Contração do Músculo Esquelético

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Contração do Músculo Esquelético 1
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Contração do Músculo 
Esquelético
Anatomia fisiológica do músculo esquelético.
A membrana plasmática de uma fibra muscular é chamada de sarcolema, e o 
citoplasma é o sarcoplasma. As principais estruturas intracelulares são as 
miofibrilas, feixes organizados de proteínas contráteis e elásticas.
Os músculos esqueléticos contém um 
extenso retículo sarcoplasmático (RS), que é 
um retículo endoplasmático modificado que 
envolve cada miofibrila e é formado por 
túbulos, as cisternas terminais. Esses 
retículos concentram e sequestram cálcio 
com a Ca2+-ATPase.
As cisternas terminais são adjacentes e intimamente associadas a uma rede 
ramificada de túbulos transversos, também chamados de túbulos T. O conjunto 
formado pelo túbulo T e suas cisternas terminais adjacentes forma uma tríade.
As miofibrilas são compostas por cerca de 
1.500 filamentos de miosina (mais espessos) 
adjacentes e por 3.000 filamentos de actina 
(mais finos), parcialmente interdigitados.
Faixas I claras compostas de actina.
Faixas A escuras compostas por miosina e 
as extremidades da actina sobrepondo-as.
Pontes cruzadas são pequenas projeções laterais dos filamentos de miosina.
As extremidades dos filamentos de actina estão ligadas ao disco Z, de onde esses 
filamentos se estendem em ambas direções para se interdigitam com os filamentos 
de miosina.
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A região mediana do sarcômero é denominada de linha M.
Quando a fibra muscular está contraída, os filamentos de actina se sobrepõem 
completamente aos filamentos de miosina, e as pontas dos filamentos de actina 
estão prestes a se sobrepor.
O posicionamento lado a lado dos filamentos de 
miosina e actina é mantido pelas moléculas 
filamentares da proteína titina. A flexibilidade 
dessas moléculas atua como arcabouço que 
mantém a miosina e a actina em seus lugares.
A molécula de titina tem uma extremidade elástica fixa ao disco Z, onde atua como 
mola, contraindo e relaxando. Possui também uma extremidade ancorada nos 
filamentos de miosina.
A contração muscular gera força.
A contração muscular é um processo que permite a geração de força, na fisiologia, 
a força produzida pela contração muscular é a tensão muscular. A contração é um 
processo ativo que necessita de energia fornecida pelo ATP. O relaxamento 
muscular é a liberação da tensão que foi produzida durante a contração.
1. Os eventos que ocorrem na junção neuromuscular convertem um sinal 
químico (acetilcolina) em um sinal elétrico na fibra muscular. A junção 
neuromuscular é a sinapse entre um neurônio motor e uma fibra muscular 
esquelética.
2. O acoplamento excitação-contração (E-C) é o processo pelo qual os 
potenciais de ação musculares produzem um sinal de cálcio, o qual ativa o ciclo 
de contração-relaxamento.
3. No nível molecular, o ciclo contração-relaxamento é explicado pela teoria dos 
filamentos deslizantes. Um ciclo de contração-relaxamento é chamado de 
abalo muscular.
A actina e a miosina deslizam uma sobre a outra durante a 
contração.
No modelo da teoria dos filamentos deslizantes, os filamentos sobrepostos de actina 
e de miosina, de comprimento fixo, deslizam uns sobre os outros em um processo 
que requer energia e que produz a contração muscular.
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Dentro de cada sarcômero, as extremidades dos filamentos grossos e finos estão 
levemente sobrepostas. Em relaxamento a banda I é grande.
Já na contração, os discos Z se aproximam à medida que os filamentos finos de 
actina se movem em direção à linha M, encurtando o sarcômero, fazendo a banda I 
e a zona H quase desaparecerem, a banda A permanece constante.
As ligações cruzadas da miosina movem os filamentos de 
actina.
