Contração e excitação do músculo esquelético

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contração e excitação do músculo esquelético
Lavínia Vasconcellos Patrus Pena 2019
2019
Excitação do músculo esquelético
· Excitabilidade: capacidade de responder a um estímulo
· Fibras musculares esqueléticas inervadas por grandes fibras nervosas mielinizadas
· Junção neuromuscular: entre a parte terminal (porção pré-sináptica) de um axônio motor com uma fibra muscular próxima
· Sinal bidirecional: eferente ou aferente (subir -> quando o músculo lança um mecanismo de defesa -> reflexo fusão -> interromper o processo de contração)
· Um filamento terminal por fibra muscular -> centro da fibra muscular -> recrutamento + eficaz da fibra
· Placa motora: região da membrana plasmática de uma fibra muscular (sarcolema) onde se dá o encontro entre o nervo e o músculo permitindo desencadear a contração muscular -> terminais nervosos ramificados se invaginam na superfície da fibra 
· Recoberta por algumas células de Schwann: isolam eletricamente a placa motora dos líquidos circunjacentes
· Para o potencial de ação não se perder para os lados e para chegar na placa motora
· Goteira ou canaleta sináptica: membrana invaginada (músculo com mitocôndrias -> fornecer energia)
· Dobras da membrana: fendas subneurais -> aumentar a superfície de contato
· Espaço entre o terminal e a membrana da fibra: espaço ou fenda sináptica
· Terminal do axônio: muitas mitocôndrias -> fornecer ATP, energia, para a síntese de um transmissor excitatório, acetilcolina (neurotransmissor -> receptor nicotínico) -> absorvida por vesículas sinápticas
· Potencial de ação eficaz e válido -> quando a onda de despolarização chega até os filamentos terminais, ela atinge os canais de liberação de cálcio voltagem dependentes na porção terminal do axônio
· Abertura para permitir que os íons de cálcio se difundam do espaço sináptico para o interior do terminal nervoso 
· Vesículas liberam acetilcolina do citoesqueleto -> para a zona ativa da membrana neural pré-sináptica -> processo de exocitose
· Receptores de acetilcolina na fenda subneural -> acetilcolina abre canais de sódio controlados pela acetilcolina (receptores de acetilcolina) nas membranas pós-sinápticas -> grande número de íons de sódio entra na fibra -> variação de energia -> abertura de canais de sódio controlados por voltagem
· Sinapse elétrica -> sinapse química -> sinapse elétrica
· Alteração potencial local positiva -> potencial da placa motora -> potencial de ação que se propaga ao longo da membrana muscular, causando contração muscular
· Acetilcolina removida por
· Maioria destruída/inativada pela enzima aceticolinesterase (ACHase, ligada à camada esponjosa do tecido conjuntivo fino que preenche o espaço sináptico)
· Pouca acetilcolina -> resolver com a diminuição da enzima aceticolinesterase
· Quebrar a acetilcolina
· Minoria se difunde para fora do espaço sináptico
· Reciclagem
· Rápida remoção evita a reexcitação continuada do músculo
· Doenças autoimunes: destruir os receptores de acetilcolina
· Degenerativa -> receptores continuamente se destruindo
· Desequilíbrio do cálcio -> pálpebra pula -> contrações anômalas -> tetania -> cálcio tem o papel de estabilizar o canal de sódio -> canais instáveis -> abertura por qualquer estímulo -> passagem de potencial de ação -> muitas contrações
· Aceticolinesterase -> defeito -> problemas sistêmicos e não somente na placa motora
· Fadiga: quando o número de vesículas de acetilcolina diminui e os impulsos não são + transmitidos à fibra muscular
· Mudanças na percepção do esforço
· Perda do impulso central
· Falha de propagação neuromuscular
· Redução da liberação de cálcio no acoplamento excitação-contração
· Alterações metabólicas na célula muscular -> acúmulo de ácido lático que pode acidificar o músculo esquelético inibindo qualquer outra glicólise anaeróbica
· Redução no fluxo de sangue do músculo devido à compressão dos vasos sanguíneos
