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EA D Fisiologia Muscular 3 1. OBJETIVOS • Compreender a Fisiologia do músculo. • Conhecer as estruturas desse sistema e os tipos de mús- culo. • Identificar e compreender a importância musculoesque- lética. • Conhecer e analisar os mecanismos envolvidos na contra- ção muscular esquelética. 2. CONTEÚDOS • Introdução. • Músculo estriado esquelético. • Estrutura do músculo esquelético. • Unidade motora. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada108 • Mecanismos de contração. • Relaxamento. • Suprimento energético para a contração muscular. • Classificação dos tipos de fibras. • Alterações do músculo esquelético relacionadas à idade. • Regulação da força muscular. • Contração isométrica e contração dinâmica. • Receptores musculares. • Músculo cardíaco. 3. ORIENTAÇÕES PARA O ESTUDO DA UNIDADE Antes de iniciar o estudo desta unidade, é importante que você leia as orientações a seguir: 1) Tenha sempre à mão o significado dos conceitos expli- citados no Glossário e suas ligações pelo Esquema de Conceitos-chave para o estudo de todas as unidades deste CRC. Isso poderá facilitar sua aprendizagem e seu desempenho. 2) Ao estudar esta unidade, conforme for avançando nos conhecimentos, tente construir um mapa conceitual dos conteúdos aqui apresentados. 3) Tente descrever todo o processo de contração muscu- lar, desde a chegada de um estímulo até o relaxamento. Pense no que desencadeia a contração de um músculo do tipo 1 ou do tipo 2. 4) Complemente seu conhecimento utilizando a bibliogra- fia indicada no final da unidade. Esteja sempre com o material didático em mãos e discuta a unidade com seus colegas e com o tutor. O sistema muscular é o sistema mais evocado pelo profissional de Educação Física. Sem- pre que surgir uma dúvida sobre como o sistema muscu- lar funciona, discuta com seus colegas e tutor. 5) Depois de terminar o estudo desta unidade, pesquise em livros a origem de uma fibra muscular. Por exemplo, 109 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular os que são células satélites e como elas são ativadas para se proliferarem e se diferenciarem em novas fibras musculares? Quando ocorre uma lesão muscular, por exemplo, provocada pela atividade física? Como ocorre a recuperação dessa lesão? 4. INTRODUÇÃO À UNIDADE Na Unidade 2, você foi convidado a estudar o sistema nervo- so central, bem como a sua estrutura, divisão e organização. Nesta unidade, você, futuro profissional de Educação Física, terá a oportunidade de conhecer o sistema muscular, bem como de compreender a estrutura e o funcionamento desse sistema que tem sua importância muito além da estética. Ao entender melhor o músculo e a sua função, você esta- rá habilitado a aproveitar melhor a ferramenta que terá em mãos (exercício) no dia a dia de sua profissão, podendo buscar todos os benefícios que o exercício promove em relação à saúde. Assim como não exercitar os músculos traz prejuízos a ele, o exercício feito de forma errada ou em excesso também pode reduzir ou até mesmo impedir seu bom funcionamento. No organismo humano, existem três tipos de músculo. São eles: • Músculo estriado esquelético. • Músculo estriado cardíaco. • Músculo liso. Observe-os na Figura 1. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada110 Fonte: Silverthorn (2003, s/n). Figura 1 Os três tipos de músculos. Observe, na Figura 1, as diferenças entre eles. (a) Músculo esquelético: células grandes multinucleadas com estriações. (b) Músculo cardíaco: células estriadas uninucleadas e “ramificadas”. Possuem interconexão umas com as outras através de junções es- pecializadas denominadas de discos intercalares. (c) Músculo liso: células uninucleadas sem estriações. A nomenclatura “estriado” ou “liso” faz referência a uma estriação transversa observada nesses músculos. Essas estriações definem uma unidade funcional denominada sarcômero (estuda- da na sequência). O músculo estriado esquelético é inervado ex- clusivamente pelo sistema nervoso somático, enquanto o músculo estriado cardíaco e o músculo liso são inervados pelo sistema ner- voso autônomo. 5. MÚSCULO ESTRIADO ESQUELÉTICO Um pouco menos que a metade da massa do corpo huma- no de adultos (40-50%) é composta de músculo esquelético. Suas principais funções são produzir movimento (locomoção) e regular a temperatura corporal (a contração produz calor). Cada um dos mais de 600 músculos esqueléticos do corpo humano são com- postos de centenas de milhares de células individuais. As células musculares são alongadas e multinucleadas, e são chamadas de fibras (Figura 2). 111 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Fonte: Fox (2003, s/n). Figura 2 Ultraestrutura das fibras musculares estriadas. Os músculos esqueléticos são compostos de fibras muscula- res individuais que se contraem quando simuladas por um neurô- nio motor. Cada neurônio motor ramifica-se para inervar diversas fibras musculares e todas essas fibras contraem-se quando o seu neurônio motor é ativado. A ativação diversificada no número de unidades motoras, portanto, também ativa, de forma diversifica- da, o número de fibras motoras, o que resulta em graduações na força de contração de um conjunto muscular. Os músculos esqueléticos possuem suas extremidades liga- das a ossos por meio de tendões. Quando um músculo se contrai, ele se encurta, fazendo o osso se mover. Estrutura do músculo esquelético Dentro de uma única fibra, existem proteínas contráteis de: • actina (filamentos finos); • miosina (filamentos grossos); • titina. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada112 Observe, na Figura 3, como essas proteínas estão arranjadas em bandas repetidas longitudinalmente, formando os sarcôme- ros. Cada sarcômero vai de um disco Z até o próximo disco Z. Os sarcômeros arranjados em série formam as miofibrilas. Por vez, muitas miofibrilas posicionam-se de modo paralelo para formar as fibras, como pode ser observado na Figura 2. As estriações ou “bandas” que podemos observar nas mio- fibrilas são as alternâncias entre as regiões claras e as escuras. A região clara é chamada de banda I (isotrópica) e apresenta apenas filamentos de actina. Já a região escura é chamada de banda A (anisotrópica) e apresenta tanto filamentos de actina quanto de miosina. A zona H, localizada na parte medial do sarcômero, apre- senta somente filamentos de miosina. Quando no comprimento normal (de repouso), os filamen- tos de actina estão pouco sobrepostos aos de miosina. Durante a contração, o músculo encurta-se pela sobreposição desses dois filamentos. Além dos filamentos de actina e miosina, existe uma terceira molécula, a molécula filamentosa de titina, que contribui para as propriedades elásticas da miofibrila. Disco Z Banda clara I Banda escura A Disco Z Banda clara I Banda escura A Núcleo Sarcolema Zona H Filamento fino (actina) Filamento grosso (miosina) Banda IBanda A Linha MBanda I Linha Z Linha Z Linha M Sarcômero Titina Miosina Elastina Actina Titina Fonte: adaptado de Marieb e Hoehn (2007). Figura 3 Organização do músculo esquelético. 113 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Na Figura 3, você pode observar que as miofibrilas, elemen- to contrátil do músculo esquelético, são envolvidas por uma mem- brana, o sarcolema, que é impermeável a fluidos extracelulares em condições normais. O sarcolema possui um importante papel na manutenção da homeostase eletrolítica das miofibrilas. É cons- tituído por material polissacarídeo, que contém inúmeras e finas fibrilas colágenas. Em cada extremidade da fibra muscular, o sar- colema funde-se com uma fibra tendinosa e estas se juntam em feixes para formar os tendões dos músculos, que se inserem nos ossos. O sarcoplasma é a matriz intracelular da fibra muscular e é composto pelos constituintes intracelulares habituais,além do retículo sarcoplasmático, extremamente importante na contração muscular (Figura 2). Uma fibra muscular contém pouco citosol. As estruturas principais das miofibrilas são as proteínas contráteis de actina e miosina, as regulatórias tropomiosina e troponina e as acessórias gigantes titina e nebulina. O retículo sarcoplasmático é uma modificação do retículo endoplasmático, como você pode observar na Tabela 1. Na Figura 4, podemos visualizar que o retículo sarcoplasmático se caracteri- za por ser um conjunto de tubos longitudinais presentes na fibra muscular, responsável por armazenar grande quantidade de íons cálcio e, também, de fornecer esse cálcio armazenado durante o processo de contração muscular. Os túbulos transversos (túbulos T) são diminutos túbulos transversais na fibra muscular. Eles man- têm as mesmas propriedades elétricas do sarcolema; assim, os po- tenciais de ação podem atingir o cerne da fibra muscular. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada114 Fonte: Fox (2003, s/n) Figura 4 O retículo sarcoplasmático. A Figura 4 mostra a relação entre as miofibrilas, os túbulos transversos e o retículo sarcoplasmático. O retículo sarcoplasmáti- co (verde) armazena Ca2+ e é estimulado a liberá-lo pelos poten- ciais de ação que chegam aos túbulos transversos. Tabela 1 Terminologias Musculares. Termo geral Equivalente no músculo Célula muscular Fibra muscular Membrana celular Sarcolema Citoplasma Sarcoplasma Retículo endoplasmático modificado Retículo sarcoplasmático Fonte: Silverthorn (2003). Unidade motora No corpo humano, cada fibra muscular recebe um único ter- minal axônico proveniente de um neurônio motor somático. Cada 115 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular neurônio motor pode inervar poucas ou muitas fibras musculares. A região especializada do sarcolema da fibra muscular, localizada na junção neuromuscular, é conhecida como placa motora. Obser- ve a Figura 5. Fonte: Fox (2003, s/n). Figura 5 Junção neuromuscular. A junção neuromuscular, ilustrada na Figura 5, é a sinapse entre a fibra nervosa e a fibra muscular. A placa motora é a porção especializada do sarcolema de uma fibra muscular localizada ao redor da extremidade de um terminal axônico. Cada neurônio motor, juntamente com todas as fibras moto- ras que ele inerva, é chamado de unidade motora, como mostra a Figura 6. O neurônio motor estimula a contração da fibra muscular por meio da liberação de acetilcolina na junção motora. Os mús- culos estriados esqueléticos são responsáveis por produzir os mo- vimentos voluntários. Esses movimentos são desencadeados por estímulos nervosos gerados pelo cérebro. O estímulo nervoso que atinge a placa motora é o fator produtor de sua excitação e con- tração. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada116 Fonte: FOX (2003) Figura 6 Unidade Motora. Uma unidade motora consiste de um neurônio motor e das fibras musculares que ele inerva. (a) Ilustração de um músculo que contém duas unidades motoras. (b) Uma única unidade motora que consiste de uma ramificação do axônio motor e das três fibras que ele inerva (as fibras que estão realçadas). As outras fibras de músculo fariam parte de unidades de motor diferentes e seriam inervadas através de neurônios diferentes (não mostrado). Na rea- lidade, um músculo pode conter centenas de unidades motoras, e cada unidade motora pode conter mais fibras musculares do que ilustrado na Figura 6. Mecanismos de contração A contração muscular é resultado de uma cascata de eventos que se sucedem. Inicialmente, é gerado um estímulo que percorre o neurônio motor até suas terminações na fibra muscular. 117 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Entre essas terminações axônicas e a membrana muscular, existe um pequeno espaço denominado de fenda sináptica. Con- fira-o na Figura 5. Nesse espaço, as terminações axônicas liberam uma substância neurotransmissora, a acetilcolina, que age abrindo múltiplos canais na membrana muscular que permitem a entrada de grande quantidade de íons sódio para o interior da fibra muscu- lar. Esses íons sódio tornam positiva a carga na membrana da fibra muscular despolarizando a membrana e criando um potencial na placa terminal (PPT). Esse potencial de ação é conduzido ao longo da superfície da fibra muscular e grande parte da eletricidade do potencial de ação propaga-se profundamente para dentro da fibra muscular em direção aos túbulos T, induzindo o retículo sarcoplas- mático a liberar grande quantidade de íons cálcio que estavam ali armazenados. Esses íons cálcio vão permitir que sejam geradas forças atrativas entre os filamentos de actina e miosina, fazendo com que os filamentos de actina deslizem sobre os filamentos de miosina, constituindo o processo contrátil. Para poder entender o processo contrátil, primeiro precisa- mos conhecer as proteínas que fazem parte desse processo. São elas: actina, miosina, troponina e tropomiosina. Vejamos cada uma dessas proteínas: 1) Miosina é formada por filamentos grossos que são compostos de várias moléculas de miosina. Cada mo- lécula de miosina é composta por duas cadeias pro- teicas pesadas que se entrelaçam para formar uma longa cauda e um par de cabeças. Observe, na Figura 7, que duas cadeias de proteínas leves estão associa- das à cadeia pesada de cada cabeça. As característi- cas da cabeça pesada da miosina é um dos parâme- tros para determinar o tipo de fibra. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada118 Fonte: Gayton e Hall (2002, s/n). Figura 7 Molécula de miosina. 6) Actina constitui os filamentos finos da fibra muscular. É uma molécula globular (actina G). Quando diversas des- sas proteínas se polimerizam, formam as cadeias longas ou os filamentos (actina F), que se enrolam para formar os filamentos finos da miofibrila. Observe isso na Figura 8: Fonte: Silverthorn (2003, s/n). Figura 8 Filamento fino de actina. 7) Tropomiosina é um polímero proteico alongado que se enrola ao redor (nos sulcos) do filamento de actina e bloqueia parte do sítio de ligação da actina com a mio- sina. Para que a contração ocorra, a tropomiosina deve alterar sua posição para desbloquear esse sítio de liga- ção. A sua posição é regulada pela troponina. Observe a Figura 9. 8) Troponina é um complexo de três proteínas que estão as- sociadas à tropomiosina. Quando a contração começa, a troponina C, uma proteína do complexo, liga-se irrever- sivelmente ao Ca2+. Essa ligação desloca a tropomiosina 119 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular para os sulcos dos filamentos da actina, desbloqueando os sítios de ligação da actina, como mostra a Figura 9. Fonte: Fox (2007, s/n). Figura 9 Troponina, tropomiosina e o papel do Ca2+ na contração muscular. Observe na Figura 9 que, quando o Ca2+ se liga à tropomiosi- na, provoca um movimento no complexo troponina-tropomiosina que expõe os sítios de ligação da actina. Dessa forma, as pontes cruzadas de miosina podem se ligar aos sítios de ligação da actina para promover a contração muscular. Essa combinação de eventos mecânicos em uma fibra muscular é denominada de acoplamento excitação-contração. Depois que os sítios de ligação da actina foram liberados, a miosina pode se ligar à actina para mover o filamento de actina em direção ao centro do sarcômero. Esse processo deve se repetir diversas vezes durante uma contração muscular para que ocorra a contração, como ilustra a Figura 10. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada120 Fonte: Silverthorn (2007, s/n). Figura 10 Mudanças no sarcômero durante a contração. Durante a contração, ilustrada na Figura 10, não ocorre mu- dança de tamanho dos filamentos. O que acontece é que os fila- mentos de actina deslizam sobre os de miosina em direção à linha M localizada no centro do sarcômero. A banda A não muda seu tamanho, mas a banda I e a zona H sofrem redução de tamanho durante a contração.A cabeça da miosina contém um local de ligação da ATP e essas cabeças atuam como enzimas miosina ATPase, que hidroli- sam o ATP em ADP mais fosfato inorgânico (Pi), gerando energia, que é necessária para causar o movimento das cabeças da miosi- na. Quando as pontes cruzadas se ligam à actina, elas liberam o Pi, causando uma alteração conformacional no ângulo da cabeça da miosina, como você pode observar na figura 9, provocando o deslizamento dos filamentos de atina em direção aos centros das bandas. A cabeça da miosina não se desprenderá da actina até se combinar com uma nova molécula de ATP – a condição de rigidez muscular após a morte dá-se pela incapacidade de desacoplamen- to das pontes cruzadas, pois falta ATP. O processo de contração 121 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular muscular, ou tensão, perdura enquanto existirem altos níveis de Ca2+ no sarcoplasma, desde que haja quantidade suficiente de ATP. Relaxamento O relaxamento muscular é consequência da parada dos im- pulsos nervosos do motoneurônio no músculo esquelético, con- trolados pelo sistema nervoso central. Com isso, o Ca2+ do retículo sarcoplasmático não é mais liberado; ao contrário, é bombeado de volta para ele por meio da bomba da Ca2+ com atividade ATPásica, que retira o Ca2+ da troponina e do sarcoplasma e carrega de volta as cisternas terminais. Para que uma molécula de Ca2+ seja trans- portada, é necessária a hidrólise de um ATP. O músculo gasta 1/3 de sua energia para bombear o Ca2+ de volta ao sarcoplasma, e os outros 2/3 são utilizados no processo de acoplamento-excitação. Suprimento energético para a contração muscular Os músculos dependem da energia proveniente do ATP tan- to durante a contração quanto no processo de relaxamento mus- cular. Depois que o ATP foi utilizado para gerar energia, seu produ- to metabólico, o ADP, precisa ser recomposto em ATP para poder fornecer energia novamente para a contração muscular. Os músculos contêm uma fonte alternativa de energia, um composto de alta energia denominado de creatina-fosfato, que se desdobra em creatina e fosfato, e o grupo fosfato é transferido, através da enzima creatina quinase (ck), para o ADP para formar novo ATP. Dessa forma, o ATP pode ser reutilizado diversas vezes para fornecer a energia necessária para a contração muscular. A quantidade de creatina-fosfato presente na fibra muscu- lar também é limitada. Poucos segundos de contração intensa e contínua são capazes de promover sua depleção. Assim, as fibras musculares devem usar o metabolismo para transferir a energia das ligações químicas dos nutrientes (carboidratos, proteínas, gor- duras) para o ATP. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada122 Classificação dos tipos de fibras As fibras musculares são classificadas de acordo com sua ve- locidade de contração e resistência à fadiga. Existe uma grande variedade de tipos de fibras, mas existem três tipos de fibras que são predominantes na composição dos músculos e incluem as se- guintes fibras: • fibras oxidativas de contração lenta; • fibras glicolíticas oxidativas de contração rápida; • fibras glicolíticas de contração rápida. As fibras oxidativas, ou fibras do tipo I, são caracterizadas pelo alto conteúdo mitocondrial (onde estão as enzimas oxidati- vas) e baseiam seu metabolismo energético preferencialmente na via aeróbia-oxidativa. Possuem mais mioglobina e capilares do que qualquer outro tipo de fibra, que, juntamente com o alto conteúdo mitocondrial, fazem com que essas fibras tenham grande capacida- de de metabolismo aeróbio e alta resistência à fadiga. Em termos de velocidade contrátil, elas possuem uma velocidade contrátil máxima (Vmáx) menor do que os outros tipos de fibras. Além disso, parecem produzir menor tensão do que as fibras rápidas (tensão é a produção de força dividida pelo tamanho da fibra). As fibras glicolíticas, também chamadas de fibras do tipo IIX, possuem baixo conteúdo mitocondrial. No entanto, são fibras ricas em enzimas glicolíticas e, por isso, baseiam seu suprimento ener- gético principalmente na quebra de glicogênio e glicólise, o que lhes fornece uma grande capacidade anaeróbia. São chamadas de fibras de contração rápida e são menos resistentes à fadiga. Em contrapartida, apresentam a maior Vmáx de todos os tipos de fi- bras. –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Durante muito tempo, acreditou-se que a fibra mais rápida de humanos fosse a fibra do tipo IIB, assim como é em roedores. Porém, pesquisas recentes reve- laram que, provavelmente, as fibras mais rápidas em humanos são as fibras do tipo IIX. –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 123 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular As fibras oxidativas-glicolíticas de contração rápida são uma mistura das duas anteriores, possuindo características tanto de uma como de outra e, também, são conhecidas por fibras do tipo IIA ou fibras intermediárias. Essas fibras são extremamente adap- táveis. As fibras rápidas são capazes de desenvolver uma tensão de duas a três vezes mais rápido do que as fibras lentas, por dois mo- tivos: • porque degradam o ATP mais rapidamente, podendo, assim, contrair-se mais vezes em um mesmo período de tempo; • porque conseguem retirar o Ca2+ do citosol mais rapida- mente, reduzindo, assim, o tempo para o relaxamento. Isso gera aumento da tensão da fibra muscular mais rapida- mente. Esses motivos especializaram essas fibras para realizarem movimentos rápidos, tal como realizar um tiro de 100m de forma