O movimento das ligações cruzadas da miosina fornece a força que move o 
filamento de actina durante a contração.
No músculo, as cabeças de miosina ligam-se às moléculas de actina, quando o 
sinal de cálcio inicia o movimento de força, produzido quando as ligações 
cruzadas da miosina mudam de conformação, movendo-se para frente e 
empurrando os filamentos de actina em direção ao centro do sarcômero.
Ao final do movimento de força, cada cabeça de miosina solta-se da actina, inclina-
se para trás e liga-se a uma nova molécula de actina, ficando pronta para dar início 
a um novo ciclo. Durante a contração, nem todas as cabeças de miosina se soltam 
ao mesmo tempo – se isso ocorresse, as proteínas deslizariam de volta para a 
posição inicial. O processo ocorre várias vezes.
O cálcio inicia a contração.
O íon cálcio liga e desliga a contração muscular pela troponina, um complexo 
ligante de cálcio constituído por 3 proteínas. A troponina controla o posicionamento 
de um polímero proteico alongado, a tropomiosina.
No repouso, a tropomiosina entra em posição de bloqueio: enrola ao redor dos 
filamentos de actina e cobre de forma parcial todos os sítios que permitiriam a 
ligação da miosina na actina.
Assim, para ocorrer a contração, a tropomiosina deve entrar em posição ligada, 
para liberar o sítio de ligação à miosina da actina.
1. Quando aumenta a concentração de cálcio, é iniciada uma contração em 
resposta.
2. A troponina C liga-se reversivelmente ao cálcio.
3. O complexo cálcio-troponina C desloca a tropomiosina, afastando-a 
completamente dos sítios de ligação à miosina da actina.
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4. Essa posição ligada permite que as cabeças da miosina façam ligações 
cruzadas fortes o bastante para executar o movimento de força, puxando o 
filamento de actina.
Para que o relaxamento muscular ocorra, as concentrações de cálcio precisam 
diminuir. O cálcio desliga-se da troponina quando precisa migrar para o meio 
extracelular deficiente em cálcio (lei das massas). Sem o cálcio, a troponina permite 
que a tropomiosina volte ao seu estado desligado, recobrindo os sítios. A titina 
auxilia no processo de estiramento.
As cabeças da miosina caminham ao longo dos filamentos de 
actina.
O ciclo de contração inicia com o estado de rigor, no qual as cabeças da miosina 
estão ligados fortemente às moléculas de actina G. O estado de rigidez ocorre por 
apenas um período breve:
1. Uma molécula de ATP liga-se à cabeça da miosina, diminuindo a afinidade da 
miosina pela actina, o que causa a liberação da actina pela miosina.
2. O sítio de ligação do ATP envolve a molécula de ATP e converte-a em ADP e 
fosfato. O ADP e o fosfato permanecem ligados à miosina enquanto a energia 
liberada no processo move a cabeça da miosina até que ela forme um ângulo 
de 90º com o eixo dos filamentos. Nessa posição, a miosina liga-se a uma nova 
actina.
As ligações cruzadas recém-formadas entre a miosina e a actina são fracas, 
devido ao bloqueio da tropomiosina. Nesse estado engatilhado, a miosina 
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estoca energia potencial, apenas esperando o sinal para disparar.
3. O movimento de força inicia após o cálcio se ligar à troponina e permite a 
liberação total do sítio de ligação à miosina. As ligações cruzadas, antes fracas, 
agora são fortes, à medida que a miosina libera o fosfato, permitindo a 
deslocação da cabeça de miosina até 45º. As cabeças se voltam em direção à 
linha M, levando o filamento de actina.
4. Ao final do movimento de força, a miosina libera ADP, cuja saída permite que a 
cabeça da miosina se ligue fortemente à actina novamente, retornando ao 
estado de rigidez.
A acetilcolina inicia o processo de acoplamento excitação-
contração.
A combinação dos eventos elétricos e mecânicos que ocorrem em uma fibra 
muscular é chamada de acoplamento excitação-contração (E-C).
