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1 UNOESC - UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA Campus de Joaçaba ÁREA DAS CIÊNCIAS DA VIDA E SAÚDE Prof. Dr. Jovani Antônio Steffani DIVISÃO FUNCIONAL DO SISTEMA NERVOSO S.N. CENTRAL S.N. PERIFÉRICO 31 Pares Espinhais S.N Medula Espinhal S. N. Somático S. N. Visceral Vias aferentes Vias aferentes Vias Eferentes Vias Eferentes S. N. Simpático S. N. Parassimpático Tronco Cerebral Mesencéfalo Ponte Bulbo Cerebelo ENCÉFALO Cérebro Diencéfalo Telencéfalo AUTONÔMICO 2 Obs.: não confundir número de pares de nervos espinhais com número de vértebras espinhais ( 7 cervicais – 12 torácicas – 5 lombares – 5 sacrais – cóccix). Observações: O sistema nervoso somático: Inerva somente a musculatura estriada esquelética; Tanto as vias aferentes quanto as vias eferentes são formadas por um único neurônio (ou fibra nervosa) que liga o sistema nervoso central ao órgão efetuador; O neurotransmissor será sempre a acetilcolina na via eferente e desconhecido na via aferente. O receptor pós-sináptico para a acetilcolina é do tipo nicotínico. O sistema nervoso visceral: Inerva musculatura lisa, musculatura cardíaca e glândulas; As vias aferentes são formadas por um único neurônio e a vias eferentes são formadas por dois neurônios, que ligam o sistema nervoso central ao órgão efetuador, sendo denominadas fibra pré-ganglionar e fibra pós-ganglionar; As fibras eferentes subdividem-se em fibras simpáticas e parassimpáticas; As fibras pré-ganglionares tanto simpáticas quanto parassimpáticas secretam o neurotransmissor acetilcolina, cujos receptores nas fibras pós-sinápticas são do tipo nicotínico; As fibras pós ganglionares parassimpáticas também secretam acetilcolina, porém os receptores pós-sinápticos são do tipo muscarínicos; As fibras pós-ganglionares simpáticas secretam na maioria das vezes noradrenalina, cujos receptores pós-sinápticos podem ser α1, α2, β1 ou β2. A exceção ocorre nas fibras que inervam as glândulas sudoríparas, os vasos sangüíneos da musculatura estriada esquelética e os músculos pilo-eretores, onde há a secreção de acetilcolina que se ligará a seus receptores pós-sinápticos muscarínicos. As fibras do sistema nervoso simpático têm origem no sistema nervoso central na região da medula espinhal compreendida entre as vértebras Torácica 1 e Lombar 2 - por isso denominado tóraco-lombar, enquanto que as fibras do sistema nervoso parassimpático têm origem na região do tronco cerebral e na região sacral - por isso é denominado crânio- sacral. As fibras pré-ganglionares do sistema nervoso simpático são curtas e as fibras pós- ganglionares são longas, enquanto que as fibras pré-ganglionares do sistema nervoso parassimpático são longas e as fibras pós-ganglionares são curtas. 12 Pares cranianos 31 Pares espinhais - olfatório - facial - 8 pares cervicais - óptico - vestíbulo-coclear - 12 pares torácicos - óculomotor - glossofaríngeo - 5 pares lombares - troclear - vago - 5 pares sacrais - tigêmio - acessório - 1 par coccígeo - abducente - hipoglosso 3 SISTEMA NERVOSO CENTRAL SISTEMA NERVOSO PERIFÉRICO SOMÁTICO 4 Vista do sistema nervoso periférico visceral – vias eferentes simpáticas e parassimpáticas 5 Vista das vias aferentes e eferentes do sistema nervoso periférico somático 6 7 FISIOLOGIA NEURAL E AS SINAPSES QUÍMICAS (Cap. 5, 6, 7 - 46 e 47 – e 61 – Tratado de Fisiologia Médica 13ª Ed. – Guyton e Hall) Potenciais de Membrana Todas as células do corpo humano apresentam um potencial elétrico através de sua membrana que é chamado, simplesmente, de potencial de membrana. Nas condições de repouso, esse potencial é negativo no interior da membrana. O potencial de membrana é causado por diferenças nas concentrações iônicas dos líquidos intracelular e extracelular. Especialmente importante é o fato de que o líquido intracelular contém concentração muito elevada de íons potássio (K+), enquanto que, no líquido extracelular, a