumenta, aparece um ponto em que cada nova contração ocorre antes do término da anterior. Como resultado, a segunda contração é acrescentada parcialmente à primeira, de modo que a força total da contração aumenta progressivamente, com frequência crescente. Quando a frequência alcança um nível crítico, as contrações sucessivas fundem-se, e a ação parece ser totalmente uniforme; esse processo é denominado tetanização. A hipertrofia muscular é o aumento da massa total de um músculo; a atrofia muscular é a diminuição da massa: • A hipertrofia muscular resulta do aumento do número de filamentos de actina e de miosina em cada fibra muscular. Quando o número de proteínas contráteis aumenta o suficiente, as miofibrilas dividem-se dentro de cada fibra muscular para formar novas miofibrilas. É principalmente esse grande aumento do número de miofibrilas adicionais que causa a hipertrofia das fibras musculares; entretanto, com treinamento de resistência muito intenso, o número total de fibras musculares também pode aumentar • Atrofia muscular. Quando um músculo permanece sem uso por um longo período, a taxa de degradação das proteínas contráteis ocorre mais rapidamente do que a taxa de reposição; em consequência, ocorre atrofia muscular. A atrofia começa quase imediatamente quando um músculo perde o seu suprimento nervoso, visto que ele não recebe mais os sinais contráteis que são necessários para manter o seu tamanho normal. Excitação do Músculo Esquelético: Transmissão Neuromuscular e Acoplamento Excitação- Contração Transmissão dos impulsos das terminações nervosas para as fibras musculares esqueléticas: a junção neuromuscular: As fibras musculares esqueléticas são inervadas por grandes fibras nervosas mielínicas, que se originam de motoneurônios nos cornos anteriores da medula espinhal. Normalmente, cada fibra nervosa estimula três a várias centenas de fibras musculares esqueléticas. A terminação nervosa estabelece uma junção, denominada junção neuromuscular, e o potencial de ação na fibra muscular propaga-se 13 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 em ambas as direções até as extremidades da fibra muscular. Anatomia fisiológica da junção neuromuscular – a placa motora: A fibra nervosa forma complexo de terminais nervosos ramificados, que se invaginam na superfície extracelular da fibra muscular. Toda a estrutura é chamada placa motora. Ela é recoberta por uma ou mais células de Schwann, que a isolam dos líquidos circunjacentes. A membrana invaginada é chamada goteira sináptica ou canaleta sináptica, e o espaço entre o terminal e a membrana da fibra é chamado espaço sináptico ou fenda sináptica. No fundo da goteira encontram-se inúmeras pequenas dobras da membrana muscular, chamadas 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 trifosfato de adenosina (ATP), a fonte de energia que é usada para a síntese de um transmissor excitatório, a acetilcolina. A acetilcolina excita a membrana da fibra muscular. A acetilcolina 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 aceticolina alguns milissegundos depois que ela foi liberada das vesículas sinápticas Secreção de acetilcolina pelos terminais nervosos: Quando um impulso nervoso alcança a junção neuromuscular, vesículas contendo acetilcolina são liberadas no espaço sináptico. Na superfície interna da membrana neural, encontram-se barras densas lineares. Em ambos os lados de cada barra densa, encontram-se canais de cálcio dependentes de voltagem. Quando o potencial de ação se propaga pelo terminal nervoso, ocorre a abertura desses canais, permitindo a difusão de íons cálcio para dentro do terminal nervoso. Acredita-se que os íons cálcio ativem a proteinoquinase dependente de Ca2+‑calmodulina, que fosforila as proteínas sinapsinas, que ancoram as vesículas de acetilcolina ao citoesqueleto do terminal pré-sináptico e liberam as vesículas de acetilcolina, permitindo o seu movimento adjacente para as barras densas. Algumas das vesículas fundem-se com a membrana neural e descarregam a acetilcolina no espaço sináptico pelo processo de exocitose. Os canais de cátions dependentes de acetilcolina estão localizados na membrana muscular, imediatamente adjacentes às barras densas. Quando duas moléculas de acetilcolina se ligam aos receptores de canais, uma mudança conformacional abre o canal. O principal efeito da abertura dos canais dependentes de acetilcolina consiste em permitir o movimento de grandes números de íons sódio para dentro da fibra muscular, que 14 UNIDEP- Camila Paese 2º Período18/03/2024 carregam com eles muitas cargas positivas. Esse efeito cria uma mudança de potencial local na membrana da fibra muscular, denominado potencial da placa motora ou potencial gerador. Por sua vez, esse potencial normalmente leva à abertura dos canais de sódio dependentes de voltagem, o que inicia um potencial de ação na membrana muscular, causando a contração muscular. Uma vez liberada na fenda sináptica, a acetilcolina continua ativando os receptores de acetilcolina enquanto permanecer nesse espaço. A maioria das moléculas de acetilcolina é degradada pela enzima acetilcolinesterase. Uma pequena quantidade difunde-se para fora da fenda sináptica. O curto período durante o qual a acetilcolina permanece na fenda sináptica é suficiente para excitar a fibra muscular em condições normais. O movimento