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Fisiologia I André Jorge Bárbara Marques Carolina Almeida 2011/2012 Sebenta das aulas teóricaS 1 Índice Células sanguíneas e Coagulação do Sangue ................................................................................................ 3 Homeostase.................................................................................................................................................... 9 Potencial de repouso e de acção.................................................................................................................... 12 Tecido muscular ............................................................................................................................................. 14 Músculo Esquelético ................................................................................................................................... 14 Músculo Cardíaco ........................................................................................................................................ 18 Músculo Liso ............................................................................................................................................... 19 Sinalização Celular ........................................................................................................................................ 21 Coração e a Circulação ................................................................................................................................. 24 Excitação miocárdia e potenciais pacemaker .............................................................................................. 24 Ciclo Cardíaco ............................................................................................................................................. 26 Regulação do Débito Cardíaco .................................................................................................................... 28 Controlo Nervoso e Hormonal da frequência cardíaca ............................................................................ 28 Regulação do Volume sistólico ............................................................................................................... 30 Electrocardiograma – ECG .......................................................................................................................... 32 Casos clínicos .............................................................................................................................................. 35 Circulação .................................................................................................................................................... 36 Aspectos biofísicos da circulação ............................................................................................................ 38 Pressão Sanguínea ................................................................................................................................... 39 Circulação Venosa ................................................................................................................................... 41 Circulação Capilar ................................................................................................................................... 42 Circulação Linfática ................................................................................................................................ 43 Insuficiência Cardíaca e Sistemas Renais ................................................................................................... 44 Mecanismos da regulação da circulação periférica ..................................................................................... 47 Regulação intrínseca ou local do fluxo sanguíneo periférico .................................................................. 47 Regulação extrínseca nervosa do fluxo sanguíneo periférico .................................................................. 48 Reflexos Vasculares ................................................................................................................................ 50 Regulação da Pressão Arterial ..................................................................................................................... 51 Circulações especiais ................................................................................................................................... 54 Circulação Coronária ............................................................................................................................... 54 Circulação intestinal ................................................................................................................................ 55 Circulação hepática.................................................................................................................................. 55 Circulação Cerebral ................................................................................................................................. 55 Circulação do Músculo Esquelético ........................................................................................................ 56 2 Rim .................................................................................................................................................................. 57 Organização anatómica dos rins e do tracto urinário ................................................................................... 57 Filtração glomerular .................................................................................................................................... 60 Reabsorção tubular ...................................................................................................................................... 64 Secreção tubular .......................................................................................................................................... 67 Reflexo da micção ....................................................................................................................................... 74 Equilíbrio hidroelectrolítico ácido-base ...................................................................................................... 74 Sistema Respiratório ..................................................................................................................................... 76 Aspectos anatómicos ................................................................................................................................... 76 Respiração ................................................................................................................................................... 78 Ventilação ................................................................................................................................................ 78 Difusão .................................................................................................................................................... 83 Fluxo sanguíneo pulmonar ...................................................................................................................... 85 Avaliação da função pulmonar .................................................................................................................... 87 Regulação do Sistema Respiratório ............................................................................................................. 92 3 Células sanguíneas e Coagulação do Sangue Sangue – tecido conjuntivolíquido que circula no sistema vascular, constituído por plasma e elementos figurados (células sanguíneas e plaquetas). Um organismo humano de 70kg tem cerca de 5L (2L de células sanguíneas e 3L constituído pelo plasma). As suas funções incluem: Transporte de nutrientes (essencialmente glucose), provenientes da reabsorção dos produtos da digestão Trocas gasosas – CO2 e O2 Eliminação de produtos de excreção – azotados, ácido úrico, ureia Protecção dos agentes invasores Participa na regulação da temperatura corporal Plasma – constituído por 90% de água, 7% de proteínas (principalmente albumina) e o restante por catiões inorgânicos (Na + - de maior concentração, K + ,Ca 2+ , Mg 2+ , H + ) e aniões inorgânicos (Cl - - de maior concentração, HCO3 - , HPO4 2- ). Apresenta osmolaridade de 280-300 mOsm/ Kg H2O e pH 7,35-7,45. A principal distinção entre o líquido intersticial e o plasma é que este último é provido de proteínas, que contribuem para pressão oncótica (responsável pela manutenção do caudal sanguíneo, sem que haja grande entrada de água para as células), são elas, essencialmente: Albumina Globulinas α, β e γ Factores de coagulação Elementos figurados: Contagem dos elementos celulares - a classificação e contagem dos elementos do sangue e respectivas percentagens denominam-se hemograma - de acordo com o que se pretende determinar há que considerar diversos tipos de análise: • glóbulos brancos (4-10 G/L): contagem diferencial de glóbulos brancos