concentração desse íon é muito reduzida; exatamente o oposto ocorre com o íon sódio (Na+), com concentração muito elevada no líquido extracelular e muito reduzida no líquido intracelular. Os potenciais de membrana desempenham papel fundamental na transmissão dos sinais neurais, bem como no controle da contração muscular, da secreção glandular, e sem dúvida, em muitas outras funções celulares. Por conseguinte, vamos explicar o mecanismo para o desenvolvimento dos potenciais de membrana. Desenvolvimento do Potencial de Membrana Para explicar como surge o potencial de membrana, é necessário que se compreenda que a membrana neuronal em repouso é impermeável aos íons sódio (Na+), mas semi- permeável aos íons potássio (K+). Como resultado, o íon potássio, altamente concentrado no interior da membrana, tende sempre a passar para fora do axônio pelo fato de a membrana ser semipermeável a estes íons quando em repouso. Uma vez que os íons potássio possuem carga elétrica positiva, sua passagem para o exterior carrega eletricidade positiva para fora do neurônio, fazendo obviamente com que o interior da célula nervosa perca cargas elétricas positivas. Por outro lado, no interior da fibra existem grandes quantidades de moléculas de proteínas, portadoras de cargas elétricas negativas, sendo que essas moléculas não conseguem sair da fibra. Conseqüentemente, o interior da fibra nervosa torna-se muito negativo, devido à falta de íons positivos e ao excesso de proteína ionizada com carga negativa. Dessa forma, o potencial de membrana de uma fibra nervosa comum, de grande diâmetro, nas condições de repouso, é de cerca de -90 mV, com a negatividade no interior da fibra. Potencial de Ação e Impulso Nervoso Quando um sinal é transmitido ao longo de uma fibra nervosa, o potencial de membrana passa por uma série de variações que, no seu conjunto, são chamadas de potencial de ação. Antes do início do potencial de ação, no potencial de membrana (repouso), o interior 8 celular está negativo, mas logo que começa o potencial de ação, o interior da membrana da célula nervosa torna-se positivo, seguido – alguns poucos décimos de milésimos após – por retorno ao valor negativo inicial. Essa variação súbita do potencial de membrana para a positividade e seu retorno à negatividade normal é o potencial de ação, que também é chamado de “impulso nervoso”. O impulso nervoso (ou potencial de ação) se propaga ao longo da fibra nervosa e, por meio desses impulsos a fibra nervosa transmite informações de uma parte do organismo para a outra. Os potenciais de ação podem ser produzidos em fibras nervosas por qualquer fator que aumente, bruscamente, a permeabilidade da membrana aos íons sódio (Na+), o que chamamos genericamente de estímulos (dor, calor, tato, etc). Conforme dito anteriormente no estado normal de repouso, a membrana da célula nervosa é impermeável aos íons sódio, enquanto que é semi-permeável aos íons potássio. Quando a fibra torna-se abruptamente permeável ao sódio, estes íons (Na+), com carga positiva, penetram para o interior da fibra, tornando-a positiva,o que inicia o potencial de ação. Esse primeiro estágio do potencial de ação é chamado de despolarização. Despolarização da membrana e a Transmissão do Impulso Nervoso Visto que a concentração dos íons sódio no exterior da fibra é dez vezes maior que no interior, os íons sódio com carga positiva, assim que seus canais são abertos, fluem com grande intensidade para o interior do neurônio, fazendo com que a membrana subitamente fique positiva em sua face interna e negativa na externa. Isso é o oposto do que vigora no estado normal de repouso e é chamado de potencial de inversão. Essa perda abrupta do potencial de membrana negativo no interior também é chamada de despolarização, uma vez que o estado polarizado normal, com positividade externa e negatividade interna, não mais existe. Onda de despolarização ou Impulso Nervoso Um estímulo dado em determinada