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1 Fisiologia I | 2021.1 A palavra fisiologia vem do grego physis, que significa natureza, e de logos que significa estudo. Sendo assim, a fisiologia trata-se do estudo das múltiplas funções mecânicas, físicas e bioquímicas nos seres vivos. Dessa forma, a fisiologia estuda o funcionamento do organismo. A base da fisiologia é o estudo dos mecanismos de funcionamento dos órgãos e dos sistemas do organismo animal. Além disso, estuda as possíveis interações entre eles e as formas de regulação do equilíbrio interno. O corpo dos animais está sempre em busca a homeostase, ou seja, a estabilidade ou equilíbrio interno do organismo. É no estado de homeostase que o organismo vai funcionar plenamente. A homeostase é um processo de autorregulação por meio do qual sistemas biológicos tendem a manter sua estabilidade para se ajustarem a condições de sobrevivência. Sendo assim, trata-se da estabilidade interna do organismo. Existem vários mecanismos que os órgãos e os tecidos utilizam para manter a homeostase. Alguns exemplos são: a pressão arterial, a temperatura, a volemia, a osmolaridade. Esses sistemas de controle são chamados de mecanismos homeostáticos, e praticamente todos os tecidos, órgãos e sistemas possuem um mecanismo para atingir a homeostase. Então, quando o organismo está saudável, ou seja, está em homeostase, ela está funcionando plenamente. Porém, esse organismo pode sofrer mudanças, tanto externas quanto internas, em seus sistemas e órgãos. Sendo assim, essas mudanças resultam na perda da homeostase, e por isso, o organismo tenta compensar, ou seja, tenta voltar ao estado de homeostase. O organismo pode fazer uma As células são as unidades estruturais e funcionais dos seres vivos. Ela permite os vários níveis de organização do organismo dos animais: os sistemas, os órgãos, os tecidos. E elas possuem as organelas e estruturas menores, como moléculas e átomos. Fisiologia compensação bem-sucedida, e retornar ao estado de homeostase e saudável. Porém, caso ocorra uma falha na compensação do organismo, isso pode gerar doenças ou a disfunção do órgão afetado. 2 Fisiologia I | 2021.1 Os órgãos são agregados de diferentes células unidas por uma estrutura de suporte, cada tipo de célula é adaptada e exerce uma função específica que vai determinar o mecanismo de funcionamento dos sistemas. As células formam o parênquima, que está relacionado a função, as características de dado órgão. Já o estroma é o tecido de sustentação, também formado pelas células. Segundo a teoria celular, a célula é a unidade morfofisiológica dos seres vivos. Assim, a partir do conhecimento dos processos vitais que ocorrem em todas as células, poderemos entender melhor o funcionamento dos organismos como um todo. Dessa forma, pode-se realizar algumas conclusões sobre a célula: Todo o ser vivo é constituído por células. Todo metabolismo ocorre a nível celular, ou seja, o conjunto de reações química, bioquímicas ocorrem nas células. Todo o ser vivo origina-se de células pré- existentes. Toda célula possui material genético: DNA e RNA. os lipídios têm participação na formação celular e fornecimento de energia através da oxidação. elas têm função na participação da estrutura celular e da membrana plasmática, participando do transporte de algumas moléculas. formação do DNA e do RNA. é um tipo especial de nucleotídeo, formado por adenina, ribose e três fosfatos. Relacionado com o armazenamento de energia. ela é constituída por uma bicamada fosfolipídica, formada por fosfolipídios. Além disso, ela é formada por proteínas integrais, periféricas e transmembranas. A sua principal função é separar o meio extracelular do meio intracelular. Sendo assim, ela delimita o espaço intracelular. A membrana plasmática é semipermeável, dessa forma, ela tem a função de selecionar as substâncias que entram e saem da célula. Por ser constituída por uma bicamada de fosfolipídios, ela possui uma maior permeabilidade a substâncias lipossolúveis, como ácidos graxos, hormônios esteroides, e gases. Porém, substâncias hidrossolúveis também conseguem atravessar a membrana plasmática, algumas com maior dificuldade e outras com o auxílio de transportadores, como é o caso de íons, glicose e aminoácidos. Muitas vezes o que transporta essas moléculas hidrossolúveis são as proteínas que estão na membrana. Algumas proteínas são transportadoras, outras receptores hormonais, antígenos, canais iônicos, e também, atuam como enzimas. No caso da glicose, quase todos os tecidos precisam de um transportador para absorver a glicose. Porém, alguns tecidos são insulinoindependentes, e não possuem transportadores de glicose na membrana, como é o caso do tecido nervoso (cérebro), hemácias e retina. o citoplasma é a região compreendida entre a membrana plasmática e a membrana nuclear. Ele é uma solução coloidal, formada 3 Fisiologia I | 2021.1 principalmente por água e proteínas. E envolve todas as organelas da célula. O líquido intracelular e o líquido extracelular estão separados pela membrana plasmática, e eles são semelhantes. Os dois são formados pelos mesmos componentes. O que muda de um líquido para o outro é a quantidade de cada um desses constituintes. Apesar dessa diferença de concentração entre os dois líquidos, eles se equivalem, já que possuem a mesma osmolaridade. A osmolaridade é a concentração de solutos de um determinado líquido. Isso mantém o equilíbrio entre o meio intracelular e o meio extracelular. Outra diferença está no pH: o pH do meio extracelular está em torno de 7,4, e o do meio intracelular fica em torno de 7. Isso se deve ao fato de que a quantidade de proteínas no meio intracelular é maior que no meio extracelular. A maior quantidade de líquido do corpo é encontrada no meio intracelular, correspondendo a 2/3 ou 67% do líquido do organismo, compondo 40% do peso vivo do animal. Já o líquido extracelular corresponde a 1/3 ou 33% do líquido do corpo do animal, compondo 20% do peso vivo dele. O médico veterinário tem acesso ao líquido extracelular, que pode ser dividido em: plasma e o líquido intersticial (banha as células), como o líquor, o líquido sinovial, o líquido peritoneal, o líquido pleural. O plasma e o líquido intersticial ficam separados pelas paredes dos capilares. No líquido intracelular, podemos encontrar maior quantidade de potássio, magnésio, proteínas e fosfatos, possuindo um pH menor, mais ácido. O líquido extracelular possui maior quantidade de sódio, cloreto, bicarbonato e cálcio, possuindo um pH maior, mais básico. Apesar da diferença entre a quantidade de seus constituintes, a osmolaridade dos dois se equivale, se mantendo em equilíbrio. O gradiente de concentração é a diferença de concentração de um soluto entre dois líquidos. Esses gradientes de concentração podem direcionar o transporte de determinada substância pela membrana plasmática, ou seja, para dentro ou para fora da célula. 4 Fisiologia I | 2021.1 No caso do sódio: ele se encontra em maior quantidade no líquido extracelular do que no líquido intracelular. Ele segue do meio mais concentrado para o meio menos concentrado, sendo assim, o sódio será transportado do meio extracelular para o meio intracelular, visando o equilíbrio entre os dois meios. Quando a substância é transportada do meio mais concentrado para o meio de menor concentração, dizemos que ela está seguindo o seu gradiente de concentração, ou seja, está a favor dele. E quando a substância sai do meio de menor concentração para o meio de maior concentração, dizemos que ela está contra seu gradiente de concentração. A membrana plasmática é importante para manter oambiente interno da célula. Ela exige determinados compostos em seu interior para realizar as suas funções e reações. Sendo assim, a semipermeabilidade da membrana evita a entrada de algumas substâncias, para manter o pH interno estável dentro da célula e proteger o material genético. Dessa forma, uma das suas funções é preservar o metabolismo interno da célula. O metabolismo é o conjunto de reações que tem como objetivo gerar compostos e energia. Ele pode ser dividido em anabolismo e em catabolismo. é a construção de moléculas mais complexas, como a junção de aminoácidos para formar proteínas, de glicoses para formação de glicogênio. é a quebra de moléculas maiores em moléculas menores, como quebrar proteínas em aminoácidos, glicogênio em glicose. As substâncias podem passar pela membrana plasmática de forma passiva ou de forma ativa. nesse caso, a substância vai a favor do gradiente de concentração, sem gastar energia. nesse caso, ocorre o gasto de energia, e a substância vai contra o gradiente de concentração. Esse transporte depende: das propriedades fisícoquímicas das moléculas que serão transportadas (elas são lipossolúveis ou hidrossolúveis, o tamanho da molécula, a presença ou não de cargas. Moléculas sem carga e de até 100 Da ultrapassam mais facilmente a membrana, além daquelas que são mais oleosas. Nesse caso, dizemos que o transporte acontece “ladeira abaixo”, uma vez que descer uma ladeira é muito mais fácil que subir. é o tipo de transporte passivo mais simples que sempre busca o equilíbrio entre os dois meios, sem que haja gasto energético. Ele é o movimento simples de moléculas pela membrana plasmática, sem a necessidade de carreadores. Através da difusão simples são transportadas gases, moléculas apolares e polares pequenas. Ela depende da grandeza do gradiente