· Propagação do potencial de ação pelos túbulos transversos (túbulos T) que penetram a fibra muscular -> liberação de íons cálcio para o interior da fibra pelo retículo sarcoplasmático-> contração -> acoplamento excitação-contração
· Extensões internas das membranas 
· Se abrem para o exterior como uma invaginação da membrana celular
· Potencial de ação progride pelo túbulo T: a variação de voltagem é detectada pelos receptores de di-idropiridina ligados aos canais de liberação de cálcio -> localizados nas cisternas (grandes câmaras do retículo sarcoplasmático)
· Abertura dos canais de liberação de cálcio -> contração
· Bomba de cálcio (próxima à região dos filamentos): bombeia cálcio de volta para os túbulos sarcoplasmáticos (no retículo sarcoplasmático) -> para o cálcio ser reutilizado
· Contração sem interrupção por longos intervalos -> série de impulsos de cálcio iniciada por uma série contínua de potenciais de ação repetitivos
Características do músculo esquelético
· Músculos esqueléticos constituídos por fascículos musculares compostos por inúmeras fibras revestidas de uma membrana delgada (sarcolema) -> essa camada se funde com uma fibra do tendão na extremidade de cada fibra
· Epimísio: estrutura firma que cerca o ventre muscular e separa essa musculo dos outros músculos -> como se fosse uma capa de revestimento do musculo
· Perimísio: divide o musculo em fascículos, conduto para vasos sanguíneos e nervos, resistente ao estiramento
· Endomísio: cerca cada fibra muscular, contato com o sarcolema (membrana da fibra) -> troca metabólica e transporta parte da força contrátil do musculo ao tendão
· Cada fibra contém miofibrilas: compostas de:
· Filamentos de miosina (+ espessos e contorcidos): compostos por múltiplas moléculas de miosina
· Miosina: estrutura quaternária (6 cadeias polipeptídicas)
· Com pequenas projeções laterais: as cabeças de miosina (com braços móveis que permitem que as cabeças de miosina sejam estendidas ou aproximadas do corpo do filamento de miosina)
· Cabeça da miosina com função de enzima adenosina trifosfatase (ATPase): clivar o ATP e utilizar essa energia para energizar o processo de contração
· Pontes cruzadas (cabeça de miosina + braço) -> interação entre ponte cruzada e filamentos de actina: contração muscular
· Ligadas entre si pela linha M
· Filamentos de actina (+ finos) compostos por:
· Actina em forma de hélice
· Tropomiosina: (fios) recobrir os locais ativos de filamento de actina para impedir que ocorra contração entre os filamentos de actina e os de miosina
· Troponina: (como se fosse umas bolinhas) uma subunidade com afinidade à actina, outra à tropomiosina e a outra aos íons cálcio (subunidade c)
· Ligadas entre si pela linha Z
· Titina (elástica, fixada ao disco Z, como uma mola que varia seu comprimento conforme o sarcômero contrai ou relaxa, mantém o posicionamento lado a lado dos filamentos de miosina e actina) e nebulina (inelástica)
· Faixas I (faixa clara): filamentos de actina 
· Faixas A (faixa escura): filamentos de miosina 
· Vinculina e distrofina = citoesqueleto extramiofibrilar -> adesão das várias miofibrilas
· Disco Z: unir a miofibrila em diversas proporções da fibra muscular -> filamentos de actina se estendem em ambas as direções para se interdigitarem com os filamentos de miosina
· Segmento situada entre dois discos Z sucessivos: sarcômero: unidade contrátil
· Vários sarcômeros em uma miofibrila
· Contração: filamentos de actina se sobrepõem completamente aos filamentos de miosina e as pontas os filamentos de actina estão quase começando a se sobrepor
· Líquido intracelular entre as miofibrilas: sarcoplasma = espécie de citoplasma da fibra muscular: grande quantidade de potássio, magnésio, fosfato, enzimas proteicas, mitocôndrias (paralelas as miofibrinas, fornecem energia ATP)
· Retículo sarcoplasmático: retículo endoplasmático especializado do músculo esquelético
Contração do músculo esquelético
· Potenciais de ação pelo nervo motor até suas terminações nas fibras musculares (um nervo inerva várias fibras musculares)
