ULTRAESTRUTURA DO MIÓCITO E ACOPLAMENTO EXCITAÇÃO CONTRAÇÃO

Prévia do material em texto

MARGARIDA 30		EDGAR MACÁRIO
BERNE & LEVY 13		MEDUFES 96
GUYTON 9
30. ULTRAESTRUTURA DO MIÓCITO E ACOPLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO
1. Ultraestrutura do miócito 
As células do miocárdio são estriadas, ramificadas e possuem núcleo central. Nas regiões de contato entre as células, existem especializações, como a zônula aderente, desmossomos e junções comunicantes.
Só para lembrar, a miosina é composta por duas cadeias, sendo uma dita leve e outra conhecida como pesada. A meromiosina pesada possui atividade ATPásica e a meromiosina leve parece modular a atividade ATPásica daquela.
Os filamentos finos são compostos por actina, troponina e tropomiosina. A tropomiosina se enrola nos sulcos da actina e bloqueia o local de interação da actina com a miosina. A troponina é composta por 3 subunidades: 
subunidade I que, quando interage com a tropomiosina, provoca inibição do sítio ativo da actina, sendo responsável pela sensibilidade dos filamentos contráteis ao cálcio;
subunidade C, que tem grande afinidade pelo íon cálcio; e 
subunidade T, que se liga à tropomiosina quando o cálcio se liga à TnC. 
Assim, os filamentos contráteis são a actina e a miosina, e a troponina e tropomiosina são filamentos reguladores.
O coração contém grande quantidade de mitocôndrias, com até 30% de seu volume sendo ocupado por essas organelas. A alta densidade de mitocôndrias proporciona grande capacidade oxidativa ao coração, superior à observada no músculo esquelético.
O retículo sarcoplasmático (RS) é pouco desenvolvido no m. cardíaco; assim, pode-se deduzir que não desempenha papel crítico na contração do miocárdio. De fato, o influxo transarcolemal possui grande participação nesse processo, sendo responsável por cerca de 30% do cálcio citoplasmático. O RS é responsável por 70% do cálcio transiente. A contração cardíaca é dependente de cálcio extracelular, pois, mesmo que o RS participe mais para a elevação do cálcio mioplasmático, a liberação de suas cisternas é induzida pelo cálcio extracelular.
O tecido muscular cardíaco apresenta abundancia de tecido conjuntivo em comparação ao tecido estriado esquelético. Uma das explicações é que esse tecido conjuntivo ajuda a prevenir a ruptura muscular, bem como o estiramento excessivo do coração. A ruptura poderia ocorrer quando do aumento do retorno venoso proporcionado por atividade física intensa, por exemplo. O estiramento excessivo do tecido miocárdico diminui a capacidade contrátil das células musculares cardíacas (por causa do decréscimo da sobreposição dos filamentos grossos e finos), resultando, assim, em bombeamento insuficiente e aumento da pressão venosa.
O sarcolema do músculo cardíaco possui, também, invaginações (túbulos T), comparáveis às encontradas no músculo esquelético. Entretanto, no músculo cardíaco, os túbulos T estão posicionados nas linhas Z, ao passo que, no músculo esquelético dos mamíferos, os túbulos T localizam-se nas extremidades das bandas I. No músculo cardíaco, as conexões entre os túbulos T e o RS são poucas e menos desenvolvidas que no músculo esquelético.
2. Acoplamento excitação-contração
Refere-se ao desencadeamento da contração por meio de atividade elétrica do PA. A excitação do cardiomiócito promove aumento do cálcio intracelular, que atua sobre a troponina e dispara o mecanismo de contração. É importante dizer que quanto maior a quantidade de cálcio, maior a força: essa pode ser modulada por aquela.
As fontes de cálcio para a contração são:
Líquido extracelular: contém cálcio ionizado. É mantido em níveis constantes pelos hormônios calcitonina (tireoide) e paratormônio (paratireoide).
Sítios aniônicos do glicocálice: aí competem Na e Ca, em uma relação 1Ca/2Na. O aumento do Na extracelular desloca o Ca desses sítios, diminuindo a contração.
Cálcio intracelular decorrente da ICa,L (Corrente lenta de influxo de cálcio): o aumento da concentração de cAMP aumenta a atividade desse canal lento. 
