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Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 CONTRAÇÃO DO MÚSCULO ESQUELÉTICO GUYTON – CAP 6 Cerca de 40% do corpo é composto de músculos esquelético e cerca de 10% por músculo liso e cardíaco; FIBRA DO MÚSCULO ESQUELÉTICO Todos os músculos são compostos por inúmeras fibras, formadas por subunidades sucessivamente ainda menores; Cada fibra se prolonga por todo o comprimento do musculo e cada uma é inervada por apenas uma terminação nervosa situada no meio da fibra; SARCOLEMA O sarcolema é a membrana delgada que reveste a fibra muscular esquelética = é a membrana celular da fibra muscular; Com revestimento de fina camada de material polissacarídeo, contendo muitas fibrilas colágenas delgadas; Em cada extremidade da fibra muscular, a camada superficial do sarcolema se funde com uma fibra do tendão. MICROFIBRILAS As microfibrilas são compostas por filamentos de actina e miosina, cada fibra muscular contem milhares de miofibrilas; Filamentos de actina e filamentos de miosina: longas moléculas de proteínas polimerizadas responsáveis pela real contração muscular; Filamentos de actina = faixas I, são isotrópicas a luz polarizada, são as faixas claras; Filamentos de miosina = faixas A, são anisotrópicas a luz polarizada, são as faixas escuras; Interações entre filamentos de actina e pontes cruzadas (projeções laterais dos filamentos de miosina) causam as contrações; Disco Z: composto de proteína filamentosa, cruza transversalmente toda a miofibrila e de forma transversa de miofibrila a miofibrila, conectando-as; Sarcômero: segmento de miofibrila situado entre dois discos Z. MOLÉCULAS FILAMENTOSAS DE TITINA O posicionamento lado a lado dos filamentos de miosina e actina é mantido por meio de um grande número de proteínas Titinas; A titina é a maior molécula de proteína do corpo e por ser filamentar é muito flexível, atuando como arcabouço; Uma extremidade de titina é elástica e fixada ao disco Z atuando como mola conforme o sarcômero contrai e relaxa; SARCOPLASMA As inúmeras miofibrilas ficam em suspensão, lado a lado na fibra muscular e os espaços entre elas são preenchidos por liquido intracelular = sarcoplasma; Contem grande quantidade de K, P e Mg, além de muitas enzimas proteicas e muitas mitocôndrias para suprir a necessidade de ATP da contração. RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO É o reticulo endoplasmático especializado do musculo esquelético, é extenso circundando as miofibrilas de cada fibra muscular; Tem organização especial importante para a regulação de armazenamento, liberação e receptação de Ca para contração; Os tipos de fibras musculares com contração muito rápida possuem os retículos muito extensos; Potencial de ação ➔ nervo motor ➔ terminações nas fibras musculares ➔ secreção de pequena quantidade do neurotransmissor acetilcolina pelo nervo na terminação ➔ ação local da acetilcolina ➔ abertura de canais regulados pela acetilcolina ➔ grande influxo de Na por difusão ➔ despolarização local ➔ abertura dos canais de Na dependentes de voltagem ➔ potencial de ação da membrana ➔ propagação por toda a fibra muscular ➔ despolarização da membrana muscular ➔ liberação de grande quantidade de Ca armazenado pelo reticulo sarcoplasmático ➔ Ca liberado ➔ ativação de forças atrativas entre os filamentos de miosina e actina ➔ deslizamento dos filamentos de um lado para o outro ➔ processo contrátil ➔ Ca bombeado de volta para o reticulo pela bomba de Ca da membrana ➔ cessam as contrações ➔ armazenamento de Ca até novo potencial muscular. ANATOMIA FISIOLÓGICA DO MÚSCULO ESQUELÉTICO MECANISMO GERAL DA CONTRAÇÃO MUSCULAR Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 Grande parte da eletricidade do potencial de ação flui pelo centro da fibra muscular, alcançando o RS; A contração muscular ocorre pelo mecanismo de deslizamento dos filamentos; No estado de relaxamento do sarcômero, as extremidades dos filamentos de actina que se estendem de dois discos Z mal se sobrepõem; No estado contraído do sarcômero, os filamentos de actina são tracionados entre os de miosina, de modo que suas extremidades se sobrepõem. Os discos Z também são tracionados entre os filamentos; A ação de deslizamento resulta das forças geradas pela interação das pontes cruzadas dos filamentos; Em repouso essas forças estão inativas; Os íons Ca ativam as forças entre os filamentos de miosina e actina