porção da fibra nervosa faz com que os canais de sódio se abram neste local, com isso ocorrerá a entrada de sódio, desviando o potencial de membrana para o lado positivo. Quando o potencial de membrana atingir o limiar de excitação, os canais de sódio adjacentes (vizinhos) se abrem e, assim, permitem a entrada de mais íons sódio, o que tornará o interior da membrana positivo, o que chamamos de despolarização. Essa despolarização ao tornar o interior da fibra menos negativo (ou positivo) faz com que os canais de cálcio Ca++ se abram ao nível de botões sinápticos, permitindo assim a entrada desses íons. A entrada de Ca++ no botão sináptico faz com que as vesículas sinápticas liberem o neurotransmissor na fenda sináptica, que se ligará aos seus receptores na membrana pós-sináptica. Se o neurotransmissor liberado ao se ligar ao seu receptor determinar a abertura dos canais sódio (Na+) este íon entrará na fibra seguinte despolarizando-a e estimulando-a a liberar o seu neurotransmissor, ou seja, haverá a propagação do impulso nervoso, o que chamamos de potencial pós-sináptico excitatório, uma vez que excitou a fibra a liberar seu neurotransmissor. Porém se o neurotransmissor liberado ao se ligar ao seu receptor determinar a abertura dos canais de cloreto (Cl-) este íon entrará na fibra seguinte 9 hiperpolarizando-a e conseqüentemente inibindo-a, ou seja, não haverá propagação do impulso nervoso nesta fibra, que por sua vez não liberará o seu neurotransmissor. A este fato chamamos de potencial pós-sináptico inibitório. Chamamos de inibitório pelo fato de distanciar o potencial de membrana do limiar de excitação, o que dificulta a excitação dessa fibra por quaisquer outros potenciais de ação excitatórios. Repolarização da Fibra Nervosa Imediatamente após a onda de despolarização ter passado ao longo de uma fibra nervosa, o interior da fibra ficou positivamente carregado, devido ao grande número de íons sódio (Na+) que se difundiu para o seu interior. Essa positividade interna impede a continuação do influxo de sódio para o interior da fibra por fechar as comportas de inativação dos canais de sódio tornando a membrana de novo, impermeável aos íons sódio. Entretanto, a membrana torna-se muito permeável aos íons potássio pelo fato de a eletropositividade abrir todos os canais de potássio. E, dada à alta concentração de potássio no interior da fibra, muitos íons potássio começam a se difundir para o exterior, carregando consigo cargas positivas. Isso, mais uma vez, cria uma eletronegatividade no interior da fibra e positividade no seu exterior, um processo chamado de repolarização por restabelecer a polaridade normal da membrana. Usualmente, a repolarização tem início no mesmo ponto da fibra onde a despolarização começou originariamente e se propaga ao longo da fibra. A repolarização ocorre alguns poucos décimos milionésimos de segundo após a despolarização ficando completada, em fibras nervosas de grande calibre, em menos de um milésimo de segundo, após o que a fibra fica apta a conduzir um novo impulso. Quando um impulso está trafegando ao longo da fibra nervosa, essa fibra não pode conduzir um segundo impulso até que sua membrana fique repolarizada. Por essa razão, a fibra é dita estar no estado refratário e o intervalo de tempo em que a fibra permanece nesse estado é chamado de período refratário. Este período dura cerca de 1/ 2.500 segundos para as fibras mais calibrosas, e até 1/ 250 segundos para as fibras mais delgadas. Por conseguinte, pode-se calcular, facilmente, que essas fibras podem transmitir, até cerca de 2.500 impulsos por segundo. Restabelecimento das Diferenças das Concentrações Iônicas após a Condução de Impulsos Nervosos Após a fibra nervosa ter ficado repolarizada, os íons sódio que penetram em seu interior e os íons potássio que passaram para o exterior devem ser devolvidos a seus locais de origem nas duas faces da membrana. Isso é realizado pela bomba de