Aula 8_FV1_Trabalho Muscular

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CONTRAÇÃO MUSCULAR:
MUSCULATURA ESTRIADA ESQUELÉTICA
 MUSCULATURA LISA
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE AGRONOMIA E MEDICINA VETERINÁRIA
Profa. Deborah C. Ruy
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Características gerais dos músculos esqueléticos
 Representam 40% do peso corporal
 Associados ao esqueleto
 Propriedade contrátil 
 Contração rápida e lenta
 Metabolismo aeróbico/ anaeróbico 
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MUSCULATURA ESTRIADA ESQUELÉTICA
1 A FIBRA MUSCULAR ESQUELÉTICA
Os músculos esqueléticos são formados por grande número de fibras, com cerca de 10 a 80 micrômetros de diâmetro. Na maioria dos músculos as fibras se estendem por todo seu comprimento e, exceto em 2% das fibras, cada uma delas é inervada em sua porção mediana por apenas uma fibra nervosa.
A PLACA MIONEURAL
Membrana pré-sináptica e pós-sináptica
A acetilcolina é o neurotransmissor
Canais de Na+ ligando-dependentes iniciam o potencial, seguido por canais de na+ voltagem-dependentes nas criptas pós-sinápticas.
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A. Músculo
Epimísio
Tendão
B. Fibra muscular
Perimísio
Fascículo muscular
Sarcolema
Retículo sarcoplasmático
Mitocôndria
C. Miofibrila
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1.1 Estruturas da fibra muscular
Sarcolema: membrana plasmática recoberta por polissacarídio e colágeno; na extremidade de cada fibra essa membrana se funde a uma fibra tendinosa, formando feixes que originam os tendões.
Miofibrilas: centenas a milhares em cada fibra muscular. Cada miofibrila contém filamentos de miosina e actina, ambos em estrutura helicoidal, alternando-se em camadas e formando o sarcômero (delimitado por discos Z).
Sarcoplasma: matriz líquida contendo miofibrilas e muito K+, Mg++, fosfato e enzimas, além de muitas mitocôndrias, paralelas às miofibrilas.
Sistema retículo sarcoplasmático RS - túbulos transversos (T): os túbulos T fazem a comunicação entre o exterior e a porção mais interna da fibra muscular; é uma continuidade da membrana plasmática e contém LEC em seu interior. O RS envolve o sarcômero como uma rede de túbulos, formando cisternas que se comunicam com os túbulos por pés juncionais; em seu interior há grandes concentrações de Ca++. 
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ACOPLAMENTO ELETRO-MECÂNICO 
1. Condução do PA pelo sarcolema
2. Despolarização dos Túbulos T
3. Abertura de Canais de Ca++ do retículo sarcoplasmático
4. Difusão de Ca++
5. Aumento de [Ca++] no mioplasma
6. Inicio da contração muscular
Para que servem os túbulos T?
Os túbulos T conduzem a onda de despolarização até as cisternas do reticulo sarcoplasmático
Então ...
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Composição da hélice de actina.
Representação esquemática do sarcômero
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1.2 Mecanismo da contração muscular por deslizamento
a) As cadeias de miosina:
	Filamento helicoidal com 200 ou mais moléculas, cujas caudas estão arrumadas em feixes formando um corpo. Cada hélice possui várias “cabeças” que se projetam para fora do corpo; essas cabeças se ligam à F-actina no instante da contração. A cabeça tem atividade ATPásica, que lhe permite ATP e utilizar a energia para o processo contrátil.
b) As cadeias de actina:
	A hélice de actina está associada com o complexo tropomiosina –troponina. A tropomiosina é filamentosa, e a troponina é composta por três moléculas menores, com afinidades pela actina ( I ), pela tropomiosina (T) e pelos íons Ca++ (C). A molécula C está relacionada com o mecanismo de liberação do sítio de ligação da actina com as cabeças de miosina, no momento em que a ligação troponina-Ca++ permite o “descobrimento” desse sítio pelo deslocamento da tropomiosina.
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c) Interação entre miosina, filamentos de actina e Ca++
	O filamento isolado de actina se fixa fortemente à miosina na presença de Mg++ e ATP, então acredita-se que os sítios ativos do filamento de actina normal estejam inibidos ou recobertos pelo complexo troponina-tropomiosina.
A hipótese para o papel do Ca++ é que sua reação com a troponina C inicie uma alteração conformacional do complexo, expondo sítios ativos da actina e, com essa exposição, as cabeças das pontes cruzadas dos filamentos de miosina são atraídas por esses sítios ativados da actina, ocorrendo a contração.