iniciando a contração; Essa energia deriva da degradação de ATP; CARACTERÍSTICAS DOS FILAMENTOS CONTRÁTEIS MIOSINA A molécula de miosina é composta por 6 cadeias polipeptídicas: • Duas cadeias pesadas que se espiralam formando dupla hélice/cauda/haste com duas cabeças livres na extremidade da molécula; • Quatro cadeias leves que fazem parte da cabeça da miosina (2 cada cabeça). Ajudam a regular o funcionamento da cabeça durante a contração; As projeções dos braços e das cabeças formam as pontes cruzadas, que são flexíveis em dois lugares, chamados dobradiças; As pontes cruzadas tem extensão em todas as direções em torno de um filamento; A cabeça da miosina é fundamental para a contração muscular, pois tem função de enzima ATPase, tem propriedade de clivar o ATP e utilizar essa energia para o processo de contração; ACTINA A viga mestra do filamento de actina é duplo e de duas moléculas de proteína F actina que se enrolam em forma de hélice; Cada filamento em dupla hélice da actina F é composto por moléculas de actina G polimerizada; Cada molécula de actina G tem uma molécula de ADP, que são locais ativos de interação da actina com as pontes cruzadas para produzir contração; A base dos filamentos de actina esta fortemente inserida nos discos Z; • Moléculas de Tropomiosina: proteína que esta espiralada nos sulcos da dupla hélice da actina F; Durante o período de repouso elas recobrem os locais ativos do filamento de actina impedindo que ocorra atração entre os filamentos de actina e miosina para produzir contração; • Moléculas de Troponina: ligados aos lados das moléculas de tropomiosina, são complexos de 3 subunidades proteicas frouxamente ligadas; Cada subunidade tem participação especifica na regulação da contração muscular; ▪ Troponina I: forte afinidade com a actina; ▪ Troponina T: com a tropomiosina; ▪ Troponina C: com íons cálcio; A forte afinidade da troponina pelos íons Ca é o evento que desencadeia o processo de contração. INTERAÇÃO ACTINA+MIOSINA+CÁLCIO NA CONTRAÇÃO A interação entre 1 filamento de miosina com 2 filamentos de actina e íons Ca causam contração; MECANISMO MOLECULAR CONTRAÇÃO MUSCULAR Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 O complexo Troponina-Tropomiosina inibe os filamentos de actina; O filamento de actina puro, na ausência desse complexo, mas com presença de íons magnésio e ATP, se liga fortemente as cabeças das moléculas de miosina; Se o complexo for adicionado ao filamento de acti- na, a união de miosina+actina não ocorre; Os locais ativos do filamento normal de actina no musculo em repouso são inibidos ou recobertos pelo complexo troponina-tropomiosina; Antes que a contração ocorra, o complexo tem de ser inibido. ATIVAÇÃO DO FILAMENTO DE ACTINA POR ÍONS CÁLCIO A presença de grandes quantidades de íons Ca inibem o complexo troponina-tropomiosina; Quando o Ca se liga a troponina C, o complexo passa por mudança conformacional, que traciona com grande intensidade a molécula de tropomiosina; Isso a desloca para o fundo do sulco entre os dois filamentos de actina, descobrindo os locais ativos da actina; Isso permite que os sítios ativos atraiam as pontes cruzadas das cabeças de miosina prosseguindo com a contração; ➔ Os filamentos de actina são ativados pelos íons Ca ➔ as pontes cruzadas das cabeças dos filamentos de miosinasão atraídas pelos locais ativos do filamento de actina ➔ produz contração TEORIA DO “IR PARA DIANTE” DA CONTRAÇÃO Ou teoria da catraca, quando a cabeça se liga ao local ativo, a ligação provoca alterações nas forças intramoleculares entre a cabeça e o braço das pontes; O alinhamento de forças faz com que a cabeça se incline em direção ao braço e leve com ela o filamen- to de actina; Essa inclinação é chamada: força de deslocamento ou movimento de força; Após a inclinação, a cabeça se separa do local ati- vo e volta para sua direção estendida, onde se com- bina com um novo local ativo situado adiante no filamento de actina; Desse modo as pontes cruzadas das cabeças se in- clinam para frente e para trás, puxando extremda- des livres de dois filamentos de actina em direção ao centro do filamento de miosina; Quanto mais pontes cruzadas ligadas ao filamento de actina, maior a força da contração. ATP COMO FONTE DE ENERGIA PARA A CONTRAÇÃO Grandes quantidades de ATP são degradadas a ADP no processo de contração; Efeito Fenn: mais quantidade de trabalho = mais ATP degradado. Ocorre na seguinte