fisioliga das fibras musculares

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Referencias:
Guyton e hall tratado de fisiologia médica 12 edição capítulo 6
Histologia Junqueira texto e atlas 12 edição capitulo 10 tecido muscular
Objetivos:
1. Estudar fisiologia da contração muscular
2. Estudar histologia da fibras musculares
3. Estudar o processo de regeneração muscular
4. Estudar fisiopatologia da câimbra
5. Diferenciar estiramento, distensão, contusão e ruptura muscular
Objetivo 1:
Sarcoplasma é o liquido intracelular entre as miofibrilas nele contem-se grande quantidade de potássio, magnésio e fosfato, além de múltiplas enzimas proteicas. Existem também inúmeras mitocôndrias paralelas as miofibrilas que irão fornecer o ATP.
Mecanismo geral dividido em etapas:
1º os potenciais de ação cursam pelo nervo motor até suas terminações nas fibras musculares.
2º em cada terminação, o nervo secreta pequena quantidade de acetilcolina (substancia neurotransmissora)
3º a acetilcolina age em área local da membrana da fibra muscular para abrir múltiplos canais de cátion, “regulados pela acetilcolina”, por meio de moléculas de proteína que flutuam na membrana.
4º a abertura dos canais regulados pela acetilcolina permite a difusão de grande quantidade de íons sódio para o lado interno da membrana das fibras musculares. Isso causa despolarização local que, por sua vez, produz a abertura de canais de sódio, dependentes da voltagem. Isso desencadeia o potencial de ação na membrana.
5º o potencial de ação se propaga por toda a membrana da fibra muscular do mesmo modo como o potencial de ação cursa pela membrana das fibras nervosas.
6º o potencial de ação despolariza a membrana muscular, e grande parte da eletricidade do potencial de ação flui pelo centro da fibra muscular. Aí, ela faz com que o retículo sarcoplasmático libere grande quantidade de íons cálcio armazenados nesse retículo.
7º os íons cálcio ativam as forças atrativas entre os filamentos de miosina e actina, fazendo com que deslizem ao lado um do outro, que é o processo contrátil.
8º após fração de segundo, os íons cálcio são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático pela bomba de Ca+2 da membrana, onde permanecem armazenados até que novo potencial de ação muscular se inicie; essa remoção dos íons cálcio das miofibrilas faz com que a contração muscular cesse.
Mecanismo molecular da contração muscular: é o mecanismo de deslizamento dos filamentos da contração muscular.
a contração é resultado do deslizamento entre os filamentos de actina e miosina. Esse deslizamento é resultante da força gerada pela interação das pontes cruzadas dos filamentos de miosina com os filamentos de actina. No repouso estas forças estarão inativas.
Diante de um estimulo do potencial de ação o reticulo sarcoplasmático libera grande quantidade de íons cálcio que ativam as forças entre os filamentos de miosina e de actina. Logo a contração se inicia.
Além disso, é necessário que haja energia que provem das ligações de alta energia da molécula de ATP que é degradada em ADP para liberar energia.
Atividade ATPase da cabeça de miosina: ela possui função como enzima ATPase.
Composição dos filamentos de actina: a viga mestra é o filamento duplo de duas moléculas de proteína F actina (que é composto por moléculas de actina G polimerizadas). Eles se enroscam em forma de hélice.
Cada molécula de actina G possui ADP ligada a ela. Acredita-se então que essas moléculas de ADP sejam os locais ativos, nos filamentos de actina com as quais interagem pontes cruzadas dos filamentos de miosina para produzir a contração muscular. Esses locais ativos dentro da dupla hélice são alternados.
Moléculas de tropomiosina: estão espiraladas nos sulcos da dupla hélice da actina F. Durante o repouso elas recobrem os locais ativos de filamento de actina, de forma a impedir que ocorre atração entre os filamentos de actina e de miosina para produzir contração.
Moléculas de troponina: esta ligada intermitentemente ás moléculas de tropomiosina ela é um complexo de 3 subunidades proteicas ligadas frouxamente. Cada uma delas participa de forma específica na regulação da contração muscular. A subunidade TROPONINA I se liga fortemente com a actina, a TROPONINA T com a tropomiosina e a TROPONINA C com os íons cálcio. ESSE COMPLEXO É RESPONSÁVEL PELA LIGAÇÃO DA TROPOMIOSINA COM A ACTINA.
Interação de um filamento de miosina com dois de actina e com os íons cálcio para causar a contração
Inibição do filamento de actina pelo complexo troponina-tropomiosina; ativação pelos íons cálcio.
O filamento puro de actina (sem o complexo troponina-tropomiosina) com presença de ions magnésio e de ATP se liga de forma instantânea à cabeça de miosina. Então se o complexo for adicionado ao filamento de actina a união não ocorre. Logo, acredita-se que os filamentos de actina no musculo em repouso seja recoberto fisicamente ou inibido pelo complexo troponina-tropomiosina. 