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Teoria da “cremalheira”(walk-along)
 Quando a cabeça se fixa ao sítio ativo, ocorrem alterações de forças intramoleculares entre a cabeça e o braço da ponte cruzada, e a primeira se inclina em direção ao segundo, causando desligamento do sítio de fixação, porém o filamento de actina já foi deslocado em direção ao centro do filamento de miosina.
Quando a cabeça retorna a sua posição perpendicular normal, se liga ao sítio ativo subsequente do filamento de actina, e o processo ocorre novamente, cada vez aproximando mais os filamentos de actina.
Provavelmente cada ponte cruzada atue independentemente das demais,então quanto maior o número de pontes cruzadas em contato com o filamento de actina, maior seria a força da contração.
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Padrão operacional da “cremalheira”
Complexo de miosina
Hélice de actina
... com ativação ATPásica
Tropomiosina
Troponina
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O aumento do Ca++ permite a ligação da actina à miosina. A ligação acelera a hidrólise do ATP e libera o ADP, em 200 vezes.
Ca++
2. A hidrólise do ATP forma ADP + P
1. Com o Ca++ baixo, o ATP só é moderadamente hidrolisado. O ATP inativa a ligação do sítio da cabeça com a actina
Mecanismo de ligação actina - miosina.
3. Energia do ADP + P usada para curvar a cabeça e distender o componente elástico.
4. A ponte cruzada encurta. ADP + P escapam, o que livra o sítio inativa, para receber o novo ATP.
5. O ATP inativa a ligação com a actina.
Com Ca++ alto, vá para 2
Com Ca++ baixo, vá para 1 e pare 
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A cabeça de miosina ”subindo” por seus seis filamentos de actina
Filamento de miosina
Cabeça da ponte cruzada
Filamentos de actina (seis filamentos)
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1.3 Eventos químicos durante movimentação das cabeças de miosina
Antes da contração, as cabeças das pontes cruzadas fixam ATP; a atividade ATPásica faz a clivagem, deixando os produtos ADP e Pi presos à cabeça,
Quando o efeito inibitório do complexo troponina-tropomiosina é desfeito pelo Ca++, os sítios ativos do filamento de actina se descobrem e as cabeças de miosina se fixam a eles,
A fixação das pontes aos sítios da actina causa alteração conformacional, inclinação e consequente movimento de tensão, que puxa a actina; a energia para o movimento é a energia armazenada pela alteração conformacional da cabeça, quando foi clivado o ATP,
Depois de inclinada, a cabeça libera o ADP e o Pi, permitindo nova fixação e ATP; essa nova fixação promove a liberação da cabeça do seu sítio na actina,
Após esse desligamento, a nova molécula de ATP é clivada e a energia novamente “engatilha” a cabeça e volta a sua posição perpendicular, para que se inicie novo ciclo de tensão.
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1.4 O grau de sobreposição dos filamentos de actina e de miosina e seus efeitos sobre a tensão de contração
No ponto onde os filamentos de actina estão afastados das extremidades dos filamentos de miosina não há qualquer tensão.
À medida em que o sarcômero se encurta e o filamento de actina começa a se sobrepor ao de miosina, a tensão aumenta progressivamente até o ponto em que a actina se sobrepõe a todas as pontes cruzadas da miosina, mas ainda não atingiu o meio desse filamento.
O grau máximo de tensão é obtido com um comprimento sarcomérico no qual os filamentos de actina começam a se sobrepor (2 micrômetros).
 Quando o comprimento do sarcômero diminui ainda mais, a força de contração diminui; nesse ponto os dois discos Z entram em contato com os filamentos de miosina.
Quanto maior for então o número de pontes cruzadas tracionando o filamento de actina, maior será a tensão.
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O desempenho mecânico da contração depende do comprimento inicial do músculo a partir do qual a contração é iniciada
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1.5 Acoplamento excitação-contração
Quase tudo o que se aplica à produção e propagação dos potenciais de ação nas fibras nervosas se aplica - menos por diferenças quantitativas- às fibras musculares esqueléticas; essas diferenças são:
Potencial de repouso de -80 a -90 mV,
Duração do potencial de ação de 1 a 5 ms (cerca de 5 vezes mais prolongada que nas fibras mielinizadas calibrosas),
Velocidade de condução de 3 a 5 m/s ( cerca de 1/18 da velocidade de fibras nervosas mielinizadas calibrosas, que excitam o músculo).
 
A propagação de potencial de ação para o interior das fibras ocorre por meio do sistema de túbulos transversos ( túbulos T), que atravessam toda a espessura, de um lado a outro, da fibra muscular.