eficiente. Já as fibras de contração lenta são usadas para movimentos sustentados, como, por exemplo, em uma maratona. Essas fibras são utilizadas constantemente, por exemplo, na manutenção da postura corporal, enquanto as fibras rápidas são usadas ocasio- nalmente. Como podemos notar, as fibras rápidas fadigam mais rápido do que as fibras lentas, já que as rápidas dependem, pre- ferencialmente, do metabolismo da glicólise anaeróbia para pro- duzir ATP. Porém, a produção de ATP por essa via tem como meta- bólito final o ácido lático, que causa fadiga e dor, aquela sensação de “estar queimando” após uma atividade intensa. Já as fibras de contração lenta utilizam o metabolismo da fosforilação oxidativa para produzir ATP e são mais resistentes à fadiga, porém não su- portam uma atividade muito pesada ou intensa. Essas fibras pos- suem mais mitocôndrias, que realizam a fosforilação oxidativa, e, também, mais vasos sanguíneos, imersos em seu tecido conjunti- vo, para poder trazer mais oxigênio às fibras musculares. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada124 Essa alta quantidade de vasos sanguíneos fornece à fibra uma de suas principais características, que é a sua cor. Nesse tipo de fibras, encontramos grande quantidade de mioglobina (corres- pondente da hemoglobina na célula muscular), o que lhe confere a cor vermelha mais escura; por isso, também são chamadas de fibras vermelhas. A mioglobina possui alta afinidade pelo oxigênio e tem o papel de difundir o oxigênio do fluido intersticial para o interior da fibra. Outra característica que difere esses dois tipos de fibras é seu diâmetro. As fibras lentas possuem um diâmetro menor. Isso reduz a distância que o oxigênio deve percorrer até alcançar a mi- tocôndria. Em contrapartida, as fibras de contração rápida são também denominadas de fibras brancas pela baixa densidade mitocondrial que possuem, além de possuírem diâmetro maior e baixa vascula- rização, como mostra a Tabela 2. Tabela 2 Características dos tipos de fibra muscular esquelética humana. Característica Fibras rápidas Fibras lentas Tipo IIX Tipo IIA Tipo I Número de mitocôndrias Baixo Alto/Moderado Elevado Resistência à fadiga Baixa Alto/Moderado Elevada Sistema energético predominante Anaeróbio Combinação Aeróbio Atividade da ATPase A mais elevada Elevada Baixa VmáxA mais elevada Intermediária Baixa Eficiência Baixa Moderada Elevada Tensão específica Elevada Elevada Moderada Fonte: Powers e Howley (2005). Acredita-se que os atletas de potência (por exemplo, corre- dores de curta distância) possuem grande porcentagem de fibras rápidas, enquanto os de endurance (por exemplo, fundistas) geral- mente apresentam grande porcentagem de fibras lentas. Porém, 125 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular está claro que existe uma grande diferença na porcentagem dos vários tipos de fibras mesmo entre atletas do mesmo esporte e nível. Isso demonstra que a composição das fibras musculares de um indivíduo não é a única variável que determina o sucesso do atleta. Na verdade, acredita-se que o sucesso do desempenho atlé- tico é resultado de uma interação entre os fatores psicológicos, bioquímicos, neurológicos, cardiopulmonares e biomecânicos. Mas será que as transições de fibras lentas para rápidas também podem ser induzidas por treinamento físico específico? Essa questão permanece sem completa definição. Em humanos, a literatura sobre esse assunto é restrita a poucos estudos. Porém, existem evidências de que a persistente alteração na atividade neuromuscular ou na carga mecânica (ou em ambas) resulta na transição dos tipos de fibras. Seguindo esse raciocínio, o treinamento de resistência induz às transições dos tipos de fibras, com alterações para os tipos mais lentos, tais como aumentos moderados nas fibras do tipo IIA e, eventualmente, nas do tipo I. Em contrapartida, a redução na atividade neuromuscular ou a falta de sobrecarga mecânica (ou ambos), por meio da redução na atividade de levantamento de peso, imobilização do músculo em uma posição encurtada, ou exposição à microgravidade, causa atrofia muscular e transição do tipo de fibra de lenta para rápida. As transições nos tipos de fibras parecem seguir uma ordem regular e sequencial; ou seja, das fibras do tipo IIB IIA I e vice-versa. Em outras palavras, uma fibra do tipo IIB não pode ser diretamente convertida em fibra do tipo I sem antes ser convertida em fibra do tipo IIA. As transições são reversíveis e dependem do tipo de atividade aplicada à fibra muscular. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada126 Alterações do músculo esquelético relacionadas à idade Durante o processo de envelhecimento, ocorre uma perda muscular generalizada denominada sarcopenia, a qual parece ter duas fases: uma lenta e outra rápida. A fase lenta ocorre entre os 25 e 50 anos, onde cerca de 10% da massa muscular é perdida. Na sequência, ocorre a fase rápida, em que 40% da massa muscular restante é perdida entre os 50 e 80 anos. Com essa idade, cerca de metade da massa muscular total que existia antes dos 25 anos foi perdida. Apesar de ocorrer nos dois tipos de fibras, a sarcopenia acomete mais as fibras do tipo IIX. A perda muscular associada à idade possui associação com o declínio do nível de atividade física, que ocorre com o envelheci- mento. Contudo, o músculo esquelético é um tecido muito “plásti- co”, que responde tanto ao uso quanto ao desuso. Assim, o exercí- cio regular, preferencialmente o resistido, pode reduzir o processo de perda muscular associado ao envelhecimento. Regulação da força muscular A tensão desenvolvida por uma contração é reflexo do com- primento inicial do sarcômero antes do início da contração, pois a quantidade de força gerada numa fibra muscular está relacionada ao número de pontes cruzadas entre miosina e actina. Além disso, a tensão também está relacionada com a quantidade e o tipo de unidade motora recrutada e, também, com a natureza da estimu- lação nervosa das unidades motoras. Veja detalhes de cada um desses fatores na Figura 11: 127 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular SILVERTHORN Fonte: Powers (2005). Figura 11 Relação tamanho-tensão durante a contração do músculo. O gráfico da Figura 11 compara a tensão gerada pelo múscu- lo com o seu tamanho em repouso antes do início da contração. Se o músculo em repouso estiver alongado, os filamentos mal se sobrepõem e não podem formar as ligações de ponte cruzada (a). Em contrapartida, se o músculo começa a sua contração em um comprimento muito curto, seu sarcômero não pode se encurtar muito mais. Em primeiro lugar, o que determina a força exercida por um músculo é o seu comprimento inicial no começo da contração. Existe um comprimento “ideal” da fibra muscular, que está rela- cionado com a sobreposição da actina com a miosina. Quando o comprimento é maior do que o ideal, a sobreposição é pequena e poucas pontes podem ser feitas entre a actina e a miosina, poden- do gerar apenas uma pequena tensão. Em contrapartida, quando um músculo é encurtado 60% do seu comprimento de repouso, as © Fisiologia Humana Geral e Aplicada128 linhas Z já estão muito próximas aos filamentos de miosina, permi- tindo somente um pequeno encurtamento adicional. Em segundo lugar, as variações na força de contração de um músculo dependem tanto do número quanto do tipo de fibras que são estimuladas. Se apenas poucas unidades motoras forem recru- tadas, a força gerada será pequena, mas, se muitas unidades mo- toras forem estimuladas, a força gerada será grande. Além disso, não podemos nos esquecer de que as fibras brancas geram mais força do que as fibras vermelhas. Por isso, os tipos de unidade mo- tora estimuladas também influenciam a produção de força. Um último fator que pode influenciar a quantidade de força exercida por um músculo é a natureza do estímulo nervoso. A con- tração resultante de estímulos com grande período de tempo entre eles é denominada de espasmos. Porém, os movimentos normais do corpo envolvem contrações sustentadas que não são espasmos e são gerados por estímulos sucessivos sobre o músculo. Observe a Figura 12 e note que, quando a frequência dos estímulos au- menta, o músculo não tem tempo para relaxar completamente entre os estímulos, e a força que ele gera parece ser aditiva. Essa condição é denominada somação. Se a frequência dos estímulos aumentar ainda mais, as contrações individuais unem-se em uma contração única sustentada denominada tetania. Uma contração tetânica continua até que os estímulos sejam interrompidos ou que o músculo fique fatigado. Fonte: Silverthorn (2007). Figura 12 Registro que mostra a produção de força gerada inicialmente pelos os espasmos musculares, obtidos pela baixa fraquência de estímulos (eixo x). Com o aumento da frequência dos estímulos, temos a somação e, por fim, o tétano, que gera a maior força. 129 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular As contrações que ocorrem in vivo são contrações tetânicas, resultantes de uma série de impulsos nervosos rapidamente repe- tidos e conduzidos pelos motoneurônios. Como no corpo os impul- sos nervosos não chegam ao mesmo tempo a todas as unidades motoras, algumas delas contraem-se, enquanto outras relaxam. Esse tipo de contração tetânica resulta em uma contração suave e auxilia na sustentação de uma contração muscular coordenada. O músculo esquelético possui a propriedade de transmitir, na maior parte do tempo, impulsos nervosos contínuos a todos os músculos, especialmente às unidades motoras menores, manten- do nelas uma leve tensão, evitando que se tornem flácidos e, tam- bém, permitindo que o músculo reaja a um estímulo forte muito mais rápido do que faria se não existisse essa leve tensão. Essa propriedade do músculo é denominada tônus muscular. O tônus do músculo varia de acordo com o estado fisiológico do indivíduo: ansiedade, medo ou outras situações estressantes aumentam o número de estímulos tônicos provenientes do siste- ma nervoso central (SNC), o que aumenta o tônus muscular. Em contrapartida, enquanto dormimos, esses estímulos são quase nu- los, o que permite um relaxamento muscular. Contraçãoisométrica e contração dinâmica Existem dois tipos de contração: • contração isométrica; • contração isotônica. Na contração isométrica (iso = mesmo; métrico = compri- mento), o músculo gera força sem que ocorra encurtamento mus- cular. Nessa condição, a tensão muscular aumenta, mas não ocor- re movimento. Os músculos posturais do corpo, que atuam para manter a posição estática durante longos períodos na posição em pé ou sentada, estão em contração isométrica. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada130 Em contrapartida, a contração dinâmica (antes chamada de contração isotônica) envolve a maioria dos tipos de exercício ou de atividades esportivas e resulta no movimento de partes do corpo. Durante essa ação do músculo, podem ocorrer dois tipos de movi- mento, o excêntrico ou o concêntrico. No movimento excêntrico, o músculo é ativado, produz força, porém é alongado, enquanto, no movimento concêntrico, o músculo se encurta. Lesões no músculo esquelético podem ocorrer como resul- tado de doenças, como a distrofia, exposição a agentes miotóxi- cos, traumas (como contusões), isquemia (como as que ocorrem em transplantes), exposição a temperaturas excessivamente altas ou baixas, e, o mais comum, nas próprias contrações musculares. A contração induzindo à lesão muscular é mais incidente em ativi- dades que envolvem a contração excêntrica O sistema muscular é tão importante no corpo humano que condições extremas de falta de músculo esquelético, numa condi- ção denominada caquexia, pode levar à morte, pois o músculo es- quelético possui conexões com diversos outros sistemas corporais, como você pode observar na Tabela 3. Tabela 3 Interconexões do sistema muscular com outros sistemas Sistema Interconexão Ósseo O osso promove a fixação que permite o músculo esquelético promover o movimento. Nervoso Os neurônios controlam a contração. Cardiovascular O fluxo sanguíneo transporta oxigênio e nutrientes e remove os resíduos metabólicos. O músculo cardíaco bombeia sangue. Os músculos lisos das paredes dos vasos permitem a vasoconstricção e a vasodilatação. Respiratório A respiração depende dos músculos esqueléticos. Os pulmões fornecem oxigênio para as células musculares e excretam dióxido de carbono. Digestivo Os músculos esqueléticos são importantes na deglutição. O sistema digestivo absorve os nutrientes necessários. Endócrino Os hormônios ajudam a aumentar o fluxo sanguíneo para os músculos em exercício. 131 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Sistema Interconexão Urinário Os músculos esqueléticos ajudam a controlar a saída da urina da bexiga urinária. Reprodutivo Os músculos esqueléticos são importantes na atividade sexual. Linfático A ação muscular bombeia a linfa através dos vasos linfáticos. Tegumentar A pele aumenta a perda de calor durante a atividade do músculo esquelético. Os receptores sensoriais funcionam no controle reflexo do músculo esquelético. Fonte: Shier (2004). Receptores Musculares O músculo esquelético possui vários tipos de receptores sen- soriais, como os quimiorreceptores, os fusos musculares e os ór- gãos tendinosos de Golgi. Os quimiorreceptores são terminações nervosas livres espe- cializadas em enviar ao sistema nervo central (SNC) informações sobre alterações de pH no músculo, concentrações de potássio extracelular e alterações das concentrações de O2 e CO2. Eles são importantes na regulação cardiopulmonar no exercício e serão dis- cutidos mais detalhadamente na Unidade 4. Para que o sistema nervoso central (SNC) possa controlar ade- quadamente os movimentos dos músculos esqueléticos, ele precisa receber informações (feedback) sensoriais contínuas de um múscu- lo que está em contração. Esse feedback sensorial inclui: • informações referentes à tensão desenvolvida pelo mús- culo, provenientes dos órgãos tendinosos de Golgi; • avaliação do comprimento muscular, fornecida pelo fuso muscular. Portanto, o fuso muscular funciona como um detector de comprimento e é encontrado na maioria dos músculos locomo- tores humanos. Os músculos que requerem controle motor mais fino possuem maior densidade de fusos. Em contraste, os múscu- los que realizam movimentos grosseiros, como o quadríceps, pos- suem relativamente poucos fusos. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada132 O fuso muscular é composto por várias células musculares finas (denominadas fibras intrafusais). Essas fibras são circundadas por uma bainha de tecido conjuntivo. Como as fibras musculares esqueléticas normais (denominadas fibras extrafusais), os fusos musculares inserem-se no tecido conjuntivo no interior do múscu- lo. Devido a isso, correm paralelamente com as fibras musculares. Os fusos musculares possuem dois tipos de terminação ner- vosa sensorial: as primárias e as secundárias. As terminações pri- márias respondem às alterações dinâmicas do comprimento mus- cular, enquanto a terminação secundária é a terminação sensorial e não responde às alterações rápidas do comprimento muscular, mas fornece informações contínuas ao sistema nervoso central (SNC) sobre o comprimento estático do músculo. Além de receberem a inervação dos neurônios sensoriais, os fusos musculares são inervados por neurônios motores gama, que estimulam a contração simultânea das fibras intrafusais com as fibras extrafusais. Essa estimulação dos neurônios motores gama resulta no encurtamento da região central das fibras intrafusais, o que promove tensão no fuso. As fibras intrafusais precisam se contrair para manter sua função de detector de comprimento, que auxilia na regulação do movimento e na manutenção da postura. São os fusos musculares mostrados na Figura 13 à esquerda que projetam uma contração reflexa após um alongamento rápido dos músculos esqueléticos. Esse fenômeno é denominado reflexo de alongamento e está presente em todos os músculos. Um exem- plo bastante conhecido é o reflexo patelar, que frequentemente é avaliado pelo médico por meio de batidas com um martelo de borracha sobre o tendão patelar. O impacto do martelo sobre o tendão alonga todo o músculo e “excita” as terminações nervo- sas primárias localizadas nos fusos musculares. O impulso nervoso do fuso muscular forma uma sinapse na medula espinhal com um neurônio motor que estimula as fibras extrafusais do músculo ex- tensor, resultando numa contração dinâmica. 