sódio-potássio (Na+- K+ ATPase). Isto é, essa bomba transportará os íons sódio que estão em excesso no interior da fibra para o meio externo, e os íons potássio na direção oposta. Dessa forma, esse processo restabelece as diferenças iônicas repondo as concentrações em seus valores iniciais. Entretanto, deve ser enfatizado que, mesmo quando a bomba de sódio-potássio pára subitamente de funcionar, cerca de 100.000 a 50 milhões de impulsos ainda podem ser transmitidos pela fibra nervosa, antes que cesse a condução por perda das diferenças entre as concentrações iônicas. A razão disso é que apenas alguns poucos trilhonésimos de um mol de sódio penetram na membrana, a quantidade quase igual de potássio passa em sentido oposto cada vez que um impulso é transmitido, de modo que são necessários cerca 10 de 100 mil ou mais impulsos para desfazer a diferença das concentrações através da membrana e, como resultado, impedir a transmissão de impulso. É evidente portanto, que a bomba de sódio-potássio não é necessária à repolarização inicial da membrana, após cada impulso nervoso; isso, é realizado pela difusão de potássio de dentro para fora, pelos poros da membrana. Ao contrário, a bomba de sódio-potássio simplesmente funciona constantemente, restabelecendo as diferenças de concentração iônica através da membrana, sempre que um grande número de impulsos tende a alterá-las. Tipos de Estímulos que Podem Excitar a Fibra Nervosa No corpo humano, as fibras nervosas, são, normalmente, estimuladas por meios físicos ou químicos. Por exemplo, a pressão aplicada sobre certas terminações nervosas da pele distende mecanicamente essas terminações, o que abre os poros da membrana ao sódio, por conseguinte, produzindo impulsos. O frio e o calor atuam do mesmo modo sobre outras terminações, também produzindo impulsos, e a lesão dos tecidos, como o corte ou a distensão demasiada podem produzir impulsos dolorosos. No sistema nervoso central, os impulsos são transmitidos de um neurônio para outro, primeiramente, por meios químicos. A terminação neural do primeiro neurônio, secreta uma substância química, chamada de substância transmissora que excita o segundo neurônio. Desse modo, os impulsos podem ser transmitidos ao longo de muitas centenas de neurônios antes de serem bloqueados. Lei do Tudo-ou-Nada. A partir da discussão precedente, sobre o impulso nervoso, fica evidente que, quando um estímulo é suficientemente intenso para produzir um impulso, esse impulso será propagado em ambas as direções da fibra nervosa, até que toda a fibra entre em atividade. Em outras palavras, um estímulo fraco não é capaz de excitar apenas uma parte de uma fibra nervosa; ou o estímulo é bastante forte para estimulartoda a fibra, ou, simplesmente, não a despolariza. Isso é conhecido como a lei do tudo ou nada. Em outras palavras: ou o estímulo é capaz de desviar o potencial de membrana até o limiar de excitação ou não ocorrerá potencial de ação. Micrômetro: é a milésima parte de um de um milímetro - 1µm = 0,001 mm. Nanômetro: é a milésima parte de um micrômetro – 1 nm = 0,0001 µm. MODALIDADE DA SENSAÇÃO – O PRINCÍPIO DA “LINHA ROTULADA” Cada um dos principais tipos de sensação que podemos experimentar – dor, tato, visão, som e assim por diante – é chamado de modalidade da sensação. No entanto, apesar do fato de experimentarmos essas diferentes modalidades da sensação, as fibras nervosas 11 transmitem apenas impulsos (potenciais de ação). Portanto, como é que diferentes fibras nervosas transmitem diferentes modalidades de sensação? A resposta é que cada feixe nervoso termina em um ponto específico no sistema nervoso central, e o tipo de sensação percebida quando uma fibra é estimulada é determinado pelo ponto no sistema nervoso ao qual a fibra conduz. Por exemplo, se uma fibra da dor for estimulada, a pessoa percebe a dor, qualquer que tenha sido o tipo de estímulo que excita a fibra. O estímulo pode ser a eletricidade, o