Musculo File

Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas
Fisiologia do músculo
 Contracção muscular
estriada e lisa
 Fenómenos eléctricos e
mecânicos
FFL – 2012/2013
José Martins Magro
Sistema muscular
Breve introdução
O movimento é uma característica fundamental dos seres vivos, atingindo, contudo, o maior
desenvolvimento nos animais devido ao seu tecido muscular. O tecido muscular é composto
por células alongadas (fibras musculares) que se contaem quando estimuladas. Uma célula
muscular é essencialmente um equipamento para converter a energia química de ATP em
energia mecânica de contrcção.
Os três tipos de tecido muscular são o músculo esquelético (voluntário – sujeito a controlo
consciente), liso e cardíaco (involuntários – habitualmente sem controlo consciente). A nossa
abordagem incidirá principalmente sobre a anatomoa microscópica e a fisiologia do músculo
estriado esquelético. O músculo liso e o músculo cardíaco serão discutidos de foma mais
abreviada para comparação das suas propriedades e funções com o músculo esquelético,
voltando a ser abordados com maior detalhe em futuras lições quando a sua aplicação for
relevante.
Sistema muscular – o músculo como máquina
(Prof. Wilkie – Conferência dirigida à Institution of Electrical Engineers, Londres, 11 de Fevereiro de 1969. )
Trata-se de um motor linear, robusto, seguro, imediatamente disponível. Usa uma ampla gama de combustíveis
(hidratos de carbono, lípidos, proteína, oxigénio...) e uma baixa potência de regimen, mas que pode elevar até 1
KW mecânico/Kg em poucos ms. Construção em módulos que permitem soluções á medida dos problemas
mecânicos (Recrutamento);
Dois sistemas de controlo:
Modalidades de excitação externa: unidades versáteis de aplicação geral; controlo digital por pulsações de
pj; baixo consumo de energia, mas muito elevada relação sinal/ruído; amplificação energética de
aproximadamente 106; velocidade máxima opcional entre 0.1 e 100 mm/s; tensão gerada de 2 a 5x10-5 N.m2;

Modalidade autónoma com osciladores integrais: especialmente útil para aplicações de bombeio (coração,
pulmões); módulos disponíveis de frequência e impedância adequada para sólidos (0.01 – 1.0 Hertz), líquidos (0.5
– 5 hertz) e gases (50 – 1000 hertz); período de vida útil desde 2.6x109 até 3.6x109 operações (+85 anos),
independentemente da frequência; muitos extras opcionais com servocontrolo incorporado (comprimento e
velocidade) quando se quer um controlo fino; acessos directos de oxigénio; gerador térmico;

É comestível..!
A MÁQUINA ANUNCIADA É O MÚSCULO..!
José Martins Magro
Sistema muscular – características funcionais do músculo
As funções principais do tecido muscular
são
movimento, estabildade, comunicação, controlo de
aberturas e passagens corporais e produção de calor.
Para levar a cabo estas funções todos os tecidos
musculares apresentam as seguintes características:
Excitabilidade: propriedade de todas as células vivas,
desenvolvida pelas células nervosas e musculares em maior grau.
Quando estimuladas por sinais químicos (neurotransmissores),
estiramento ou outros estímulos as fibras musculares respondem
com alterações eléctricas na sua membrana;
Condutividade: a estimulação de uma fibra muscular provoca
uma alteração eléctrica local a qual desencadeia uma onda
excitatória que se propaga rapidamente por toda a fibra e inicia o
processo que conduz à contracção muscular;
Contractilidade: as fibras musculares possuem a habilidade única
de encurtarem significativamente quando estimuladas, o que lhes
confere a capacidade de mobilizar os ossos e outros tecidos e
criar movimento do corpo e das suas partes;
Extensibilidade: muitas células sofrem ruptura se forem estiradas
mesmo que ligeiramente, mas as fibras musculares podem ser
estiradas cerca de três vezes o seu comprimento de contracção
sem se romperem;
Elasticidade: após a distensão e libertação da tenção as fibras
musculares tem a capacidade de regressar ao seu comprimento de
repouso.