ou fórmula leucocitária (%) • glóbulos vermelhos (GV = 4-6 T/L) • hematócrito (Ht = 35-45 %): exprime a relação entre o volume dos GV do sangue e o volume total deste • hemoglobina (Hb = 11,5-15,5 g/dL): determinação da quantidade de hemoglobina • volume globular médio (VGM ou VCM = 80-100 fL): determinação do tamanho dos GV (Ht/ nº GV) • concentração da hemoglobina corpuscular média (CHCM ou HCM= 27-32 Pg): quantidade de hemoglobina por GV (Hb/Ht) • morfologia dos GV • plaquetas (150-400 G/L): contagem das plaquetas Hematopoese – processo de formação, desenvolvimento e maturação das células sanguíneas. Dá-se a partir da 3ª semana do desenvolvimento embrionário, a partir de células especiais do saco vitelino e, posteriormente de fígado, baço e medula óssea. Logo a seguir ao nascimento e até aos 5 anos, a hematopoese só se dá na medula óssea vermelha de todos os ossos, embora nos adultos esta só ocorra na pélvis, vértebras, costelas, crânio e extremidades proximais dos ossos longos. Dá-se em microambiente adequado, criando pelas células do estroma, que conferem suporte e matriz. Para que ocorra é necessário ainda a libertação de factores específicos de crescimento: colony-stimulating factors – CSF – factores estimuladores de colónias, produzidos pelas células endoteliais, glóbulos brancos e medula óssea): o Macrófagos-CSF – crescimento dos macrófagos o Granulócitos-CSF – crescimento dos granulócitos o Leucócitos-CSF – crescimento dos leucócitos Eritropoetina (EPO) – crescimento dos eritrócitos, produzida no rim Níveis Aumentado Diminuído Glóbulos vermelhos Policitémia Anemia Glóbulos brancos Leucocitose Leucopenia Plaquetas Trombocitose Trombopenia 4 baixa quantidade de O2 nos tecidos - hipóxia ↑ de EPO ↑ da síntese de GV ↑ de Hemoglobina ↑ do transporte de O2 para os tecidos Trombopoetina (TPO) – crescimento dos megacariócitos, que dão origem às plaquetas, é produzida no fígado e no rim Interleucina-3 – crescimento dos mielócitos, produzidas pelas células endoteliais e glóbulos brancos A produção destas células ocorre em dois tipos de tecidos após o nascimento, tecido mielóide e tecido linfóide. O tecido mieloide é a medula óssea vermelha (tecido conjuntivo, rico em colagénio tipo 3, células reticulares, capilares sanguíneos e regiões de formação e maturação) dos ossos longos, esterno, pélvis, etc.; o tecido linfóide inclui os gânglios linfáticos, as amígdalas, o baço e o timo, o qual produz linfócitos provenientes de células originadas na medula óssea. Os órgãos intervenientes na hematopoiese são chamados de órgãos hematopoéticos. Células estaminais, presentes, por exemplo, no cordão umbilical, são pluripotentes, capazes de dar origem a todos os tipos de células do organismo. Eritropoese – processo de formação, desenvolvimento e maturação de eritrócitos O factor de crescimento responsável pela realização da eritropoese é a Eritropetina, é uma glicoproteína produzida no rim, em situações de baixa pressão de O2. Tem a função de acelerar a diferenciação das células estaminais em eritroblastos, precursores de eritrócitos. Para além do factor de crescimento, é necessário a presença de ácido fólico, vit. B12 e Fe. 1. A célula estaminal mielóide diferencia-se em eritroblasto. 2. Os eritroblastos diminuem o volume. 3. Ocorre a condensação drástica do núcleo e os nucléolos ficam invisíveis. 4. Síntese de hemoglobina. 5. Adquirem receptores para o complexo ferro-transferrina. 6. Expulsão do núcleo, que é posteriormente fagocitado pelos macrófagos. 7. Os eritroblastos sem núcleo, agora chamados de reticulócitos entram na corrente sanguínea. 8. Durante 24h após a formação do reticulócito, vai perdendo mitocôndrias e ribossomas, formando os eritrócitos maduros. Uma vez que perdem estes organelos perdem consequentemente a capacidade de sintetizar Hb e de realizar o metabolismo oxidativo, daí que tenham grande susceptibilidade ao stress oxidativo. A eritropoese (eritroblastos → reticulócitos) dura cerca de 7 dias e a maturação (reticulócitos → eritrócitos) 24h. Eritrócitos - 4-6T/L Mais abundantes Anucleados Recorrem à glicólise para a obtenção de ATP, visto não terem mitocôndrias Produzem 2,3-bisfosfoglicerato que diminui a afinidade da Hb para o O2 Tem a forma de um disco bicôncavo, porque a membrana da célula é flexível, devido às características específicas do citoesqueleto. Por isso, alterações morfológicas fornecem pistas acerca de certas doenças: o Células em forma de foice – anemia falciforme o Esferócitos, em esfera – esferocitose o Diminuição do volume corpuscular médio – anemia microcítica por défice de ferro Têm membrana plasmática com proteínas, que conferem grupos sanguíneos diferentes Défices de vit. B12 é a situação patológica de anemia perniciosa. 5 Eritrócito Conteúdo celular Hb Aminoácidos reutilizados Grupo heme Protoforfirina IX Bilirrubina Ferro reciclado Mudam a forma em resposta a alterações osmóticas do sangue (em meio hipotónico a água entra para a célula, em meio hipertónico sai água da célula) Mesmo em situações alteradas da pressão osmótica do sangue tem uma grande capacidade de se manter íntegro Têm grande relação superfície/volume, a fim de terem uma área de difusão maior O tempo de semi-vida do eritrócito é de 120 dias Hemoglobina A – constituída por 2 cadeias de α-globina e 2 cadeias de β-globina e 4 grupos hémicos. Cada grupo hémico tem um anel de porfirinas, ao qual está ligado um átomo de Fe no estado ferroso , capaz de ligar O2. A Hb fetal (tem cadeias γ-globinas em vez das cadeias de β-globina) tem maior afinidade para o O2 do que a HbA para que seja capaz de resgatar o O2 da mãe. Destruição do eritrócito Metabolismo do Ferro 1. Ingestão do ferro na alimentação. 2. Absorção no intestino delgado por transporte activo. 3. Transporte do Fe pela transferrina no plasma. 4. Utilização do ferro para a eritropoese e outros metabolismos. 5. Aquando do catabolismo da Hb,o baço converte-a em bilirrubina. 6. A bilirrubina não conjugada vai para o fígado para ser conjugada e formar bilirrubina directa. 7. Excreção pela bílis e fezes e também pela urina, sob a forma de urobilinogénio. Leucócitos – 4-10 G/L Nucleados e maiores que os GV Tempo de semi-vida: 1-9 dias Não têm a capacidade de se dividir Categorias: o Granulócitos: Neutrófilos Eosinófilos Basófilos o Agranulócitos Monócitos – dão origem aos macrófagos Linfócitos Leucopoese – processo de formação, desenvolvimento e maturação de leucócitos É estimulada por factores de crescimento entre eles interleucinas: IL3 – basófilos IL5 – eosinófilos IL4 e IL7 – linfócitos B IL2, IL4, IL7 – linfócitos T. Além das interleucinas é estimulada também por CSF: G-CSF – neutrófilos GM-CSF – eosinófilos e monócitos Icterícia hemolítica – destruição acelerados de eritrócitos, com acumulação de bilirrubina nos tecidos. 6 Células progenitoras - pró- mielócitos Mielócitos neutrofílicos Mielócitos eosinofílicos Maturação - condensação do núcleo e aumento dos granulos específicos do citoplasma Entram na circulação sanguínea Mielócitos basofílicos Monoblastos Pró- monócitos Monócitos Entram na circulação sanguínea Entram nos tecidos Macrófagos Maturação dos Granulócitos – dura cerca de 10 dias Maturação dos Monócitos Maturação dos Linfócitos: Plaquetas Contém muitas mitocôndrias e vários grânulos, com proteínas de coagulação e citocinas As plaquetas têm função na hemóstase primária e secundária e na integridade do endotélio São pequenos fragmentos de megacariócitos anucleados, mas com mitocôndrias e retículo endoplasmático liso, são encontrados na medula óssea São activos (contracção e produção de ATP) e activáveis (activam mecanismos para prevenir perda de sangue) Tempo de semi-vida: 8-14 dias Normalmente não estão activas, são activadas quando há lesão nos vasos O seu crescimento é estimulado pela trombopoetina, que é uma glicoproteína que regula o crescimento e a maturação dos megacariócitos Hemóstase – cessação da hemorragia e reparação do vaso sanguíneo lesado. Principais mecanismos: 1. Resposta vascular – vasoconstrição, contracção da musculatura vascular lisa para diminuir o caudal do vaso evitando a perda de mais sangue, estando interveniente, por exemplo, a endotelina 2. Hemóstase primária – bloqueio temporário das plaquetas com formação de um trombo ou tampão plaquetário 3. Hemóstase secundária – formação do coágulo sanguíneo sob o orifício até que o tecido seja reparado 4. Reparação do vaso sanguíneo 5. Retracção e dissolução do coágulo. Formação do tampão plaquetário – hemostase primária Quando há ruptura do vaso, há exposição dos principais constituintes, principalmente o colagénio. As plaquetas por conterem integrina têm a capacidade de interagir com o colagénio exposto, cuja ligação é reforçada pelo factor von Willebrand (FvW). Essa interacção vai desencadear a activação das plaquetas (adesão plaquetar ou aglutinação), com consequente libertação dos conteúdos plaquetários dos grânulos, nomeadamente os factores plaquetares (tromboplastina), serotonina e ADP. Há a formação do tromboxano A2 que tem um importante papel na vasoconstrição. Por fim há a formação do trombo plaquetário. 