hiperaquecimento da fibra, o esmagamento da fibra ou a estimulação das terminações nervosas da dor, por lesão das células do tecido. Em todas essas instâncias, a pessoa percebe a dor. Do mesmo modo, se uma fibra do tato for estimulada pela excitação de um receptor tátil, eletricamente ou de qualquer outra maneira, a pessoa percebe tato, porque as fibras táteis levam a áreas táteis específicas no cérebro. De modo semelhante, as fibras provenientes da retina do olho terminam nas áreas da visão do cérebro, as fibras do ouvido terminam nas áreas auditivas do cérebro e as fibras da temperatura terminam nas áreas de temperatura. Essa especialidade das fibras nervosas para a transmissão de apenas uma modalidade de sensação é chamada de princípio da linha rotulada. CLASSIFICAÇÃO DOS RECEPTORES SENSORIAIS - Quanto à função Há cinco tipos básicos de receptores sensoriais: 1- Mecanoceptores ou mecanorreceptores: que detectam a compressão ou o estiramento mecânico do receptor ou dos tecidos adjacentes ao receptor; 2- Termorreceptores ou termoceptores: que detectam alterações da temperatura, alguns receptores detectando o frio e outros o calor; 3- Nociceptores ou nocirreceptores: receptores da dor, detectam estímulos que provocam lesões nos tecidos; 4- Receptores eletromagnéticos: detectam a luz na retina dos olhos; 5- Quimiorreceptores: detectam alterações químicas, sabor, odor, nível de O2 arterial, e CO2, osmolaridade dos líquidos corporais... CLASSIFICAÇÃO DOS RECEPTORES SENSORIAIS - Quanto à forma Observe as figuras a seguir com a classificação dos receptores sensoriais de acordo com a sua forma (morfologia). 12 ADAPTAÇÃO DOS RECEPTORES Uma característica especial da maioria dos receptores sensoriais é que eles se adaptam parcial ou completamente a qualquer estímulo constante, apões certo período de tempo. Isto é, quando aplicado estímulo sensorial contínuo, o receptor responde inicialmente com alta freqüência de impulsos e, depois, com freqüência progressivamente mais lenta, até que, finalmente, a freqüência dos potenciais de ação diminui a ponto de cessar, extinção do estímulo. A adaptação ocorre de acordo com o tipo de estímulo, por exemplo, os receptores da dor – nociceptores- sofrem pouca ou nenhuma adaptação. 13 TIPOS DE SINAPSES: QUÍMICAS E ELÉTRICAS Sinapse é uma junção especializada em que um terminal axonal faz contato com outro neurônio ou outro tipo de célula, muscular por exemplo. O sentido normal do fluxo de informação é do terminal axonal ao neurônio-alvo, ou célula-alvo; assim o terminal axonal é dito pré-sináptico, enquanto que o estrutura alvo é dita pós-sináptica. Existem dois tipos de sinapses, as sinapses químicas e as sinapses elétricas. Sinapses elétricas: A maioria das sinapses de mamíferos é química, mas há uma forma de sinapse elétrica, mais simples e evolutivamente mais antiga, que permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para outra. Sinapses elétricas ocorrem em sítios especializados denominados junções tipo gap ou junções comunicantes. Nas junções gap, as membranas pré-sinpaticas e pós-sinapticas são separadas por apenas 3 nanômetros, sendo essa estreita fenda atravessada por proteínas especiais denominadas conexinas. Seis conexinas reunidas formam um canal chamado de conexon, o qual permite que íons passem diretamente do citoplasma de uma célula para o citoplasma de outra. A maioria das junções gap permite que a corrente iônica passe adequadamente em ambos os sentidos; portanto, diferentemente da maioria das sinapses químicas, as sinapses elétricas são bidirecionais. A transmissão nas sinapses elétricas é muito rápida, portanto, um potencial de ação no neurônio pré-sináptico pode produzir quase que instantaneamente, um potencial de ação na célula pós-sinaptica. No sistema nervoso central de mamíferos adultos as sinapses elétricas são principalmente encontradas em locais especializados onde a função normal requer que a atividade de