Fisiologia 1.1

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Fisiologia da Unidade Motora Esquelética 
Potenciais de membrana. Sinapse. Contração muscular.
Unidade Motora Esquelética
Definir e classificar os tipos de Unidade Motora Esquelética.
A Unidade Motora Esquelética (UME) (figura 1) (sistema formado por um neurônio motor alfa e todas as fibras musculares esqueléticas inervadas por esse neurônio) é um Sistema formado por um motoneurônio (alfa ou gama) e todas as fibras musculares estriadas esqueléticas (extra ou intra-fusais) inervadas por este neurônio [O motoneurônio alfa (neurônio motor inferio) é sinônimo de 'Via motora final comum']. A UME alfa é formada por um motoneurônio alfa e as fibras musculares esqueléticas extra-fusais sua função é a contração muscular. A UME gama é formada pelo motoneurônio gama e as fibras musculares esqueléticas intra-fusais (paralelas as extra-fusais) sua função é regular o tônus muscular esquelético. 
Nos dois tipos de UME, os corpos celulares dos motoneurônios se localizam nas colunas anteriores da medula espinhal ou nos núcleos motores dos pares cranianos somáticos, seus axônios fazem parte dos 31 pares de nervos espinhais (entre estes os segmentos C2-C4 que formam o nervo frênico) ou de 9 dos 12 pares cranianos: III, IV e VI (oculomotor, troclear e abducente - olho), V (trigêmio - mastigação), VII (facial - mímica), IX (glossofaríngeo - deglutição), X (vago - fonação), XI (acessório - pescoço) ou XII (hipoglosso - língua) e terminam fazendo sinápses com as fibras musculares esqueléticas [Qual a consequência de uma lesão as fibras nervosas motoras somáticas que fazem parte do VII PC? Paralisia facial ipsilateral e desvio contralateral, por causa da atonia muscular ipsilateral a pele fica bem lisinha]. 
Nas sinapses químicas a chegada do impulso nervoso causa secreção do neurotransmissor na fenda sináptica que se difunde e se liga e ativa o receptor colinérgico nicotínico localizado na placa neuro-muscular esquelética na fibra muscular [Como funciona a famosa toxina botulínica (Botox)? Ela bloqueia diretamente a transmissão sináptica (exocitose).]. 
A ativação da placa neuro-muscular gera novo potencial de ação que se propaga pelo restante do sarcolema incluindo os túbulos T (das tríades 1 túbulo T e 2 cisternas laterais) e, como consequência, ocorre uma liberação de Ca+2 das cisternas do retículo sarcoplasmático, este Ca+2 dispara o mecanismo da contração muscular, que, essencialmente, é a formação de pontes transversas entre os filamentos de actina e miosina no sarcômero. 
O resultado final entre a ativação das Unidades Motoras Esqueléticas alfas é a contração muscular. As extra-fusais causam o Movimento e as intra-fusais a Hipertonia muscular. 
1% dos casos de infecção pelo vírus da Polio matam o Motoneurônio alfa causando Polio bulbar (com parada respiratória por morte do centro respiratório bulbar) ou Poliomielite (com atrofia muscular por desuso).
02- Descrever os mecanismos de transporte através da membrana, com base na fonte de energia e nos processos moleculares para: difusão e transporte ativo e exemplificar cada um.
Se há Transporte há gasto de Energia, na Difusão é Energia livre, no Transporte ativo é Energia metabólica (ATP).
Os tipos de transporte (figura 2) através da membrana lipídica (figura 3) são: 1- Difusão (figura 4) (1.1- simples, 1.2- facilitada) e 2- Transporte ativo (2.1- primário, 2.2- secundário). A Difusão é também chamada de Transporte passivo. 
Na Difusão simples de moléculas o deslocamento ocorre de acordo com a Lei de Fick (figura 5) da difusão. Quando é a água (solvente) que sofre difusão (sempre a favor do gradiente) o processo é chamado de Osmose (no Hipotálamo isto gera a sensação de Sede). Na Difusão simples de íons (figura 6) a coisa se complica porque além do gradiente de concentração há outro que é o gradiente elétrico e o modelo preditivo é a Equação de Nernst. Na Difusão facilitada, não há gasto de energia metabólica (glicose nas células sistêmicas). 
Os tipos de Transporte ativo são: 2.1- Ativo primário, há gasto direto de energia metabólica (Na+, K+, Ca+2, a mais famosa é a bomba de Na+/K+ ATP dependente) e 2.1- Ativo secundário, há gasto indireto de energia metabólica (Na+/glicose no enterócito, Na+/Ca+2 no marcapasso cardíaco, Concentração urinária) (figura 7) (Se o consumo de ATP se dá dentro da célula, então de nada adianta injetar ATP na veia).
03- Discutir a função da Bomba de Na+/K+ ATP dependente e compreender a Equação de Nernst.