2 divisões Linfoblastos várias divisões com diminuição de volume Pró-linfócitos Linfócitos B Linfócitos T 7 A serotonina e o ADP são importantes para desencadear o mecanismo de feedback positivo, activando mais plaquetas. Por outro lado, há substâncias que limitam a extensão do coágulo (permitem a vasodilatação, inibem a activação, adesão e agregação de plaquetas) , como o NO e as prostaciclinas, libertadas pelo endotélio de modo a que o tampão plaquetar não seja demasiado grande Processo de coagulação ou Hemostase secundária – rede de reacções enzimáticas que culmina na formação de fibrina, a partir de fibrinogénio pela trombina. A coagulação sanguínea é um processo complexo que consiste na activação sequencial de vários factores de coagulação, sintetizados no fígado e muitos dependentes da vitamina K e Ca 2+ . Via intrínseca da coagulação – quando o sangue entra em contacto com superfícies carregadas negativamente, ou seja, quando há lesão do vaso e exposição dos fosfolípidos, há a activação do factor XII e o início da cascata enzimática. Via extrínseca da coagulação – é mais rápida que a via intrínseca, é dependente do factor tecidual, factor III ou tromboplastina, uma vez que as citocinas inflamatórias e as membranas celulares lesadas levam à expressão deste factor. Via comum – é uma via comum às duas anteriores em que a activação do factor IX por ambas as vias vai levar à activação do factor X, que converte protrombina a trombina (factor IIa), depende de vit K e Ca 2+ . Esta, por conseguinte, forma fibrina a partir de fibrinogénio (factorI) e activa o factor XIII. Este último factor vai formar as ligações cruzadas da fibrina, estabilizando-a e, formando, assim, o coágulo sanguíneo. A via de coagulação é um mecanismo de feedback positivo, uma vez que, aquando da activação do factor IX, este vai levar ainda à activação de factores anteriores, desencadeando a formação de mais fibrina para aumentar a estabilidade do coágulo. Quando há a reparação do vaso lesado, os componentes do endotélio, incluindo o colagénio deixa de estar exposto e o factor tecidual deixa de estar estimulado e o estímulo da formação do coágulo é inibido, com finalização do processo. A retracção do coágulo é realizada devido à contracção plaquetar e à do músculo liso vascular, desencadeada pela libertação de Ca 2+ . Dissolução do coágulo – Fibrinólise Quando há a formação do coágulo, há formação de trombina, que desencadeia a formação do polímero de fibrina e activa a plasmina. A plasmina, também activada pelo activador de plasminogénio tecidual (tPA), vai fragmentar o polímero de fibrina, fazendo desaparecer o coágulo. Anticoagulantes endógenos – impedem a activação das vias de coagulação Prostociclina é um potente inibidor da agregação plaquetar actuando como antagonista do tromboxano A2 Heparina, é um proteglicano carregado negativamente, que está presente no plasma e na superfície das células endoteliais, inibe a agregação plaquetar e interage com a antitrombina III para inibir a activação a trombina, por inibição os factores X, XII, XI e IX. As células endoteliais expressão trombomodulina que se liga à trombina formando o complexo trombomodulina-trombina. Este complexo activa a proteína C que, por sua vez, vai inibir a acção dos factores Va e VIIIa. Além disso, a proteína C estimula a conversão de plasminogénio a plasmina e esta fragmenta o polímero de fibrina, dissolvendo o coágulo. Trombos e êmbolos – formação do coágulo em locais inapropriados por alteração nos factores de coagulação, fluxo sanguíneo e integridade vascular. Trombos arteriais – levam à isquémia , enfarte e AVC. Têm como principal causa a aterosclerose em artérias de médio e grande calibre. Os principais factores de risco são genéticos, do género, idade, tabagismo, hipertensão e hipercolesterolémia. Trombos venosos – levam à redução do tónus venoso (grávidas e em mulheres que tomam contraceptivos orais), sendo a consequência mais grave a embolização (embolismo pulmonar) 8 Doenças hemorrágicas Trombocitopenia – diminuição do número de plaquetas (Ex.: Leucemia) Trombocitopatia – deficiência na activação das plaquetas (Ex.: Doençade von Willebrand, caracterizada por hemorragias espontâneas nos tecidos moles, articulações e tracto gastrointestinal) Hemofilias – defeitos hereditários nos factores de coagulação o Deficiência no factor VIII – Hemofilia A o Deficiência no factor IX – Hemofilia B Deficiência na vit K – a vit K é necessária para a activação dos factores VIII, IX, X e protrombina Doenças hepáticas – a isfunção hepática tem como consequência a diminuição da produção dos factores V, VIII, IX, X, XI e XII Reacções de transfusão Ao efectuar uma transfusão de sangue é necessário conhecer os grupos sanguíneos do receptor e do dador. Uma transfusão feita a um receptor que possui anticorpos que aglutinam as hemácias do dador produz uma reaccção transfusional imediata. Sistema ABO – é um dos mais importantes sistemas de classificação dos grupos sangu Na população humana pode-se encontrar quatro grupos sanguíneos; A, B, AB e O. Estes são distinguíveis pelas proteínas da membrana plasmáticas, que formam os antigénios – aglutinogénios. No plasma, os anticorpos contra os aglutinogénios denominam-se de aglutininas. O sangue que contenha hemácias com um determinado tipo de aglutinogénios vais produzir aglutininas contra aglutinogénios que não possua, assim, quando esse organismo recebe hemácias com aglutinogénios que não possua vai desencadear uma reacção de aglutinação de GV. Grupo sanguíneo Aglutinogénios nos GV Aglutininas no plasma Tipo de dador A A Anti-B A e O B B Anti-A B e O AB A e B Nenhum A, B, AB e O O Nenhum Anti-A e Anti-B O Os indivíduos com sangue do grupo O são conhecidos como dadores universais, já que podem dar sangue a pessoas com qualquer dos outros grupos. Os indivíduos com sangue do grupo AB são receptores universais, pois o seu sangue não contém aglutininas, não aglutinando por isso as hemácias do dador. Sistema Rh Sistema genético caracterizado pela existência de um alelo que determina o aparecimento de antigénios específicos denominado factor Rh ou aglutinogénio D, nas membranas das hemácias. Estes antigénios induzem a formação dos anticorpos, aglutininas anti-Rh. Consideram-se Rh+ (positivo) as pessoas que possuem antigénios Rh, e Rh- (negativo) as que não têm. Do sistema Rh fazem parte pelo menos, mais oito antigénios além do antigénio D, mas este é o mais importante no que diz respeito a transfusões. O sistema Rh existe e actua independentemente do sistema ABO e segue a lei da imunidade, ou seja há produção de anticorpos anti-Rh após a exposição de sangue duma pessoa Rh-. Sistema Rh e gravidez O nascimento de crianças com graves problemas sanguíneos deve-se a uma anomalia nas hemácias, as quais são pouco eficientes no transporte do oxigénio. Esta doença tornou-se conhecida como eritroblastose fetal ou doença hemofílica do recém-nascido. O sangue materno e fetal normalmente não se misturam, no entanto pode, nas últimas semanas de gravidez ou durante o parto, haver uma pequena mistura de sangue. Neste caso pode ocorrer fundamentalmente três tipos de situações: Mãe Rh- e feto Rh+: o Uma certa quantidade de hemácias do feto penetra no sangue da mãe o O organismo materno produz anticorpos anti-Rh, que atravessam a placenta e surgem no sangue do feto, mas em pouca quantidade 9 alto fluxo sanguíneo activação mecânica das células endoteliais dos vasos o estímulo é recebido pelas células sensoriais por feedback negativo há libertação de NO, como um sinal químico as células efectoras realizam a resposta as células musculares lisas dos vasos sanguíneos relaxam diminuição do fluxo sanguíneo o Na gravidez seguinte, se o feto voltar a ser Rh+, a placenta pode voltar a deixar passar hemácias fetais para o sangue materno; o A reacção imunológica é agora mais intensa e a quantidade de anticorpos anti-Rh é bastante elevada a passagem de aglutininas anti-Rh através da placenta pode provocar a aglutinação e destruição dos glóbulos vermelhos – eritroblastose fetal Mãe Rh- e feto Rh - - se os fetos de uma mãe Rh - forem Rh - não desencadeiam no organismo da mãe a formação de aglutininas anti-Rh Mãe Rh+ e feto Rh + ou Rh - - se a mãe for Rh + não há qualquer problema, quer o feto seja Rh + ou Rh - , pois a mãe não produz anticorpos anti-Rh Homeostase A fisiologia humana é o estudo de como o corpo humano funciona, com ênfase em mecanismos específicos de causa-efeito. Existem 10 sistemas de órgãos no nosso organismo, com diferentes funções, sendo que todos eles estão inter-relacionados : sistema circulatório, respiratório, digestivo, urinário, músculo-esquelético, imunitário, nervoso, endócrino, reprodutor, intergumentar. Dos dez, há quatro sistemas em contacto directo com o exterior: urinário, reprodutor, respiratório e digestivo. Para sua protecção, estão revestidos por epitélio de revestimento. Homeostase As células individuais não são tolerantes a grandes variações, assim sendo, o organismo mantém a composição do meio intracelular com pequenas variações, de modo a manter o funcionamento celular apropriado. Homeostase é a manutenção do meio interno