de concentração (quanto maior a diferença de concentração, mais rápido ocorre a difusão), lipossolubilidade, espessura da membrana e área de contato (quanto maior a área, maior a perfusão). é um tipo de transporte passivo, no qual as moléculas polares ou hidrofílicas grandes e as moléculas com carga somente passam através de proteínas carreadoras, chamadas de permeases. Essas 5 Fisiologia I | 2021.1 proteínas estão na membrana, elas alteram a sua conformação e permite a entrada e saída de moléculas, sem haver o gasto de energia. São transportadas por difusão facilitada moléculas polares grandes e íons. é um tipo de transporte passivo, porém no caso da osmose é o solvente que é transportado. Ele vai da solução menos concentrada para a mais concentrada a fim de equilibrar as concentrações dos meios intracelular e extracelular. Nesse caso, dizemos que o transporte acontece “ladeira acima”, já que vai contra o gradiente eletroquímico. É necessário o uso de proteínas, chamadas de transportadoras ou carreadoras. Elas são específicas, mas podem ser saturadas. Apesar de elas serem específicas, existe uma competição entre elas, podendo ocorrer a competição por similaridade, já que algumas moléculas são muito semelhantes entre si, como a galactose e a glicose. O transporte ativo é realizado através de bombas, ou seja, proteínas que utilizam uma fonte de energia (ATP) para transportar íons e outros solutos estabelecendo gradientes de concentração. Esse transporte visa aumentar ainda mais a diferença de concentração entre os dois meios. é o transporte de um único soluto com gasto de energia e contra o gradiente de concentração. O gasto de energia é imediato, a própria enzima que faz a movimentação. Um exemplo é a bomba de Na/K: ela transporta três moléculas de Na primeiramente, e depois transporta duas moléculas de K de um meio para o outro. é o transporte de dois ou mais solutos ao mesmo tempo. Um desses solutos é transportado a favor do gradiente de concentração e outro contra o gradiente de concentração. Geralmente, há um íon envolvido nesse transporte ativo secundário, 6 Fisiologia I | 2021.1 normalmente o sódio, devido a sua grande capacidade de transportar substâncias com ele. Ele é dividido em: simporte/co- transporte (as duas substâncias são transportadas para o mesmo sentido); e em antiporte/contratransporte (uma substância vai em um sentido, e outra substância vai na direção oposta simultaneamente). A endocitose é o processo que permite a entrada de material para a célula sem atravessar a sua membrana celular que requer energia, através do englobamento dessas substâncias. Pode ser dividida em fagocitose (partículas sólidas) e pinocitose (líquidos, óleos). Já a exocitose é a liberação de substâncias para fora da célula, alguns hormônios e neurotransmissores são liberados dessa forma. Esses dois processos não são considerados transportes pela membrana, porque não ocorre a passagem de substâncias por ela, o que acontece é que a vesícula passa a fazer parte da membrana, ou ocorre a formação de uma vesícula através da membrana, já que ela engloba substâncias que estão fora da célula. A respiração celular é o processo pelo qual os organismos obtêm energia a partir da matéria orgânica, que será degradada, e a energia proveniente dessa degradação é canalizada para os diversos processos celulares. A respiração celular pode ocorrer de forma aeróbica ou anaeróbica. Sendo que a aeróbica é a mais efetiva. Quando a glicólise entra na via aeróbica, ela forma um total de 38 ATPs. 7 Fisiologia I | 2021.1 A bioeletrogênese é a capacidade que algumas células têm de gerar e propagar sinais elétricos através da membrana. Sendo assim, ela é uma propriedade exclusiva de algumas células: os neurônios e as células musculares esqueléticas, lisas e cardíacas. A membrana plasmática é formada por uma bicamada fosfolipídica e, também, por algumas proteínas. Além disso, ela possui a característica de permeabilidade seletiva, o que permite a ela selecionar quais substâncias entram e saem da célula. As proteínas presentes na membrana possuem diversas funções: as proteínas de canal que servem para a passagem de substâncias, favorecendo a passagem de substâncias mais hidrofílicas; e as proteínas carreadoras, que estão envolvidas em alguns tipos de transportes através da membrana, grande parte dessas proteínas são específicas para determinada substância. Os canais iônicos são proteínas que transportam alguns íons/eletrólitos. Com relação a esses tipos de canais, eles podem ser de duas formas: estão permanentemente abertos. eles abrem e fecham à medida que a proteína recebe um estímulo específico. Os estímulos podem ser químicos ou físicos. Os canais com comporta podem se abrir de duas formas: diretamente ou indiretamente. No caso da forma direta, um receptor químico se liga diretamente no canal iônico, quando ele se liga na proteína, ele modifica a forma do canal, então ele se O potencial de membrana, também chamado de potencial de ação, é a diferença de energia potencial elétrica ou voltagem através da membrana, ou seja, entre a parte externa e a parte interna da membrana Bioeletrogênese abre para a passagem das substâncias. No caso da forma indireta, há uma proteína que está ancorada a uma proteína G. Essa proteína G possui várias subunidades, quando o receptor se liga ao canal iônico, a subunidade alfa se desloca no interior na membrana, se ligando a um canal iônico a distância, e dessa forma, abrindo esse canal. 8 Fisiologia I | 2021.1 plasmática. É através dele que as células transmitem as informações de um lugar ao outro do organismo. O potencial de membrana é extremamente importante para muitos fenômenos biológicos,sendo fundamental para as células excitáveis. Ele é gerado por bombas iônicas e pela difusão deles através da membrana. Então, através da passagem dos íons pela membrana, é gerado o potencial eletro-químico. Dessa forma, vamos encontrar uma diferença de voltagem e, também, química entre os meios intracelular e extracelular. O potencial eletro-químico da membrana é formado através da membrana plasmática, graças a sua característica de permeabilidade seletiva. Ele depende da diferença de concentração de íons dentro e fora das células e, ele é mantido pela permeabilidade seletiva da membrana. Esse potencial de membrana é dividido em três etapas: potencial/estado de repouso, depolarização e repolarização. Esses dois últimos constituindo o potencial de ação em si. O estado de repouso trata-se do momento em que não está acontecendo grandes trocas iônicas pela membrana plasmática, como se a membrana estive em seu momento de descanso, a célula está estável. Nesse momento, a concentração de íons dentro e fora da célula é estável. Esse estado de repouso é mantido pela natureza semi-permeável da membrana. Ele é um estado eletronegativo, ou seja, o interior da célula é mais negativo, tem mais cargas negativas, do que o exterior da célula. Existem duas formas que contribuem para manter o potencial de membrana e que atuam através da membrana: devido as cargas negativas internas, o citoplasma é mais negativo devido a presença de proteínas. devido a manutenção de gradiente diferente. A diferença entre a concentração de íons e de cargas do interior para o exterior da célula é chamado de potencial eletro-químico. No potencial de repouso, a membrana plasmática está polarizada, porque há dois polos bem definidos de carga elétrica: presença de cargas positivas no meio externo e de cargas negativas no meio interno da célula. O potencial de ação é o princípio para que as células consigam conduzir informações entre elas. Através de mudanças rápidas no estado de repouso, a célula sai do seu estado estável, entrando no potencial de ação. Dessa forma, o potencial se aproxima de zero ou fica positivo. Após isso acontecer, a célula retorna rapidamente ao seu potencial negativo, ou seja, ao seu potencial de repouso. Sendo assim, o potencial de ação acontece de forma muito rápida, cerca de dez mil partes da membrana se alteram em um minuto. Nesse momento, ocorre uma inversão de cargas através da membrana plasmática. Então, durante o potencial de ação o interior da célula fica com cargas positivas, e o exterior com cargas negativas. 