A Bomba de Na+/K+ ATP dependente é a enzima que mantém os gradientes (concentrações) QUÍMICOS de Na+ e K+ através da membrana, e, para este bombeamento, ela consome ATP (figura 8 e 9) [Onde se localiza a síntese de ATP e qual a relação deste com as bases do DNA? A Adenosina (Adenina + Ribose) trifosfato é sintetizada nas matriz das mitocôndrias e a Adenina é uma das bases purínicas do DNA.]. O gradiente químico do Na+ é de fora (142 mEq/L) p'ra dentro (10 mEq/L), ~15/1, e o do K+ é de dentro (150 mEq/L) p'ra fora (5 mEq/L), ~1/30, ou seja, para cada 1 Na+ querendo entrar tem 2 K+ querendo sair (figura 10). 
A famosa Equação de Nernst estabelece que: "Se houver permeabilidade a uma determinado íon, este seguirá seu gradinte QUÍMICO gerando um crescente gradiente ELÉTRICO contrário até um máximo onde haverá um Equilíbrio Eletro-Químico, ENa+ = +70 mV e EK+ = -90 mV (figura 11). Portanto, para que haja DIFERENÇA DE POTENCIAL ELÉTRICO através da membrana é necessário: 1º- Que exista gradientes químicos (isso é garantido pela Bomba Na+/K+), 2º- Que a membrana tenha permeabilidade seletiva (a carga negativa não pode acompanhar a positiva), 3º- Que a permeabilidade aos cátions (Na+ ou K+) sejam diferentes (se forem iguais, à medida que um K+ sai, a eletronegatividade intracelular aumenta e 'atrai' um Na+ e a Bomba fica enxugando gelo). 
É importante entender que: 1º- os poros transmembrana são canais hídricos formados por proteínas carregadas negativamente que impedem a passagem de ânions (Cl-), 2º- quando hidratados o diâmetro do K+ é menor que o do Na+ que é menor que o do Ca+2, portanto se o diâmetro de um poro fosse aumentando progressivamente, o K+ sairia e a eletronegatividade intracelular aumentaria progressivamente (não por excesso de cargas negativas, mas por falta de cargas positivas já que o K+ saiu) até parar, isto ocorre quando o gradiente Elétrico gerado fosse igual e contrário ao gradiente Químico. Este estado é chamado Potencial de Equilíbrio Eletro-Químico, no caso, do K+. Entretanto, se houver permeabilidade a outro cátion (ânion não passa) em sentido contrário, a eletronegatividade no estado final (repouso) será um pouco menor. Na UME este Potencial Elétrico de Repouso da Membrana é de ≅ -80 mV. 
Traduzindo a Equação de Nernst (figura 12): "O Potencial Elétrico da Membrana pode variar entre um máximo e um mínimo. O máximo é o Potencial de Equilíbrio eletro-químico do Na+ (+70 mV) e o mínimo é o Potencial de Equilíbrio eletro-químico do K+ (-90 mV). Se aumentarmos a permeabilidade da membrana a um íon, o Potencial Elétrico da Membrana se deslocará em direção ao Potencial de Equilíbrio eletro-químico deste íon (em repouso -80 mV)." 
A comovente história da Bomba de Na+/K+ ATP dependente...
Um grande avanço na compreensão da bomba de Na+/K+ ocorreu com a descoberta, em 1957, de uma enzima que hidrolisa ATP a ADP e fosfato e requer Na+ e K+ para ter atividade máxima. Um indício importante ligando essa Na+ -K+ ATPase à bomba de Na+/K+ foi a observação que um conhecido inibidor da bomba, a ouabaina, também inibe a ATPase. Mas a evidência crucial de que a hidrólise de ATP fornece a energia para a operação da bomba veio de estudos de espectros resselados de eritrócitos, nos quais as concentrações de íons, ATP e drogas em cada um dos lados da membrana podia ser variada e os efeitos sobre o transporte iônico e a hidrólise de ATP observados. Observou-se que (1) o transporte de Na+ e K+ é firmemente acoplado à hidrólise de ATP, de modo que um não pode acontecer sem o outro; (2) o transporte deíons e a hidrólise de ATP podem ocorrer somente quando Na+ e ATP estão presentes no interior dos espectros e K+ está presente no lado de fora; (3) a ouabaina é inibitória somente quando ela está presente no lado de fora dos espectros, onde ela compete pelo sítio ligante de K+; e (4) para cada molécula de ATP hidrolisada (100 moléculas de ATP podem ser hidrolisadas por uma molécula de ATPase a cada segundo), três íons Na+ são bombeados para fora e dois íons K+ são bombeados para dentro.
Potenciais eletro-químico de membrana
05- Descrever o mecanismo iônico do Potencial de repouso da membrana, hiperpolarização, potencial limiar, despolarização, repolariazação e do potencial de ação propagado.