Os ions cálcio em grande quantidade os efeitos do complexo são inibidos. E o mecanismo dessa inibição não é conhecido. SUGERE-SE COMO MECANISMO: quando os íons cálcio se ligam à troponina C (cada uma delas se liga fortemente à 4 ions cálcio) o complexo troponina então passa por mudança conformacional que traciona a tropomiosina deslocando para o fundo do sulco de dois filamentos de actina. Isso descobre os locais ativos da actina e permite atração das pontes cruzadas da cabeça de miosina fazendo que a contração prossiga.
A teoria mais aceita para a contração é ade “ir para diante (walk – along) da contração: quando a cabeça se liga ao local ativo, essa ligação provoca profundas alterações nas forças intramoleculares (ao mesmo tempo) entre a cabeça e o braço dessas pontes cruzadas. O novo alinhamento de forças faz que ela se incline em direção ao baço e eleve com ela o filamento da actina. Essa inclinação é chamada de força de deslocamento. Após a inclinação da cabeça ela se separa do sitio ativo e retorna para a posição estendida; nessa posição ela se combina com novo local ativo do filamento de actina que está mais adiante. Então a cabeça volta a se inclinar para efetuar o novo movimento de força e o filamento move outro passo. Desse modo as pontes cruzadas das cabeças se inclinam para frente e para trás, passo a passo ao longo do filamento de actina, puxando as extremidades livres de dois filamentos sucessivos de actina em direção ao centro do filamento de miosina. Acredita-se que cada ponte atue de forma independente das demais, cada uma se liga e puxa em ciclo continuo e repetitivo. Assim quanto maior o numero de pontes ligadas ao filamento de actina a qualquer tempo maior sera teoricamente a força da contração.
ATP como fonte de energia para a contração – eventos químicos na movimentação das cabeças de miosina.
Durante a contração grandes quantidades de ATP são degradadas gerando ADP durante o processo.
Efeito fenn: quanto maior a quantidade de trabalho realizada maior a quantidade de ATP degradada.
ETAPAS DIDÁTICAS DOS EVENTOS QUIMICOS:
1. Antes da contração as pontes cruzadas das cabeças se ligam ao ATP. A atividade da ATPase das cabeças de miosina imediatamente cliva o ATP, mas deixa o ADP e o íon fosfato como produto dessa clivagem. Nessa etapa a cabeça se estende perpendicularmente em direção ao filamento de actina, SÓ QUE AINDA NÃO ESTÁ LIGADA.
2. Quando o complexo troponina-tropomiosina se liga aos íons cálcio, os locais ativos do filamento de actina saõ descobertos e as cabeças de miosina então se ligam.
3. A ligação entre a ponte cruzada da cabeça e o local ativo causa alteração conformacional da cabeça isso faz que ela se incline em direção ao braço da ponte cruzada. Essa alteração gera o movimento de força para puxar o filamento de actina. A energia que ativa esse movimento de força é a energia que já armazenada, como uma mola “engatilhada” pela alteração conformacional que ocorreu na cabeça quando as moléculas de ATP foram clivadas.
4. Uma vez que a cabeça da ponte cruzada esteja inclinada, isso permite a liberação do ADP e do íon fosfato que estavam ligados à cabeça. No local onde foi liberado o ADP nova moléculade ATP se liga. A ligação desse novo ATP causa o desligamento da cabeça pela actina.
5. Após a cabeça ter sido desligada da actina, a nova molécula de ATP é clivada para que seja iniciado novo ciclo, levando a novo movimento de força. Ou seja, a energia volta a “engatilhar” a cabeça em sua posição perpendicular, pronta para começar o novo ciclo do movimento de força.
6. Quando a cabeça engatilhada (com a energia armazenada derivada da clivagem do ATP) se liga a novo local ativo no filamento de actina, ela descarrega e de novo fornece outro movimento de força.
Dessa forma o processo ocorre sucessivamente até que os filamentos de actina puxem a membrana Z contra as extremidades dos filamentos de miosina, ou até que a carga sobre os músculos fique demasiadamente forte para que ocorre mais tração.
O que define a tensão que é desenvolvida pelo musculo que se contrai é o grau de superposição dos filamentos de actina e de miosina.
Rendimento do trabalho durante a contração muscular: quando ele se contrai contra uma carga ele realiza trabalho. Logo a energia é transferida do musculo para a carga externa.
Após a formação de ADP pela ATPase da cabeça de miosina entra em ação, para refosforilar, o ADP a fosfocratina (que é a primeira fonte de energia para a reconstrução do ATP) que transporta uma ligação fosfato de alta energia similar às ligações do ATP. Como as ligações de fosfato de alta energia da fosfocreatina tem teor de energia lire pouco maior que cada ligação do APT a fosfocreatina é clivada instantaneamente, e sua energia liberada causa a ligação de um novo ion fosfato ao ADP, para reconstruir o ATP.
Contudo a quantidade total de fosfocreatina é muito pequena na fibra muscular, por isso a energia combinada do ATP armazenado e da fosfocreatina na fibra muscular é capaz de manter a contração máxima muscular apenas 5 a 8 segundos.
A segunda fonte de energia é a “glicólise” do glicogênio previamente armazenado nas células musculares. O rápido desdobramento enzimático do glicogênio a ácidos pirúvico e lático libera energia que é utilizada para converter o ADP em ATP; o ATP pode então ser utilizado diretamente para energizar contrações musculares adicionais e também para reconstruir as reservas de fosfocreatina.