dentro de uma determinada gama de valores, deste modo, existem mecanismos homeostáticos que funcionam como uma resposta coordenada do organismo a variações, de modo a manter a estabilidade interna. Se as respostas falharem, o organismo entra em doença. O sistema nervoso em conjunto com o sistema endócrino regula todos os mecanismos homeostáticos do organismo. Postulados de Cannon: Órgãos dos sentidos → entrada sensorial → processo integrado → resposta/saída motora controlo tónico – controlo muito rigoroso com um único sinal, em que a frequência de um sinal tónico normalmente determina a magnitude da resposta fisiológica. Exemplo: diâmetro dos vasos sanguíneas está sob controlo tónico – aumentando a frequência do sinal neuronal, promove a vasoconstrição e à medida que a frequência decresce, ocorre a vasodilatação (regulação do calibre) controlo antagónico – controlo através de moduladores positivos e moduladores negativos, em que é um estimulado e o outro inibido. Exemplo: frequência cardíaca é controlada por sistemas neuronais antagónicos – sinais simpáticos aumentam a frequência cardíaca, sinais parassimpáticos diminuem a frequência cardíaca. Consoante o receptor ao qual se ligue o sinal químico, este pode induzir diferentes efeitos, em diferentes tecidos do organismo. Exemplo: se a adrenalina se ligar aos α-receptores vai induzir a vasoconstrição, se se ligar aos β-receptores, induz vasodilatação. Existem dois métodos de regulação do meio interno: 1. resposta a nível local – ocorre localmente, em resposta a estímulos das células 10 estímulo detectado pelo receptor transmitido para o SNC por via aferente interprtação do sinal pelo SNC transmissão do sinal à célula efectora pela via eferente resposta motora ao estímulo Proteínas membranares estrutural periféricas transmembranares associadas a lípidos - lipoproteínas funcional transportadores membranares específicas para algumas moléculas canais iónicos sempre abertos Gated channels (regulados) sensíveis à voltagem regulados mecanicamente regulados quimicamente função estrutural citosqueleto junções especializadas enzimas metabolismo transdução do sinal receptores transporte por endocitose 2. arcos reflexos – resulta de respostas reflexas, passam para locais mais longínquos, controladospelo sistema nervoso central Feedback negativo – via onde a resposta celular contraria ou remove o estímulo inicial, estabilizando o parâmetro a regular e, por isso, diz-se homeostático. Ex.: regulação da temperatura corporal Feedback positivo – destabiliza o sistema aumentando o estímulo em vez de o diminuir ou remover, sendo, por isso, não homeostático. Ex.: trabalho de parto Dinâmica Membranar A selectividade da membrana celular (dinâmica membranar) permite aos compartimentos intracelular e extracelular possuir propriedades químicas e eléctricas diferentes, para além de regular as trocas entre os dois meios. Permite, então, um isolamento físico. A bicamada lípidica, cuja parte polar está voltada para o exterior, é permeável a certas substâncias (gases, água, moléculas polares pequenas e sem carga) e impermeável a outras (moléculas polares grandes e sem carga, iões, moléculas polares carregadas). Assim, esta selectividade membranar e a existência de proteínas membranares transportadoras permite às células manter uma composição interna que é muito diferente da composição do fluido extracelular. Para além disto, a membrana celular dá suporte estrutural à células, devido à interacção com o citosqueleto e o estabelecimento de junções com outras células. 11 Utilização de E Não Difusão simples Difusão facilitada Sim Transporte activo primário utiliza directamente o ATP Mediado por proteínas Transporte activo secundário Bombas ATPásicas Utilização de uma vesícula Endocitose Exocitose Fagocitose Transporte de solutos – há diferentes tipos de transportes de solutos através da membrana, visto haver uma grande selectividade membranar Movimento de Moléculas através do Epitélio As células do epitélio são polarizadas: de um lado têm a membrana apical, que faz face ao lúmen do órgão e do outro lado a membrana basolateral, que está voltada para o fluido extracelular (sangue). Diferentes proteínas estão presentes nas duas membranas, com propriedades distintas de transporte. A polarização da membrana permite transporte direccional Exemplo: A glicose e os aminoácidos provenientes da dieta alimentar têm que ser transportados do lúmen para o sangue, uma vez que são necessários para produção de energia, esse transporte é efectuado pelos enterócitos, células que revestem a superfície do intestino delgado. Por vezes, é necessário estas células promoverem o transporte dessas susbstâncias, em condições em que a sua concentração é mais baixa no lúmen do que no sangue (recorrendo ao transporte activo). Entre duas células epiteliais existem junções fortes (zonas de oclusão), que são locais impermeáveis à glicose e a pequenos solutos, para serem absorvidas, estas substâncias têm que passar através da célula, por absorção transcelular, Existem diferentes sistemas de transporte na membrana apical e na membrana basolateral: o Membrana Apical: simporte – simultaneamente, glicose da dieta e Na + provenientes do lúmen, atravessam a membrana, entrando na célula o Membrana Basolateral: uniporte – glicose que vem da célula atravessa a membrana em direcção ao sangue bomba Na+/K+ – estabelece o gradiente de Na+, em que sai Na+ para o sangue e entra K+ 12 Potencial de repouso e de acção Potencial de repouso As células têm potenciais de membrana em repouso negavitos, graças à existência de proteínas carregadas negativamente no meio intracelular e aos canais iónicos que permitem o fluxo iónico entre o meio intracelular e extracelular. Assim, diferentes tipos de células com diferentes densidades relativas de canais iónicos e diferentes concentrações proteicas têm iferentes potenciais de membrana. As células, em repouso, possuem uma concentração alta de potássio no seu interior, devido à bomba de Na + /K + , sendo as suas membranas, essencialmente, permeáveis a K +. Como por cada três iões Na+ que passam para o exterior, entram dois iões K + para o interior, o interior de célula é sempre negativo em relação ao exterior. A diferença de potencial através da membrana, ou seja, o potencial da membrana, é gerada por difusão dos iões K + e por separação de carga. Em repouso, os potenciais de membrana de um neurónio são -70mV (o potencial de membrana é medido em Volts ou milivolts) O potencial de membrana devido à difusão de um só ião é dada pela equação de Nerst; assim sendo, para o K + : Contudo, as membranas celulares também são permeáveis a outros iões, sobretudo Na + e Cl - , assim sendo, a equação de Goldman entra em consideração com esse facto: Potencial de membrana (PM) – em repouso é determinado em grande parte pelo gradiente de concentração e permeabilidade relativa da célula para cada ião (aplicação da eq. de Goldman), daí que num potencial de membrana o gradiente de concentração para um ião seja idêntico ao gradiente eléctrico para o mesmo. Chama-se também a esta diferença de potencial, potencial de equilíbrio. Definição de conceitos: excitabilidade é a capacidade de gerar potenciais de acção despolarização corresponde à fase em que o potencial da membrana aumenta (torna-se positivo ou menos negativo), por abertura dos canais de sódio e consequente entrada deste ião hiperpolarização corresponde à fase em que o potencial da membrana se torna ainda mais negativo do que o potencial em repouso overshoot corresponde ao momento em que o potencial de membrana ultrapassou os 0mV repolarização corresponde à fase em que o potencial da membrana diminui (torna-se ainda mais negativo que inicialmente), por abertura dos canais de potássio e inactivação dos canais de sódio, voltando ao potencial de repouso threshold é o valor de potencial necessário para gerar potenciais de acção Potencial de acção (PA) – é uma breve despolarização de membrana, que se propaga, ou seja, é conduzida sem decréscimo, ao longo de uma membrana excitável Propriedades: é um processo de tudo ou nada – é independente do tipo de estímulo que o provocou ou de qualquer outra situação simultânea; o estímulo precisa de despolarizar para um limiar de voltagem (normalmente, 15 mV positivos relativamente ao potencial de repouso) para que o potencial de acção seja activo tem amplitude constante – sempre da mesma intensidade uma vez que os potenciais de acção não se podem somar, sendo a informação codificada por frequência e não por intensidade 13 tem início por despolarização – quando alcançado o limiar de activação, produz-se a abertura de "canais" de cálcio na membrana celular; esta entrada de Ca 2+ produz a abertura de canais de Na + , entrando este para o citoplasma, causando o potencial de membrana positivo. Os potenciais de acção podem ser induzidos em músculos e nervos por estimulação extrínseca (percutâneas), não pode acontecer por repolarização. envolve alterações de permeabilidade – permitindo a passagem de iões pela abertura dos seus canais específicos. Quando há despolarização, a permeabilidade para o Na + aumenta