133 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Fonte: SILVERTHORN (2007) Figura 13 À esquerda, a estrutura dos fusos musculares (1) e sua localização no músculo esquelético. À direita, o órgão tendinoso de Golgi (1), que se localiza em série no músculo e, como um monitor de tensão, oferece proteção para o músculo. Os órgãos tendinosos de Golgi têm função de monitorar con- tinuamente a tensão produzida pela contração muscular. Como você pode observar na Figura 13 à direita, eles estão localizados no tendão e posicionados em série com as fibras extrafusais. Es- sencialmente, os órgãos tendinosos de Golgi servem como um dis- positivo de segurança que ajuda a impedir a força excessiva duran- te a contração muscular. Quando ativados, enviam informações à medula espinhal através dos neurônios sensoriais que excitam os neurônios inibitórios. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada134 5. MÚSCULO CARDÍACO O músculo cardíaco possui características tanto de músculo liso quanto de músculo esquelético. Assim, como as fibras muscu- lares esqueléticas, as cardíacas são estriadas e possuem estrutura de sarcômeros. Porém, as fibras musculares cardíacas possuem um único núcleo (as esqueléticas são multinucleadas) e podem ser ramificadas. Semelhante ao músculo liso, as fibras musculares cardíacas estão eletricamente interconectadas umas às outras. As junções comunicantes são formadas por células especializadas denomina- das discosintercalares. Além disso, algumas células tambémexi- bem potenciais de marcapasso, como células lisas. As fibras mus- culares cardíacas estão sob o controle tanto do simpático quanto do parassimpático, assim como do controle hormonal. Como o músculo cardíaco forma o coração, um órgão tão impor- tante, estudaremos mais sobre ele na Unidade 4. 6. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS Sugerimos que você procure responder, discutir e comentar as questões a seguir que tratam da temática desenvolvida nesta unidade, ou seja, conhecer os mecanismos envolvidos na contra- ção do músculo esquelético. A autoavaliação pode ser uma ferramenta importante para você testar o seu desempenho. Se você encontrar dificuldades em responder a essas questões, procure revisar os conteúdos estuda- dos para sanar as suas dúvidas. Esse é o momento ideal para que você faça uma revisão desta unidade. Lembre-se de que, na Edu- cação a Distância, a construção do conhecimento ocorre de forma cooperativa e colaborativa; compartilhe, portanto, as suas desco- bertas com os seus colegas. 135 Claretiano - Centro Universitário © U3 - Fisiologia Muscular Confira, a seguir, as questões propostas para verificar o seu desempenho no estudo desta unidade: 1) Explique as principais diferenças entre os três tipos de músculos e quais são suas inervações. 2) Quais são os eventos que ocorrem para gerar a contra- ção muscular? 3) Usando o conceito de unidades motoras, explique de que forma o músculo esquelético in vivo produz contra- ções graduadas e sustentadas. 4) Explique o papel do ATP na contração e relaxamento muscular. 5) Usando a teoria do filamento deslizante, explique por que a força de contração de um músculo é máxima em um comprimento particular do músculo. 6) Para que servem e quando são ativados os fusos muscu- lares e o órgão tendinoso de Golgi? 7. CONSIDERAÇÕES Chegamos ao final da Unidade 3, em que você fez uma via- gem por todos os mecanismos envolvidos na contração muscular esquelética. Aprendemos que existem três tipos de músculo e as principais diferenças entre eles. Além disso, estudamos a estrutura e os mecanismos de ação do músculo esquelético, que é um tecido muito importante para o futuro profissional de Educação Física, já que ele irá trabalhar e mobilizar o músculo no dia a dia de sua profissão. A próxima unidade será destinada a estudar mais detalhada- mente o músculo cardíaco, já que esse órgão é importante para o professor de Educação Física e possui características particulares de funcionamento. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BROOKS, S. V. Current topics for teaching skeletal muscle physiology. Adv Physiol Educ., v. 27, n. 1-4, p. 171-82, 2003. © Fisiologia Humana Geral e Aplicada136 FOX, S. I. Fisiologia Humana. 7. ed. São Paulo: Manole. 2007. GUYTON, A. C.; HALL J. E. Tratado de Fisiologia Médica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002. MARIEB, E. N.; K. HOEHN. Human Anatomy & Physiology. [s. l.] Pearson. 2007. POWERS, S. K.; HOWLEY, E. T. Fisiologia do exercício: teoria e aplicação ao condicionamento e ao desempenho. 5. ed. São Paulo: Manole. 2005. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia Humana: uma abordagem integrada. 2. ed. São Paulo: Manole, 2003.
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