Essas reações glicolíticas são MUITO IMPORTANTES, pois podem ocorrer mesmo na ausência de oxigênio. Logo a contração pode ocorrer e ser mantidas por muito tempo e muitas vezes mesmo quando o oxigênio liberado pelo sangue não estiver disponível. Além disso, a velocidade de formação do ATP por glicólise do glicogênio é 2,5 vezes mais rápida que a formação do ATP, em resposta à reação dos nutrientes celulares com o oxigênio. Contudo, comos muitos produtos finais da glicólise se acumulam nas células musculares ela perde também sua capacidade de sustentar a acontração muscular máxima após 1 minuto.
A terceira fonte de energia é o metabolismo oxidativo. Isso significa combinar o oxigênio com os produtos finais da glicólise e com vários outros nutrientes para liberar ATP. Mais de 95% de toda a anergia usada pelos músculos para a contração mantida por longo tempo são derivados dessa fonte. Os nutrientes alimentares consumidos são: carboidratos, gorduras e proteínas. Para atividades máxima extremamente longa (muito tempo) a maior proporção de energia vem da gordura, mas por período de 2 a 4h a metade da energia vem dos carboidratos armazenados. 
Mecanismo de contração 
O sarcômero em repouso consiste em filamentos finos e grossos que se sobrepõem parcialmente.  
A contração se da graças ao deslizamento dos filamentos uns sobre os outros, o que aumenta o tamanho da zona de sobreposição entre os filamentos e reduz o tamanho do sarcômero.  
A contração se inicia na faixa A, onde os filamentos finos e grossos se sobrepõem. 
Durante o ciclo de contração a actina e a miosina interagem. 
Durante o repouso, ATP liga-se à ATPase das cabeças da miosina. Como para quebrar a molécula de ATP a miosina necessita da actina não ocorre contração, pois no repouso há repressão do local de ligação pelo complexo troponina-tropomiosina fixado sobre o filamento de actina.  
Quando há Ca2+ disponível eles combinam com a unidade TnC da troponina, o que muda sua configuração espacial e empurra a moleluca de tropomiosina mais para dentro do sulco da hélice de actina. Logo, como consequência os locais de ligação da actina e da miosina ficam expostos (ocorre interação entre a cabeça da miosina com a actina).   
Quando ocorre a combinação da TnC com o Ca2+ ocorre ao mesmo tempo a ativação do complexo miosina-ATP. Como resultado da ponte entre a cabeça da miosina e a subunidade de actina, o ATP libera ADP, Pi e energia.  
Ocorre então uma deformação da cabeça e de parte do bastão da miosina, aumentando sua curvatura. Como a actina está combinada o movimento empurra o filamento da actina, promovendo seu deslizamento sobre o filamento de miosina. 
Em cada momento da contração apenas um pequeno número de cabeças alinham-se com os locais de combinação da actina. Conforme as cabeças de miosina movimentam a actina, novos locais para formação de ponte aparecem. As pontes antigas só se desfazem após a miosina se ligar com uma nova molécula de ATP. Isso determina a volta da cabeça de miosina para sua  posição primitiva, logo ela está pronta para um novo ciclo. 
Não existindo ATP o complexo actina-miosina fica estável, por isso fica rígido os músculos após a morte. 
A contração é resultado de milhares de ciclos. 
A atividade contrátil, que leva a uma sobreposição completa entre os finos e grossos continua até que os ions Ca2+ sejam removidos e o complexo troponina-tropomiosina cubra o local de combinação da actina com a miosina novamente. 
Durante a contração os filamentos de actina penetram a banda A, por isso a banda I reduz de tamanho. E a banda H (é a parte da banda A que contem somente filamentos grossos) também reduz o tamanho, conforme os filamentos finos se sobrepõem aos grossos completamente. No final como resultado cada sarcômero e a fibra inteira sofrem encurtamento. 
 
Inervação 
A contração é controlada por nervos motores que se ramificam dentro do tecido conjuntivo do perimísio e cada nervo origina numerosos ramos. 
A junção mioneural é o local de contato entre a fibra muscular e os nervos motores. Nesses locais os nervos perdem sua bainha de mielina e forma uma dilatação que se coloca dentro de uma depressão da superfície da fibra muscular. 
Nesse local o axônio é recoberto por citoplasma das células de Schwann. O terminal axônio apresenta numerosas mitocôndrias e vesículas sinápticas com o neurotransmissor acetilcolina.  
Na junção o sarcolema forma dobras juncionais. O sarcoplasma abaixo dessas dobras contém núcleos da fibra muscular, numerosas mitocôndrias, ribossomos e grânulos de glicogênio. 
Quando recebe o impulso o terminal do axônio libera acetilcolina que se difunde pela fenda sináptica e prende-se aos receptores no sarcolema das dobras juncionais. Após essa ligação o sarcolema fica mais permeável ao sódio o que resulta na despolarização do sarcolema.  O excesso de acetilcolina é hidrolisado pela colinesterase encontrada na fenda sináptica.