substancialmente permitindo o aumento do PM. depende de canais iónicos sensíveis à voltagem – para que os canais de passagem dos iões abram, é necessário que esses canais sejam sensíveis e abram em resposta ao aumento da voltagem tem velocidade de condução constante – em cada fibra a velocidade depropagação é constante; a velocidade de propagação varia de fibra para fibra: fibras com diâmetro grande conduzem mais rapidamente do que as fibras com diâmetro menor; a presença de mielina (bainha que reveste o axónio) também é importante na maior ou menor velocidade de propagação Fluxo do Na + durante o PA 1. o potencial de membrana em repouso faz com que uma porta de activação mantenha os canais de Na + fechados, a bomba Na + -K + está activa 2. a despolarização estimula a abertura das portas de activação, que activam os canais de Na+ 3. com a abertura das portas de activação, Na+ entra na célula, por feeedbak positivo – fase ascendente 4. portas de inactivação fecham e o Na+ pára de entrar 5. fase de repolarização associado aos canais de K+ que o levam para fora da célula, pois o pico de permeabilidade dos canais de K + ocorre quando a permeabilidade dos canais Na + já está a descer devido ao fecho das portas de inactivação dos canais (os canais de K + são muito mais lentos) – fase descendente Fases dos ciclos de Potencial de acção 14 Período refractário Após inactivação, os canais de Na + não voltam a abrir enquanto não tiver ocorrido a repolarização da membrana. Próximo do potencial de repouso, os canais de Na + passam do estado inactivo ao estado desactivado (fechado). Imediatamente, a seguir de um potencial de acção, a membrana não consegue gerar outro potencial de acção, por estar a fechar – período refractário absoluto. Assim sendo, à medida que os canais de Na + transitam do estado inactivo para o estado fechado, a membrana readquire a capacidade de gerar potenciais de acção. No entanto, o limiar de activação é mais elevado, o que significa que é necessário um maior estímulo – período refractário relativo. O período refractário impede a autoexcitação doutro modo, um potencial de acção ao atingir o terminal do axónio, poderia re-excitar o axónio no sentido oposto, ou seja, geraria um potencial retrógrado. Assim sendo, os potenciais de acção são conduzidos numa direcção apenas – condução unidireccional. Condução Saltatória nos Axónios Mielinizados Nestes axónios, grande parte da membrana está coberta por mielina (substância lípidica). Esta bainha de mielina aumenta a resistência da membrana e reduz a capacitância total da membrana. Estes factores aumentam a capacidade de propagação do fluxo de corrente local ao longo do axónio. Em axónios mielinizados existem regiões de descontinuidade da bainha de mielina, que acarretam a existência de uma constrição (estrangulamento) denominada nódulo de Ranvier. Os canais de Na + que geram a fase ascendente do potencial de acção surgem apenas nestes nódulos – condução saltatória – onda de despolarização "salta" directamente de um nódulo para outro, não acontecendo em toda a extensão da região mielinizada (a mielina é isolante). Assim, há um considerável aumento da velocidade do impulso nervoso. Tecido muscular Músculo Esquelético Músculo Cardíaco Músculo Liso Fixam-se aos ossos do esqueleto e a sua contracção é responsável pelos movimentos corporais Bombeia sangue involuntariamente não temos controlo sobre ele Circunda os órgãos ocos, estômago, tracto intestinal, bexiga, útero, vasos sanguíneos, condutas aéreas A sua contracção é controlada pelo sistema nervoso somático e está sob controlo voluntário A sua contracção permite o bombeamento de sangue para todo o corpo A sua contracção permite a propulsão dos conteúdos dos órgãos e regulação do fluxo sanguíneo Permite a interacção dos seres vivos com o ambiente Contracção intrínseca mas controlada pelo SN autónomo e por hormonas Contracção intrínseca mas controlada pelo SN autónomo e por hormonas Músculo Esquelético Os tendões permitem a ligação do músculo ao osso; a extensão dos tendões em torno do músculo juntamente com proteínas fibrosas do tecido conjuntivo formam uma camada exterior (de tecido conjuntivo) denominada epimísio. Esse tecido conjuntivo externo extende-se para o interior do músculo, dividindo este em colunas, denominadas fascículos. Cada um dos fascículos é rodeado pela sua própria camada de tecido conjuntivo, denominado por perimísio. Se fizermos um corte transversal nos fascículos, podemos visualizar que estes são constituídos por muitas fibras musculares que se inserem através dos tendões. As fibras musculares são células fusiformes, cílindricas, finas, alongadas e com vários núcleos (durante o desenvolvimento, muitos mioblastos fundem mas os núcleos individuais permanecem); possuem também os mesmos organelos presentes noutras células, possuindo muitas mitocôndrias (grande necessidade de energia). Cada uma das fibras musculares é rodeada pela sua própria camada de tecido conjuntivo, denominado por endomísio. Por sua vez, cada fibra muscular é composta por um certo número de elementos cílindricos independentes, as miofibrilhas. As miofibrilhas dividem-se nas unidades básicas e funcionais do músculo – o sarcómero. 15 Sarcómero A propriedade mais característica das fibras musculares esqueléticas é o seu aspecto estriado, visto ao microscópio. As estrias são consequência da organização do músculo esquelético, no qual os sarcómeros são constituídos por filamentos menores, de organização regular e é a disposição desses filamentos (proteínas contrácteis – são responsáveis pela contracção dos músculos) no sarcómero que faz com que, ao microscópio, observemos bandas alternadas, induzindo assim ao aspecto estriado do músculo esquelético. Organização do sarcómero: a zona H é composta pelos microfilamentos de miosina a banda A (anisotrópica) é constituída por microfilamentos de miosina e actina (local de interacção) – banda escura a banda I (isotrópica) é formada por microfilamentos de actina – banda clara a linha Z separa um sarcómero do sarcómero seguinte Os filamentos finos estão seguros numa das suas extremidades pela linha Z; têm um comprimento de 1 μm (em músculo esquelético de vertebrados). Corresponde à banda I. Associado a cada filamento estão diversas proteínas: Actina Nebulina – é uma proteína estrutural que regula cada filamento de actina e determina o comprimento deste. Tropomiosina – obstrui os locais de ligação da actina à miosina, impedindo a interacção entre estas que provocaria uma rigidez constante Troponina – liga Ca2+ livre do citoplasma da célula alterando a conformação do complexo troponina/tropomiosina, expondo os locais de ligação da actina à miosina Os filamentos grossos têm um comprimento de aproximadamente de 1,6 μm. Corresponde à banda A. Associado a cada filamento espesso estão varias proteínas: Miosina – é formada por uma extremidade globular e uma cauda longa, semelhante a um taco de golfe. A extremidade globular, também chamada de cabeça de miosina, é saliente voltada para o exterior com locais de ligação de ATP e ligação à actina, através de pontes cruzadas. Titina – polipéptido comprido, que prende o filamento espesso à linha Z, mantendo-o em posição no centro do sarcómero. Ultraestrutura do músculo esquelético o sarcolema é a membrana plasmática que reveste cada fibra muscular; mantém a composição do interior celular e proporciona uma condução rápida dos potenciais de acção pela superfície da fibra muscular o retículo sarcoplásmisco (RS) é uma rede que envolve toda a fibra muscular, snedo que cada unidade do RS localiza-se acima do sarcómero;as suas funções são armazenar grandes concentrações de Ca 2+ , libertá-lo em resposta a um PA no túbulos T e removê-lo de forma a terminar contracção. as cisternas terminais são porções expandidas do RS, onde grande parte do Ca2+ existente no músculo relaxado é armazenado os túbulos transversos ou túbulos T são invaginações regulares do sarcolema (possuem no seu interior, fluido extracelular, sendo ricos em Na + e Ca 2+ ) que percorrem toda a fibra e cuja função é conduzir os potenciais de acção no interior da fibra. Os túbulos T possuem receptores DHP que funcionam como sensores de voltagem respondendo à despolarização da membrana. Nos músculos dos mamíferos, localizam-se nas extremidades da banda A. as tríadas são estruturas do músculo esquelético constituídas por um túbulo T e duas cisternas terminais Acoplamento excitação-contracção Na periferia das fibras mucuclares existem junções neuromusculares, que são terminais do axónio ligados à fibra muscular. 1. Quando há necessidade de contracção, o SNC envia um impulso nervoso (desencadeamento do PA nervoso) até ao neurónio motor, existente na periferia da fibra muscular. 2. Esse impulso faz com que seja libertado acetilcolina nos terminais nervosos do neurónio motor, 3. Essa libertação desencadeia um potencial de placa motora 4. O potencial de placa motora gera potenciais de acção muscular 16 5. Os potenciais de acção muscular despolarizam os túbulos-T, 6. Os túbulos T conduzem estes os PA para o interior da célula 7. Quando os túbulos T conduzem os PA, os DHP (dihidroxipiridina) sofrem uma alteração conformacional que provoca a abertura dos canais de Ca 2+ existentes na membrana do RS. 8. Após abertura dos canais, o Ca2+ é libertado (segundo gradiente de concentração) para o citoplasma. 