O potencial de ação dos túbulos faz com que o RS libere Ca++ para a contração; Os túbulos geram um fluxo de corrente através dos pés juncionais das cisternas do RS, causando a rápida abertura dos canais de Ca++, e esses são liberados no sarcoplasma que banha as miofibrilas. 
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A contração persistirá enquanto os íons Ca++ permanecerem com alta concentração. Uma bomba da Ca++ continuamente ativa localizada nas paredes do RS bombeia para dentro os íons, removendo-os. Também no interior do RS existe a proteína calsequestrina, que fixa Ca++ em grande quantidade, facilitando o armazenamento.
1.6 Características da contração muscular
Eficiência: a energia consumida no trabalho muscular é de menos de 20 a 25%, o restante sendo convertida em calor.
Contração isométrica: não demanda alto grau de deslizamento entre as miofibrilas, e o músculo não se encurta durante a contração.
Contração isotônica: o músculo se encurta durante a contração, com a tensão permanecendo constante; aqui ocorre o deslocamento de uma carga., devendo haver primeiro uma aceleração. 
Na contração isotônica o músculo realiza trabalho externo, gastando então uma quantidade bem maior de energia. A contração na maioria dos músculos do corpo é uma mistura dos dois tipos.
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Gráfico do potencial de ação na fibra muscular e consequente contração
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CONTRAÇÃO ISOTÔNICA
CONTRAÇÃO ISOMÉTRICA
A contração muscular proporciona desenvolvimento de força mecânica ou tensão. Essa força causa movimento ou se opõe a uma carga (peso).
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1.7 Tipos de fibras musculares
As fibras musculares podem ser divididas de acordo com suas características bioquímicas:
Fibras musculares : conteúdo grande de miosina-ATPase, com capacidade de contração rápida.
Possui dois subgrupos, o primeiro das fibras musculares vermelhas, que contém grandes quantidades de mioglobina (daí a coloração) e mitocôndrias; o segundo grupo é o de fibras musculares brancas, com alto conteúdo em enzimas da glicogenólise e da glicose e conteúdo menor de mioglobina e mitocôndrias.
Fibras musculares : baixo conteúdo de miosina-ATPase e grande conteúdo de mitocôndrias, capacidade de contração mais lenta
a maioria dos músculos apresenta proporção determinada de fibras vermelhas e brancas. Músculos que não podem se fatigar como aqueles ligados à respiração, ou que executam trabalhos rápidos nos equinos, possuem maior proporção de fibras vermelhas; a musculatura do vôo dos pássaros é constituída em grande parte por fibras musculares brancas.
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1.8 Os sistemas metabólicos do músculo em exercício
Sistema do fosfatogênio: a fonte básica da contração é o ATP, cuja quantidade nos músculos, no entanto, só é suficiente para manter a potência muscular máxima por alguns segundos; a fosfocreatina tem ligação fosfato mais rica em energia do que as do ATP, e regenera este após sua clivagem,
Sistema do glicogênio - ácido lático: o glicogênio é decomposto em glicose e libera ATP na glicólise, em um metabolismo anaeróbico; como não há oxigênio suficiente, o ácido pirúvico é transformado em ácido lático (a maior parte é transformada novamente em glicose, principalmente no fígado),
Sistema aeróbico: oxida nutrientes alimentares nas mitocôndrias para obtenção de energia (glicose, ácidos graxos e aminoácidos).
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1.9 Tetania e fadiga muscular
A somação das contrações musculares individuais ocorre de duas formas:
Aumento de unidades motoras que se contraem ao mesmo tempo (somação espacial, de unidades motoras múltiplas),
Aumento da rapidez de contração de unidades motoras distintas (somação temporal, por frequência).
Quando a frequência de estimulação é cada vez maior o grau de contração aumenta de modo crescente; nas frequências mais altas de estimulação as contrações sucessivas se fundem, e se estabelece o estado de tetanização ( a menor frequência para a sua produção é a frequência crítica).
O nível dos íons Ca++ livres nas miofibrilas permanece acima daquele necessário para a ativação do processo contrátil, quando há um estado contínuo e prolongado de ativação, representando estímulo ininterrupto para a manutenção da contração.
A fadiga muscular resulta, principalmente, da incapacidade dos processos contráteis e metabólicos das fibras musculares de produzir a mesma quantidade de trabalho, conforme aumenta a depleção do glicogênio muscular.