A acetilcolina (ACh) é liberada na fenda sináptica da junção neuromuscular pelo 
neurônio motor somático. Ela liga-se aos receptores nicotínicos de ACh da placa 
motora terminal da fibra muscular.
Quando esses canais ligantes de ACh se abrem, ocorre o fluxo de sódio e potássio 
pela membrana plasmática. A carga positiva desses íons despolariza a membrana 
da fibra muscular, gerando um potencialda placa motora (PPM), que gera um 
potencial de ação muscular.
O potencial de ação desloca-se pela superfície da fibra e para o interior do túbulo T. 
Quando o potencial de ação penetra nos túbulos T, ocorre uma alteração no 
receptor DHP, que causa a abertura dos canais RyR, provendo a liberação de 
cálcio pelo retículo sarcoplasmático. Do repouso para o movimento, a concentração 
de cálcio pode aumentar 100x.
O cálcio liga-se à troponina, passando a tropomiosina para sua forma ligada, 
permitindo a contração muscular.
Relaxamento.
Para finalizar a contração, o cálcio deve sair do citosol. O retículo sarcoplasmático 
retorna o cálcio para seu lúmen através da Ca2+-ATPase. O cálcio se desprende da 
troponina, permitindo o bloqueio dos sítios de ligação da actina. Assim, as ligações 
cruzadas são liberadas, e ocorre o relaxamento do músculo.
Um ciclo de contração-relaxamento é denominado abalo muscular.
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O período de latência é o retardo representado pelo tempo necessário para a 
liberação e ligação do cálcio.
Energética Muscular.
Os músculos necessitam de ATP constantemente: durante a contração, para o 
movimento e a liberação das ligações cruzadas; durante o relaxamento, para 
bombear o cálcio de volta para o retículo sarcoplasmático; e após o acoplamento E-
C, para reconduzir o sódio e o potássio para os compartimentos extracelular e 
intracelular, respectivamente.
A fosfocreatina é a molécula de reserva energética de segurança muscular, 
formada quando o músculo está em repouso. Quando o músculo entra em 
atividade, a fosfocreatina libera seus grupos fosfato para o ADP, formando 
novamente o ATP, com a enzima creatina-cinase.
💡 Nota clínica: níveis elevados de creatina-cinase no plasma indicam dano 
muscular esquelético ou cardíaco.
No metabolismo glicolítico, o glicogênio muscular é hidrolisado e forma a glicose, 
que é clivada em piruvato (com oxigênio) ou lactato (sem oxigênio, em exercícios de 
alta intensidade, porém de curta duração).
O metabolismo oxidativo ocorre nas mitocôndrias e utiliza o acetil-CoA como 
substrato. O acetil-CoA pode ser produzido a partir do piruvato formado na via 
glicolítica ou pela beta-oxidação de lipídios e corpos cetônicos. Esse processo 
requer oxigênio, portanto é realizado durante as atividades aeróbias, ou seja, 
exercícios de baixa intensidade, mas de longa duração.
Durante o repouso, o substrato energético utilizado depende dos níveis séricos de 
glicose, aminoácidos e ácidos graxos. Se a glicose e os aminoácidos sanguíneos 
estão elevados, a glicose será convertida em glicogênio, e o metabolismo dos 
aminoácidos estará alto. Os ácidos graxos irão produzir acetil-CoA.
No jejum, os níveis de insulina diminuem, reduzindo os níveis de transportadores 
GLUT4 na membrana do músculo. A glicose será poupada, diminuindo sua 
utilização no músculo; e os ácidos graxos serão o principal substrato energético 
preferencial do músculo durante o jejum.
A fadiga tem várias causas.
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A fadiga se refere à condição reversível na qual o músculo é incapaz de produzir ou 
sustentar a potência esperada.
A fadiga central é originada no SNC, incluindo sensação de cansaço e desejo de 
cessar a atividade. Essa fadiga psicológica precede a fadiga fisiológica e funciona 
como mecanismo de proteção.