9. Contracção muscular. 9.1. Na presença de cálcio, este liga-se à troponina e altera a sua conformação. 9.2. A troponina desloca a tropomiosina que expõe os locais de ligação da miosina com a actina 9.3. Formação de pontes cruzadas para interacção forte Actina-Miosina, por a miosina estar ltmente energética (após a ter ocorrido a hidrólise de ATP a ADP e Pi, que deixa a miosina activa a ligar-se à actina). 9.4. Após a ligação da miosina à actina, há libertação do ADP e Pi, alterando a conformação da miosina – descarga energética. 9.5. Deslocamento da cabeça de miosina ao longo do filamento de actina em cerca de 10nm. 9.6. Ligação de ATP à miosina com quebra das pontes cruzadas e separação do complexo miosina- actina 9.7. Hidrólise de ATP e início de um novo ciclo O ATP liga-se à miosina reduzindo a afinidade desta pela actina, promovendo, então, a dissociação entre a ponte cruzada de miosina e actina. Sem ATP, as pontes cruzadas não se dissociam e o músculo está rígido (Rigor mortis – rigidez cadavérica). No ciclo das pontes cruzadas o ATP desempenha dois papéis distintos: A Energia libertada pela hidrólise de ATP é a energia utilizada para o movimento da ponte cruzada A ligação de ATP à molécula de miosina rompe a ligação com a actina no final de cada ciclo, permitindo o início de um novo Esta ligação sucessiva da miosina aos monómeros de actina provoca um deslizamento dos filamentos (um sobre um outro), promovendo um encurtamendo da banda I e, consequentemente, do sarcómero, resultando na contracção do músculo esquelético. Relaxamento Para que o processo de contracção seja interrompido é necessário cessar a produção dos PA para que não continue a libertação de cálcio do RS. A terminação de PA provoca a activação das bombas Ca 2+ - ATPase, existentes na membrana do RS que promovem a entrada de cálcio para o interior do RS por transporte activo, com gasto de energia. Após a entrada do Ca 2+ para o RS, as fibras musculares entram em relaxamento. Eventos eléctricos e mecânicos durante o acoplamento E-C Tensão – aplicação do estímulo Período de Latência – período de tempo entre a ocorrência do PA e a contracção muscular Ciclo contractivo – uma contracção muscular em que um PA provoca uma única contracção seguida de relaxamento Velocidade de contracção A velocidade de contrcação é determinada pela Vmáx da ATPase de miosina: Se a Vmáx é alta – o ciclo de pontes cruzadas é rápido, a taxa de encurtamento é rápido → fibra rápida Se a Vmáx é baixa – o ciclo de pontes cruzadas é lento, a taxa de encurtamento é lenta → fibra lenta A maioria dos músculos contém ambos os tipos de fibras musculares mas em proporções variadas. Pessoas diferentes têm diferentes proporções de fibras rápidas ou lentas, por se tratar de um componente hereditário, no entanto, o treino físico pode alterar a proporção das fibras. Todas as fibras de uma unidade motora são do mesmo tipo, ou seja um neurónio só inerva ou fibras lentas ou fibras rápidas, sendo possível identificar histologicamente músculos com abalo do tipo rápido intermédio ou lento. 17 Tipos de fibras Fibras lentas – I Fibras intermédias – IIa Fibras rápidas – IIb Oxidativas Misto entre oxidativo e glicolítico Glicolíticas Baixo diâmetro Pouco frequente em humanos Grande diâmetro Alto conteúdo em mioglogina (mais vermelho, para que haja reservas de O2 no músculo) Baixo conteúdo em mioglobina Densidade de capilares elevada Taxas rápidas de contracção Densidade de capilares baixa Muitas mitocôndrias para ocorrer uma eficiente OXPHOS Poucas mitocôndrias Baixa % de enzimas glicolíticas Elevada % de enximas glicolíticas Mais resistência Resistência relativa à fadiga Menor resistência Baixa força de contracção Grande força de contracção RS extenso para rápida libertação de Ca 2+ As fibras lentas são recrutadas quando a força de contracção é baixa, à medida que a força vai aumentando vão sendo, sucessivamente, recrutadas fibras intermédias e rápidas. Somação e tétano Quando o músculo é estimulado por um choque eléctrico de voltagem suficiente, ele rapidamente contrai-se e relaxa completamente entre os abalos; esta resposta denomina-se “twitch” muscular, sendo tanto maior quanto maior é o aumento da voltagem aquando da despolarização. A força de contracção muscular pode ser controlada, se um segundo choque ocorrer imediatamente após o primeiro choque, depois do período refractário do PA. Esse segundo choque produzirá uma “twitch” muscular mais forte do que a anterior, pois a fibra não tem tempo de relaxar completamente e, portanto, as contracções são somadas. Esta resposta denomina-se somação. A somação é a soma de diferentes contracções estimuladas por eventos eléctricos sucessivos, se após o primeiro estímulo estimularmos novamente o músculo gera uma maior tensão havendo a soma temporária de contracções. Se ocorrer muitos estímulos num curto período de tempo, a tensão produzida aumenta progressivamente, havendo tendência para se atingir uma tensão máxima, sendo esta resposta chama de Tétano. Tétano incompleto – quando as fibras ainda conseguem relaxar ligeiramente entre os estímulos Tétano completo – quando o músculo atinge uma tensão máxima e constante Neste estado o músculo atinge rapidamente o estado de fadiga, havendo uma diminuição da tensão, embora haja uma intensidade do estímulo constante. Tipos de contracção muscular Aquando da contracção muscular, as fibras devem gerar uma força maior do que as opostas que tedem para o repouso. Contracção isotónica – contracção em que há encurtamento do músculo (alteração do comprimento do músculo), sendo a tensão constante. Logo a carga é movida, há realização de trabalho. Tamanho do músculo < e tensão gerada = tensão necessária. Contracção isométrica– contracção em que não há modificação do tamanho do músculo, gera- se uma tensão, mas não é suficiente para elevar/mover a carga que lhe foi associada. Logo, não há realização de trabalho. Tamanho do músculo = const e tensão gerada < tensão necessária. Propriedades mecânicas do músculo esquelético Factores dos quais depende a força exercida por um músculo: grau de activação proporção de fibras musculares activas (número de unidades motoras) frequência de estimulação taxa de encurtamento (contracção) tamanho do músculo em repouso área do músculo Somação não significa que os estímulos eléctricos se somam, isso não acontece devido ao período refractário. Mas como no músculo esquelético este período é relativamente rápido, após um estímulo é possível desencadear outro. Como não houve tempo de haver uma contracção seguida de relaxamento entre o primeiro e segundo estímulo, então as contracções somam-se, têm uma força maior. 18 Comprimento músculos no desenvolvimento de tensão: Tensão passiva – tensão em que há uma ausência de estímulo Tensão activa – tensão em que é desenvolvida durante o processo contráctil, é máxima quando o músculo está próximo do seu comprimento de repouso Comprimento vs tensão Para o sarcómero se contrair com uma força óptima, o seu comprimento tem de ser também óptimo. Esse comprimento é atingido quando o músculo está em repouso, garantindo que também cada fibra o atinja. Por isso, para comprimentos superiores ou inferiores ao comprimento óptimo, a tensão gerada é consequentemente menor Músculo Cardíaco Características Estriado Contém sarcómeros que encurtam devido ao deslizamento Mononucleado ao contrário do m. esquelético Ao contrário do m. esquelético, tem a capacidade de contrair espontaneamente sem um estímulo As células miocárdias estão interligadas por discos intercalares com gap junctions (compostas por proteínas de conexão) que permitem a condução do impulso de uma célula para a seguinte. As gap juntions permitem que as células fiquem acopladas electricamente, permitindo uma rápida propagação do impulso nervoso Contém túbulos T e RS à semelhança do m. esquelético Potencial de acção do m. cardíaco 0. Abertura dos canais de Na+ - geração do potencial de acção e activação dos canais rápidos de K + 1. Encerramento dos canais de Na+ no pico do PA 2. Abertura dos canais de Ca2+ e encerramento dos canais rápidos de K + - Plateau do potencial de acção 3. Fecham os canais de Ca2+ e abertura dos canais lentos de K + - repolarização 4. Potencial de repouso M. esquelético vs M. Cardíaco Plateau do PA – é um potencial de acção mais prolongado, assegurado pela estrada de Ca 2+ após a despolarização, que, por sua vez, é consequência da abertura dos canais de Na + . Isto impede a tetanização, porque o período refractário do PA é semelhante ao período do ciclo de contracção- relaxamento do músculo cardíaco. 