de íons sódio para dentro da fibra muscular faz o potencial de membrana interno, na área local da placa motora, aumentar na direção positiva em até 50 a 75 mV, criando o potencial de placa motora. O potencial da placa motora criado pela estimulação da acetilcolina normalmente é maior do que o necessário para iniciar um potencial de ação na fibra muscular. Por conseguinte, cada potencial de ação em um neurônio motor leva à contração das fibras musculares. Fatores que alteram a transmissão na junção neuromuscular ↠ Substâncias que têm ações semelhantes à acetilcolina. Muitos compostos, incluindo metacolina, carbacol e nicotina, têm o mesmo efeito da acetilcolina sobre a fibra muscular. A diferença entre essas substâncias e a acetilcolina é que elas não são destruídas pela colinesterase ou são destruídas lentamente ↠ Substâncias que bloqueiam a transmissão neuromuscular. Um grupo de substâncias, conhecidas como agentes curariformes, pode impedir a passagem de impulsos da placa motora para o músculo. Assim, a d- tubocurarina compete com a acetilcolina pelos sítios nos receptores de acetilcolina, de modo que a acetilcolina não pode aumentar a permeabilidade dos canais de acetilcolina da 15 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 membrana muscular o suficiente para iniciar um potencial de ação ↠ Substâncias que inativam a acetilcolinesterase. Três substâncias particularmente bem conhecidas – neostigmina, fisostigmina e fluorofosfato de di-isopropil – inativam a acetilcolinesterase. Em consequência, os níveis de acetilcolina aumentam com sucessivos impulsos nervosos, causando o acúmulo de grandes quantidades de acetilcolina, e, em seguida, estimulam repetidamente a fibra muscular. A ação da neostigmina e da fisostigmina dura várias horas. O fluorofosfato de di-isopropil, que pode ter aplicação militar potencial como um poderoso gás venenoso para os nervos, inativa a acetilcolinesterase durante meses. ↠ Miastenia causa fraqueza muscular: A fraqueza muscular na miastenia gravis é causada pela falha na transmissão dos sinais nervosos para as fibras musculares devido a uma condição autoimune. Os pacientes desenvolvem anticorpos contra os canais iônicos de acetilcolina, essenciais para a despolarização muscular. Isso resulta em potenciais da placa motora muito fracos para iniciar a abertura dos canais de sódio, levando à fraqueza muscular. Nos estágios avançados, a paralisia pode afetar os músculos respiratórios, mas a administração de medicamentos anticolinesterase, como a neostigmina, pode aliviar os sintomas, aumentando os níveis de acetilcolina na fenda sináptica. Potencial de ação muscular 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: 1 a 5 milissegundos no músculo esquelético — cerca de cinco vezes 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. Os Potenciais de Ação se Distribuem para o Interior da Fibra Muscular por meio dos “Túbulos Transversos”: A fibra muscular esquelética é tão grande que o potencial de ação na superfície quase não provoca fluxo de 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. Essa penetração se dá pela propagação dos potenciais de ação pelos túbulos transversos (túbulos T), que penetram a fibra muscular, de um lado a outro. Os potenciais de ação no túbulo T provocam liberação de íons cálcio no interior da fibra muscular, na vizinhança imediata das miofibrilas, e esses íons cálcio causam então a 16 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 contração. Esse processo é chamado acoplamento excitação-contração. Acoplamento excitação-contração Os túbulos transversais são extensões internas da membrana celular: Os túbulos transversais (túbulos T) seguem um percurso transversal às miofibrilas. Eles começam na membrana celular e atravessam a fibra muscular de um lado para o lado oposto. No local de origem dos túbulos T na membrana celular, eles estão abertos para o exterior e, portanto, contêm líquido extracelular em seus lumens. Como os túbulos T são extensões internas da membrana celular, quando um potencial de ação se propaga através de uma membrana da fibra muscular, ele também se propaga ao longo dos túbulos T para o interior da fibra muscular. O retículo sarcoplasmático é composto por túbulos longitudinais e cisternas terminais: Os túbulos longitudinais correm paralelamente às miofibrilas e terminam em grandes câmaras, denominadas cisternas terminais. As cisternas fazem contato com os túbulos T. No músculo cardíaco, uma única rede de túbulos T para cada sarcômero está localizada no nível da linha Z. No músculo esquelético de mamíferos, existem duas redes de túbulos T para cada sarcômero que se localiza próximo às duas extremidades dos filamentos de miosina, que são os pontos em que são criadas as forças mecânicas da contração muscular. Assim, o músculo esquelético dos mamíferos tem uma organização ideal para a rápida excitação da contração muscular. Liberação de íons cálcio pelas cisternas terminais do retículo sarcoplasmático: Os íons cálcio no retículo sarcoplasmático são liberados quando ocorre um potencial de ação no túbulo T adjacente. Acredita-se que o potencial de ação produza a rápida abertura dos canais de cálcio através das membranas das cisternas terminais do retículo sarcoplasmático. Esses canais permanecem abertos por alguns milissegundos; durante esse período, os