sequência: 1- Antes de iniciar a contração, as pontes cruzadas das cabeças clivam ATP em ADP + P livre pela enzima ATPase. A cabeça se estende em direção ao filamento de actina, mas ainda não liga; 2- Inibição do complexo pelos íons Ca descobre os locais ativos no filamento de actina que se liga as cabeças de miosina; 3- A ligação causa alteração conformacional na ca- beça, gerando um movimento de força para puxar o filamento de actina através da inclinação da cabeça em direção ao braço da ponte; A energia que ativa o movimento de força estava armazenada pela alteração conformacional da cabeça quando houve clivagem do ATP; 4- A inclinação da cabeça permite liberação de ADP e íons P que estavam ligados a cabeça. Nesse local uma molécula de ATP se liga e causa desligamento da cabeça pela actina; 5- Após o desligamento da cabeça a actina, outra molécula de ATP é clivada para iniciar um novo ciclo O processo ocorre sucessivamente até que os fila- mentos de actina puxem a membrana Z contra as extremidades dos filamentos de miosia, ou até que a carga sobre os músculos dique forte para que haja mais tração. À medida que o sarcômero encurta e os filamentos de actina começam a se sobrepor aos de miosina, a tensão aumenta até o comprimento do sarcômero diminuir. TENSÃO DESENVOLVIDA PELO MÚSCULO QUE SE CONTRAI Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 EFEITO DO COMPRIMENTO MUSCULAR SOBRE A FORÇA DE CONTRAÇÃO DO MÚSCULO O musculo em comprimento normal de repouso corresponde ao comprimento do sarcômero de cerca de 2 micrometros; O musculo se contrai quando ativado com sua força máxima de contração; O aumento da tensão que ocorre na contração, chamado tensão ativa, diminui com o estiramento do musculo além do seu comprimento normal, até comprimentos do sarcômero maiores que 2,2 mm. RELAÇÃO ENTRE VELOCIDADE DE CONTRAÇÃO E CARGA O musculo esquelético se contrai extremamente rápido quando está contraído sem carga; Quando é aplicada carga, a velocidade de contração diminui à medida que a carga aumenta; Quando a carga é aumentada ate o valor igual da força máxima que o musculo pode exercer, a veloci- dade de contração é zero, não havendo contração mesmo que a fibra muscular tenha sido ativada; A carga é uma força inversa que se opõe a força contrátil causada pela contração do musculo. A maior parte da energia da contração é utilizada para ativar o mecanismo de ir para diante, mas pe- quenas quantidades servem para: 1- Bombear íons Ca do sarcoplasma para o retículo sarcoplasmático quando cessa a contração; 2- Bombear íons Na-K através da membrana da fibra muscular para manter o ambiente iônico apropriado para a propagação do potencial de ação das fibras musculares; A concentração de ATP na fibra é suficiente para manter a contração por 1-2 segundos no máximo; O ADP formado na clivagem do ATP é refosforilado formando novo ATP, permitindo que o musculo continue a contração; Fontes de energia para resfosforilação: 1- Fosfocreatina: é clivada instantaneamente e a energia liberada causa ligação de novo íon P ao ADP constituindo ATP. Mantem a contração por 5-8 segundos; 2- Via glicolítica: degradação do glicogênio previamente armazenado nas células mus- culares. O rápido desdobramento enzimático do glicogênio a ácidos pirúvico e lático libera energia para converter ADP e ATP. mantem pouco mais de 1 minuto; 3- Metabolismo oxidativo: combina O2 com os produtos finais da glicólise e vários outros nutrientes celulares (carboidratos, lipídios, proteínas) para liberar ATP; Mais de 95% da energia usada pelos músculos para contração mantida por longo tempo é derivada do metabolismo oxidativo. Abalo muscular: pode ser produzido por excitação elétrica instantânea do nervo muscular ou por breve estimulo elétrico; • Contração muscular isométrica: o músculo não encurta durante a contração; • Contração muscular isotônica: o músculo encurta durante a contração, mas sua tensão permanece constante por toda a contração. MECÂNICA DA CONTRAÇÃO DO MÚSCULO ESQUELÉTICO Unidade motora: fibras musculares inervadas por uma só fibra nervosa; Cada motoneurônio que sai da medula espinhal inerva múltiplas fibras musculares; • Pequenos músculos que devem reagir rápido e o controle deve ser preciso possuem menos fibras musculares e mais fibras nervosas; ENERGÉTICA DA CONTRAÇÃO MUSCULAR CARACTERÍSTICAS DA CONTRAÇÃO MUSCULAR Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 • Grandes músculos