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Estrutura e Função das Fibras Musculares Patricia Chakur Brum pcbrum@usp.br Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras O fato de o músculo esquelético se adaptar ao treinamento de força já era bem conhecido pelos gregos e romanos, mas em 1628, William Harvey afirmou “the more muscular and powerful men are, the firmer the flesh” Estudos com exercício físico foram inicialmente realizados por ganhadores de prêmio Nobel August Krogh (1920) AV Hill (1922) Anos 60: advento do grande crescimento de pesquisa para verificar a adaptabilidade do músculo esquelético ao exercício Até essa época se reconhecia que o músculo esquelético hipertrofia frente ao TF de força, mas não se sabia que o músculo esquelético se adaptava metabolicamente ao TF Bergström e Hultman (Estocolmo 1962) Plunger Circular guilotine Outer needle Syringe to generate suction Há apenas 49 anos conhecemos que o músculo esquelético se adapta morfo-funcionalmente ao estímulo do treino Biopsy , muscle, human, exercise 1966 2000 1.300 trabalhos Mar 2015 5016 trabalhos Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras • 1873 Ranvier Coloração avermelhada e contração mais lenta Classificação Fibras lentas vermelha Fibras rápidas branca Int. J. Morphol., 25(3)529-536, 2007. SóleoEDL • Características bioquímicas das fibras musculares Diferentes métodos histoquímicos têm sido propostos para diferenciar os subtipos de fibras musculares, mas o método mais usado para todos os propósitos é a histoquímica para miosina ATPase (Engle, 1962). Velocidade de contração • Características bioquímicas das fibras musculares Fibra Tipo I lenta Fibra Tipo IIA (intermediária) rápida Fibra Tipo IIB rápida pH 10.3 pH 4.3 36 humanos (Johnson, 1973) Variação na proporção dos tipos de fibras em diferentes músculos, com exceção do sóleo (↑ I) e orbicularis (↑ II). Fibra Tipo I lenta vermelha Fibra Tipo IIA (intermediária) rápida branca Fibra Tipo IIB rápida branca • Características bioquímicas das fibras musculares Proporção de Tipos de Fibras em diferentes músculos Fibra Tipo I lenta vermelha oxidativa SO Fibra Tipo IIA (intermediária) rápida branca oxida/glico FOG Fibra Tipo IIB rápida branca glicolítica FG Atividade Oxidativa SDH (succinato dehidrogenase) • Características bioquímicas das fibras musculares Atividade Glicolítica α-GPDH (Alfa glicerol fosfato dehidrogenase) Fibra Branca Fibra vermelha • Características estruturais das fibras musculares • Características estruturais das fibras musculares • Características estruturais das fibras musculares Nomenclatura das Fibras Parâmetro Designação Tipo de contração Tônicas Fásicas Tempo de contração Lentas Rápidas Rendimento Fatigável Não fatigável Aparência Vermelhas Brancas Atividade enzimática Oxidativas Glicolíticas Biologia molecular e características moleculares das fibras musculares Biologia molecular Filamento de miosina Em um filamento grosso há ~ 300 moléculas de miosina Biologia molecular Filamento de miosina Em um filamento grosso tem ~ 300 moléculas de miosina Filamento de miosina Meromiosina leveMeromiosina pesada + Tripsina + Papaína S1 S2 Ultraestrutura miosina Molécula Hexamérica: 2 MHC (200 kDa) 4 MLC (16-28 kDa) MHCIβ Fibra Tipo I MHCIIa Fibra Tipo IIA MHCIId/x Fibra Tipo IIX / D MHCb Fibra Tipo IIB MLC Essencial MLC Regulatória MHC Meromiosina pesada Fibra Tipo I MHCIβ Fibra Tipo IIA MHCIIa Fibra Tipo IIB (IIX/D) MHCIId/x • Características moleculares das fibras musculares 1990, Staron & Pette MHCIβ MHCIIa MHCIIb MHCIId/x Miosina ATPase MHCIIx MHCIIa MHCIIb MHCIβ Filamento Isoforma lenta Isoforma rápida Filamento fino Tropomiosina TMαs < TMβ TMαf > TMβ Troponina Troponina T Troponina C Troponina I JJJJ TnT1s, TNT2s TnCs TnIs JJJJ TnT1f, TNT2f TnT3f, TNT4f TnCf