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Ana Carolina Canêdo – XV Beta Fisiologia do Músculo Esquelético TECIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO: - As células do músculo estriado esqueléticos são excitáveis, ou seja, precisam de um estímulo impulso nervoso promove um potencial de ação se propaga pela membrana das fibras musculares, atingindo o retículo sarcoplasmático liberação de cálcio gera contração - O tecido muscular é constituído por células (fibras) altamente especializadas em realizar contração - A contração é dependente do cálcio intracelular liberado a partir do momento que o impulso nervoso é desencadeado - A musculatura tem importante papel no posicionamento e na movimentação do esqueleto (a partir da junção entre o músculo e o esqueleto) - Músculos prendem-se aos ossos por tendões, que se ligam no ventre muscular para ancorar os músculos - Outra função da musculatura a partir da contração muscular é a geração de calor como subproduto do gasto energético o calor gerado é importante para a manutenção da homeostasia da temperatura corporal - Músculo depende de energia para realizar contração muscular utilização de ATP - Musculatura esquelética é de contração voluntária, rápida e vigorosa - Tendões ancoram o músculo aos ossos - Homens: 42% da massa corporal em músculos - Mulheres: 36% da massa corporal em músculos - O corpo humano possui aproximadamente 650 músculos esqueléticos diferentes ESTRUTURA DO MÚSCULO ESQUELÉTICO: - Células cilíndricas - Multinucleadas - Alongadas - Dispostas em feixes (ou fascículos) - Possuem estriações transversais (diferença de coloração devido à disposição de filamentos finos e grossos dentro do sarcômero) - Ana Carolina Canêdo – XV Beta - Estrutura macroscópica e microscópica: - Epimísio: camada de tecido conjuntivo que reveste todo o músculo - Dentro do epimísio, há a disposição das fibras musculares em feixes ou fascículos (agrupamentos dessas fibras dentro de uma mesma camada) - A fáscia muscular recobre o epimísio, e dela se estendem endomísio, perimísio e epimísio - Perimísio: membrana de tecido conjuntivo que envolve um feixe de fibras - Dentro de cada feixe, há várias fibras musculares - Endomísio: membrana de tecido conjuntivo que reveste uma única fibra (recobre o sarcolema dessa fibra) - Dentro da fibra muscular, existem várias outras unidades chamadas de miofibrilas (compõem cerca de 80% da constituição de uma fibra muscular) - Dentro das miofibrilas, estão organizadas as proteínas musculares dentro de sarcômeros : - Ocupam 80% do sarcoplasma da fibra muscular - Estrutura cilíndrica - Percorre toda a fibra muscular no sentido longitudinal - São formadas por filamentos de actina, miosina e proteínas associadas - São organizadas em sarcômeros - UNIDADE FUNCIONAL (CONTRÁTIL) DO MÚSCULO - O que permite o sarcômero alterar seu tamanho conforme os estímulos de contração é o deslizamento de actina e miosina Miofilamentos actina (finos) Miofilamentos miosina (espessos) - Sarcômeros são compartimentos onde se organizam as principais proteínas musculares envolvidas no mecanismo de contração - Possuem várias divisões em suas estruturas que permitem esse deslizamento dos filamentos de actina e miosina Ana Carolina Canêdo – XV Beta - O sarcômero é delimitado por duas linhas (ou discos) Z em suas extremidades realizam o ancoramento de proteínas que permite a organização dentro do sarcômero - Possui uma linha central M o deslizamento das proteínas contráteis do sarcômero acontece em relação ao centro (sarcômero está relaxado na imagem) Banda A: sobreposição entre filamentos grossos de miosina e finos de actina (porção escura) Banda H: somente filamentos grossos (sem sobreposição dos filamentos finos) presente no centro da banda A Linha M: Centro da banda H, delimita o meio do sarcômero Banda I: Somente filamentos finos (porção clara) parte mais externa do sarcômero presente nos dois lados da linha Z Disco Z: Delimita o início e o final do sarcômero as margens entre sarcomeros vizinhos são formadas pelas linhas Z. - Ajudam a estruturar os filamentos sarcômero, além de atuar no posicionamento e na manutenção do sarcômero em repouso (não participam da contração muscular em si) - Proteína que envolve os filamentos finos (actina) - Une-se ao disco Z (mas não chega até a linha M acompanha a extensão do filamento de actina) - Alinha os filamentos de actina do sarcômero - Proteína elástica acompanha a miosina - Vai do disco Z até a linha M (acompanha toda a extensão do sarcômero) - Estabiliza a posição dos elementos contráteis - Faz os músculos retornarem ao comprimento de repouso - No tracionamento da fibra muscular (contração), os filamentos sobrepostos deslizam e aumentam a área de sobreposição banda I e H se aproximam - Filamentos grossos de miosina arrastam os filamentos finos de actina para o centro do sarcômero Ana Carolina Canêdo – XV Beta • Sarcômero relaxado: zona H e I um pouco maiores. • Sarcômero contraído: miosina puxando a actina em direção ao centro, zona H e I um pouco menores. Actina se aproxima muito da linha M, miosina se aproxima muito do disco Z. • Função antagônica de alguns músculos: exemplo o bíceps e tríceps braquial, enquanto um contrai o outro relaxa. • Características moleculares dos filamentos contráteis - Proteínas contráteis: Actina e miosina. - Proteínas associadas ou acessórias: Nebulina e titina. - Proteínas reguladoras: Tropomiosina (fio que envolve a actina) e troponina (bolinha) regulam a contração, permitindo ou não que ela aconteça - Formação do complexo troponina-tropomiosina, que é o complexo regulador da contração muscular. Só trabalham juntas, unidas, se uma deslocar, a outra desloca também. Para regularem a contração muscular, precisamos da presença ou ausência de cálcio - Formados por monômeros de actina G – forma globular da molécula - Formados por actina, troponina e tropomiosina - Cada forma globular da actina tem um sítio ativo ou sítio de ligação para a miosina, ou seja, é só nesse lugar que a cabeça de miosina consegue se ligar e terá afinidade. São cobertos pela troponina e tropomiosina, e decidem quando liberar e desviar para acontecer a contração. - Ligação de vários monômeros de actina G forma a actina F (filamentar) são os cordões de actina 2 moléculas de actina F formam um filamento fino - Forma helicoidal ou de hélice troponina e tropomiosina sustentam essa forma - Bases inseridas no disco Z - TROPOMIOSINA: sustentam a forma em hélice dos filamentos de actina e cobertura dos sítios de ligação da actina à miosina. - TROPONINA: possui 3 subunidades Troponina C liga-se fortemente a íons de cálcio (forte afinidade). Troponina T liga-se a tropomiosina (grande afinidade para a tropomiosina). Troponina I cobre o sítio ativo ou de ligação da actina. - Troponina + tropomiosina COMPLEXO TROPONINA- TROPOMIOSINA regula a ligação da actina e da miosina recobre os sítios de ligação da actina - Quando o cálcio se liga na subunidade C da troponina, ocorre uma mudança conformacional do complexo troponina-tropomiosina o complexo é deslocado, expondo o sítio ativo da actina - Proteína motora da miofibrila faz a tração dos filamentos finos, puxando-os - Cada molécula é formada por duas cabeças de miosina entrelaçadas Ana Carolina Canêdo – XV Beta - Formando a cauda e um par de cabeças - Uma dessas cabeças se liga a um monômero de actina, no seu sítio de ligação apenas - Aproximadamente 250 moléculas de miosina se unem para formar um filamento grosso as caudas se unem e as cabeças ficam soltas, para cima, ficandodisponíveis para se ligarem ao filamento de actina filamento é móvel para fazer o movimento de tração durante a contração - Possuem 2 sítios de ligação, um em cada