íons cálcio responsáveis pela contração muscular são liberados dentro do sarcoplasma que circunda as miofibrilas. Uma bomba de cálcio remove íons cálcio do líquido sarcoplasmático: Uma bomba de cálcio continuamente ativa, a bomba de Ca2+- ATPase do retículo sarcoplasmático (SERCA), está localizada nas paredes dos túbulos longitudinais do retículo sarcoplasmático e bombeia íons cálcio para longe das miofibrilas, de volta para os túbulos sarcoplasmáticos. Essa bomba é capaz de concentrar os íons cálcio cerca de 10.000 vezes dentro dos túbulos. Além disso, no interior do retículo, existe uma proteína de ligação do cálcio, denominada calsequestrina, que pode proporcionar um aumento adicional de 40 vezes no armazenamento de cálcio. Essa transferência de cálcio para dentro do retículo sarcoplasmático provoca a depleção de íons 17UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 cálcio no líquido sarcoplasmático, o que resulta em término da contração muscular. 18 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Histologia dos Músculos Esqueléticos, Cardíaco e Liso 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 denominadas mioblastos, originados do mesoderma. O tecido muscular estriado esquelético é formado por células cilíndricas, multinucleadas. Os numerosos núcleos são elípticos e localizam-se na periferia da fibra, logo abaixo do sarcolema, a membrana plasmática da célula. 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. Os músculos estriados de vertebrados têm, em seu citoplasma, uma proteína denominada mioglobina. Essa molécula contém um 19 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 grupamento heme que se liga reversivelmente a oxigênio; dessa maneira, a mioglobina age como um depósito de oxigênio para a célula muscular. Estrutura do músculo esquelético: Cada músculo esquelético 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 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. 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. 20 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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. Cortes longitudinais de fibras musculares esqueléticas revelam a presença de estriações transversais caracterizadas pela alternância de faixas claras e escuras. Quando as fibras musculares estriadas 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. Cada miofibrila é constituída de uma sequência repetitiva de unidades denominadas sarcômeros. 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. 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. 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, 21 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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. Diversas moléculas compõem os filamentos e as miofibrilas: Quatro proteínas principais relevantes para a contração muscular formam os miofilamentos das miofibrilas: actina G, tropomiosina, toponina 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. 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. 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: 22 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 • 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. Inúmeras moléculas de miosina 2 se reúnem para formar cada um dos filamentos espessos da seguinte maneira: as caudas da molécula de miosina 2 reúnem-se em feixes. As cabeças das moléculas estão voltadas para uma ou para outra extremidade de cada feixe, de modo que cabeças ficam sempre voltadas para fora do sarcômero, isto é, em direção de cada disco Z que limita o sarcômero. Na banda H, na região central do sarcômero, há somente caudas de miosina, sem porções globulares. No centro da banda H, encontra-se o disco M, formado por proteínas que estabelecem ligações entre os filamentos espessos de cada sarcômero. Essas proteínas, entre as quais se destaca a miomesina, são importantes para a manutenção correta da posição dos filamentos espessos no sarcômero. Muitas outras proteínas fazem parte do sarcômero. A titina é uma enorme cadeia polipeptídica ancorada no disco Z e que percorre o sarcômero até a linha M ao longo de cada filamento espesso. Acredita-se que ela proporcione estabilidade ao sarcômero. A nebulina também é uma longa cadeia enrolada em torno dos filamentos delgados de actina. Além de atuar na estabilidade para o sarcômero, pode ter atividade na contração. A correta organização dos filamentos no interior das miofibrilas é mantida por diversas proteínas, por exemplo, a desmina, que liga as miofibrilas umas às outras. Proteínas presentes no disco Z também são importantes para a manutenção da estrutura da miofibrila, pois os filamentos delgados se ancoram nesse disco. O conjunto de miofibrilas de cada célula, por sua vez, é ancorado à membrana plasmática da célula muscular por meio de diversas proteínas que têm afinidade tanto pelos miofilamentos quanto por proteínas da membrana plasmática. 23 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Uma dessas proteínas, chamada distrofina, liga os filamentos de actina a proteínas do sarcolema. 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. 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. 24 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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 dirigempara 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. 