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RECRUTAMENTO DE UNIDADES MOTORAS
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Abalos
Isolados
Somação
Mecânica
Fenômeno 
de escada
Tétano 
incompleto
Tétano 
completo
A força de contração pode ser aumentada, aumentando-se a freqüência dos potenciais de ação (PA), a duração do estimulo e recrutando cada vez mais fibras do músculo em atividade.
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A FIBRA MUSCULAR LISA
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A FIBRA MUSCULAR LISA
A fibra muscular lisa possui diâmetro variando de 2 a 5 micrômetros e comprimento de 20 a 500 micrômetros, contrastando com as fibras esqueléticas que têm diâmetro em média 20 vezes maior e comprimento milhares de vezes maior; essas células só possuem um núcleo.
A célula muscular lisa contém tanto filamentos de actina quanto de miosina, com capacidade de contração (ativada por Ca++ e com energia do ATP), porém com uma disposição diferenciada relativa à da célula estriada.
Os filamentos de actina ficam presos ao corpos densos, que estão dispostos tanto no interior da célula quanto fixados à membrana celular; são ligados entre si por proteínas estruturais, e corpos densos em diferentes células também podem estar interligados (pontes proteicas intercelulares); através dessas pontes a força de contração é transmitida à célula seguinte.
Os filamentos de miosina são em menor número, estando entre os feixes de actina; têm diâmetro pelo menos duas vezes maior que o da actina.
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Estrutura física do músculo liso
A fibra da parte superior esquerda apresenta feixes de filamentos de actina que se irradiam de “corpos densos”. A fibra na parte inferior desta figura e o detalhe à direita demonstram as interrelações ente os filçamentos de miosina e actina 
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2 TIPOS DE MÚSCULOS LISOS
2.1 Músculo liso multiunitário
É formado por fibras distintas, que são independentes e inervadas por terminações únicas; são recobertas por “membrana basal”, com mistura de fibrilas de colágeno e de glicoproteínas, que isolam uma fibra da outra.
São controladas principalmente por sinais nervosos. Como exemplos de músculo multiunitário podem ser citados as fibras lisas do músculo ciliar no olho, a íris, os músculos piloeretores.
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2.2 Músculo liso de uma só unidade
É referente a um agrupamento de centenas a milhões de fibras musculares, que se contraem em conjunto.
Estão agregados em capas ou feixes, com membranas celulares aderidas entre si por múltiplos pontos, que facilitam a transferência de estímulo entre as células; além disso existem junções abertas que permitem o fluxo de íons entre células, com divergência de potencial de ação, permitindo que todas se contraiam ao mesmo tempo.
É também chamado de músculo sincicial ou músculo liso visceral, pois é encontrado na parede da maioria das vísceras do corpo.
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Músculo liso multiunitário
Músculo liso de uma só unidade
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3 A CONTRAÇÃO DO MÚSCULO LISO
A maioria dos músculos lisos se contrai de uma forma tônica, prolongada, durando de horas até dias. A velocidade de ligação das pontes cruzadas à actina é de 1/10 a 1/300 da frequência do músculo esquelético (muito mais lenta).
A fração de tempo da fixação das pontes aos filamentos porém é muito maior no músculo liso (fator determinante do tempo de contração). Provavelmente seja porque há uma atividade ATPásica bem menor, com a degradação do ATP -fornecedora de energia- diminuída, e com a lentificação consequente do ciclo.
Essa economia de energia pelo músculo liso gera uma economia global, já que intestinos, bexiga, vesícula biliar e outras vísceras devem manter contração muscular tônica durante todo o tempo.
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3.1 A regulação da contração pelo cálcio
A contração da musculatura lisa, não obstante as variações, tem um tempo de desenvolvimento total até o relaxamento cerca de 30 vezes mais prolongado que a duração do abalo muscular no músculo esquelético.
 Essa demora é resultado provavelmente da demorada fixação e liberação das pontes cruzadas. No início da contração, também, o mecanismo de acoplação-contração em resposta aos íons Ca++ é bem mais lento, pois o mecanismo de desencadeamento é diferente:
O músculo liso não contém troponina,
O músculo liso contém grandes quantidades de calmodulina que: (1) fixa os íons Ca++; (2) o complexo calmodulina-Ca++ ativa a miosinaquinase (enzima fosforilativa); (3) ocorre fosforilação de uma das cadeias leves da cabeça de miosina -cadeia reguladora -, havendo fixação ao filamento de actina e prosseguimento do ciclo, que provoca a contração muscular.
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Quando a concentração de Ca++ cai a valores críticos é necessária a ação da miosina fosfatase, que cliva o fosfato da cadeia leve; os ciclos são interrompidos e cessa a contração.