cabeça um é específico para se ligar à actina e o outro para ligar ao ATP (primeira fonte de energia), pois a energia que vem desse ATP é fundamental para a contração - A cabeça como um todo possui atividade ATPase, como se fosse uma atividade enzimática, ela tem o potencial de quebrar esse ATP e usá-lo como fonte de energia para a contração muscular não precisa de uma enzima específica para isso - Relaxamento: não há cálcio ligado no complexo troponina-tropomiosina miosina não consegue se ligar à actina, pois o sítio ativo está coberto - Contração: cálcio se liga à troponina complexo é deslocado (como se fosse esticado) e permite a ligação da miosina no sítio ativo da actina cálcio e ATP são fundamentais para permitir a contração muscular - Quando as cabeças de miosina (filamentos grossos) se ligam a actina (filamentos finos), as pontes cruzadas se formam - As pontes cruzadas são a ligação da cabeça de miosina com o sítio ativo da actina - Quebra de ATP ponte cruzada se movimenta e arrasta o filamento fino de actina encurtamento do sarcômero contração muscular - Cada molécula de actina tem um sítio de ligação para uma cabeça de miosina - A troponina e tropomiosina estavam cobrindo os sítios de ligação, mas quando o cálcio vem e se liga à troponina C, elas desviam, descolam, expondo os sítios ativos que se ligam, formando as pontes cruzadas - As cabeças de miosina são dispostas nos dois lados ou nos dois sentidos, porque a actina é arrastada em direção ao centro do sarcômero e precisa ser arrastada dos dois lados, nas duas direções - No sarcômero contraído todas as cabeças de miosina estão ligadas a actina, diferentemente do relaxado Ana Carolina Canêdo – XV Beta - Inicialmente, é necessário cálcio disponível no retículo sacorplasmático e sarcoplasma - O cálcio se fixa a troponina C, deslocando o complexo troponina-tropomiosina. - Expõe os sítios ativos da actina - A miosina se liga à actina - Formam-se as pontes cruzadas - Quebra do ATP, gerando energia e as pontes cruzadas se dobram, deslocando (arrastando) a actina para o centro do sarcômero. - Movimento ou mecanismo de catraca (movimentação da miosina em relação à actina forma uma “catraca”) ou teoria dos filamentos deslizantes (contração muscular) - O cálcio necessário para a contração muscular está armazenado no retículo sarcoplasmático - É necessário de um estímulo para a liberação desse cálcio, geralmente vindo de um neurônio motor chega no sarcolema, despolarizando e percorrendo-o todo até chegar no retículo, liberando o cálcio - O cálcio se liga à troponina C, deslocando o complexo troponina-tropomiosina e mudando sua conformação, expondo o sítio de ativação da actina, formando as pontes cruzadas - A partir da formação das pontes cruzadas, a miosina começa a desenvolver sua atividade ATPase, quebrando o ATP em ADP (adeninadisfosfato) e fósforo, possibilitando a mudança de angulação da cabeça de miosina para que possa fazer o arraste era um ângulo reto e vai para 50°, liberando o fósforo para fazer isso depois vai para 45° com a liberação de ADP - Usa a energia do ATP para angular sua cabeça e arrastar o filamento de actina em direção ao centro do sarcômero - Esse processo acontece o tempo todo em que houver cálcio e energia disponíveis - O músculo está na forma contraída e, para ele voltar ao estado de relaxamento e esse mecanismo ocorrer novamente, é necessário que um outro ATP se ligue ao sítio ativo da cabeça de miosina - Miosina se solta da actina e volta à angulação original de 90 graus - Se tem cálcio disponível no sarcoplasma, esse processo ocorre continuamente - O mecanismo de catraca ocorre constantemente e rapidamente (milissegundos) - RIGOR MORTIS: se houver presença de cálcio(que possibilita a ligação entre a actina e a cabeça da miosina), mas ausência de ATP, o músculo se contrai e não relaxa mais ocorre quando o