· Nervo secreta a acetilcolina (neurotransmissor) -> abertura de canais de cátions regulados pela acetilcolina· Difusão de grande quantidade de íons sódio para o lado interno da membrana das fibras musculares -> despolarização local -> potencial de ação
· Potencial de ação percorre toda a membrana da fibra muscular
· Retículo sarcoplasmático libera grande quantidade de íons cálcio armazenados
· Íons cálcio iniciam o processo de contração muscular
· Íons cálcio bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático -> contração acaba
· Contração muscular: mecanismo de deslizamento dos filamentos (filamentos finos, actina, se deslizam sobre os filamentos grossos, de miosina)
· Musculo em repouso -> locais ativos do filamento de actina recobertos pelo complexo troponina-tropomiosina -> esses locais não podem se ligar às cabeças de miosina para a contração
· Efeito Fenn: maior quantidade de trabalho realizada pelo músculo, maior quantidade de ATP degradada
· Contração a nível molecular
· Antes do início da contração -> pontes cruzadas ligadas a ATP -> ATP clivado pela atividade da ATPase das cabeças de miosina -> ADP e íon fosfato ligados à cabeça -> cabeça se estende perpendicularmente em direção ao filamento de actina
· Complexo troponina-tropomiosina se liga aos íons cálcio -> alteração conformacional -> molécula de troponina se descola para o fundo do sulco entre dois filamentos de actina -> locais ativos se ligam às cabeças de miosina (tropomiosina sai)
· Alteração conformacional da cabeça -> se inclina na direção do braço da ponte cruzada (força de deslocamento) -> gera um movimento de força para puxar o filamento de actina
· Liberação de ADP e íon fosfato -> ATP se liga novamente -> desligamento da cabeça de actina
· ATP clivada -> cabeça em sua posição perpendicular (teoria do "ir para diante" - walk-along) novo ciclo
· Fontes de energia para a contração muscular:
· Fosfocreatina: transporta uma ligação fosfato de alta energia similar às ligações do ATP
· Clivada -> energia liberada causa a ligação de novo íon fosfato ao ADP, para reconstruir o ATP
· Glicólise do glicogênio
· Na ausência de oxigênio
· Formação de ATP por esse processo é + rápida
· Metabolismo oxidativo: combinar o oxigênio com os produtos finais da glicólise e com vários outros nutrientes celulares, para liberar ATP
· Contração mantida por um tempo longo
· Contração isométrica: músculo não encurta durante a contração
· Contração isotônica: músculo se encurta e sua tensão permanece constante durante toda a contração
· Concêntrica (encurtamento do músculo) e excêntrica (alongamento do músculo)
· Músculo esquelético tipo 1: muitas mitocôndrias e vasos sanguíneos
· Fibras lentas: menores, inervadas por fibras nervosas menores
· Sistema de vascularização + extenso e + capilares
· Muitas mitocôndrias (mioglobina -> armazenar oxigênio) -> músculo vermelho
· Músculo esquelético tipo 2: poucas mitocôndrias e poucos vasos sanguíneos
· Difícil fazer respiração aeróbica
· Processo + rápido com menos produção de energia no final
· Glicose já presente no músculo
· Fadiga + rápido: poucos vasos sanguíneos com pouca glicose -> muita glicose para produzir muita energia
· Fibras rápidas: grandes -> grande força de contração 
· Retículo sarcoplasmático muito extenso -> rápida liberação de íons cálcio
· Muitas enzimas glicolíticas
· Suprimento de sangue menos extenso
· Déficit de mioglobina nas mitocôndrias -> músculo branco
· Unidade motora: formada por todas as fibras musculares que são inervadas por uma só fibra nervosa
· Somação por fibras múltiplas: aumento do número de unidades motoras que se contraem ao mesmo tempo
· Princípio do tamanho: sinal fraco para que o músculo se contraia -> estimuladas as menores unidades motoras (pequenos neurônios, nas fibras nervosas menores, + excitáveis; sinal de força maior -> excitadas também unidades motoras maiores
· Contração suave e regular
· Somação por frequência: aumento da frequência da contração -> tetanização (contração aparenta ser uniforme e contínua)
· Força total da contração aumenta com o aumento da frequência