25 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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: 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 26 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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. Unidade Motora 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. Cada fibra muscular se contrai completamente, não há contração parcial das fibras. O grau de contração de um músculo como um todo depende da quantidade de unidades motoras – portanto, de fibras musculares – que entram em contração. Para aumentar o grau de contração dos músculos, recruta-se maior número de unidades motoras. 27 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Interação do Citoplasma das fibras Musculares com o Tecido Conjuntivo: O epimísio, o perimísio e o endomísio mantêm as fibras musculares unidas, possibilitando que a força de contração gerada por cada fibra se componha para produzir a contração do músculo inteiro. É ainda por meio desse tecido conjuntivo que essa força se transmite a outras estruturas, como tendões e ossos. Um dos mecanismos utilizados para a transmissão da força de contração são os costâmeros, formados por conjuntos de moléculas denominados complexo distrofina- glicoproteínas. Os costâmeros se localizam abaixo da membrana plasmática (sarcolema) das células musculares esqueléticas e sua denominação deriva da semelhança com uma sequência de costelas. Nos costâmeros, as miofibrilas se ancoram no sarcolema e através dele conectam as fibras musculares com a matriz extracelular. São considerados análogos a junções de adesão, por meio das quais a força de contração é transmitida lateralmente, em direção ao endomísio. Os costâmeros teriam várias funções. Eles são responsáveis por transmitir a diminuição do comprimento dos sarcômeros e da fibra muscular para fora da célula, através das malhas de fibras reticulares do endomísio, perimísio, epimísio e, por fim, para os tendões. Além disso, acredita-se que os costâmeros também transmitam forças da matriz extracelular para dentro das fibras musculares, desencadeando respostas moleculares no interior das fibras. Em suma, os costâmerosdesempenham um papel importante na transmissão de forças e sinais tanto dentro quanto fora das fibras musculares. 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 28 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 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. Fusos Musculares e Corpúsculos Tendíneos de Golgi: Os músculos estriados esqueléticos têm no seu interior receptores que captam modificações mecânicas ocorridas no músculo (proprioceptores), denominados fusos musculares. Cada fuso é envolvido por uma delgada cápsula de tecido conjuntivo que cria um espaço isolado em seu interior. Os fusos contêm fluido e fibras musculares modificadas chamadas fibras intrafusais, algumas longas e espessas, e outras menores e delgadas. Fibras nervosas sensoriais (aferentes) inervam os fusos musculares e detectam modificações no comprimento (distensão) das fibras musculares intrafusais, transmitindo essa informação para o sistema nervoso central (SNC). Os tendões apresentam feixes de fibras colágenas encapsuladas na proximidade das inserções musculares nos tendões. Nesses locais, penetram fibras nervosas sensoriais, constituindo os corpúsculos tendíneos de Golgi. Eles respondem às diferenças da tensão exercidas pelos músculos sobre os tendões e tais informações são transmitidas ao SNC e participam do controle das forças necessárias à contração e aos movimentos de músculos. 29 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 30 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Tecido muscular estriado cardíaco É constituído de células cilíndricas 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. 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. O músculo cardíaco contém numerosas mitocôndrias, que ocupam aproximadamente 40% do volume citoplasmático, refletindo o intenso metabolismo aeróbico desse tecido. 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 31 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 grânulos contendo secreção. São revestidos por membrana 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 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: Os discos intercalares são complexos juncionais situados entre as extremidades de fibras musculares cardíacas adjacentes. Os discos têm formato de prateleiras arranjadas como escadas, distinguem-se duas regiões: prateleiras transversais, que cruzam a fibra em ângulo reto, e prateleiras longitudinais, paralelas às miofibrilas e aos miofilamentos. 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. Sistema Gerador de Impulsos: No coração, há uma rede de células musculares cardíacas modificadas. Elas têm papel importante na produção e na condução do estímulo de contração da musculatura cardíaca, de tal modo que as contrações dos átrios e dos ventrículos ocorrem em sequência adequada, tornando possível que o coração exerça com eficiência sua função de bombeamento do sangue. 32 UNIDEP- Camila Paese 2º Período 18/03/2024 Tecido muscular liso É formado pela associação de células alongadas e fusiformes, mais espessas no centro e afiladas nas extremidades chamadas