O tempo necessário para o relaxamento muscular é determinado então, em grande parte, pela quantidade de miosina fosfatase ativa na célula.
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3.4 Mecanismo para a manutenção prolongada da contração
Depois de desenvolvida sua contração total, o grau de ativação do músculo liso é reduzido a um nível muito mais baixo que o inicial, embora seja mantida a força total de contração. A energia necessária é de cerca de 1/300 da energia para manter contração contínua na musculatura esquelética.
Esse efeito ocorre pelo mecanismo de trinco, relacionado à fixação prolongada das pontes cruzadas. Tem a vantagem de manter contração tônica prolongada com mínimo consumo de energia e, o sinal excitatório necessário, seja neural ou hormonal, também é reduzido.
Uma característica importante do músculo liso, em orgãos ocos, a capacidade de quase retornar à força de contração original logo após ter sido encurtado ou estirado; esse fenômeno é chamado relaxamento por estresse.
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3.5 Controle neural e hormonal da contração do músculo liso
A membrana do músculo liso possui muitos tipos diferentes de proteínas receptoras capazes de desencadear o processo contrátil; outros tipos inibem a contração desse músculo, o que também o diferencia do esquelético.
As junções neuromusculares (inervação pelas fibras nervosas autonômicas) geralmente não fazem contato direto, formando as junções difusas, secretando substâncias transmissoras no líquido intersticial, para difusão. Além disso, as fibras nervosas, com frequência, só inervam a camada mais externa; quando há muitas camadas, a excitação passa por meio de condução do potencial e ação ou pela difusão do transmissor.
Os axônios que inervam a musculatura lisa possuem numerosas varicosidades, onde estão contidas vesículas com substância neurotransmissora. Contém acetilcolina ou norepinefrina ( as vesículas da placa motora do músculo estriado só contém acetilcolina).
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Em alguns casos (especialmente no músculo liso multiunitário) há contato direto das varicosidades com a membrana da fibra muscular, com período latente de contração muito mais breve que o de fibras estimuladas por junção difusa.
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4.POTENCIAIS DE MEMBRANA E DE AÇÃO NA MUSCULATURA LISA
 
O potencial de repouso da musculatura lisa é de -50 a -60 milivolts.
O potencial de ação ocorre de forma similar ao do músculo estriado no músculo liso visceral, podendo ser de duas formas distintas:
potenciais em ponta*, que podem ser provocados por estimulação elétrica, hormônios, neurotransmissores ou gerados pela própria fibra muscular.
potenciais de ação em platô, onde a repolarização é retardada.
	Existem muito mais canais de Ca++ do que de Na+ na membrana do músculo liso, sendo que o Ca++ é o principal responsável pela geração do potencial de ação; esses canais são muito mais lentos para se abrirem que os canais de Na+, justificando os lentos potenciais de ação.
O Ca++ não só gera o potencial de ação como atua na contração do músculo liso. 
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Potenciais de membrana no músculo liso intestinal:
A. Ondas lentas, B. Potenciais em Ponta, C. Despolarização Total e D. Hiperpolarização. Esses padrões de potencial ocorrem em diferentes condições fisiológicas do tratogastrintestinal.
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* Os potenciais em ponta podem ser gerados sobre ondas lentas (ondas marcapasso), que são expontâneas em alguns tipos de musculatura lisa (músculos auto-excitatórios), provavelmente derivadas de ritmicidade de condutância dos canais iônicos ou maior ou menor ativação da bomba de Na+.
O músculo visceral pode ser excitado por estiramento, gerando potenciais espontâneos, já que o estiramento diminui a eletronegatividade do potencial de membrana.
Isso permite que um orgão oco excessivamente estirado se contraia de modo automático, podendo gerar, por exemplo, uma onda peristáltica.
O músculo liso multiunitário pode se despolarizar sem potenciais de ação, que não são gerados devido as fibras serem muito pequenas; neste caso, a própria substância transmissora se propaga por condução elétrica direta por toda a fibra, produzindo contração muscular.
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4.1 Contração do músculo liso por fatores teciduais locais
O músculo liso é altamente contrátil, respondendo a alterações do líquido intersticial circundante; um exemplo é a falta de oxigênio, excesso de dióxido de carbono e da concentração de íons hidrogênio provocando vasodilatação, pois influencia a fibra muscular lisa do vaso.
4.2 Excitação ou inibição causada por hormônios
Alguns importantes hormônios transportados pelo sangue e que influenciam a contração muscular - desde que existam receptores - são a vasopressina, norepinefrina, epinefrina, acetilcolina, angiotensina, ocitocina, serotonina e histamina.