A acetilcolina, por meio de proteína G, torna maior a permeabilidade dos canais de potássio e ativa uma guanilatociclase que, ao aumentar os níveis de cGMP, conduz a uma diminuição dos níveis de cAMP e da contração. A Ach, também, por promover maior condutância ao potássio, acelera a repolarização e o tempo de entrada do Ca através dos canais lentos. Bloqueadores β-adrenérgicos diminuem a quantidade de cAMP por bloquearem a ação das catecolaminas.
Ligado internamente à membrana e aos tampões intracelulares: a afinidade a esses componentes diminui em decorrência da despolarização
Cálcio estocado no RS (consegue armazenar grandes quantidades de Ca): uma ATPase Ca dependente (SERCA ou bomba de cálcio do RS) acumula Ca no interior do RS, cessando a contração. O cálcio é armazenado em associação com a calsequestrina e a calreticulina. A saída do cálcio sarcolemal é mediada pelos receptores de rianodina 1 e 2 (RyR1 e RyR2) e pelo receptor do IP3. Os receptores de IP3 são ativados pela via da fosfolipases C, que converte PIP2 em IP3 e DAG.
Cálcio mioplasmático (para a contração): a concentração varia de 10-8 M no repouso a 10-5 M na contração. Existem proteínas ligantes de cálcio que possuem grande afinidade pelo íon, para que exerçam o controle do cálcio mesmo quando em baixas concentrações.
O processo de contração é o seguinte: em repouso, as moléculas de miosina encontram-se energizadas com o ATP que foi parcialmente hidrolisado para "erguer a cabeça" e, dessa forma, prontas para interagir com a actina. A elevação da [Ca++] intracelular expõe, então, os sítios de ligação da miosina na actina e permite que a miosina se ligue à actina (etapa 1). A miosina ligada passa, em seguida, por movimento de força, no qual o filamento de actina é puxado em direção ao centro do sarcômero (etapa 2). O ADP e P. são liberados da cabeça da miosina, durante essa etapa, quando a energia do ATP é usada para contrair o músculo. A cabeça da miosina move-se, aproximadamente, 70 nm durante cada ação de catraca (ciclo das pontes cruzadas). A ligação do ATP à miosina reduz a afinidade desta pela actina, permitindo, assim, que a miosina se libere da actina (etapa 3). A miosina, então, hidrolisa, parcialmente, o ATP ligado para re-energizar ("erguer") a cabeça (etapa 4) e preparar a ponte cruzada para outro ciclo. Esse ciclo de quatro etapas é idêntico ao descrito para o músculo esquelético.
AUMENTO DE CÁLCIO MIOPLASMÁTICO
Do meio extracelular:
Canais tipo L: Principal mecanismo para o influxo primário de cálcio no cardiomiócito, estando presente no sarcolema e nos túbulos T (prolongamentos do sarcolema). É ativado durante a excitação da célula (sensíveis a voltagem). Permanece aberto por muito tempo. Na repolarização, o canal se fecha, diminuindo a entrada de cálcio. Concentrações intracelulares elevadas de cAMP aumentam a probabilidade de abertura e a permeabilidade ao Ca. Segundo o Berne, o receptor de diidropiridina (DHPR) é uma das cinco subunidades do canal de cálcio tipo L. 
Alcança abertura máxima em -30 mV. É importante também para a manutenção da fase 2 (platô) do PA atrial e ventricular e pela fase 0 do PA lento das células do NSA e NAV.
Canais tipo T: T vem do inglês transient e tiny, é ativado em torno de -73 mV, próximo ao valor do potencial de repouso das células do NSA.
Trocador Na/Ca: O trocador NCX possui atividade tanto no processo contrátil quanto no relaxamento. Durante a despolarização, o NCX inverte e contribui para o aumento do cálcio citoplasmático, na fase inicial do platô. Normalmente, permite a entrada de 3 Na em troca da extrusão de 1 Ca.
Cafeína, estiramento e ouabaína (e rianodina?????) fazem crescer a liberação de cálcio, levando sua concentração sarcolemal a níveis baixos. 