indivíduo morre enrijecimento muscular. Não tem energia para que a cabeça de miosina se solte da actina as pontes cruzadas não se soltam mais esse processo caracteriza o rigor mortis ou endurecimento muscular EXCITAÇÃO DO MÚSCULO ESQUELÉTICO: - Para que a contração muscular ocorra, é necessário que um estímulo promova a liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático estímulo chega ao músculo através de um neurônio motor (que enerva as fibras musculares) do sistema nervoso central chega até à musculatura efetora e promove a contração muscular Ana Carolina Canêdo – XV Beta : é um único neurônio motor + todas as fibras musculares inervadas por ele (há um terminal axonal para cada fibra muscular inervada pelo NM) pode inervar até centenas de fibras. - A utilização de unidades motoras é proporcional à atividade e à tensão muscular atividade intensa, de maior força requer utilização de maior quantidade de unidades motoras - A unidade motora contrai como um todo não é possível contrair apenas algumas fibras inervadas por um mesmo neurônio motor - Nem sempre o músculo contrai todas as fibras musculares, depende da intensidade da atividade - Movimentos refinados menos fibras musculares por UM. Ex: musculatura dos olhos - Movimentos que não requerem tanta precisão muitas fibras musculares por UM. Ex: musculatura do bíceps - região do sarcolema onde se dá o encontro entre o neurônio motor e o músculo (que estão separados pela fenda sináptica), permitindo desencadear a contração muscular essa região recebe o estímulo vindo do neurônio motor região onde a parte terminal do axônio motor faz contato com a placa motora do músculo - Local onde ocorre a sinapse entre o neurônio e a fibra - : espaço onde ocorre o processo de sinapse neuromuscular (entre o neurônio motor e a placa motora) - Comunicação neuromuscular sinalização do neurônio motor para a contração da fibra muscular, mediada pelo neurotransmissor denominado acetilcolina (liberada na fenda sináptica através de estímulos nervosos e se liga nos receptores da fibra muscular para realizar a contração muscular) - OBS: FENDAS SUBNEURAIS afundamentos na fibra muscular (mais especificamente na placa motora), formando pequenas dobras que contêm receptores para a molécula de acetilcolina. Também são chamadas de pregas subneurais - O potencial de ação do neurônio motor estimula liberação de acetilcolina, fundamental na fibra muscular para gerar a despolarização, promovendo o potencial de ação na fibra e consequente liberação de cálcio - O impulso nervoso, na forma de potencial de ação, através do neurônio motor, estimula a abertura de canais de cálcio no terminal axonal cálcio entra para dentro do terminal axonal do neurônio motor por difusão cálcio é um sinalizador para migração de vesículas que contêm acetilcolina (neurotransmissor), ou seja, é o cálcio que faz a acetilcolina ser liberada na fenda sináptica - Despolarização do neurônio promove abertura dos canais de cálcio - Cálcio extracelular entra para dentro do citoplasma do neurônio - Terminal axonal do neurônio é rico em vesículas de neurotransmissores, que migram em direção à membrana do terminal axonal essas vesículas se Ana Carolina Canêdo – XV Beta fundem à membrana e liberam a acetilcolina por exocitose na fenda sináptica - Quando a molécula de acetilcolina cai na fenda sináptica, ela se liga no seu receptor específico das fendas subneurais - Axônio elemento pré-sináptico - Fibra muscular elemento pós-sináptico – - Potencial de ação do neurônio motor abre os canais de cálcio (localizados na membrana doterminal axonal) vários desses canais de cálcio são voltagem- dependentes - Cálcio (proveniente do LEC) entra no terminal axonal e estimula liberação de acetilcolina (que estavam dentro de vesículas do terminal axonal e se fundiram com a membrana do TA) por meio da alteração de voltagem