José Martins Magro
Sistema muscular – os três tipos de fibras musculares
CÉLULA DO MÚSCULO ESTRIADO ESQUELÉTICO
CÉLULA DO MÚSCULO
ESTRIADO CARDÍACO
(miócitos)
Fibras multinucleadas
resultantes da fusão de
células estaminais
designadas por mioblastos.
Alguns mioblastos
permanecem como células
satélite que podem originar
novas fibras na reparação
de lesão muscular, embora
esta seja maioritariamente
efectuada por fibrose.
Fibras ramificadas
(mononucleadas)
Fibras fusiformes
mononucledas com um
núcleo central
CÉLULA DO MÚSCULO LISO
(miócitos)
José Martins Magro
Sistema muscular – Descrição funcional dos três tipos de músculo
Estriado esquelético: cerca de 40% do peso do corpo;
responsável pela locomoção, expressão facial, fonação,
postura, movimentos respiratórios e muitos outros
movimentos. As suas funções estão dependentes de controlo
voluntário ou consciente pelo SN;
Liso (não estriado): paredes dos órgãos ocos e tubos,
músculos internos do olho (ciliar pupilar), paredes dos
vasos sanguíneos e outras áreas. Grande variedade de
funções: propulsão da urina no tracto urinário, mistura e
mobilização dos alimentos no tubo digestivo, dilatação e
constrição da pupila e regulação do fluxo de sangue nos
vasos sanguíneos. As suas funções estão em larga medida
dependentes de controlo neural involuntário e endócrino;
Estriado cardíaco: encontra-se no coração. As suas
contracções produzem a força necessária para mover o
sangue através do sistema circulatório.
José Martins Magro
Músculo esquelético – arquitectura muscular
Miofilamento
Sarcómero
Miofibrilha
Fibra muscular
Fascículo
Músculo
O músculo esquelético é
composto de fascículos
que podem ser
observados á vista
desarmada;
Os fascículos são feixes
de fibras ou células
musculares, cujo
citoplasma é preenchido
por miofilamentos que,
por sua vez, se
organizam em
subunidades funcionais
designadas por
sarcómeros.
José Martins Magro
Músculo esquelético - componentes estruturais de revestimento:
lâmina externa, endomisium, perimisium e epimisium.
Lâmina externa: composta por fibras reticulares
que envolve a fibra muscular esquelética; ao
microscópio óptico não se distingue da
membrana citoplasmática aqui designada por
sarcolema (do grego sarco = carne);
Endomisium (do grego mys = músculo): rede de
tecido conjuntivo fibroso laxo com numerosas
fibras reticulares que envolve cada fibra
muscular por fora da lâmina externa;
Perimisium: camada de tecido conjuntivo denso
que envolve o fascículo;
Epimísium: envolve o conjunto de fascículos,
sendo a continuação da fáscia sobre o músculo.
É formado por tecido conjuntivo denso, fibroso e
colagénico, sendo contínuo com os tendões;
também ligado ao perimísium e osso.
Estes tecidos conjuntivos são contínuos com com as fibras colagénicas dos tendões e estes, por sua
vez, com o colagénio da matriz óssea, pelo que quando a fibra muscular se contrai as fibras de
colagénio são distendidas e o osso é movientado. A elasticidade do colagénio e a disposição em série
das fibras do tecido conjuntivo ajudam o retorno do músculo ao seu comprimento de repouso quando
cessa a contracção.
José Martins Magro
Músculo esquelético – sarcómero
O sarcómero
é a subunidade funcional
básica de contracção do
músculo.
Consiste numa estrutura
organizada entre duas linhas
Z, sendo composta,
principalmente, pelos
filamentos deslizantes actina e
miosina.
A linha Z é contituída por
uma proteína fibrosa
(conectina), serve de
ancoragem à actina e à titina
(também conectina),
encontrando-se, por sua vez
ligada ao sarcolema através
do citoesqueleto.