9 Fisiologia I | 2021.1 é a primeira fase do potencial de ação propriamente dito. A despolarização significa que a membrana está saindo do seu estado de repouso. Nesse momento, o potencial de membrana sai do estado de eletronegatividade até atingir valores positivos ou zero. Ela constitui uma fase de excitação da membrana plasmática. Na despolarização, ocorrem alterações na conformação dos canais de sódio com comporta, eles tornam-se abertos devido ao estímulo da mudança de voltagem da membrana. E devido a isso, a membrana fica com uma alta permeabilidade ao sódio. Devido ao gradiente de concentração, o sódio passa a entrar na célula. À medida que vai entrando uma grande quantidade de sódio na célula, isso contribui para que a eletricidade em torno da membrana se altere, já que há um fluxo de carga positiva grande para o interior da célula. Dessa forma, a ativação dos canais de sódio acontece devido a alteração de voltagem em torno da membrana. Então, os canais de sódio são de característica rápida, ou seja, eles se abrem e se fecham rapidamente. Além disso, eles são dependentes da voltagem em torno da membrana. Eles, também, seguem a lei de tudo ou nada, então caso o estímulo não seja suficiente para gerar o potencial de ação, eles não se abrem. a repolarização trata-se do retorno da célula para seu estado de repouso. Durante a repolarização, os canais de sódio mudam a sua conformação para o estado fechado, impedindo a entrada de sódio na célula. Nesse momento, ocorre a abertura completa dos canais de potássio. Devido ao gradiente de concentração, o potássio vai sair da célula. Então, acontece a diminuição do fluxo de sódio e o aumento do efluxo de potássio pela membrana plasmática. Os canais de potássio abrem e fecham-se de maneira lenta, ao contrário dos canais de sódio. Eles iniciam a sua abertura com cerca de O milivolts, atingindo a sua abertura total em cerca de +35 milivolts. Conforme acontece a saída de potássio da célula, o interior da célula passa a ficar mais eletronegativo, retornando ao seu estado de repouso. Como os canais de potássio são mais lentos, eles demoram mais a fechar, devido a isso, pode ocorrer a saída de mais potássio do que o necessário, e a célula sofre uma hiperpolarização, ou seja, ela fica mais negativa que o seu estado de repouso inicial. Só após a célula retornar ao seu estado de repouso é que ela vai ser capaz de iniciar um novo potencial de ação ou receber um estímulo para realizar o potencial de ação. Após a célula retornar ao estado de repouso, há uma inversão de concentrações do sódio e do potássio, em que há maior número de sódio dentro da célula e maior número de potássio no exterior da célula. A bomba de sódio e potássio é a responsável por restabelecer as concentrações originais. Ela transporta três moléculas de sódio para o exterior da célula, enquanto coloca duas moléculas de 10 Fisiologia I | 2021.1 potássio para o interior dela. Depois que a bomba de sódio e potássio restabelece as concentrações, a membrana pode sofrer novamente uma despolarização. O potencial de membrana pode ser descrito através de um gráfico. Dessa forma, podemos observar que no início temos uma reta linear que representa o potencial de repouso, ou seja, o momento em que a membrana está estável. Após receber um estímulo, a membrana inicia o processo de despolarização. Podemos observar que no gráfico pode ser representado com uma linha pontilhada o limiar. O limiar é uma alteração mínima de voltagem que precisa acontecer para que a despolarização ocorra. Após passar pelo valor do limiar, nada mais impede o potencial de ação. Caso, ocorra um estímulo fraco, que fique abaixo do limiar, o potencial de ação não acontece, e a célula rapidamente volta a seu potencial de repouso. Nesse caso, o estímulo é chamado de subliminar. Sendo assim, ao receber um estímulo suficiente, a membrana passa pela despolarização, com a abertura dos canais de sódio, permitindo a entrada dele na célula. Em seguida, a membrana atinge o pico de despolarização, e dá início ao processo de repolarização, com a abertura lenta dos canais de potássio. Com a abertura desses canais, ocorre a saída desses íons da célula, e a membrana retorna ao seu potencial de repouso. Porém, como os canais de potássio são bastante lentos, eles demoram para fechar, e a membrana pode sofrer uma hiperpolarização, como demonstrado no gráfico. Depois da repolarização, as concentrações de sódio e potássio se encontram invertidas, ou seja, a concentração de sódio dentro da célula está maior que no exterior, e a concentração de potássio se encontra menor no interior do que no exterior da célula. Dessa forma, a bomba de sódio e potássio começa a agir, restabelecendo as concentrações corretas dos dois íons no meio intracelular e extracelular. Com isso, a membrana volta ao seu estado de repouso, e pode receber novos estímulos, para reiniciar o processo de potencial de ação. Além do potencial de ação em ponta, descrito acima, existe o potencial de ação em platô. Um platô é um estado de estabilidade ou estacionário. Nesse potencial de ação, o início desde o estadode repouso até a despolarização acontece da mesma forma que o em ponta. Porém, após o pico de despolarização, há uma abertura dos canais de potássio que logo se fecham, e então, se abrem os canais de cálcio. Com a abertura desses canais, ocorre a entrada de cálcio para o interior da célula. E isso faz com que a célula permaneça um pouco mais com cargas 11 Fisiologia I | 2021.1 positivas. Então, depois que os canais de cálcio se fecham é que a repolarização acontece de verdade, ou seja, que os canais de potássio se abrem. Sendo assim, o potencial de ação em platô atrasa a repolarização, e dessa forma, o potencial de ação seja um pouco mais duradouro. Ele acontece em órgãos que possuem um funcionamento cíclico, ou seja, que estão funcionando a todo momento, como, por exemplo, o músculo cardíaco (ritmo cardíaco), algumas regiões do sistema nervoso (controle respiratório) e do músculo liso (contração do intestino). O platô se dá principalmente pela presença de canais de cálcio de natureza lenta. Depois que o potencial de ação é formado, ele precisa ser propagado por toda a extensão da membrana plasmática. Para que isso aconteça, é necessário que ocorra um potencial de ação em seguida. Uma vez que o potencial de ação é direcionado para um sentido, ele sempre segue a mesma direção, não podendo ser propagado retrogradamente. Isso acontece porque a área que acabou de despolarizar, para que ela responda a um novo estímulo, ela precisa retornar ao seu estado de repouso. Então, essa área fica em um período refratário, ou seja, mesmo que ela receba um estímulo, ela não consegue responder a ele. Ela só será capaz de ser responsiva, após retornar ao seu estado de repouso. Existem fibras ou neurônios mielinizados e não mielinizados. Aqueles que possuem uma membrana amielínica têm uma velocidade menor. Já os que possuem a membrana mielínica têm uma velocidade bem maior. As fibras mielínicas possuem os axônios cobertos pela bainha de mielina, que é produzida pelas células de Schwann ou oligodendrócitos. No caso dessas fibras, os canais iônicos estão presentes apenas nos intervalos entre as bainhas de mielinas, chamados de Nódulos de Ranvier. Dessa forma, acontece uma condução saltatória, só acontece a despolarização da fibra nos nódulos de Ranvier. E a passagem do potencial de ação pela bainha de mielina acontece muito rapidamente. 12 Fisiologia I | 2021.1 Sendo assim, existem alguns benefícios com a mielinização: aumento da velocidade de condução dos potenciais de ação, acontece a despolarização apenas em alguns pontos ao longo do axônio, como é necessário apenas a despolarização nos nódulos, torna-se necessário um menor influxo de íons e, também, há uma rápida repolarização, além de que se há menos trocas iônicas, se faz menos necessário o uso da bomba de sódio e potássio, gastando menos energia também. Existem variações entre as bainhas de mielina nas fibras. As fibras que possuem a bainha maior, possuem uma velocidade mais alta de condução do potencial de ação. Algumas doenças causam a perda de mielina, chamado de desmielinização, afetando a velocidade do impulso nervoso, como é o caso da cinomose, por exemplo. 13 Fisiologia I | 2021.1 14 Fisiologia I | 2021.1 15 Fisiologia I | 2021.1 As sinapses são junções especializadas entre as células. Elas podem ser: sinapses químicas ou sinapses elétricas. Na sinapse química há uma maior distância entre as duas membranas que vão se comunicar, além disso existem os neurotransmissores nesse tipo de sinapse. Já no caso da sinapse elétrica, as membranas ficam bem próximas para que haja comunicação. A maior parte das sinapses que são feitas são as sinapses químicas. As sinapses elétricas acontecem em lugar específicos do corpo, como nas células da glia do sistema nervoso e, também, entre células musculares. No caso dos seres unicelulares, as sinapses elétricas são as que mais acontecem. As sinapses são muito importantes para a transmissão das informações do sistema nervoso central para outras partes do corpo. Essas informações são transmitidas na forma de potenciais de ação ou impulsos nervosos. Sendo assim, através desses impulsos nervosos é que ocorre a comunicação celular. As sinapses químicas são as predominantes no caso dos mamíferos, e trata-se da transmissão de informações entre neurônios, entre neurônios e células não neurais, entre neurônios e células glandulares e musculares, e entre neurônios e outros tecidos. Na sinapse química, existem os neurotransmissores, que são os responsáveis por realizar a transferência de informações entre as células. Além disso, há duas membranas: a pré-sináptica e a pós-sináptica. E o espaço entre as duas membranas é chamado de fenda sináptica. Sinapses Com a chegada de um potencial de ação no terminal nervoso, os canais de cálcio da membrana pré- sináptica se abrem. Dessa forma, íons de cálcio começam a entrar nesses canais. O aumento da concentração de cálcio na terminação nervosa, faz com que as vesículas de neurotransmissores se movimentem até a membrana pré-sináptica. Quando as vesículas de neurotransmissores chegam até a membrana pré-sináptica, elas se fundem a membrana, e então, a membrana pré-sináptica liberam os neurotransmissores na fenda sináptica. Esses neurotransmissores, então, se ligam a receptores na membrana pós-sináptica. Isso pode fazer com que a membrana pós-sináptica se despolarize, e desenvolva um potencial de ação, sendo chamada de sinapse excitatória. Ou, essa ligação, pode fazer com a que próxima célula permaneça em seu estado de repouso, sendo chamada de sinapse inibitória. As sinapses elétricas não são tão comuns quanto as químicas. Nesse caso, não existem os neurotransmissores. Na sinapse elétrica, as membranas ficam muito próximas umas das outras, formando as chamadas “GAP junctions” ou junção comunicante. Dessa forma, há uma íntima relação entre as membranas. À medida que uma membrana se despolariza, ocorre a abertura de canais de cálcio. Então, íons cálcio começam a entrar no citoplasma da célula. O aumento do cálcio faz com que a junção comunicante se abra. Então, com a abertura dessa junção, tudo o que estiver ocorrendo em uma célula passa a acontecer na célula seguinte. Com a abertura da junção comunicante permite a troca direta de íons entre as células. 