19 No músculo cardíaco, devido aos canais Ca 2+ estarem abertos durante o plateau do potencial de acção aumentando muito a duração do potencial de acção, o período refractário (período no qual é impossível gerar outro potencial de acção) é muito maior do que no músculo esquelético, este período refractário dura quase tanto tempo quanto a contracção cardíaca. Por este motivo, não é possível haver somação de contracções, ou seja, no músculo cardíaco não pode ocorrer tetanização. Contracção do músculo cardíaco Este músculo tem actividade de despolarização intrínseca espontânea, autorrítmica e com determinada frequência, que varia consoante a região do coração (fibras auriculares, ventriculares, septais e do nódulo SA). A contracção é intrínseca mas é controlada pelo SN autónomo e por hormonas. A contracção do m. cardíaco é semelhante à contracção do m. esquelético, no entanto, o cálcio necessário vem , além do RS, também do meio extracelular por canais sensíveis à voltagem. Músculo Liso Características É constituído por células fusiformes mononucleadas e sem estrias (lisas à luz polarizada) por não possuírem sarcómeros Circunda os órgãos ocos – tracto gastrointestinal, bexiga, útero, vasos sanguíneos, condutas aéreas para os pulmões Pode operar em grandes extensões sendo possível encurtamentos de 60-75% É muito eficiente em termos energéticos (consumo de O2 para o mesmo peso quando comparado com o músculo esquelético para a mesma tensão) Pode manter a força por longos períodos – horas, dias e semanas Pode ser miogénico (activado espontaneamente, mas com controlo intrínseco do SNC) Tem potenciais de acção de Ca2+ (proveniente essencialmente do meio extracelular, já que o RS é pouco desenvolvido) que entra através de canais. Possuem corpos densos que são estruturas proteicas, analogias à linha Z do músculo estriado Tipos de organização Organização unitária – camada de células acopladas electricamente por gap junctions que actuam em conjunto (quando uma fica despolarizada as outras também despolarizam). Podem-se activar espontaneamente. Ex: intestino e vasos sanguíneos Organização multiunitária – tecidos compostos por agrupamentos discretos de células que são densamente inervadas e contraem somente em resposta a estímulos nervosos. Ex.: canais deferentes, íris e os m. erectores dos pêlos Fisiologia do músculo liso O músculo liso possui diferentes padrões de actividade contráctil, podendo dividir-se em: Músculos lisos tónicos – estão normalmente contraídos e geram força estável de amplitude variável (variam ligeiramente a intensidade de contracção). Ex.: m. esfíncteres Músculos lisos fásicos – normalmente exibem contracções ritmadas. Movimentos peristálticos do tracto gastrointestinal. No entanto, podem contrair intermitentemente sob controlo voluntário. Ex.: esvaziamento urinário e deglutição Para relaxar o músculo liso arterial e reduzir a pressão arterial utilizam- se drogas que bloqueiam os canais de Ca 2+ . 20 Contracção do músculo liso A duração do PA no músculo liso é maior no m. cardíaco, que por sua vez já era maior que no m. esquelético. No m. liso, as proteínas reguladoras da contracção são a calmodulina (que liga Ca 2+ , em vez da troponina) e a tropomiosina. A calmodulina é uma proteína citoplasmática que tem estrutura semelhante à da troponina. Neste músculo, os canais de Ca 2+ são sensíveis à voltagem e acoplados a proteínas G. Processo de contracção: 1. Ca2+ entra para a fibra muscular através de: Canais de Ca2+ sensíveis à voltagem (CCSVs) quando a célula é despolarizada Canais sensíveis a estímulos mecânicos que abrem quando a célula é sujeita a deformações Canais operados por ligandos que abrem por acção de NT, hormonas 2. Abertura dos canais de Ca2+ do RS e entrada deste para o citoplasma – muito rudimentar. 3. Ligação do Ca2+ à calmodulina. 4. O complexo Ca2+-calmodulina activa a enzima MLCK – miosina cinase de cadeia leve. 5. A MLCK activada fosforila cadeias leves de miosina utilizando ATP. 6. A miosina fosforilada possui actividade ATPásica permitindo a ocorrência do ciclo das pontes cruzadas, por ligação da miosina à actina. 7. Aumento da tensão muscular e dá-se a contracção. Em repouso a miosina não tem afinidade para actina, ao contrário do que acontecia no músculo esquelético ecardíaco, logo é preciso ATP para fosforilar a miosina. Uma vez fosforilada, já tem afinidade para a actina e já não é necessário mais ATP para que ocorra o ciclo das pontes cruzadas, daí a grande eficiência energética do m. liso. Processo de relaxamento: 1. A miosina fosfatase remove o fosfato da miosina, ocorrendo uma diminuição da actividade ATPásica. Esta proteína é activada quando há baixos níveis de Ca 2+ . 2. O Ca2+ é removida do citoplasma pelo antiporte Ca2+-Na+ da membrana e pela bomba Ca2+-ATPase do RS. 3. A calmodulina liberta o Ca2+ ficando a MLCK inactiva. 4. Relaxamento. A regulação diz-se que é feito pelo filamento de miosina e não pelo de actina, ao contrário do que acontecia no m. esquelético, pois neste último, a actina estava tapada pela tropomiosina. No m. liso, a miosina não tem afinidade para actina e só ganha actividade ATPásica após fosforilada pela MLCK. Além da regulação da miosina, alguns tipos de m. liso também têm regulação na actina pela proteína caldesmona, que está liga à actina em repouso. Quando ocorre o PA, a caldesmona é fosforilada, desligando- se da actina e esta fica disponível para se ligar à miosina. A contracção ocorre pela mesma interacção actina-miosina como no m. estriado (deslizamento de filamentos). O sinal para a contracção é o aumento de Ca 2+ intracelular, proveniente do meio extracelular e do RS. O complexo troponina está ausente sendo substituído pela calmodulina. A MLCK fosforila cadeias leves da miosina, tornando-a activa. 21 Adrenalina receptores α-adrenérgicos vasoconstrição aumento da frequência cardíaca receptores β-adrenérgicos vasodilatação aumento da glicogenólise Sinalização Celular As células comunicam por: Sinais químicos – parácrino (autócrino), endócrino e sináptico Contacto directo entre células adjacentes Reconhecimento celular durante o desenvolvimento Contacto citoplasmático directo via gap junctions Parácrino – mecanismo de sinalização local, através da utilização de sinais químicos que vão permitir a interacção entre moléculas membranares de duas células vizinhas Autócrino – envolve sinais que vão actuar nas mesmas células que os enviaram Endócrino – envolve a libertação de hormonas que são segregadas pelas glândulas endócrinas para a corrente sanguínea. Apenas as células alvo com os receptores específicos para a hormona respondem ao sinal Sináptico – Os neurotransmissores são químicos segregados pelos neurónios que se difudem através de uma pequena junção para células alvo. Os neurónios utilizam também sinais eléctricos que se difundem por gap junctions. As neurohormonas são químicos libertados por neurónios na corrente sanguínea para células alvo muito distantes. Receptores Qualquer que seja o sinal é necessário um receptor celular. Sinais lipofílicos conseguem passar pela membrana plasmática e ligam-se a receptores intracelulares ou nucleares. Sinais lipofóbicos ou alguns lipofílicos ligam-se a receptores na superfície das células. Um agente sinalizador pode: agir na membrana, por receptores membranares induzir a libertação de segundos mensageiros como o cAMP e Ca2+ mudar a expressão de um gene Dependendo o receptor que traduz o sinal, este mesmo sinal pode induzir respostas distintas ou mesmo antagónicas. Tipos de receptores Receptores ionotrópicos – associados a canais iónicos. Abrem os canais quando os ligandos se ligam e resultam numa resposta rápida na célula Receptores metabotrópicos – associados à transdução do sinal, por moléculas sinalizadores ou segundos mensageiros. Quando envolve segundos mensageiros a resposta é ainda mais lenta por modificar a expressão de genes. Sinapses – é uma região de contacto muito próximo entre a extremidade do axónio de um neurónio e a superfície de outras células para transmitir um impulso Existem dois tipos de sinapses: Sinapses eléctricas – é feita por conexinas e é muito rápida. Ocorre para transmitir potenciais de acção via gap junctions Sinapses químicas – é necessário a libertação de neurotransmissores na fenda sináptica pela célula pré- sináptica. São mais lentas que as eléctricas. 