que não necessitam de controle fino podem ter muitas fibras musculares em uma unidade motora; Numero MÉDIO para todos os músculos do corpo (questionável): 80-100 fibras musculares por unidade motora; As fibras musculares de cada unidade não estão agrupadas ao musculo, mas se misturam com outras unidades motoras; Essa interpenetração permite que unidades mo- tores distintas se contraiam em suporte a outras e não como segmentos individuais. CONTRAÇÕES MUSCULARES COM FORÇAS DIFERENTES Ocorre somação das forças = somação dos abalos individuais para aumentar a intensidade da contra- ção total; Há duas formas: SOMAÇÃO POR FIBRAS MÚLTIPLAS: O SNC manda um sinal fraco para que o musculo se contraia; As menores unidades motoras do musculo são estimuladas em preferência as maiores; Pequenas unidades motoras são inervadas por pequenas fibras nervosas motoras, e os pequenos motoneurônios na medula espinhal são mais excitá- veis que os maiores, sendo naturalmente excitados primeiro. SOMAÇÃO POR FREQUÊNCIA E TETANIZAÇÃO: Contrações musculares ocorrem uma após a outra com baixa frequência de estimulação; À medida que a frequência aumenta, alcança-se um ponto onde cada nova contração ocorre antes que a anterior termine; Desse modo, a 2ª contração é somada a anterior, fazendo com que a força total de contração aumente progressivamente com o aumento da frequência; Tetanização: quando a frequência atinge um nível crítico, as contrações sucessivas ficam tão rápidas que se fundem e a contração total do musculo aparenta ser uniforme e contínua; A tetania ocorre, pois quantidades suficientes de íons Ca são mantidas no sarcoplasma muscular, de modo que o estado contrátil total é mantido sem que haja grau de relaxamento entre os potenciais de ação. TÔNUS DO MÚSCULO ESQUELÉTICO Mesmo quando os músculos estão em repouso eles ainda apresentam certa tensão = tônus muscular; O tônus resulta de baixa frequência de impulsos nervoso vindos da medula espinhal. FADIGA MUSCULAR A fadiga muscular é resultado de contrações muito fortes que duram por períodos prolongados; Pode ser causada por: 1- Insuficiência de glicogênio:a fadiga surge da incapacidade contrátil e do processo metabólico das fibras musculares de manter a mesma quantidade de trabalho; 2- Diminuição da transmissão de sinais ner- vosos após intensa e prolongada atividade muscular, diminui a contração; 3- Interrupção do fluxo sanguíneo: leva a fadi- ga quase total em 1-2 minutos pela perda do suprimento de nutrientes, especialmente O2. HIPERTROFIA E ATROFIA MUSCULAR • Hipertrofia pela função do musculo: aumento da massa total de um musculo; Resulta do aumento do numero de filamentos de actina e miosina em cada fibra = fibra hipertrofiada; • Atrofia pela função do musculo: diminuição da massa total de um musculo; Resulta de quando o musculo fica sem uso por muito tempo, a intensidade da degradação das proteínas contrateis é mais rápida que a intensidade de reposição. • Hipertrofia no comprimento dos músculos: quando os músculos estão estirados além do comprimento normal, novos sarcômeros são adicionados nos músculos; • Atrofia no comprimento dos músculos: quando o musculo permanece continuamente mais curto que o normal, os sarcômeros podem desaparecer. HIPERPLASIA DAS FIBRAS MUSCULARES Raras circunstancias de força extrema causa aumento real de fibras musculares. SISTEMA DE ALAVANCAS DO CORPO Os músculos atuam pela aplicação de tensão em seus pontos de inserção nos ossos; Os ossos formam vários tipos de sistemas de alavancas, que ajudam na movimentação do músculo. Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 DESNERVAÇÃO MUSCULAR Quando um musculo é privado do seu suprimento nervoso, deixa de receber sinais contrateis necessá- rios para manter suas dimensões normais; Como resultado, o processo de atrofia inicia-se imediatamente; Caso o suprimento nervoso seja reestabelecido rápido, a recuperação total pode ser obtida em 3 meses, mas depois desse tempo a capacidade de restabelecimento funcional diminui com o passar do tempo, desaparecendo definitivamente após 1-2 anos. Contratura: o tecido fibroso que substitui as fibras musculares durante a atrofia causada pela desnervação também tem tendência de continuar a se encurtar por meses. A POLIOMILITE Algumas, porém não todas as fibras nervosas do músculo são destruídas; As fibras nervosas remanescentes se ramificam para formar novos axônios que irão inervar várias fibras