16 Fisiologia I | 2021.1 Sendo assim, a velocidade da transmissão de informações é muito grande. Esse tipo de sinapse acontece no sistema nervoso central, nas células do musculo liso e nas células da glia. A sinapse elétrica sempre vai ser excitatória, já a sinapse química pode ser excitatória ou inibitória e pode ser modulada: ser mais forte ou menos forte. No caso das sinapses químicas, é necessário a presença dos neurotransmissores. Além deles, é necessário que haja receptores pós-sinápticos. Existem dois tipos de receptores: é um tipo de receptor que abre diretamente o canal iônico. Dessa forma, ele está acoplado ao canal iônico, e por isso, acontece de forma bastante rápida. nesse caso, o receptor está conectado a uma proteína G. Uma das funções da proteína G é a abertura dos canais iônicos a distância. Esse receptor tem uma ação mais indireta, um pouco mais demorado. Os receptores metabotrópicos estão acoplados a proteína G. Quando o neurotransmissor se liga ao receptor, isso estimula uma das subunidades (subunidade alfa) da proteína G a se deslocar. Ela se liga a um canal de potássio,e o abre. Então, ela abriu um canal iônico a distância. Outra função da proteína G é a formação de segundos mensageiros. Então, quando o neurotransmissor se liga ao receptor metabotrópico, a proteína G forma um cAMP, ou seja, um segundo mensageiro. Esse cAMP ativa enzimas quinases que, por sua vez, fosforila um canal iônico, o feichando ou o abrindo. Além do cAMP, existem outros segundos 17 Fisiologia I | 2021.1 mensageiros, como o IP3 ou o DAG, que podem desencadear outros tipos de resposta no meio intracelular. Dessa forma, a proteína G pode: amplificar o sinal vindo do neurotransmissor, modular a atividade da célula ou sua excitabilidade neuronal, e pode regular a atividade intracelular. No caso das sinapses químicas, elas podem ser excitatórias ou inibitórias. é quando o resultado da ligação dos neurotransmissores com os receptores, abrem-se canais de sódio e de cálcio, e dessa forma, inicia a despolarização e há o desenvolvimento de um potencial de ação. nesse caso, ocorre a abertura dos canais de potássio e de cloreto. Com isso, acontece uma hiperpolarização na célula, então não há a formação de um potencial de ação, permanecendo em seu estado de repouso. A junção neuromuscular é uma sinapse especial que ocorre entre um neurônio motor e uma célula de músculo esquelético. Sendo assim, ela é a comunicação entre um neurônio motor e células do músculo esquelético. O neurônio motor é um neurônio de resposta, eles possuem seus corpos celulares localizados dentro do sistema nervoso central: na medula espinhal ou 18 Fisiologia I | 2021.1 no tronco cerebral. Então, ele envia a suas terminações nervosas até as fibras do músculo esquelético. Cada fibra muscular recebe uma terminação nervosa. Na junção neuromuscular, temos a terminação pré- sináptica, onde está o botão sináptico, que se trata de uma dilatação da porção terminal do neurônio motor. E a membrana pós-sináptica é o sarcolema, que é a membrana da fibra muscular. O neurotransmissor da junção neuromuscular se chama acetilcolina. Na fenda sináptica, encontra-se o líquido extracelular. Como a junção neuromuscular é uma sinapse química, na membrana do músculo, existem os receptores de acetilcolina (ACH), que são invaginações. Essas invaginações, chamadas de dobras juncionais, têm como objetivo aumentar a área de contato para os acetilcolina. A transmissão da informação é sempre em sentido único: do neurônio para o músculo, já que o objetivo dessa sinapse é promover a contração do músculo esquelético. Depois da sinapse, é preciso que a acetilcolina seja desativada, para que a junção neuromuscular tenha um tempo de repouso. Isso pode acontecer de três formas: Existe uma enzima na fenda sináptica, chamada de acetilcolinesterase, que quebra a acetilcolina em ácido acético e colina, e dessa forma, inativa a acetilcolina temporariamente. O ácido acético e a colina são reaproveitados para formar mais acetilcolina posteriormente. A acetilcolina pode ser reabsorvida pela terminação nervosa. A acetilcolina pode ser jogada para fora da junção neuromuscular. A liberação de ACH na fenda sináptica se dá pelo processo de exocitose. Além disso, o potencial de ação que chega nessa junção neuromuscular é três vezes maior que o necessário, para que seja garantido que a contração muscular seja realizada. A acetilcolina possui receptores específicos, chamados de receptores nicotínicos. Esses tipos de receptores também podem ser encontrados no sistema nervoso central e periférico, além do músculo esquelético. Além disso, existem algumas substâncias que prolongam a ação da acetilcolinesterase, o que pode resultar em uma fraqueza muscular. Porém, caso a junção neuromuscular sofra uma superexcitação, ou seja, aconteça por vários minutos ou em frequências maiores que 100 vezes por segundo, pode acontecer um esgotamento das vesículas de acetilcolina. Assim, o impulso não é mais transmitido pela fibra muscular. Nas sinapses que acontecem entre neurônios, existem uma grande variedade de neurotransmissores para produzir o efeito pós- sináptico. A liberação dos neurotransmissores na fenda sináptica depende do influxo de cálcio na membrana pré-sináptica. Geralmente, a recepção das sinapses acontece nos dendritos dos neurônios. Nesse caso não são observadas as dobras juncionais, porém existem os espinhos dendríticos. Esses espinhos são as ramificações dos dendritos. Então, quanto mais ramificada é a região dos dendritos, maior é a 19 Fisiologia I | 2021.1 exposição da membrana para a realização das sinapses. Quanto mais ramificada é a região dos dendritos, maior é a capacidade de ele se comunicar com outras células também. Quanto mais longe do corpo celular acontece a sinapse, menos eficiente ela é em causar excitação ou inibição. Enquanto, quanto mais próxima a sinapse do corpo celular, mais eficiente ela será. Sendo assim, a condução decremental é a perda da força da sinapse à medida que ele é conduzido pela membrana, uma vez que ela foi feita em uma região muito distante do corpo celular. As sinapses entre neurônios podem ter dois resultados distintos: a excitação (despolarização) ou a inibição (hiperpolarização). Por ter um potencial de repouso de -65mV, os neurônios são mais facilmente excitados. Caso o neurônio receba um estímulo que ultrapasse o limiar, ele inicia o potencial de ação, com a entrada de íons sódio através da membrana, o que resulta em PPSE (Potencial Pós-Sináptico Excitatório). Isso quer dizer que esse neurônio foi excitado, desenvolveu um potencial de ação. O estímulo de apenas um único neurônio é incapaz de desencadear a excitação de um neurônio, é preciso que haja várias terminações nervosas ou vários neurônios para o desenvolvimento de um potencial de ação em outro neurônio. Isso acontece porque um neurônio só consegue atingir 0,5 a 1mV, e para que o potencial de ação ocorra é necessário atingir o limiar de 10 a 20mv. Sendo assim, é preciso que haja um conjunto de neurônios para realizar o potencial de ação. Porém, pode acontecer uma PPSI (Potencial Pós- Sináptico Inibitório). Nesse caso, há uma hiperpolarização na membrana pós-sináptica devido a entrada de íons cloreto na célula ou pela saída de potássio da célula. O neurotransmissor, após o acontecimento da sinapse, precisa ser desativado, para que não aconteça a fadiga da região. Sendo assim, ele precisa ser rapidamente desativado, isso pode acontecer: O neurotransmissor é reaproveitado pelo terminal nervoso. Sofre ação enzimática. Difusão para fora da fenda sináptica. Para que possam realizar os potenciais de ação, os neurônios desenvolvem alguns fenômenos de somação de estímulos: nesse caso, vários terminais nervosos estimulam ao mesmo tempo um único neurônio. nesse caso, uma única terminação nervosa envia pulsos nervosos para outro neurônio de forma contínua, com 20 Fisiologia I | 2021.1 intervalos curtos entre os potenciais de ação. Esses intervalos curtos vão somando os potenciais de ação, para que o próximo neurônio desenvolva o potencial de ação. Algumas terminações nervosas podem ter efeito inibitório. Sendo assim, essas terminações com sinais inibitórios podem influenciar as terminações excitatórias. Então, na presença de uma terminação nervosa inibitória, prevalece a ação da terminação inibitória, evitando o desenvolvimento dos potenciais de ação. A quantidade de neurotransmissores que é liberado depende da intensidade do estímulo e da frequência dos potenciais de ação. Porém, se o neurônio receber potenciais de ação de forma contínua, ele pode entrar em um estado de fadiga, devido ao esgotamento dos neurotransmissores. Esse esgotamento é um processo dedefesa para os neurônios, pois ele faz com que os neurotransmissores parem de ser liberados. Algumas condições podem alterar a transmissão entre os neurônios. Alterações do pH no sangue podem alterar as sinapses entre neurônios. aumenta a excitabilidade. Um exemplo é no caso de animais predispostos a convulsões. deprime a atividade neuronal, a excitabilidade entre os neurônios. A transmissão das informações entre os neurônios é dependente do suprimento de oxigênio e glicose. Sendo assim, condições de anaerobiose interrompem as sinapses entre os neurônios e provoca inconsciência no animal. Isso acontece devido a falta de oxigenação cerebral, mesmo que por poucos segundos. Existem substâncias que aumentam e que diminuem a excitação entre os neurônios. Uma substância que aumenta a excitação é a teobromina. Essa substância é encontrada no chocolate, sendo tóxica nos casos dos cães. Outra substância excitatória é a teofilina encontrada em alguns chãs, e a cafeína. Há também a estricnina, que consiste em um veneno. Ela inibe substâncias inibitórias que nosso organismo produz. Sendo assim, ela excita o sistema nervoso central, inibindo substâncias que acalmariam esse sistema. Pelo contrário, os anestésicos tendem a diminuir a excitação dos neurônios, deprimindo a atividade elétrica e as sinapses entre essas células. 