da membrana, que abre os CVD de cálcio acetilcolina fica disponível na fenda sináptica para começar a estimular a fibra do músculo a gerar uma contração, uma vez que essa molécula se liga a receptores colinérgicos (específicos para ACh) – - O receptor específico da ACh (colinérgico) é um canal químico estimulado por uma substância química (no caso o neurotransmissor ACh) para se abrir estimula a despolarização do sarcolema ao se abrir canal de entrada e saída de sódio e potássio quando aberto, há fluxo de Na+ para dentro da célula e saída de K+ membrana da fibra muscular gera seu próprio potencial de ação (Na+ estimula despolarização da fibra), que culmina na liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático - A sinapse tem início na junção neuromuscular, mas a despolarização que se inicia na junção neuromuscular se estende por todo o sarcolema e desce pelos túbulos T AXÔNIO: - Vesículas que armazenam neurotransmissores mensageiros - Canais de cálcio (potencial de ação) - Estimulam a liberação de ACh na fenda SARCOLEMA (PLACA MOTORA): - Depressões no sarcolema, onde o terminal do axônio se acopla à fibra muscular - Fendas subneurais receptores de ACh Ana Carolina Canêdo – XV Beta - São invaginações (ou prolongamentos) do sarcolema, que se estendem para dentro de toda a fibra muscular em volta de todo o retículo sarcoplasmático, há um túbulo T, fazendo contato direto com essa estrutura - A despolarização entra para o interior da fibra muscular através dos túbulos T - Cisterna terminal parte mais alargada do retículo sarcoplasmático que faz contato com o túbulo T é onde há a maior concentração de cálcio intracelular EXCITAÇÃO/CONTRAÇÃO MUSCULAR: - Sódio entra para o interior da fibra muscular, que altera a polaridade do sarcolema (fibra relaxada rem a mesma característica do neurônio em repouso carga negativa dentro e positiva fora) com a entrada do sódio, há uma despolarização e inversão de cargas - Essa despolarização acompanha a extensão do túbulo T (ainda com inversão de cargas) - Cálcio está preso na cisterna terminal do retículo sarcoplasmático à medida que tem-se uma despolarização e inversão de cargas, o cálcio sai de dentro do retículo e fica disponível para a fibra muscular OBS: Túbulo T e retículo sarcoplasmático não fazem contato direto - Existem 2 estruturas ligadas nos túbulos T e no retículo sarcolpasmático (que promovem a abertura do retículo). São elas: - localizado na parede do túbulo T. No músculo relaxado, esse receptor fica relaxado (inativo). Ligado ao canal de rianodina - funciona como uma “porta” do retículo sarcoplasmático. No músculo em repouso, esse canal está fechado - Quando a acetilcolina se liga ao seu receptor, o potencial de ação se inicia, percorrendo o sarcolema e o túbulo T e inverte as cargas. Ao alcançar o receptor de Ana Carolina Canêdo – XV Beta dihidropiridina, que também é um canal voltagem- dependente, é ativado (em função da despolarização no túbulo T), estimulando a abertura do canal de rianodina, liberando o cálcio do interior do retículo sarcoplasmático e cai no sarcoplasma da fibra - Quando esse cálcio fica disponível, ele se liga à troponina, fazendo com que ocorra mudança conformacional do complexo troponina-tropomiosina, que expõe os sítios ativos da actina, permitindo a ligação da cabeça da miosina formação de pontes cruzadas miosina desenvolve atividade ATPase e traciona o filamento fino de actina em direção ao centro do sarcômero contração muscular RELAXAMENTO MUSCULAR: - Para que o músculo relaxe, é necessário que o cálcio volte a ficar preso dentro do retículo (uma vez que, enquanto houver estímulo, o cálcio será liberado do retículo) - Assim, a acetilcolina da fenda sináptica deve ser degradada para que não gere potencial de ação e não estimule a abertura do canal de rianodina - Na parede das cisternas terminais do retículo