neurônios vizinhos seja altamente sincronizada. Elas ocorrem freqüentemente entre neurônios nos estágios iniciais da embriogênese. Há evidências de que, durante o desenvolvimento neural, as junções gap permitam que células vizinhas compartilhem os sinais, tanto elétricos quanto químicos, que podem auxiliar na coordenação do crescimento e da maturação do SNC. Embora as junções tipo gap entre neurônios de mamíferos adultos sejam relativamente raras, elas são muito comuns em outros tipos celulares, incluindo glia, células epiteliais, células musculares lisas e cardíacas e algumas células endócrinas. Sinapses químicas: via de regra, a transmissão sináptica no sistema nervoso humano maduro, é química. As membranas pré e pós-sinápticas são separadas por uma fenda de 20 a 50 nm, cerca de 10 vezes mais larga que a fenda de separação nas junções tipo gap. A fenda é preenchida com uma matriz extracelular de proteínas fibrosas. Uma das funções desta matriz é manter a adesão entre as membranas pré e pós-sinápticas. O terminal axonal, representa geralmente a porção pré-sináptica de uma sinpase, e contém vesículas cheias de uma substancia química chamada de neurotransmissor, que são as substancias que irão transmitir a informação de um neurônio a outro, e é por isso, que essas sinapses são denominadas de sinapses químicas. A Placa Motora A Placa Motora é a conexão entre o término de uma fibra mielínica calibrosa e uma fibra muscular esquelética. Em geral, cada fibra muscular esquelética possui apenas uma placa motora e, raramente, mais que uma. A figura abaixo, mostra uma placa motora típica. A fibra nervosa se ramifica próxima ao seu término para formar uma rede de terminais axônicos, chamada de placa terminal, cada 14 um desses terminais mergulhando em invaginação formada pela membrana da célula muscular mas permanecendo totalmente fora dessa membrana. A invaginação da membrana é chamada de goteira ou sulco sináptico, é o espaço ou fenda sináptica. Essa fenda é cheia com uma substância amorfa gelatinosa, através da qual se funde o líquido extracelular. No fundo dessa goteira existem numerosas pregas, que formam as fendas subneurais, que aumentam de muito a área da superfície sobre a qual pode atuar o transmissor sináptico. Noterminal axônico existem muitas mitocôndrias que fornecem energia, principalmente para a síntese do transmissor excitatório acetilcolina que excita as fibras musculares. A acetilcolina é sintetizada no citoplasma do terminal axônico, mas é rapidamente absorvida por muitas e pequenas vesículas sinápticas, normalmente presentes, em número de cerca de 300.000, em todos os terminais de uma única placa motora. Na superfície das fendas subneurais existem agregados da enzima colinesterase, que é capaz de destruir a acetilcolina. Transmissão do Impulso na Placa Motora Secreção de Acetilcolina. Quando um impulso nervoso chega à placa motora, a passagem do potencial de ação pela membrana do terminal axônico faz com que muitas das pequenas vesículas de acetilcolina armazenadas nesse terminal rompam através da membrana desse terminal para esvaziar seu conteúdo na fenda sináptica, entre o terminal e a fibra muscular. A acetilcolina atua, então, sobre a membrana muscular cheia de pregas para aumentar sua permeabilidade aos íons sódio. Essa permeabilidade aumentada, por sua vez, permite a passagem instantânea de sódio para o interior da fibra muscular, o que acarreta o fluxo de cargas positivas para o citoplasma muscular, despolarizando imediatamente essa área da membrana muscular. Essa despolarização local produz um potencial de ação que se propaga nas duas direções, ao longo da fibra. Por sua vez, o potencial ao passar ao longo da fibra provoca sua contração. Destruição da Acetilcolina pela Colinesterase. Se a acetilcolina secretada pelos terminais neurais permanecesse indefinidamente em contato com seus receptores na membrana da fibra muscular, essa fibra transmitiria sucessão