· Força da contração aumenta até atingir um platô: efeito da escada
· Tônus muscular: músculo em repouso também apresenta uma tensão -> processo inconsciente que mantém os músculos preparados para entrar em ação
· Contração parcial
· Do músculo esquelético: baixa frequência de impulsos nervosos vindos da medula espinal e controlados por sinais originados dos fusos musculares (no próprio músculo)
· Movimentos de alavanca com a contração do músculo -> tendões e ligamentos
· Se o musculo não contrair adequadamente -> problemas na articulação -> podem ser estiradas -> provocar uma lesão
· Coativação dos músculos antagonistas: contração dos músculos agonista e antagonista em lados opostos de uma articulação -> estabilizar a articulação durante contrações isotônicas
· Remodelação do músculo para se ajustar à sua função:
· Hipertrofia muscular: aumento de massa total de um músculo
· Aumento do número de filamentos de actina e miosina em cada fibra muscular -> fibra hipertrofiada
· Aumento do sistema enzimático que fornece energia
· Estiramento: novos sarcômeros adicionados às extremidades das fibras musculares
· Atrofia muscular: massa total de um músculo diminui
· Pode ser provocada por uma rápida desnervação
· Contratura: no lugar das fibras musculares, há tecido fibroso e gorduroso que tem uma tendência a continuar aa se encurtar 
· Hiperplasia da fibra: aumento do número de fibras independente da hipertrofia muscular
· De acordo com o comprimento do músculo, ele varia a força de contração (+ cabeças de miosina alinhadas aos sítios de ligação)
· Coração: aumento de volume -> força maior do contração
· Capacidade de estiramento (ou extensibilidade): capacidade de ser capaz de ser estirado novamente após terminar de contrair
Doenças que afetam a atividade do músculo esquelético
· Frequentemente: doenças do SNC e do SNP resultam em disfunção muscular secundária
· SNC: acidentes vasculares cerebrais, tumores cerebrais, doença de Parkinson e esclerose múltipla
· SNP: 
· Doenças dos neurônios motores: perda progressiva dos neurônios motores inferiores
· Neuropatias periféricas: fraqueza, câimbras, espasmos, perda de massa muscular e fasciculações, perda de sensações, formigamento, dormência, aumento na sensação de dor, equilíbrio prejudicado
· Doenças da junção neuromuscular (doenças da placa motora terminal): raras
· Miastenia gravis -> doença que ataca o receptor de acetilcolina
· Exemplo: um paciente que chega no hospital e não consegue abrir os olhos -> pálpebra: musculo muito fino -> defeito nos receptores de acetilcolina
· Síndrome miastênica de Lambert-Eaton (LEMS): doença autoimune que causa fraqueza muscular, resultante de anticorpos que afetam os canais de cálcio sensíveis à voltagem de placas motoras terminais, inibindo a libertação de acetilcolina
· Botulismo: doença paralisante causada pela toxina botulínica, uma proteína neurotóxica produzida pelo Clostridium botulinum
· Toxina atua diretamente sobre a junção neuromuscular para inibir a liberação de acetilcolina, resultando em paralisia muscular
· Miopatias: doenças que afetam o próprio músculo
· Distrofias musculares: doenças genéticas hereditárias caracterizadas por uma fraqueza e degeneração das fibras musculares -> substituídas por tecido graxo e colágeno
· Distrofia muscular de Duchenne: doença recessiva ligada ao X
· Mutação do gene que codifica a proteína distrofina que une as actinas às proteínas da membrana da célula muscular -> excesso Ca2+ entrando nas células musculares, o que causa morte celular
· Distrofia muscular de Becker: efeitos + leves
· Rigidez cadavérica (Rigor Mortis): perda de todo o ATP -> ponte cruzada fica cruzada, não acontece o processo de relaxamento -> músculo rígidos
· Poliomielite: fibras nervosas do músculo destruídas
· Fibras nervosas remanescente se ramificam para inervar + fibras musculares paralisadas -> unidades motoras de grande tamanho -> redução da eficiência e da finura do controle sobre o músculo
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