sarcoplasmático, há bombas de cálcio (de transporte ativo, que bombeia cálcio para dentro do retículo) que funcionam constantemente enquanto houver ATP, ajudando a regular a manutenção do cálcio e possibilitar o relaxamento muscular - A bomba de Ca²+ ATPase é responsável por pegar o cálcio da fibra muscular e levar para o retículo sarcoplasmático, mantendo baixa a concentração de cálcio quando o músculo está em repouso - proteína presente no retículo sarcoplasmático que quela o cálcio, ou seja, pega o cálcio e concentra ele no retículo, fixando-o e possibilitando o acúmulo desse íon em até 40x mais que a quantidade correspondente ao cálcio livre reduz o trabalho da bomba Ca2+ ATPase - ACh tem ação imediata: ≅ 90% da ACh liberada na placa motora pode ser hidrolisada antes de chegar na membrana pós-sináptica para se ligar ao seu receptor (milissegundos) - ≅ 10% da ACh liberada é captada pelos receptores - Ou seja, a acetilcolina é liberada em grandes quantidades para que apenas os 10% possa se ligar ao receptor colinérgico e consiga promover a contração muscular - Enzima acetilcolinesterase, presente na fenda sináptica, quebra (hidrolisa) as moléculas de acetilcolina liberadas na fenda sináptica, degradando-as por meio da quebra dessa molécula em acetato (ácido acético, que vai para outras vias metabólicas) e colina (que volta para o terminal axonal e participa da síntese de novas moléculas de acetilcolina) - Enquanto houver estímulos no neurônio motor, haverá liberação de acetilcolina. A contração muscular é totalmente encerrada quando não há mais estímulo no neurônio motor - Depois do último impulso, a acetilcolina se liga ao seu receptor ou é degradada RESUMO DO MECANISMO DE CONTRAÇÃO MUSCULAR: PA percorre o NM até o terminal axonal e provoca a abertura de canais de cálcio A entrada de cálcio no NM estimula a migração das as vesículas sinápiticas a liberarem ACh exocitose ACh se difunde para a fenda sináptica e se liga a receptores colinérgicos da membrana pós- sináptica, abrindo esses receptores e permitindo a entrada de sódio e saída de potássio da fibra muscular A fibra muscular despolariza e quando o PA chega no retículo sarcoplasmático (túbulos T), o cálcio é liberado para o sarcoplasma O cálcio do retículo se liga na troponina C e libera os sítios ativos da actina Cabeças de miosina se ligam à actina formando as pontes cruzadas Ana Carolina Canêdo – XV Beta Pontes cruzadas se dobram mecanismo de catraca ou teoria dos filamentos deslizantes Cabeça de miosina liga se a uma nova molécula de ATP e desconecta-se da actina Cálcio é recaptado pelo retículo sarcoplasmático ATPase calsequestrina encerrando o processo ACh é degradada pela acetilcolinesterase RECEPTORES SENSORIAIS MUSCULARES E SEU PAPEL NO CONTROLE DOS MÚSCULOS: - Fuso muscular e Órgão Tendinoso de Golgi - São mecanismos de controle para a contração muscular, a fim de prevenir a musculatura de possíveis lesões mecanismo de arco reflexo protege a musculatura - Esses receptores fazem o controle da contração muscular - Respondem às modificações no comprimento do músculo ou à velocidade de variação de seu comprimento geram feedback negativo, para que o músculo pare de se distender - Porcão central: função receptora - Local onde se originam as fibras sensoriais que são estimuladas pelo estiramento da região central do fuso - Região central do fuso envia impulsos à medula espinal, fazendo sinapse com motoneurônio- Este, por sua vez, envia impulsos para as fibras musculares estiradas, encurtando o músculo - Esta ação reflexa evita a ruptura da fibra muscular, gerando uma resposta protetora - Responde à tensão do músculo ativo quanto mais tensão exercida sobre o músculo, maior a ativação do OTG - Proteção contra sobrecargas excessivas - Também é um processo de feedback negativo
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