ininterrupta de impulsos. Entretanto, a colinesterase na superfície das pregas da membrana, na goteira sináptica, fraciona enzimaticamente a acetilcolina em ácido acético e em colina em cerca de 1/500 de segundo. Portanto, quase que imediatamente após a acetilcolina ter estimulado a fibra muscular, essa acetilcolina é destruída. Isso permite que a membrana da fibra muscular se repolarize e fique pronta para um novo estímulo, assim que outro potencial de ação chegue ao terminal axônico. O mecanismo da acetilcolina, na placa motora, representa um sistema de amplificação que permite que um fraco impulso nervoso estimule uma grande fibra muscular. Isto é, a quantidade de corrente elétrica gerada pela fibra nervosa não é suficiente para produzir um impulso na fibra muscular, visto que a fibra nervosa tem área da seção reta de apenas um décimo ou menos da fibra muscular. Ao contrário, a acetilcolina secretada faz com que a fibra muscular gere seu próprio impulso. Dessa forma, cada impulso nervoso, na verdade, pára na placa motora e, em seu lugar, começa um impulso inteiramente novo no músculo. 15 RESUMO DA AULA DE CONTRAÇÃO MUSCULAR ESQUELÉTICA E LISA Músculo Fascículo muscular Fibra muscular Miofibrila SARCOLEMA- é a membrana da fibra muscular, que é uma verdadeira membrana celular, chamada de membrana de membrana plasmática, contém colágeno o que lhe confere resistência. Nas extremidades da fibra muscular o sarcolema funde-se com as fibras tendinosas que irão formar os tendões, que se inserem nos ossos e articulações. As miofibrilas são formadas por cerca de 1.500 filamentos de miosina e 3.000 filamentos de actina, dispostos um ao lado do outro, responsáveis pela contração muscular. Os filamentos de miosina possuem projeções laterais chamadas de pontes cruzadas. Elas proeminam da superfície dos filamentos em toda a sua extensão exceto na mais central, onde ocorre a interação entre as pontes cruzadas. Os filamentos de actina estão fixados à membrana Z ou disco Z, que passa de miofibrila a miofibrila, fixando-as entre si, em toda a espessura da fibra muscular. A porção de miofibrila situada entre duas sucessivas membranas Z é o sarcômero. E o líquido que circula por entre as miofibrilas é chamado de sarcoplasma, que contém grandes quantidades de potássio, de magnésio, de fosfato e de enzimas protéicas. Existe no sarcoplasma grande número de mitocôndrias, o que indica que as miofibrilas têm grande gasto de energia ao realizar o trabalho de contração muscular. A fibra muscular contém ainda o retículo sarcoplasmático , que é um extenso retículo endoplasmático, onde ficam armazenados íons cálcio. Os filamentos de miosina são formados por 200 moléculas de miosina dispostas da seguinte maneira: hastes + ponte cruzada. Os filamentos de actina são mais complexos. São formados por três componentes diferentes: actina, tropomiosina e troponina. O arcabouço do filamento de actina é formado por dois filamentos de actina enrolados em forma de hélice. Existem muitas moléculas de ADP presas a essas cadeias de actina. O filamento de actina possui ainda dois outros filamentos. Um de tropomiosina, que acredita-se estar ligado frouxamente à actina e que no estado de repouso, cubra, em termos físicos, os pontos ativos dos filamentos de actina, de modo que não pode ocorrer a interação entre a actina e a miosina, a fim de produzir a contração. E ocorrendo a intervalos regulares ao longo de cada molécula de tropomiosina, existe um complexo de três moléculas globulares de proteína, chamado de troponina. Uma dessas proteínas globulares tem forte afinidade pela actina, outra pela tropomiosina e a terceira por íons cálcio. A forte afinidade da troponina por íons cálcio é considerada como o fator desencadeante do processo contrátil. Se não existisse o complexo troponina-tropomiosina, os filamentos de actina ligar-se-iam fortemente aos filamentos de miosina, desde que existissem íons magnésio e ATP, ambos