21 Fisiologia I | 2021.1 Existem vários neurotransmissores envolvidos nas sinapses entre os neurônios: está envolvida, também, nas junções neuromusculares. No caso das sinapses entre neurônios, ela está envolvida no sistema nervoso autônimo. Ela atua em áreas do sistema nervoso central relacionados ao controle do sistema motor. algumas delas são as catecolaminas (norepinefrina, epinefrina, dopamina). Essas substâncias participam do sistema nervoso autônomo e são excitatórias. No caso delas, elas possuem um precursor, a tirosina. é uma amina biogênica, que está relacionada com o controle do humor, regulação da temperatura e sono, sendo liberada em situações agradáveis que os animais vivenciam durante o dia. presente em alguns neurônios do hipotálamo. Ele também está relacionado com reações alérgicas. é um aminoácido, que atua como um neurotransmissor inibitório em neurônios da medula espinhal. ácido gama-amino-butírico. Ele é produzido a partir do glutamato, também é um neurotransmissor inibitório no encéfalo. Eles são inibitórios porque estão associados a canais de cloreto. aminoácidos excitatórios em neurônios encefálicos. é um gás produzido em várias partes do organismo. É um neurotransmissor inibitório. são as endorfinas, encefalinas e dinorfinas. Substâncias relacionadas ao prazer e ao controle da dor. alguns são substâncias produzidas pelo sistema gastrointestinal. 22 Fisiologia I | 2021.1 Dessa forma, é necessário que haja receptores específicos para esses neurotransmissores. A GAB e a glicina são receptores inibitórios, associados a canais de cloreto. Já o glutamato é um receptor excitatório, relacionado ao influxo de sódio e de cálcio. As sinapses excitatórias podem ser bloqueadas por íons de magnésio. Os neurotransmissores são liberados por exocitose, e são armazenados em vesículas. Elas são reaproveitadas para formar novas vesículas com neurotransmissores. 23 Fisiologia I | 2021.1 No organismo animal, existem três tipos de músculos: os esqueléticos, o liso e o cardíaco. Cerca de 10% do peso corporal corresponde aos músculos liso e cardíaco. O músculo liso pode ser encontrado nas paredes das cavidades de órgãos, vasos sanguíneos, olhos, glândulas e pele. Já o músculo cardíaco é encontrado apenas no coração. Esses dois grupos musculares possuem como característica em comum: o controle involuntário, ou seja, eles se contraem e relaxam sem o nosso controle. Já os músculos esqueléticos correspondem a 40% do peso corporal. Eles são realizam ações voluntárias, controladas pelos neurônios motores somáticos. Sendo assim, eles são responsáveis pela locomoção, expressões faciais e movimentos respiratórios. Os músculos, no geral, desempenham diversas funções importantes no organismo animal, sendo elas: movimento corporal para locomoção, postura corporal, respiração, batimentos cardíacos, constrição de órgãos e vasos (peristaltismo e vasoconstrição) e produção de calor. A produção e a preservação do calor, ou seja, a termogênese são funções desempenhadas pelos músculos esqueléticos e estão associadas aos tremores feitos quando os animais estão com frio. é a capacidade dos músculos de responder a estímulos elétricos e nervosos. é a habilidade dos músculos de contrair e gerar força. é a capacidade dos músculos alongarem além do seu comprimento em repouso. é a capacidade das fibras musculares Contração Musculoesquelética retornarem ao seu comprimento, tão logo tenha sido removida a força de alongamento. Os músculos esqueléticos se conectam aos ossos através dos tendões. Sendo assim, a contração dos músculos e dos tendões e a movimentação dos ossos, geram os movimentos do corpo. Os músculos são um conjunto de fibras musculares, que, por sua vez, são um conjunto de miofibrilas. Existem camadas de tecido conjuntivo que envolvem determinadas partes dos músculos. Dessa forma, o epimísio envolve o músculo inteiro. O perimísio é responsável por envolver feixes de fibras musculares, denominados de fascículos. E por fim, o endomísio envolve cada fibra muscular do músculo. Dessa forma, os músculos são formados por um conjunto de fibras. Sendo que cada fibra muscular se prolonga por todo o comprimento do músculo. E, ainda, cada fibra muscular é inervada próxima ao seu centro. Sendo assim, as estruturas das fibras musculares recebem denominações diferentes. A sua membrana plasmática é chamada de sarcolema. Cada uma das fibras musculares é formada por miofibrilas que, por sua vez, são formadas por filamentos de actina e de miosina, chamados de filamentos grossos e finos, respectivamente. 24 Fisiologia I | 2021.1 Dessa forma, as miofibrilas possuem cerca de 3000 filamentos de actina e 1500 filamentos de miosina, formando os sarcômeros. Esses filamentos são os responsáveis por produzir a contração muscular através do deslizamento deles um sobre os outros. Os filamentos de actina e de miosina se encontram parcialmente sobrepostos, o que dá uma aparência estriada ao músculo. Durante a contração muscular, esses filamentos ficam ainda mais sobrepostos. Então, nessa configuração dos filamentos formam- se zonas e linhas que recebem nomes específicos. Chamamos de linha ou disco Z o local onde há a junção dos filamentos de actina. E denominamos de faixa I o espaço onde encontramos apenas filamentos de actina. Já a linha M ou H é o espaço onde são encontrados apenas filamentos de miosina. E denomina-se faixa A o local onde podemos encontrar os filamentos de actina e miosina sobrepostos. Além disso, o espaço entre as duas linhas Z é denominado de sarcômero, que se trata da unidade funcional do contrátil do músculo esquelético. Ainda podemos encontrar moléculas de titina nas miofibrilas. A titina é uma proteína responsável pela organização dos filamentos de actina e miosina, e, também, por garantir flexibilidade. Uma de suas extremidades fica fixada ao disco Z e a outra é ancorada nos filamentos de miosina. Já o citoplasma das fibras musculares é chamado de sarcoplasma. Ele possui um alto nível de eletrolíticos, como potássio, magnésio e fósforo. Tem grandes quantidades de enzimas e tambémde mitocôndrias, que ficam paralelas as miofibrilas. As mitocôndrias são muito importantes para o fornecimento de energia para a contração muscular. No sarcoplasma, encontramos o retículo sarcoplasmático, que se trata de um retículo endoplasmático especializado da fibra muscular. Ele tem grande importância no controle da contração muscular, uma vez que armazena cálcio. No caso, dos músculos esqueléticos eles são bastante desenvolvidos e conseguem armazenar uma grande quantidade de cálcio. Então, resumindo: os músculos são um conjunto de fibras, formadas por um conjunto de miofibrilas que, por sua vez, possuem os sarcômeros, formados pelos filamentos grossos e finos, de miosina e actina, respectivamente. Durante a contração muscular, o sarcômero se encurta, já que as linhas Z se aproximam, com a maior sobreposição dos filamentos. Dessa forma, o sarcômero gera força e energia ao se encurtar. 