José Martins Magro
Músculo esquelético – sarcómero e organização dos
miofilamentos deslizantes (I)
Uma fibra muscular contém no interior
do seu citoplasma (sarcoplasma)
numerosas miofibrilhas formadas por
uma série contínua de unidades
repetidas chamadas sarcómeros que
se estendem de uma linha Z a outra
linha Z;
Além das miofibrilhas, o sarcoplasma
contém organelos, como mitocôndrias
e RE, glicogénio como stock
energético e mioglobina como
fixadora de oxigénio;
As estrias características do músculo
estriado são devidas ao arranjo
espacial das proteínas contrácteis
(miofilamentos) actina e miosina
dentro do sarcómero. Estas
proteínas estão presentes em todas
as células, onde intervêm na
motilidade, mitose e transporte de
materiais intracelulares.
José Martins Magro
Músculo esquelético – sarcómero e organização dos
miofilamentos deslizantes (II)
Linha M
José Martins Magro
Músculo esquelético – organização dos miofilamentos de
actina, miosina e titina no sarcómero
O músculo encurta porque os seus sarcómeros individuais encurtam, aproximando as linhas Z
uma da outra e porque estas estão ligadas ao sarcolema através do citoesqueleto. Quando as
linhas Z se aproximam umas das outras elas forçam as fibras musculares a encurtar e,
consequentemente, todo o músculo encurta também.
José Martins Magro
Músculo esquelético – organização tridimensional dos miofilamentos
de actina e miosina no sarcómero
José Martins Magro
Músculo esquelético – organização da actina, tropomiosina e
troponina no miofilamento fino
C
T I
Actina: filamento composto por duas cadeias poliméricas de actina actina F, organizadas em
dupla hélice, composta por monómeros esféricos de actina G, cada um com um sitio
específico para ligação da ponte cruzada da miosina durante a contracção muscular.
Tropomiosina: molécula proteica alongada que se insinua na fenda da dupla hélice de actina
F e cobre 7 locais activos de actina G. As moléculas de tropomiosina estão ligadas topo a
topo.
Troponina: complexo heterotrimérico globular de 3 proteínas constituído por: Troponina C
que liga o cálcio; Troponina I, inibidora da ligação cruzada à actina; Troponina T que se liga
à tropomiosina.
José Martins Magro
Músculo esquelético – organização do miofilamento espesso
O miofilamento espesso é composto por várias centenas de moléculas de miosina, cada uma
delas formada por 2 cadeias pesadas enroladas em dupla hélice, formando a porção cilíndrica e
por uma cabeça globular dupla ou ponte cruzada que se estende lateralmente num dos
extremos. Quatro cadeias leves ligam-se duas a duas às cabeças das cadeias pesadas. Cerca
de 150 cabeças projectam-se de forma mutuamente oposta para cada extremidade do
miofilamento.
As cabeças da miosina têm 3 propriedades importantes: (1) podem ligar-se aos sítios activos
das moléculas de actina G (ligação das pontes cruzadas), (2) ligam-se à porção cilíndrica por
uma zona encurvada que se pode dobrar durante a contracção (charneira/dobradiça) e (3) as
cabeças têm actividade enzimática cinásica para fosforilar a cadeia leve da miosina e ATPasica
para desdobrar ATP e libertar energia para dobrar a porção em charneira da molécula de
miosina durante a contracção e o movimento da ponte cruzada.
José Martins Magro
Músculo esquelético – junção neuro-muscular
Cada fibra muscular esquelética está
ligada a um ramo terminal de um
neurónio motor somático com origem
no SNC, só se contraindo quando é
estimulada.
A conexão entre o neurónio
motor e a fibra muscular
designa-se por junção neuromuscular, que mais não é do
que uma sinapse química entre
aquelas duas células.
No ponto de conexão a
membrana da fibra muscular
(sarcolema) assume uma forma
especializada designada por
placa motora terminal,
encontrando-se o sarcolema
extensivamente invaginado.
Placa
motora
terminal
Mitocôndrias
Vesículas
sinápticas
O terminal do neurónio motor
ramifica-se penetrando no
interior do sarcolema. O
citoplasma nos extremos distais
deste neurónio motor é rico em
mitocôndrias, contendo
vesículas sinápticas.
José Martins Magro
Músculo esquelético – comando neural: unidade motora
O controlo neural do músculo
esquelético faz-se atavés de unidades
motoras. Uma unidade motora
muscular consiste num neurónio
motor e no conjunto de todas as fibras
musculares do mesmo tipo com as
quais ele comunica através dos seus
terminais. Cada fibra tem apenas uma
junção neuromuscular central e
pertence assim a uma única undade
motora.