22 Sinapses excitatórias – causam uma mudança eléctrica excitatória no potencial pós-sináptico (EPSP), que vai conduzir a despolarização da membrana, logo dispára um potencial de acção; as sinapses excitatórias são desencadeadas por neutransmissores como o glutamato e a acetilcolina que tornam a membrana permeável a catiões (Na + , K + e Ca 2+ ), promovendo a despolarização da célula pós-sináptica, o que aumenta a excitabilidade. Sinapses inibitórias – causam um potencial pós-sináptico inibitório (IPSP), que vai conduzir à hiperpolarização da membrana e como a hiperpolarização reprime a excitabilidade, torna assim mais difícil alcançar o potencial de limiar eléctrico; as sinapses inibitórias são desencadeadas por neutransmissores como o GABA e a glicina que tornam a membrana permeável a aniões (Cl - ) promovendo a hiperpolarização da célula pós- sináptica, o que inibe a excitabilidade. A soma de todos os sinais excitatórios e inibitórios determina a ocorrência do potencial de acção ou não. Somação espacial – quando dois estímulos diferentes actuam num neurónio pós-sináptico ao mesmo tempo, desencadeando um PA por ultrapassar o valor limiar A + B e Δt = 0 Somação temporal – é a somação que ocorre em que potenciais graduados se sobrepõem em tempos diferentes, ou seja, um mesmo estímulo ocorre em tempos diferentes A + A e Δt > 0 Potenciais gradativos/sinápticos Potenciais de acção Receptores sensitivos e sinapses Axónios dos neurónios e junções neuromusculares Evento Físico-químico Eléctrico Natureza Gradativa Tudo ou nada Intensidade Variável < 10mV Geralmente > 10 mV Difusão de corrente Condução decremental Condução não decremental Somação Sim espacial e temporal Não Propagação Não Sim Limiar Não Sim Período refractário Não Sim Alteração do potencial Despolarizante (excitatório) ou hiperpolarizante (inibitório) Despolarizante Tipo de canal iónico Dependente de ligandos ou de alterações químicas ou físicas Dependente de voltagem 23 O que é um neurotransmissor – NT? Sintetizado na célula pré-sináptica e armazenada em vesículas secretoras A libertação do NT é dependente de Ca2+ Tem um mecanismo de degradação na fenda sináptica Há receptores específicos na membrana pós-sináptica que determinam o efeito Além dos neurotransmissores, uma vesícula sináptica também tem neuromoduladores (proteínas que modulam a libertação e a acção dos o NT’s). Locais de acção de drogas Nos neurónios pré-sinápticos: 1. Síntese de NT, por inibição das enzimas que os produzem. Ex: α-metil-p-tirosina inibe a enzima tirosina hidroxilase, essencial à síntese de catecolaminas 2. Transporte axonal. Ex: A colchicina bloqueia os microtúbulos, impedindo a migração dos NT. 3. Condução do potencial de acção. Ex: A tetrodoxina é uma neurotoxina que bloqueia os canais sensíveis à voltagem de Na + . 4. Armazenamento de NT. Ex: A reserpina inibe a recaptação do NT para avesícula. 5. Libertação do NT. Ex: A Anfetamina estimula a libertação mais rápida de NT. 6. Modulação dos receptores pré-sinápticos. Ex: A cafeína inibe a activação dos receptores pré-sinápticos. 7. Recaptação de NT. Ex: A cocaína inibe mecanismos de recaptação, aumentando a concentração de NT na fenda sináptica, levando ao aumento da excitabilidade. Nos neuróniospós-sinápticos: 1. Inactivação do NT. Ex: A fisiotigmina inice a acetilcolinesterase, aumentando o tempo em que a acetilcolina continua na fenda sináptica. 2. Alteração do n. de receptores pós-sinápticos. Ex: O álcool aumenta o n.º de receptores de GABA. 3. Bloqueio de receptores. Ex: O curate bloqueia receptores nicotínicos de ACh, paralisando a musculatura lisa. 4. Activação de receptores. Ex: A nicotina activa receptores de ACh estimulando a sinapse. 5. Activação de segundos mensageiros. Ex: O lítio inibe o cAMP cíclico usado no tratamento da doença bipolar. Exemplos de NT: Pequenas moléculas: Acetilcolina Aminoácidos: glutamato, aspartato, GABA e glicina Aminas biogénicas: catecolaminas (dopamina, noradrenalina e adrenalina), histamina (imidozolaminas), serotonina (indolaminas) Gases: NO (produz segundos mensageiros), CO (memória) Grandes péptidos: Encefalinas, endorfinas, vasopressina e ocitocina Acetilcolina – sistema colinérgico – despertador matinal Atenção e memória Sono e vigília Funcionamento autónomo Na doença Alzheimer há destruição de neurónios colinérgicos e redução de ACh no neocórtex. 24 Nódulo Sinoatrial (SA) vias internodais (excitação das auriculas) Nódulo átrio- ventricular (AV) Rede de His Ramos direito e esquerdo Fibras de Purkinje Coração e a Circulação Principais funções: Transporte de nutrientes – água, O2, CO2 ou glucose Remove os produtos de metabolismo Regulação da Temperatura (Ex: a vasodilatação dos vasos da pele promove a libertação de calor quando a Temperatura é muito alta) Distribuição de Hormonas e outros agentes reguladores de múltiplas funções Regula a composição e o volume do fluido extracelular pela circulação renal Organização cardiocirculatória Bomba cardíaca – permite que se gere um gradiente de pressão para que haja movimentação de fluidos (pressão maior no início, à saída do coração e menor no fim, à entrada) Vasos sanguíneos – vasta rede vascular para haver uma boa oxigenação e eficiente excreção Excitação miocárdia e potenciais pacemaker Todas as células do miocárdio podem apresentar a capacidade de gerar espontaneamente potenciais de acção (sctividade eléctrica) → têm um potencial pacemaker, são chamadas de células autorrítmicas No entanto, em conduções fisiológicas, só as células do nódulo sinoatrial ou sinusal geram o potencial pacemaker. Após a actividade eléctrica destas células, gera-se o impulso nervoso que é conduzido por todo o músculo. Sincício funcional – o músculo cardíaco tem muitas gap junctions, que permite a transmissão rápida do impulso nervoso de uma célula para a outra, permitindo a condução extremamente rápida por todas as células contrácteis. Origem e propagação da excitação cardíaca Nódulo SA – células pacemaker – activação espontânea 75-80 bat/min Nódulo AV – condução lenta – única via aurículo-ventricular – activação espontânea 40-60 bat/min Fibras de Purkinje – fazem a condução pelos ventrículos – activação espontânea 20-40 bat/min Características do potencial de acção nos miócitos 1. Imediatamente após ao potencial de acção as células do nódulo SA, estão no estado mais negativo (-60mV) 2. Logo após atingirem este estado, começam a tornar-se menos negativos, até se atingir o potencial de -50mV, devido à entrada Na + nas células. 25 aumento do influxo de Na+ e Ca2+ (acção no potencial pacemaker) aceleração da despolarização das células autorrítmicas - ↓ o tempo do PP aumenta a frequência cardíaca aumenta o efluxo de K+ diminui o influxo de Ca2+ (acção no potencial pacemaker) hiperpolarização das células autorrítmicas despolarização lenta - ↑ do tempo do PP diminui a frequência cardíaca Pressão nos ventrículos é maior do que a pressão nas artérias Abertura das válvulas semi- lunares Ejecção do sangue para as artérias Pressão nos ventrículos é menor do que a pressão nas artérias Encerramento das válvulas semi-lunares Prevenção da regurgitação/refluxo do sangue 3. A este período do potencial de -60mV a -50mV dá-se o nome de Potencial Pacemaker, que tem um papel importante na regulação da frequência cardíaca. 4. A partir do valor limiar (-50mV), dá-se o Potencial de acção, que corresponde à rápida despolarização, que ocorre graças à abertura dos canais especiais de Cálcio (e não ao sódio como nas aurículas e nos ventrículos). 5. Quando se dá o piso da despolarização, os canais de Ca2+ fecham e abrem-se os canais lentos de K+, dando-se a repolarização, graças à saída de K + . 6. Quando se atinge -60mV, dá-se o relaxamento total e um novo ciclo inicia-se. Um segundo potencial de acção só pode ocorrer no fim do primeiro estar totalmente terminado, porque o coração precisa de relaxar totalmente entre os batimentos, para depois contrair e encher na sua totalidade. Assim, o coração não pode ser tetanizado, a duração do estímulo é igual à da contracção. Fibrilação corresponde a contracções rápidas e irregulares. Isto pode ocorrer se o potencial cardíaco for diminuído, ou seja não tiver tempo suficiente para relaxar totalmente Acção do Sistema Nervoso Simpático na frequência cardíaca Acção do Sistema Nervoso Parassimpático na frequência cardíaca Os eventos eléctricos precedem a actividade mecânica do coração: Despolarização → contracção muscular = sístole Repolarização → relaxamento muscular = diástole Fase da contracção ventricular Fase do relaxamento ventricular 26 Ciclo Cardíaco Volume diastólico final – volume de sangue que enche os ventrículos antes da sua contracção. 125-135mL em repouso Volume residual sistólico final – volume de sangue que fica nos ventrículos após a sístole 50-65mL em repouso Volume sistólico final – volume diastólico final – volume residual sistólico final Volume de sangue ejectado pelos ventrículos numa contracção 70-75mL em repouso Fracção de ejecção – relação entre o volume sistólico final / volume diastólico final Corresponde à proporção de sangue ejectado pelos ventrículos ≈ 0,6 em repouso Sons Cardíacos Os sons cardíacos correspondem sempre ao encerramento das válvulas, quando elas abrem não fazem barulho. 1º som – corresponde ao encerramento das válvulas átrioventriculares, durante o qual se dá a sístole Este som começa imediatamente após a onda R do ECG. 2º som – corresponde ao encerramento das válvulas semi-lunares (aórtica e pulmonar), e ocorre no início da diástole Coincide com o final da onda T do ECG. 3º som – resulta da entrada rápida de sangue nos ventrículos, corresponde à abertura das válvulas átrio-ventriculares. Ocorre no final do relaxamento isovolumétrico, no final da diástole. 4º som – resulta da contracção auricular, ocorre imediatamente antes do primeiro som. Normalmente, os 3º e 4º sons, se audíveis, ocorrem em casos patológicos. 75-80% do sangue passa para os ventrículos 20-25% do sangue passa para os ventrículos É isovolumétrica para ↑ a pressão dentro dos ventrículos 27 Alterações na pressão e no volume do ventrículo esquerdo durante um ciclo cardíaco. A – válvula mitral aberta
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