25 Fisiologia I | 2021.1 Esse processo é chamado de acoplamento- excitação-contração. O primeiro passo para a contração muscular é a chegada de um potencial de ação através do neurônio motor até suas terminações nervosas na fibra muscular. Com a despolarização da terminação nervosa da junção neuromuscular, há a secreção de acetilcolina (ACH). A acetilcolina, então, se liga aos seus receptores ionotrópicos presentes no sarcolema da fibra muscular. Isso faz com que a permeabilidade de canais de sódio do sarcolema seja alterada, permitindo o influxo de sódio para o interior da fibra, desencadeando o potencial de ação na membrana. Sendo assim, o potencial de ação se propaga por todo o sarcolema. Ao chegar em uma região específica da membrana, chamada de túbulo T, o potencial de ação excita o retículo sarcoplasmático e faz com que ele inicie a liberação de íons cálcio para o sarcoplasma. O aumento da concentração de íons cálcio no sarcoplasma ativa as forças de atração entre os filamentos de miosina e actina. Após algumas frações de segundo, o cálcio que sobre no sarcoplasma é bombeado para o interior do retículo sarcoplasmático novamente. Então, os íons cálcio permanecem armazenados no retículo sarcoplasmático até a chegada de um novo potencial de ação. Se olharmos os filamentos de actina e miosina durante a contração muscular, percebemos que muitas coisas acontecem. No estado relaxado, há uma pequena sobreposição dos filamentos. Já no estado contraído, há uma maior sobreposição desses filamentos, já que os filamentos de actina são tracionados por entre os filamentos de miosina. Além disso, os discos Z são tracionados pelos filamentos de actina até os filamentos de miosina. Dessa forma, a contração se baseia em um mecanismo de deslizamento de filamentos. Para que os filamentos de actina deslizem sobre os de miosina é necessário que se formem as pontes cruzadas. Elas são formadas quando ocorre a conexão das cabeças de miosina com os filamentos de actina. Essa ligação é possível pela presença dos íons cálcio e, também, de moléculas de ATP. Com a liberação dos íons cálcio, ocorre a ativação das forças de atração entre os filamentos de actina e miosina. E com a ligação do ATP a cabeça de miosina, ocorre a ativação da cabeça de miosina. A cabeça de miosina possui uma ATPase, que quebra o ATP. 26 Fisiologia I | 2021.1 O fosfato liberado nessa quebra, fosforila a cabeça de miosina e deixa ela ativada. Dessa forma, a cabeça de miosina se inclina para o meio do sarcômero, tracionando o filamento de actina. Em seguida, ocorre a chegada de mais um ATP, que faz com que a cabeça de miosina se desconecte da fibra de actina e se ligue no próximo local da actina. Esse processo é denominado de Ciclo das Pontes Cruzadas. A miosina é formada por seis cadeias polipeptídicas, sendo que 2 delas são cadeias pesadas e 4 são cadeias leves. As cadeias longas formam as caudas da miosina. E o agrupamento dessas causas, forma o corpo da miosina. Já as cabeças de miosina são formadas pelas cadeias leves e pesadas. Além da cabeça de miosina, existem porções flexíveis das pontes cruzadas, chamadas de 27 Fisiologia I | 2021.1 dobradiças. E as partes do corpo que ficam penduradas na parte lateral formam os braços da cabeça de miosina. Os filamentos de actina são formados por três proteínas: a actina, a troponina e a tropomiosina. Na actina, encontram-se os locais ativos, que é onde há a interação com as cabeças de miosina. A tropomiosina, assim como a actina, se encontra espiralada. Nela liga-se a troponina. Em um estado de pouso, a tropomiosina e a troponina encobrem os locais ativos da actina, impedindo que ocorra a atração dos filamentos de actina e miosina. No estado de contração, os íons cálcio se ligam a troponina, e faz com que ela e a tropomiosina se desloquem, expondo os locais ativos da actina. A troponina é formada por três subunidades, que juntas formam o Complexo Troponina. Existem: a troponina I, que tem forte afinidade com a actina, a troponina T, que tem afinidade com a tropomiosina e a troponina C, que tem afinidade com os íons de cálcio. 28 Fisiologia I | 2021.1 Sendo assim, para que a contração possa acontecer, uma grande quantidade de íons cálcio se ligam a troponina C, e inibem o complexo troponina e tropomiosina, liberando os locais ativos da actina. Então, quando o íon cálcio, liberado pelo retículo sarcoplasmático, se liga a troponina C, ocorre a liberação dos locais ativos da actina. Com a chegada de uma molécula de ATP na cabeça de miosina, ocorre a fosforilação dela. Assim, a cabeça de miosina se liga ao local ativo de actina. Em seguida, a cabeça se inclina em direção ao centro do sarcômero e, junto, empurra o filamento de actina. Com a cabeça de miosina inclinada, ocorre a liberação do ADP+P dela. Chamamos de força de deslocamento ou movimento de força a inclinação feita pela cabeça de miosina. Depois, com a chegada de mais um ATP, a cabeça de miosina se solta do filamento de actina. E em seguida, com a sua fosforilação, se liga a um novo local ativo da actina, dando início a um novo ciclo. Esses processos acontecem repetidas vezes, promovendo a contração muscular. Sendo assim, o movimento das inclinações das cabeças de miosina para frente e para trás, promove a contração muscular. A força gerada pelo músculo com a contração é chamada de trabalho. Sendo assim, o trabalho é a energia transferida do músculo durante a sua contração para uma carga externa. Dessa forma, quando maior é o trabalho, maior se torna o gasto de ATP. Então, para a contração muscular acontecer, grandes quantidades de ATP são degradadas em ADP+P. Sendo assim, quanto maior é a carga, menor será a velocidade de contração e vice-versa. 29 Fisiologia I | 2021.1 O ATP é uma das fontes de energia para a contração muscular. Grande quantidade dele é utilizado para a contração propriamente dita e uma pequena quantidade é usada para o bombeamento dos íons cálcio do sarcoplasma para o retículo sarcoplasmático, por um transporte ativo primário. Além disso, uma pequena parte dele é usada no bombeamento de íons sódio e potássio pela bomba de Na/K para a manutenção do ambiente iônico da célula. Sendo assim, o ATP é quebrado em ADP+P para a contração muscular. Porém, ele pode ser refosforilado para formar novos ATPs em seguida. Outra fonte de energia é a fosfocreatina, ela é a primeira fonte para reconstituir o ATP. Ela se encontra apenas 5 vezes em maior concentração que o ATP muscular. Sendo que ela e o ATP conseguem manter a contração muscular por 5 a 8 segundos apenas. O glicogênio muscular é outra fonte de energia para a contração muscular. Isso é feito através da glicólise do glicogênio, que libera ATPs. Além disso, ele ocorre de forma mais rápidae mesmo em anaerobiose, porém nesses casos ocorre a formação e o acúmulo de ácido lático. Ele consegue sustentar a contração por pouco mais de 1 minuto. E por fim, há o metabolismo oxidativo, que corresponde a 95% da energia utilizada pelo músculo. Ele combina o oxigênio com produtos da glicólise e nutrientes celular, como proteínas, carboidratos e lipídeos vindos da alimentação. Dessa forma, ele garante energia por várias horas. Existem dois tipos de contração muscular: a isométrica e a isotônica. é quando o músculo se contrai, porém durante a contração não há alteração no seu comprimento. é quando ocorre alteração no comprimento muscular, decorrente da contração. Sendo assim, ele se encurta para contrair. Existem dois tipos de fibras musculares: as fibras rápidas e as fibras lentas. Cada músculo do corpo possui uma mistura variável dessas fibras. Por exemplo, músculos de contração rápida, possuem maior quantidade de fibras rápidas. são fibras menores, estimuladas por fibras nervosas menores. Elas possuem um suprimento sanguíneo grande e têm uma maior quantidade de mitocôndrias e de mioglobina. São chamadas de músculo vermelho pela grande quantidade de mioglobina e pelo grande suprimento sanguíneo. Presentes em músculos que precisam de bastante resistência, para atividades duradouras, com contrações mais demoradas. são fibras grandes, com o retículo sarcoplasmático mais desenvolvido. Elas têm uma grande quantidade de enzimas glicolíticas. Porém, tem um menor suprimento sanguíneo e menos mitocôndrias quando comparadas as fibras vermelhas. Além disso, também possuem menor quantidade de mioglobina, tendo o aspecto esbranquiçado. Presentes nos músculos de “explosão”, de contração rápida e fugaz, porém que não possuem muita resistência. Os processos de somação dos músculos têm como objetivo aumentar a intensidade das contrações e, 30 Fisiologia I | 2021.1 também, mantê-las por mais tempo quando necessário. Isso pode acontecer por dois processos: nesse caso, várias unidades motoras contraem ao mesmo tempo promovendo uma contração mais intensa. nesse caso, devido ao aumento da frequência das contrações há uma contração mais intensa. Sendo assim, o músculo pode chegar a um ponto de tetanização, no qual ele contrai de forma ininterrupta até que atinja o seu limite e entre em fadiga. O tônus muscular é o estado em que o músculo, mesmo em repouso, continua recebendo estímulos nervosos e apresenta tensão. Sendo assim, ele continua recebendo estímulos de baixa frequência vindos da medula espinhal e, também, provenientes dos próprios músculos, num processo chamado de fuso muscular. O músculo pode estar em hipotonia, ou seja, com um tônus muscular diminuído. Ou, ainda, em hipertonia, ou seja, um tônus muscular aumentado. A fadiga muscular acontece por vários motivos: contrações longas e fortes, redução das reservas energéticas do músculo, baixa oxigenação e acúmulo de ácido lático. Porém, ela pode ser evitada e até protegida pela prática de exercícios, aumento das enzimas oxidativas, aumento do número de mitocôndrias e da vascularização do músculo. Os músculos podem ser alterados dependendo da atividade realizada sobre eles. Então, eles podem ter seu diâmetro, seu comprimento, sua força, seu suprimento vascular e seus tipos de fibras alterados. nesse caso, há um aumento do tamanho dos filamentos de actina e miosina pelo estímulo com cargas no músculo. Assim, há o aumento da eficiência do sistema enzimático do músculo. acontece o aumento do número de fibras musculares, devido a divisão linear de fibras previamente aumentadas. Algumas miofibrilas podem se dividir para a formação de novas. O músculo pode sofrer um estiramento, ou seja, ocorre a adição de novos sarcômeros as extremidades musculares, sendo considerado um tipo de hipertrofia. Ou o músculo pode sofrer um encurtamento, ou seja, diminui o tamanho do músculo continuamente pela perda de sarcômeros. Esses ajustes no comprimento do músculo são feitos para adequar o tamanho deles a sua função. A desnervação muscular é a privação de suprimento nervoso e, consequentemente, a ausência de sinais contráteis, gerando atrofia. Isso pode acontecer após 2 meses do início da degeneração muscular. Caso o suprimento seja restabelecido, pode ocorrer a recuperação total em 3 meses do paciente. Porém, após 1 ou 2 anos de atrofia, a atividade muscular dificilmente é recuperada. Isso porque ocorre a 31 Fisiologia I | 2021.1 substituição do músculo por tecido fibroso ou adiposo, o que leva a perda da função do músculo. Porém, isso pode ser evitado com o uso de fisioterapia, que força o movimento e induz o alongamento do músculo. Após algumas horas da morte de um indivíduo, observa-se um estado de contratura de seus músculos. Isso acontece porque seus músculos se contraem e ficam rígidos mesmo sem os potenciais de ação. A rigidez acontece pela perda do ATP necessário para a separação das pontes cruzadas dos filamentos de actina durante o relaxamento. Dessa forma, ele permanece assim até a degeneração das proteínas musculares, o que ocorre de 15 a 25 horas após a morte. 