TnIf Filamento grosso Miosina de cadeia pesada MHC1 MHCIIa, MHCIId(X), MHCIIb Miosina de cadeia leve Essencial Regulatória JJJJ ELC1sa, ELC1sb RLC2s JJJJ ELC1f, ELC3f RLC2f • Características moleculares das fibras musculares Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras Fibras puras: fibras cuja característica é única e expressam somente um tipo de MHC Ex: I MHCIβ IIA MHCIIa IIB MHCIIb/IId Fibras híbridas: fibras que expressam mais de uma isoforma de MHC % Fibras híbridas---alta em músculos em transformação “Natureza transitória” Década de 80 Miosina ATPase Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras Fink et al. 1977 14 fundistas de elite 18 corredores de meia distância amadores 19 sedentários 2 maratonistas com os melhores tempos de maratona (2h 18 min) 1o) 50% de fibras vermelhas 2o) 98% de fibras vermelhas Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras Miopatia esquelética na IC I II Histoquímica para miosina ATPase (pH 9,4) Controle IC I III II Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras Caso 1 Dona Amélia, 65 anos. É hipertensa, mas encontra- se sob uso de medicamento anti-hipertensivo. Queixa-se de que se cansa muito ao subir escadas, cai com frequência e com isso prefere não se movimentar muito. Por que D. Amélia sofre tantas quedas? O que vc acha que ocorre com o músculo esquelético com a senescência? O que vc recomendaria para a D. Amélia? Caso 2 A Etiópia fez dobradinha na 90ª edição da Corrida Internacional de São Silvestre, prova de rua mais tradicional da América Latina. Na disputa masculina, Dawit Admasu venceu com o tempo de 45min04s, garantindo o lugar mais alto do pódio a seu País, que também levou no feminino com Ymer Wude Ayalew. Observando o biotipo dos atletas e pensando no seu sistema muscular esquelético, quais seriam as adaptações musculares que contribuiriam para o sucesso na prova? Tarefa 3 Ler e trazer resenha do artigo intitulado: “Myosin heavy chain isoform distribution in single fibres of bodybuilders” Kesidis N et al. 2008 Eur. J. Appl. Physiol 103:579-83. Sumário 1. Adaptações do músculo esquelético ao exercício: corpo de conhecimento ainda recente 2. Estrutura e classificação das fibras: do empírico aos avanços da tecnologia 3. Fibras puras e híbridas: mudança de paradigma na fisiologia do ME 4. A composição de fibras do músculo é um dos determinantes do rendimento no esporte? 5. A composição de fibras do músculo é alterada em doenças crônico degenerativas? 6. Tarefas próxima aula 7. Prática: métodos de avaliação dos tipos de fibras Slides extra O que confere as fibras musculares diferentes características? As características funcionais das unidades motoras 6-7 Tipo I Tipo IIa Tipo IIb Fibras por neurônio 300-800 200-400 10-180 Diam. nervo motor Pequena Grande Grande Veloc. cond. nerv. Lenta Rápida Rápida Tempo contração 110 50 50 • Características funcionais das unidades motoras frontalis/orbicularis oculi first dorsal interosseous soleus extensor digitorum brevis • Características da contração em diferentes mm Fibras I Fibras IIa Fibras IIb Intensidade Nº de fibras Recrutamento de unidades motoras durante o EF Resumindo... Características Lentas Rápidas Rápidas Tipo I Tipo IIA Tipo IIB SO FOG FG Diâmetro Menor Maior Maior Diâm. nervo motor Menor Maior Maior Capilarização Maior Menor Muito menor Força contração Menor Maior Muito maior Veloc. contração Menor Maior Maior Resistência fadiga Maior Menor Muito menor Características Lentas Rápidas Rápidas Tipo I Tipo IIA Tipo IIB SO FOG FG Metab. oxidativo Maior Menor Muito menor Metab. glicolítico Menor Maior Muito maior Glicogênio Menor Maior Maior Triglicerídeos Maior Menor Menor ATPase miosínica Menor Maior Muito maior Limiar de excitab. Menor Maior Maior
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