As fibras da mesma unidade motora
não são adjacentes umas das outras,
encontrando-se interdispersas no
músculo, misturadas com as fibras
das outras unidades motoras.
Um músculo é composto por várias
unidades motoras com número e
diâmetro de fibra diferentes umas
das outras.
Quando um PA é gerado e se propaga
num neurónio motor, todas as fibras
musculares da sua unidade motora
são estimuladas a conntrairem-se
José Martins Magro
Músculo esquelético – retículo sarcoplasmático e túbulos transversos
Para que o Potencial de Acção (PA)
seja propagado até ao interior da
fibra muscular o sarcolema tem ao
longo da sua superfície muitas
invaginações tubulares designadas
por túbulos tranversos ou túbulos T
que se projectam para o interior nas
regiões dos sarcómeros onde os
miofilamentos da actina e miosina se
sobrepõem.
O lúmen de cada túbulo T está cheio
com fluido extracelular. Entre os
túbulos T encontra-se o retículo
sarcoplasmático (RSP) que forma
dilatações chamadas cisternas
terminais ou sacos laterais
funcionalmente associados aos
túbulos T; o conjunto de um túbulo T
e das duas cisternas adjacentes
designa-se por tríada.
A membrana do retículo sarcoplasmático contém cálcio-ATPases que transportam activamente iões Ca2+ do
sarcoplasma para o lúmen das cisternas, onde estes iões são armazenados em elevada concentração
comparativamente com o sarcoplasma.
José Martins Magro
Músculo esquelético - relação dos túbulos T com o retículo
sarcoplasmático (RSP) - proteínas pedunculares
O potencial de acção propagado do sarcolema
para os túbulos T altera a carga eléctrica do
receptor de voltagem dihidropiridínico (RDHP ) inserido na parede do túbulo;
A estimulação do R-DHP activa o receptor
raionidinico a ele associado e que, por sua vez,
está acoplado por um pedúnculo de ligação a
um canal de cálcio no RSP, o qual se abre por
acção da voltagem, levando o Ca2+ a
movimentar-se por gradiente electroquímico
dos sacos laterais para o sarcoplasma.
Do aumento do Ca2+ no sarcoplasma resulta a
sua ligação à troponina e, simultaneamente, o
seu bombeamento do sarcoplasma para os
sacos laterais do RSP por uma bomba cálcioATPase, o que, na ausência de estímulo,
conduz à diminuição da concentração
sarcoplasmática do Ca2+ , sua deslocação da
troponina e, consequentemente, ao
relaxamento da fibra muscular.
José Martins Magro
Músculo esquelético – ciclo das pontes cruzadas e rigor mortis
Acoplamento/contracção
Cálcio
Energização
O rigor mortis deve-se ao declínio do
ATP que não permite a separação das
pontes cruzadas da actina na etapa 3,
ficando o músculo rigido durante
algumas horas
Desacoplamento/relaxamento
Movimento da
ponte cruzada
e encurtamento
do sarcómero
José Martins Magro
Músculo esquelético –excitação-contracção-relaxamento
FASE DE LATÊNCIA (EXCITAÇÃO)
-
Em resposta a um estímulo gera-se um potencial de acção (PA) que se propaga pelo axónio até ao terminal présinápico do neurónio motor do sistema nervoso somático, aumentando assim a permeaqbilidade da membrana
ao ião cálcio, o qual se difunde par o interior, provocando, com o concurso da sinaptotagmina e das proteínas
SNARE, a fusão das vesículas e a exocitose de acetilcolina (Ach) para a fenda sináptica;
- A ligação da Ach ao receptor nicotínico no sarcolema causa a abertura dos canais de sódio ligando-dependentes,
o que torna a membrana mais permeável a este ião que se difunde para o interior da fibra muscular,
desencadeando a geração e propagação do PA na membrana da fibra muscular;
- A Ach é rapidamente degradada na fenda sináptica numa reacção catalisada pela acetilcolinestrase, originando
ácido acético e colina, o que limita o tempo de ligação da Ach ao seu receptor;
- O PA gerado no centro da fibra muscular é propagado no sarcolema em direcção a ambos os extremos e
também para o interior através dos túbulos T;
- A despolarização que ocorre nos túbulos T altera a carga eléctrica do receptor de voltagem DHP o que modifica
a conformação do receptor raionidinico adjacente (alcalóide vegetal) o que, por sua vez, induz a abertura do
canal de cálcio do RS que lhe está associado. Os iões cálcio difundem das cisternas do RSP para o sarcoplasma e
ligam-se à troponina, daí resultando que o complexo troponina-tropomiosina altera a sua posição e expõe o sitio
activo dos filamentos de actina aos quais se ligam as pontes cruzadas da miosina.