33 Fisiologia I | 2021.1 Além disso, os túbulos T dessas células são maiores e mais numerosos que no músculo esquelético. Já o retículo sarcoplasmático não é tão desenvolvido. Sendo assim, ele armazena pouco cálcio em seu interior. Outra característica importante dos cardiomiócitos são os discos intercalares. Eles conectam eletricamente o sarcoplasma de uma célula com a próxima célula cardíaca. Isso permite que um conjunto de células seja excitado ao mesmo tempo. As fibras atriais e ventriculares possuem a contração semelhante à do músculo esquelético, porém possuem uma duração maior. Já as fibras excitatórias e de condução contraem fracamente, e são especializadas em conduzir o potencial de ação. Sendo assim, as fibras excitatórias recebem o potencial de ação e as fibras condutoras o conduzem. Sincício funcional é uma característica do músculo cardíaco na qual um conjunto de células cardíacas contraem como se fossem uma única grande célula. Ele se subdivide em sincício atrial, quando os átrios se contraem ao mesmo tempo, e em sincício ventricular, quando os ventrículos se contraem ao mesmo tempo. Os discos intercalares conectam eletricamente o sarcoplasma de uma célula com outra. Sendo assim, eles possuem junções comunicantes ou GAP junctions e desmossomos. As junções comunicantes permitem a passagem livre e rápida de íons, e consequentemente, uma rápida propagação do potencial de ação. Os desmossomos, por sua vez, permitem a passagem da atividade elétrica rapidamente de uma membrana para outra. O músculo estriado cardíaco, também conhecido como miocárdio, contrai com o objetivo de bombear o sangue para o restante do organismo. Ele é formado por células longas, cilíndricas e estriadas, devido a sobreposição dos filamentos de actina e miosina nos sarcômeros. Além disso, no músculo cardíaco são encontrados três tipos de fibras diferentes, que variam conforme a região do coração onde são encontradas. Dessa forma, existe a fibra atrial, a fibra ventricular e as fibras especializadas excitatórias e condutoras (conduzem o potencial de ação). As células do músculo cardíaco também são chamadas de cardiomiócitos. Elas são alongadas que se anastomosam. Além disso, elas podem ser uninucleadas ou binucleadas, porém os núcleos sempre estão centralizados. Elas possuem estriações transversais, devido a sobreposição dos filamentos de actina e dos filamentos de miosina. Uma característica bem específica dessas células é que as mitocôndrias ocupam40% do seu sarcoplasma. Essa característica se deve ao fato de que o músculo cardíaco precisa de muita energia para funcionar ininterruptamente. Contração do Músculo Cardíaco 34 Fisiologia I | 2021.1 O coração ainda possui uma parte formada por tecido fibroso. Esse tecido forma as válvulas cardíacas. Porém, o potencial de ação não consegue atravessar o tecido fibroso. Por isso, o potencial de ação é conduzido através de um sistema especializado de condução, desviando das válvulas. O potencial de ação que acontece no músculo cardíaco é o potencial em platô. Nesse caso, além da abertura dos canais de sódio e de potássio, ocorre a abertura de canais de cálcio, de característica lenta. Sendo assim, o início do potencial é idêntico ao potencial em ponta, ou seja, a célula recebe um estímulo elétrico, superior ao limiar, e ocorre a abertura de canais de sódio na membrana. Com isso, o sódio entra na célula, deixando o seu interior positivo. Em seguida, ocorre uma breve abertura de poucos canais de potássio, o que dá início a repolarização. Isso acontece, porque os canais de cálcio são muito lentos e demoram para abrir. Porém, com a abertura completa dos canais de cálcio, os poucos canais de potássio abertos se fecham, e o cálcio começa a entrar na célula. Dessa forma, ocorre um platô no potencial de ação, ou seja, a entrada de cálcio na célula atrasa a repolarização, prolongando o potencial de ação. Após o fechamento completo dos canais de cálcio, os canais de potássio voltam a se abrir, e a repolarização da célula é iniciada, até que ela atinja novamente o potencial de repouso. Sendo assim, devido a presença dos canais lentos de cálcio ocorre o prolongamento da despolarização da célula, causando o platô no potencial de ação. Porém, a entrada desse cálcio extracelular tem grande importância no processo de contração do músculo cardíaco, uma vez que o cálcio presente no retículo sarcoplasmático dos cardiomiócitos não é suficiente para promover a contração muscular. Sendo assim, há uma diferença entre os potenciais de ação gerados nos músculos cardíaco e esquelético: no cardíaco são gerados potenciais em platô, enquanto no esquelético são gerados potenciais em ponta. O período refratário é o intervalo de tempo em que o impulso cardíaco normal não é capaz de reestimular uma área já estimulada por um potencial de ação do músculo cardíaco. Sedo assim, durante esse período o músculo cardíaco fica irresponsivo ou refratário a uma reestimulação. Esse período é dividido em atrial, ventricular, absoluto e relativo. A contração do músculo cardíaco é muito semelhante a do músculo esquelético. Sendo assim, com a chegada de um potencial de ação, excita todo o sarcolema. Conforme o potencial de ação vai passando pelo sarcoplasma, ele chega nos túbulos T. Os túbulos T do músculo cardíaco são maiores e mais 35 Fisiologia I | 2021.1 desenvolvidos, devido a grande quantidade de mucopolissacarídeos, que é uma substância gelatinosa capaz de prender íons cálcio do meio extracelular. Ao chegar nos túbulos T, o potencial de ação faz com que o retículo sarcoplasmático inicie a liberação de íons cálcio para o sarcoplasma. Porém, como o retículo sarcoplasmático das células cardíacas são pouco desenvolvidos, eles possuem pouco cálcio armazenado. Sendo assim, com a chegada do potencial de ação, também ocorre a entrada de cálcio extracelular no sarcoplasma. Essa entrada de cálcio estimula o retículo sarcoplasmático a liberar ainda mais cálcio e também auxilia a gerar mais força para a contração. Esse processo é chamado de liberação de cálcio estimulada por cálcio. Sendo assim, esse cálcio se liga a troponina C, o que movimento o complexo tropomiosina-troponina, liberando os locais ativos da actina. Com a chegada de um ATP, a cabeça de miosina é fosforilada e se liga ao local ativo da actina, dando início ao processo de contração muscular. Dessa forma, a força da contração cardíaca depende da quantidade de cálcio extracelular. Sem esse cálcio que vem do meio externo, o coração para rapidamente de bater, pois não tem cálcio suficiente para promover a sua contração. Depois da contração, o cálcio que fica no sarcoplasma pode ter dois destinos: ele é devolvido para o retículo sarcoplasmático através de um sistema de bombeamento. Ou é bombeado para o meio extracelular através de um transporte ativo antiporte, no qual ocorre a saída de um íon cálcio e a entrada de um íon sódio na célula. 