A fadiga periférica tem origem em qualquer local entre a junção neuromuscular e os 
elementos do músculo. No exercício submáximo prolongado, a fadiga metabólica 
está associada à depleção das reservas de glicogênio muscular, que pode afetar a 
liberação de cálcio. No exercício curto, a fadiga muscular pode ser causada pelo 
acúmulo de lactato, que reduz o pH do músculo e causa a fadiga.
Tipos de fibras musculares.
A velocidade de contração da fibra é determinada pela isoforma da miosina ATPase 
presente nos filamentos grossos da fibra.
A duração de contração é determinada pela velocidade com que o retículo 
sarcoplasmático remove o cálcio do citosol.
Fatores que influenciam a potência da contração.
A tensão produzida pela contração é diretamente proporcional ao número de 
ligações cruzadas.
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a. Se as fibras iniciarem a contração com o sarcômero muito alongado, haverá 
pouca sobreposição entre os filamentos grossos e finos e, consequentemente, 
poucas ligações cruzadas.
b. Se o sarcômero for mais curto do que o comprimento ideal no início da 
contração, os filamentos finos e grossos estarão demasiadamente sobrepostos 
antes de a contração iniciar. Consequentemente, os filamentos grossos só 
poderão movimentar os filamentos finos por uma distância muito curta, antes 
que os filamentos finos de cada uma das extremidades do sarcômero comecem 
a se sobrepor. Essa sobreposição impede a formação das ligações cruzadas.
Se o intervalo de tempo entre os potenciais de ação for reduzido, a fibra muscular 
não terá tempo para relaxar completamente entre os dois estímulos subsequentes, 
resultando em uma contração mais vigorosa. Esse processo é a somação. Tetania é 
o estado de contração máxima.
A unidade motora.
A unidade básica de contração é a unidade motora, formada por um grupo de fibras 
musculares e pelo neurônio motor somático que inerva essas fibras.
Todas as fibras musculares de uma mesma unidade motora pertencem ao mesmo 
tipo de fibras musculares. Por essa razão, há unidades motoras de contração rápida 
e unidades motoras de contração lenta.
O músculo pode modular a contração, alterando (1) os tipos de unidades motoras 
que estão ativas ou (2) o número de unidades motoras que estão respondendo em 
um determinado momento.
Hipertrofia, atrofia e hiperplasia muscular.
A hipertrofia é o aumento da massa muscular, a atrofia é a redução. Toda hipertrofia 
resulta do aumento do número de filamentos de actina/miosina em cada fibra 
muscular, aumentando-a. Apenas poucas e fortes contrações a cada dia são 
necessárias para causar hipertrofia significativa, dentro de 6 a 10 semanas.
A intensidade da síntese de proteínas contráteis no músculo é bem maior quando a 
hipertrofia está se desenvolvendo.
Quando um músculo fica sem uso por muitas semanas, a intensidade da 
degradação das proteínas contráteis é mais rápida que sua reposição. Assim, surge 
a atrofia, pela via ubiquitina-proteassoma, dependente de ATP.
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Outro tipo de hipertrofia ocorre em geral quando os músculos estão mais estirados 
além do comprimento normal. Esse estiramento excessivo faz com que novos 
sarcômeros sejam adicionados às extremidades das fibras musculares por onde são 
ligadas aos tendões. Inversamente, quando o músculo permanece continuamente 
mais curto do que seu tamanho normal, os sarcômeros das extremidades das fibras 
musculares podem desaparecer.
Sob raras circunstâncias de geração de força muscular extrema, observou-se que o 
número real de fibras musculares aumentou (mas apenas por alguns pontos 
percentuais), independentemente do processo de hipertrofia. Esse aumento do 
número de fibras musculares é referido como hiperplasia da fibra. Quando ocorre, o 
mecanismo é a divisão linear das fibras previamente aumentadas.