Do RS:
RYR1: Quando os receptores DHPR, canais lentos de cálcio, são ativados, uma alça desses receptores desloca-se para ativar os RyR1. Essa ativação se chama voltagem sensitiva, pois a ativação do receptor de DHPR é ativada pelo PA. É menos importante no m. cardíaco.
RyR2 é um receptor do RS que é estimulado pelo aumento do cálcio mioplasmáticoentre o RS e os túbulos transversos ou entre o RS e o sarcolema. Esse mecanismo é conhecido como liberação cálcio cálcio-induzida e produz um ciclo reverberativo, pois a liberação de Ca por um canal abre o canal adjacente, desde que a concentração alcance determinado nível. Pode ser fosforilado pela CaMKII e pela PKA, o que faz crescer a quantidade de cálcio liberada pelo RS. Esse mecanismo de liberação cálcio cálcio-induzida é chamado de acoplamento eletroquímico, enquanto o acoplamento excitação-contração no músculo esquelético é denominado acoplamento eletromecânico (abrangendo interações diretas entre o DHPR no túbulo T e o RyR, no RS). 
Se as fosfatases estiverem diminuídas, ocorre insuficiência sistólica, pois há vazamento diastólico de cálcio e diminuição no RS. A consequência direta desse estado é a diminuição da força desenvolvida.
Receptor de IP3: está relacionado a via da fosfolipases C: angiotensina (Ang2) e endotelina (ET-1) são agonistas desse canal. Não é importante no m. cardíaco, mas importante para o m. liso; não é suficiente para amplificar a contração como é a PKA.
REMOÇÃO DO CALCIO
SERCA 2: ATPase Ca-dependente do RS. A fosforilação da fosfolambam (pela calmodulina (CaMKII) ativa a bomba de cálcio (normalmente a fosfolambam inibe a bomba). A fosforilação do fosfolambam é realizada pela proteína cinase A, ativada por cAMP, e pela cinase I calmodulina-dependente.
A fosforilação do FLB ativa a SERCA e, portanto, acelera a remoção do cálcio sarcoplasmático. Assim, a fosforilação do FLB provoca efeito lusitrópico positivo. Efeito lusitrópico positivo é quando o relaxamento é mais rápido e vice-versa.
Lesão do RS provoca disfunção diastólica porque a diástole depende da receptação de cálcio. As catecolaminas ativam a bomba de cálcio, aumentando a captação do cálcio e seu maior armazenamento, sendo liberadas maiores quantidades em ativações posteriores, portanto induzem efeito inotrópico positivo.
Tanto a atividade da SERCA quanto a fosforilação do fosfolambam podem ser reduzidos na hipertrofia cardíaca ou na insuficiência cardíaca.
Trocador de sódio-cálcio (NCX): remove o cálcio sarcolemal em troca de três sódios. É responsável por 30% da extrusão de cálcio. É importante notar que entram 3 cargas positivas e saem 2. Sua atividade depende do potencial de membrana: o trocador NCX possui atividade tanto no processo contrátil quanto no relaxamento. Durante a despolarização, o NCX inverte e contribui para o aumento do cálcio citoplasmático, na fase inicial do platô. Em seguida, com a repolarização, o cálcio passa a ser retirado do mioplasma e o NCX volta a funcionar no modo normal. 
Em condições desfavoráveis (eg hipóxia, bloqueio da NKA, inibição da atividade do RS), há aumento do cálcio intracelular. Esse aumento provoca ativação da NCX e criação de corrente de despolarização que, atingindo magnitudes adequadas, dispararia a atividade marca-passo.
Bomba de cálcio do sarcolema
Bomba de cálcio mitocondrial 
Regulação da contratilidade miocárdica
Regulação da contratilidade miocárdica é a manifestação decorrente de todos os múltiplos fatores que influenciam as interações entre as proteínas contráteis no músculo cardíaco responsável por desenvolver trabalho. Alguns termos devem ser considerados:
Inotropismo se refere à capacidade de contrátil, velocidade e desenvolvimento de pressão. Efeito inotrópico positivo significa que aumenta a força de contração, geralmente aumentando o nível de cálcio intracelular do miocárdio. Efeito inotrópico negativo significa que diminui a força de contração, diminuindo o débito cardíaco. 