36 Fisiologia I | 2021.1 O músculo esquelético não depende dos íons cálcio extracelulares para sua contração, sendo dependente apenas do cálcio do retículo sarcoplasmático. Além disso, ele realiza potenciais em ponta. No músculo esquelético as células estão eletricamente isoladas uma das outras, e não ocorre a propagação do potencial de ação para células vizinhas. Já o músculo cardíaco é muito dependente do nível de cálcio extracelular, sem ele a sua contração não acontece. Além disso, ele gera potenciais de ação em platô, devido a presença dos canais de cálcio de característica lenta. Nesse caso, as células estão eletricamente ligadas entre si, e contraem como uma única célula. Além de que o potencial de ação é propagado para as células vizinhas. Com o fim do platô, ocorre o fechamento dos canais de cálcio e, consequentemente, o influxo de cálcio é bruscamente interrompido. Esse cálcio é então bombeado de volta para o retículo sarcoplasmático ou para o líquido extracelular. A diminuição da concentração de cálcio no sarcoplasma é um estímulo para que o músculo cardíaco relaxe. Além disso, moléculas de ATP também são responsáveis por desconectar as cabeças de miosina dos filamentos de actina, promovendo o relaxamento do músculo. O músculo cardíaco tem cinco propriedades funcionais: condutibilidade, excitabilidade, refratariedade, contratilidade e automaticidade. Essas cinco propriedades são conhecidas como CERCA. A automaticidade é a capacidade do músculo cardíaco de gerar os seus próprios potenciais de ação, independe de um comando central. O músculo esquelético, ao contrário, depende de um comando central, que é recebido pela terminação nervosa de um neurônio motor. Sendo assim, o músculo cardíaco é auto excitatório, já que possui células marca-passo. Elas ditam o ritmo de contração do coração, e estão localizadas no átrio direito, no nodo sinusal. Porém, elas só são capazes de gerar potenciais de ação em ponta. Apesar do automatismo, o sistema nervoso autônomo pode influenciar as células marca-passo. O sistema simpático permite um desenvolvimento mais fácil de potenciais de ação, aumentando a frequência cardíaca. Enquanto, o parassimpático dificulta a geração de potenciais de ação, diminuindo a frequência cardíaca. A condutibilidade é a propriedade do coração de conduzir o potencial de ação por todo o coração. Sendo assim, as células marca-passo que determinam o ritmo de contração. O nodo sinoatrial ou sinusal (NSA), localizado no átrio direito, no local de chegada da veia cava cranial, é responsável pelo automatismo. Dele, o potencial de ação é conduzido, através das vias internodais, até o nodo atrioventricular (NAV). O nodo atrioventricular é chamado de marca-passo auxiliar, ele fica no átrio direito, acima da tricúspide. Sendo responsável pelo automatismo e pela condução do estímulo elétrico dos átrios para os ventrículos. Em seguida, a atividade elétrica passa do nodo atrioventricular para os feixes de His direito e esquerdo. Eles percorrem o septo interventricular e permitem uma condução rápida do potencial de ação. E por fim, o potencial é passado para as fibras de Purkinje, que são ramificaçõesdos feixes de His emitidas para os ventrículos. Elas permitem a condução rápida desse potencial de ação também. Existe um retardo nodal, ou seja, o nodo atrioventricular provoca um atraso da passagem do 37 Fisiologia I | 2021.1 estímulo dos átrios para os ventrículos. Esse retardo nodal é muito importante para a sincronia da contração dos átrios e dos ventrículos. Quando os átrios se contraem, os ventrículos relaxam, e quando os ventrículos contraem, os átrios relaxam. Isso é necessário para que haja o preenchimento dos ventrículos. Sendo assim, a contração dos átrios contribui para que os ventrículos sejam preenchidos com o sangue. Além disso, a contração atrial possui menor duração que a contração ventricular. Isso acontece, uma vez que os ventrículos são câmaras maiores e também precisam de mais força, pois precisam bombear sangue para todo o corpo do animal. Caso ocorra uma lesão no nodo sinusal, o marca- passo auxiliar passa a ser o responsável pela geração dos potenciais de ação. Porém, o nodo sinusal tem mais facilidade para isso, enquanto o marca-passo auxiliar gera menos estímulos por segundo, sendo mais lento. Dessa forma, o nodo atrioventricular evita que o coração pare, mas gera menos estímulos quando comparado ao nodo sinusal. 38 Fisiologia I | 2021.1 O músculo cardíaco possui potenciais de ação mais duradouros, devido ao platô gerado pelos canais de cálcio de natureza lenta. A sua despolarização simultânea causa a sístole cardíaca (contração) e a repolarização simultânea causa a diástole (relaxamento). O período refratário garante um enchimento adequado das câmaras cardíacas e, também, um intervalo adequado entre uma contração e outra. Sendo assim, o período refratário pode ser absoluto ou relativo. No absoluto, estímulos normais não são capazes de gerar novos potenciais de ação, enquanto a célula estiver desenvolvimento um. Já no relativo, um estímulo dentro da normalidade formará um novo potencial de ação, o que tira o músculo de sua contração normal, levando ao desenvolvimento de arritmias. Além disso, caso o coração receba um estímulo exagerado, ele pode fazer que mesmo no período refratário absoluto, o coração desenvolva um novo potencial de ação, gerando arritmias severas e até morte súbita. O período refratário, também, faz com que o músculo cardíaco não desenvolva processos de somação, e dessa forma, diminui a probabilidade de que ocorra fadiga muscular. A contratilidade do músculo cardíaco, também é chamada de inotropismo cardíaco, e está relacionada ao potencial de ação em platô, que permite que o coração tenha um ritmo cardíaco. Além disso, quando mais forte é a contração, mais sangue é bombeado, e quando mais fraco é a contração, menos sangue é bombeado para o corpo. 39 Fisiologia I | 2021.1 O músculo liso é encontrado nas paredes dos vasos sanguíneos e dos órgãos em geral, também nos músculos esfíncteres. Comparado ao músculo esquelético, o músculo liso se encontra em menor quantidade no organismo animal. O músculo liso possui células em formato fusiforme e menores que as do músculo esquelético. Além disso, ele não é estriado, como o músculo esquelético e o músculo cardíaco. Outra característica importante é que o músculo liso possui contração involuntária e bem mais lenta, quando comparada ao músculo esquelético. A contração do músculo liso pode permanecer por longos períodos, sem um grande gasto de energia. Os músculos lisos se distinguem de acordo com: suas dimensões físicas, organização em feixes ou folhetos, resposta a diferentes tipos de estímulos, inervação e função. Sendo assim, os músculos lisos podem ser classificados em multiunitário ou em unitário. é o menor que existe. São fibras muito pequenas e separadas entre si. Cada fibra contrai de forma independente, sendo a característica mais importante desse tipo de músculo. Consequentemente, cada fibra recebe o estímulo de uma terminação nervosa. O que separa as fibras umas das outras é uma fina camada de colágeno e glicoproteínas. Existem varicosidades, onde localizam-se as vesículas para promover a passagem de sinapses para o músculo. Ele promove uma contração mais precisa, sendo encontrado em algumas regiões do olho, no músculo ciliar e da íris, e nos músculos piloeretores. pode ser chamado de sincicial ou visceral, porque ele é encontrado na parede de órgãos ocos do organismo. Nesse caso, milhares de fibras musculares lisas se contraem ao mesmo tempo, como se fossem uma única unidade. Excitação e Contração do Músculo Liso na parede de órgãos ocos do organismo. Nesse caso, milhares de fibras musculares lisas se contraem ao mesmo tempo, como se fossem uma única unidade. As fibras estão dispostas em feixes ou folhetos, e as suas membranas estão aderidas entre si, ficando bem próximas umas das outras. Graças a essas adesões entre as membranas, existem as junções comunicantes entre uma célula e outra. Encontrado no trato gastrointestinal, ureteres, ductos biliares, útero e vasos sanguíneos. A inervação desse tipo de músculo é feita na camada mais superficial do músculo, então o potencial de ação e a informação é passada para as células seguintes através das junções comunicantes. 40 Fisiologia I | 2021.1 O que promove a contração do músculo liso é a atração entre os filamentos de actina e miosina. Porém, o músculo liso não possui o complexo troponina. Ele possui outra proteína, chamada de calmudolina, onde o cálcio se liga no momento da contração. Como no músculo esquelético e cardíaco, são necessários íons de cálcio e moléculas de ATP. Os filamentos de actina ficam dispostos como uma rede nas células do músculo, sendo conectados uns aos outros pelos corpos densos, que correspondem a linha Z no músculo esquelético. Os corpos densos são encontrados tanto no sarcolema quanto nas partes internas do músculo liso. Além disso, no músculo liso, os filamentos finos e grossos não ficam dispostos em sarcômeros. No momento da contração, a rede de filamentos de actina se contrai e diminui. Já os filamentos de miosina são de maior diâmetro que os encontrados no músculo esquelético. No músculo liso, também ocorre o processo do ciclo das pontes cruzadas. Porém, isso acontece de forma diferente que no músculo esquelético. No músculo liso, um lado das cabeças de miosina inclina em um sentido, e as do outros lado inclinam no sentido oposto, tracionando os filamentos de actina no sentido contrário. Isso se chama polarização lateral, e permite que o músculo liso reduza o seu comprimento em até 80% durante a contração. Além disso, a frequência do ciclo das pontes cruzadas é muito menor que a feita no músculo esquelético. Uma vez que as cabeças de miosina se ligam aos filamentos de actina, o tempo que elas permanecem ligadas, determina a força de contração do músculo liso. No músculo liso, a atividade da enzima ATPase da cabeça de miosina é menor, o que causa um atraso na degradação do ATP, tornando o ciclo das pontes cruzadas mais lento. Dessa forma, a energia necessária para manter a contração do músculo liso é muito menor que a do músculo esquelético. O músculo liso gasta apenas uma molécula de ATP para realizar o ciclo das pontes cruzadas. Isso permite que o músculo liso fique contraído por longos períodos sem um gasto muito grande de energia. Além disso, dificilmente o músculo liso entra em fadiga, já que gasta menos energia, seu processo do ciclo de pontes cruzadas é mais lento e ele não realiza processos de somação. O início do ciclo das pontes cruzadas é bastante lento, sendo assim o músculo liso é lento para se contrair e, também, para relaxar.
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