musculares paralisadas; Esse processo gera unidades motoras grandes = unidades macromotoras, podendo ter ate cinco vezes o número normal de fibras musculares para cada motoneurônio da medula espinhal; A formação de grandes unidades motoras reduz a eficiência do controla da pessoa sob seus mús- culos, mas permite ter de volta a possibilidade de forças variadas. RIGIDEZ CADAVÉRICA (RIGOR MORTIS) Algumas horas após a morte todos os músculos entram em contratura = rigidez cadavérica; Todos contraem e ficam rígidos mesmo sem potenciais de ação; Isso resulta da perda de todo o ATP que é neces- sário para a separação das pontes cruzadas dos filamentos de actina durante o relaxamento; Permanecem rígidos até que as proteínas mus- culares degenerem, de 15-25 horas; Esses eventos ocorrem mais rápido sob altas temperaturas. DISTROFIA MUSCULAR Incluem várias doenças hereditárias que causam fraqueza e degeneração progressiva das fibras musculares que não são substituídas por tecido graxo nem colágeno; Distrofia Muscular de Duchenne (DMD): afeta apenas homens, provocado por uma mutação no gene que codifica uma proteína distrofina, que une as actinas as proteínas da membrana das células; A falta de distrofina provoca desestabilização da membrana das células musculares, ativação de vários processos fisiopatológicos, aumento da permeabilidade do Ca na fibra; Os sintomas começam na infância e avançam rápido. Os pacientes se deslocam de cadeira de rodas desde os12 anos e morrem antes dos 30 por consequência da insuficiência respiratória; Distrofia Muscular de Becker (DMB): forma mais leve da DMD, apresenta início mais tardio e maior índice de sobrevivência; Não existe tratamento eficaz contra DMD ou DMB Gabriely Pansera – Medicina UCPel Fisiologia – P1 ANOTAÇÕES DA AULA • Célula longa que acompanha todo o tamanho do musculo, longa e cilíndrica, chamada fibra; • Miofibrilas: proteínas organizadas em padrão; • Actina (fina) e Miosina (grossa): proteínas con- tráteis, são intercaladas; • Disco Z (tem actina presa) e Titina (estabiliza a miosina): proteínas estruturais: mantem essa organização das proteínas contrateis; • Troponina e tropomiosina: proteínas reguladoras; • Sarcômero: unidade funcional da fibra muscular esquelética; • Contração: potencial de ação chega através de um neurônio motor ➔ neurotransmissor acetil- colina é liberada ➔ acetilcolina se liga a recepto- res na membrana muscular (receptores = canais iônicos regulados por ligante) ➔ abertura dos canais de Na dependentes de voltagem ➔ despo- larização ➔ liberação de Ca ➔ processo contrá- til = atração dos filamentos de miosina e actina; • Cabeça da miosina = atividade enzimática de ATPase; • Miosina = cabeça e ponte cruzada; • Actina = troponina e tropomiosina; • Fonte de Cálcio = Retículo Sarcoplasmático; • A cabeça quebra o ATP logo que liga nela, porem o ADP e P ficam na cabeça = musculo relaxado tem a cabeça energizada; • Não tem ATP ligado na cabeça, pois ao ligar ele é automaticamente clivado; • Eventos químicos na movimentação da miosina = energia: a cabeça tem um sitio de ligação para o ATP, quando liga nela, já é clivado pela enzima ATPase em ADP e P que ficam ligados na cabeça ➔ cabeça sempre energizada ➔ ligação do cálcio na troponina causa exposição dos locais ativos/ sítios de ligação ➔ a cabeça é atraída para a acti- na liberando energia que já havia sido clivada, só estava esperando o efeito do Ca para ser liberada ➔ após liberar o ADP e P, o sitio fica pronto para receber outro ATP, separando a cabeça da miosi- na que não esta mais energizada, precisa quebrar o ATP antes de ligar de novo ➔ clivagem do ATP iniciando outro ciclo ➔ o ATP é necessário para iniciar o ciclo e terminar, deliga a cabeça ➔ gasto de 2 ATPs; • A energética é necessária para: 1- mecanismo de deslizamento 2-bombeamento do Ca de volta para o RS 3- bomba de Na-K para manter o ambiente iônico adequado no fim da excitação; • Energética: fosfocreatina, via glicolítica e metabolismo oxidativo; • Contração isotônica: a tensão desenvolvida no musculo permanece constante enquanto seu comprimento modifica = mover o braço para pegar algum objeto; • Contração isométrica: a tensão gerada não transpõe a resistência de um objeto e o musculo não muda seu comprimento = segurar um objeto; • O musculo tem os dois tipos de fibras e dá para treiná-lo para desenvolver um dos tipos.
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