normalmente presentes em ambundância na miofibrila. Porém esse complexo existente não 16 permite essa ligação. Portanto acredita-se que os pontos ativos normais do filamento de actina do músculo em repouso sejam inibidos (ou recobertos/bloqueados, no sentido físico do termo) pelo complexo troponina-tropmiosina. Entretanto, em presença de íons cálcio, o efeito inibidor da tropomiosina sobre o filamento de actina é inibido. Presume-se que os íons cálcio ao se combinarem com a troponina, pela qual têm grande afinidade, mude de algum modo a conformação da tropomiosina, fazendo com que descubram os pontos ativos da actina ao ser tracionada para o fundo dos sulcos da hélice de actina, o que expõe os pontos ativos, permitindo que a contração tenha lugar. TEORIA DA CATRACA PARA A CONTRAÇÃO O potencial de ação gerado pela ligação da acetilcolina (neurotransmissor) ao seu receptor na membrana da fibra muscular, se propaga ao longo dessa fibra, sendo transmitido a todas as miofibrilas através dos túbulos transversos (túbulos T), que se localizam na membrana Z atravessando toda a fibra muscular, tendo comunicação com o líquido extracelular no seu ponto de origem na membrana celular, provocando a liberação de íons cálcio do retículo sarcoplasmático ao sarcoplasma. Os íons cálcio por sua vez ligam-se imediatamente com a troponina, que provavelmente provoca variações na sua conformação, provocando o tracionamento do filamento de tropomiosina para o fundo dos pontos ativos, deixando livre os pontos ativos do filamento de actina. Os pontos ativos, agora descobertos, atraem imediatamente as cabeças das pontes cruzadas dos filamentos de miosina. Em seguida essas pontes cruzadas realizam o movimento de dobradiça e as cabeças dessas pontes cruzadas fixadas aos pontos ativos da actina curvam-se em direção ao seu braço puxando os filamentos de actina. Esse encurvamento da cabeça daponte cruzada é chamado de curso- de-potência (powerstroke). Uma vez que a ponte cruzada tenha completado seu curso-de- potência, a posição curvada dessa cabeça expõe um ponto que ativa a enzima ATPase, por conseguinte, esta enzima quebra moléculas de ATP em ADP, liberando energia para o desligamento da ponte cruzada de miosina do filamento de actina. A energia que é liberada, supostamente faz com que a cabeça retorne à sua posição perpendicular normal, e teoricamente “arma” a cabeça nessa posição. A cabeça da ponte cruzada possui então energia armazenada que é derivado do ATP degradado, para o próximo curso-de-potência. Assim sendo, o processo prossegue indefinidamente até que o filamento de actina tracione a membrana Z contra as extremidades dos filamentos de miosina ou até que a carga imposta ao músculo se torne excessivamente pesada para que haja alguma tração adicional. É importante lembrar que cada uma das pontes cruzadas é considerada como atuando independentemente de todas as outras, cada uma fixando-se e tracionando em ciclo contínuo e alternante, por conseguinte, quanto maior o número de pontes cruzadas em contato com o filamento de actina, em um dado instante, teoricamente, maior seria a força de contração. A contração muscular persistirá enquanto os íons cálcio estiverem em concentração suficientemente alta no líquido sarcoplasmático. Entretanto, a bomba de cálcio, continuamente ativa e localizada nas paredes do retículo sarcoplasmático, bombeia os íons cálcio para fora do líquido sarcoplasmático, de volta às cavidades vesiculares do retículo. Essa bomba é tão potente que pode provocar a depleção quase total de íons cálcio do sarcoplasma. 17 A força de contração do músculo é diretamente proporcional ao seu comprimento, quanto maior o seu comprimento maior é sua força de contração; porém há ainda outros fatores que determinam a força do músuclo, são eles: o modo de fixação dos músculos ao esqueleto, e a estrutura da articulação onde vai ocorrer o movimento.
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