A eletronegatividade intracelular regula a 'flutuação' do Ca+2 e consequentemente a Permeabilidade da Membrana.
O Neurônio motor alfa (parte da UME) assim como todas as células eletricamente excitáveis normalmente possuem uma alta permeabilidade ao K+ (~100x mais que o Na+) (figura 13), como consequência o K+ sai a favor do seu gradiente químico gerando um crescente gradiente elétrico contrário (aumentando a eletronegatividade intracelular) que, além 'retardar' a saída do próprio K+ (EK+ = -90mV), 'atrai' o Na+ e, principalmente, o Ca+2. Este Ca+2, por ser grande, 'entope' (diminui a permeabilidade ao K+ e, principalmente ao Na+) a passagem pelo canal (Potencial de Repouso [figura 14] [Se o Potencial Elétrico está mais perto do EK+, então é porque mais K+ saiu (efluxo) do que Na+ entrou (influxo) e isto, por difusão simples.]) e, quanto mais negativo, mais difícil ele sair do 'buraco' (Hiperpolarização ou inibição [figura 15] [Se o Potencial Elétrico está mais perto do EK+, então é porque mais K+ saiu (efluxo) do que Na+ entrou (influxo) e isto, por difusão simples.]). Se houver uma pequena diminuição da eletronegatividade, o Ca+2 é desestabilizado e o Na+ poderá entrar (com dificuldade), mas o K+ sairá e a célula voltará à eletronegatividade de repouso (Potencial sub-limiar [figura 16] [Se o Ca+2 'tampa de bueiro' dificulta o efluxo de K+, então ele dificulta ainda mais a entrada de Na+]). 
 Caso o Estímulo diminua muito a eletronegatividade intracelular (Potencial Limiar ou ativação [figura 17] [Se o Estímulo (apertar o botão do vaso sanitário) for suficientemente forte, então haverá descarga (Despolarização) se não for, é Potencial sub-limiar.]), o Ca+2 se afasta e a passagem fica livre, nesta situação, o Na+ é 'empurrado' pelo gradiente químico e 'atraido' pela eletronegatividade intracelular e, por isso, entra com alta velocidade que é reduzida na medida em que a eletronegatividade intracelular diminui (Despolarização (figura 18)) que simultâneamente diminiu a 'atração' ao K+. O equilíbrio (pico da Despolarização) se dá quando a redução da velocidade de entrada do Na+ é igual a velocidade de saída do K+ (início da Repolarização). Nesta instante o processo é invertido (o gradiente elétrico do Na+ é contrário, já que o interior da célula estará eletropositivo ou 'em overshoot'), a crescente velocidade de saída do K+ aumenta a eletronegatividade intracelular (Repolarização (figura 19)) que 'atrai' todos os cátions extracelulares, entre ele o Na+ e, principalmente o Ca+2... 
 O Potencial de ação (figura 20) = Despolarização (entrada de Na+ por ativação dos canais rápidos 'm3' de Na+ seguida de ativação dos canais lentos 'h' de Na+) + Repolarização (saída de K+ por ativação dos canais 'n4' de K+).
06- Discutir a condutibilidade em fibras nervosas mielinizadas e não-mielinizadas.
O Na+ atola em poça rasa (baixa eletronegatividade) e por isso a velocidade de propagação diminui.
Um Estímulo (ex: Estímulo mecânico no Nervo Ulnar entre o Epicôndilo medial do Úmero e o Olécrono da Ulna que desestabilize o Ca+2. O Na+ entra a favor de um forte gradiente elétrico resultante (= +70 -(-80) mV = +150 mV) e avança para os dois lados (anterógrado e retrogradamente). Este avanço de Na+ intracelular diminui a eletronegatividade e isto desestabiliza o Ca+2 no poro adjacente e 'novos' íons Na+ (do extracelular) entram se deslocando em direção às cargas negativas intracelulares à frente e repetindo todo o processo anterior, até atingir o último canal (Lei do Tudo-ou-Nada do Potencial de Ação Propagado [figura 21]), normalmente uma sinápse, no nosso caso é a junção neuro-muscular esquelética (figura 22). Neste, a eletronegatividade diminui (vem vindo Na+ de todo lado) e o Ca+2 é desestabilizado, o Na+ entra mas não se desloca, já que não há mais cargas negativas para onde ele possa avançar, o K+ sai e a Repolarização 'apaga a pista elétrica'. A Bomba Na/K+ entra em ação e 'apaga a pista química'.
 A distância máxima que o Na+ consegue alcançar (constante de espaço) é diretamente proporcional a seu gradiente elétrico, que é inversamente proporcional à eletro-negatividade intracelular. Em outras palavras, quanto menor a eletronegatividade intracelular menor a velocidade de propagação do potencial de ação. Morfologicamente, os fatores diretamente proprocionais à velocidade de condução são: 1- Diâmetro do neurônio e, 2- Grau de mielinização (figura 23).