Ouabaína, digoxina e digitoxina são digitálicos ou glicosídeos cardiotônicos inibidores da Na/K-ATPase (NKA). Seu uso promove aumento do nível de sódio intracelular local entre o RS e membranas (plasmerossoma), sem, contudo, afetar a concentração global do sódio intracelular. Esse aumento inibe parcialmente o NCX, elevando a concentração local de cálcio, que é captado pelo RS. Perante ativação do músculo, o cálcio é liberado em maior quantidade, aumentando a força de contração. Assim, o uso de digitálicos promove efeito inotrópico positivo, mas sem ocorrer crescimento generalizado do cálcio mioplasmático.
O aumento da frequência cardíaca cresce o número de despolarizações, que provoca aumento do sódio intracelular, redução atividade do NCX e aumento do cálcio do RS. O aumento do sódio mioplasmático faz crescer a força desenvolvida, sendo esse efeito conhecido como fenômeno de escada: uma vez aumentada a frequência, a força aumenta progressivamente estabilizando-se após 6-8 batimentos.
O aumento do sódio intracelular durante pausa provoca contração potenciada (Fp), pois permite maior armazenamento de cálcio no RS. Com a pausa, a preponderante importância dos mecanismos de recaptação de cálcio para o interior do RS, em relação aos mecanismos de extrusão através do sarcolema, levam a maior acúmulo desse íon no RS a ser liberado no estímulo subsequente. Na insuficiência cardíaca esses mecanismos estão alterados, modificando a cinética mioplasmática do cálcio, e conduzindo a diminuição da potenciação dependente de pausa.
Baixas concentrações extracelulares de sódio desenvolvem efeito inotrópico positivo, pois há aumento do influxo de cálcio para o mioplasma. Uma das razões é maior ocupação dos sítios aniônicos do glicocálice pelos íons Ca.
Lusitropismo: velocidade de relaxamento do miocárdio. A estimulação β-adrenérgica promove aumento da velocidade de relaxamento. A elevação da velocidade de relaxamento muscular é chamada de efeito lusitrópico positivo.
Cronotropismo: relaciona-se com a frequência de PA
Dromotropismo (do grego drómos, corrida e trópos, mudança): relaciona-se com a velocidade de condução do estímulo elétrico. 
Agora serão apresentados mecanismos para a regulação da contratilidade miocárdica. É importante destacar que, no coração, todas as células musculares são ativadas durante uma contração, de maneira que o recrutamento de mais células musculares (somação espacial) não é uma opção. Além disso, o tétano (somação temporal) das células musculares cardíacas impediria qualquer ação de bombeamento, o que seria fatal. Deve-se lembrar que o longo potencial de ação no músculo cardíaco, decorrente da ativação do canal de cálcio tipo L, resulta em longo período refratário, que, por sua vez, impede o tétano. Consequentemente, o coração conta com meios diferentes de aumentar a força de contração, incluindo a variação do valor de cálcio intracelular. Assim, existem 3 maneiras pelas quais a força de contração pode ser modulada, que podem ser ativadas ao mesmo tempo ou isoladamente:
Alteração da concentração de Ca livre intracelular: em situações fisiológicas normais, é quase improvável que o Cai aumente em decorrência de alterações no Cae. Contudo, o Cai pode ser elevado em condições fisiológicas por meio da ativação simpática do receptor β1-adrenérgico, ou em situações fisiopatológicas, como durante a hipóxia ou isquemia do m. cardíaco. A estimulação simpática envolve a ativação de receptores β-adrenérgicos no coração, pela norepinefrina (liberada por terminações nervosas no coração) ou epinefrina (liberada pela medula da suprarrenal, na corrente sanguínea). O aumento do Cai promove efeito inotrópico positivo e, em consequência, aumento da demanda metabólica. Essa é explicada pelo aumento da atividade ATPásica da meromiosina pesada e maior recrutamento de ATP para realizar a extrusão do Ca.
Mudança da sensibilidade dos miofilamentos ao cálcio: a responsividade miofibrilar ao cálcio é um mecanismo em que a maior produção de força é aliada a menores modificações nos níveis de Cai. Essa mudança na sensibilidade dos miofilamentos evita a sobrecarga de Ca e diminui o requerimento energético do miócito. Entretanto, esse mecanismo pode aumentar a tensão passiva ou de repouso e o alentecimento do processo de relaxamento pode prejudicar o enchimento ventricular e, assim, o débito cardíaco. 
Essa modulação pode ocorrer de duas maneiras:
Mudança de afinidadeda TnC: o aumento da sensibilidade da TnC ao Ca provoca maior força contrátil, prejudicando o relaxamento. De modo contrário, diminuição da afinidade da TnC pelo Ca diminui a força contrátil e facilita o relaxamento. Os mecanismos para essa mudança são:
Mecanismo de Frank-Starling: A força de contração do miocárdio é proporcional ao comprimento inicial da fibra muscular cardíaca, isto é, quanto maior o VDF (volume diastólico final), maior a força de contração e o volume sistólico. Assim, o estiramento da fibra cardíaca aumenta a força porque promove interações mais adequadas entre actina e miosina, aumenta o transiente de Cai, e aumenta a sensibilidade miofilamentar ao cálcio. Esse é um mecanismo intrínseco de autorregulação heterométrica, pois é realizado com variação do comprimento da fibra muscular.
O mecanismo intrínseco de autorregulação homeométrico cursa sem variação do comprimento do miócito, mas com aumento da força. É exercido pelo simpático, que mexe com a cinética do cálcio.
Estimulação α e β-adrenérgica: os agonistas β-adrenérgicos aumentam a produção de cAMP pela adenilato ciclase, que ativa a PKA, que fosforila a TnI. Por interações alostéricas, a fosforilação da TnI causa redução da afinidade da TnC pelo cálcio. Essa redução da afinidade é importante, pois os agonistas dos receptores β-adrenérgicos provocam fosforilação dos canais de cálcio tipo L do sarcolema, aumentando o influxo de Ca. Além disso, esses agonistas provocam simultaneamente fosforilação do fosfolambam e consequente ativação da SERCA, aumentando a receptação de Ca pelo RS antes que seja retirado pelo antiportador Na-Ca e pela bomba de cálcio sarcolêmica. A redução da afinidade da TnC pelo Ca é um mecanismo para acelerar a velocidade de relaxamento, crucial em um momento em que a frequência cardíaca é aumentada.
A estimulação α-adrenérgica provoca aumento do Cai por meio do aumento do IP3, e aumenta a afinidade do sistema contrátil ao Ca.
Aumento do Pi intracelular: o Pi é constantemente regulado pela célula, sendo importante para a regulação da produção de ATP mitocondrial, de modo que, se o Pi aumenta, a produção de ATP a partir de ADP e Pi aumenta. Durante a hipóxia, há inibição da fosforilação oxidativa, aumentando os níveis de Pi. Além disso, a demanda inicial de ATP é mantida pela reação da creatinofosfocinase, que fosforila ADP usando fosfocreatina, liberando Pi (o livro fala que essa reação libera Pi como se ele não fosse adicionado ao ADP??????). O aumento do Pi deslocaria o sentido do equilíbrio da reação para a esquerda, isto é, no sentido da diminuição da força, de modo a diminuir o número de pontes cruzadas.
Mudança no pH intracelular: a acidose pode ser provocada fisiologicamente (no aumento da FC), farmacologicamente (por uso de glicosídios cardiotônicos) ou patologicamente (isquemia do miocárdio provoca acidose láctica). A diminuição do pH diminui o número de pontes cruzadas e também diminui a força média produzida pelas pontes que estão ligadas. A afinidade da troponina está diminuída na acidose.
Hipóxia e anoxia: provoca acidose e subsequente elevação do Cai. A alteração nas concentrações de Pii, fosfocreatina, ATP e ADP podem alterar a sensibilidade das proteínas contrateis ao Ca e contribuir para os efeitos da acidose no desenvolvimento de força.
Sensibilizadores naturais e sintéticos: a cafeína é um agente sensibilizador dos miofilamentos ao Ca. Os inibidores da fosfodiesterase (PDE) também aumentam a sensibilidade. 
Fosforilação da cadeia leve fosforilável da miosina (MPLC): aumenta a força de contração, mas não a velocidade de encurtamento 
Mudança na força máxima ativada por cálcio que pode ser alcançada pelos miofilamentos, o que corresponde à variação no número de pontes cruzadas.