José Martins Magro
Músculo esquelético – excitação-contracção-relaxamento (cont.)
FASE DE CONTRACÇÃO COM EVENTUAL ENCURTAMENTO
- As pontes cruzadas entre as moléculas de actina e de miosina formam-se, movem-se, libertam-se e
voltam a formar-se muitas vezes, gerando tensão e provocando o eventual encurtamento do
sarcómero, na dependência da carga aplicada.
- A energia armazenada nas cabeças das moléculas de miosina permitem a ligação das pontes
cruzadas e o seu movimento. Após a ocorrência do movimento das pontes cruzadas, o ATP liga-se às
cabeças de miosina, provocando o seu desacoplamento da actina, após o que é hidrolisado a ADP+Pi,
sendo alguma da energia armazenada na cabeça de miosina usada para a ligação da próxima ponte
cruzada e para o seu movimento. A maior parte da energia é libertada sob a forma de calor levando
ao aquecimento do músculo.
FASE DE RELAXAMENTO
Na ausência de novo estímulo, o contínuo transporte activo dos iões cálcio do sarcoplasma para a
cisterna do retículo sarcoplasmático supera a sua libertação no sentido inverso, fazendo com que este
ião se desligue da troponina e o complexo desta com a tropomiosina bloquei o sitio de ligação das
pontes cruzadas, levando assim ao relaxamento da fibra muscular.
José Martins Magro
Músculo esquelético – mecânica da contração da fibra muscular:
pulso contráctil, espasmo ou abalo muscular
Pulso contráctil
Embora a função muscular
normal seja mais complexa, a
compreensão de um pulso
contráctil (twitch ou abalo
muscular) facilita a percepção do
funcionamento do músculo;
Um pulso contáctil ou abalo
muscular é a contracção de uma
fibra muscular em resposta a um
único potencial de acção;
Há uma curta fase de latência
após a aplicação do estímulo
correspondente à excitação,
seguida de uma fase de aumento
da tensão correspondente à
contracção e de uma fase de
relaxamento.
José Martins Magro
Músculo esquelético – mecânica da contração da fibra muscular: contracção
isométrica, isotónica e de alongamento
Contracção
isométrica
(comprimento
constante): desenvolvimento de tensão interna
sem encurtamento. Ocorre no início de todas as
contracções por absorção de tensão pelos
componentes elásticos do sarcómero e quando a
força exercida por um objecto sobre o músculo
em contracção (carga) é superior à tensão
desenvolvida, mantendo-se a carga imóvel
Contracção isotónica
ou concêntrica:
encurtamento do músculo com tensão
constante. Inicia-se quando a tensão interna
ultrapassa a tensão elástica e a força exercida
pela carga, movendo-a, mantendo-se a partir
daí a tensão constante. É típica do
levantamento de pesos ou do acto de pedalar.
Contracção isotónica de alongamento ou excêntrica: alongamento do músculo, mantendo-se a tensão constante
por a carga ser muito maior que a tensão gerada pelas pontes cruzadas. É típica do abaixamento de pesos, mas
pode conduzir à lesão do músculo por rotura de ligamento ou tendão (exemplo da tortura de estiramento por
roldana - inquisição).
José Martins Magro
Músc. esquelético – mecânica da contração da fibra muscular: tensão
isométrica versus comprimento do sarcómero no repouso
Sobreposição
excessíva
Sobreposição
adequada
Sobreposição
insuficiente
A tensão isométrica
máxima é produzida
para o comprimento
óptimo do sarcómero, I0.
O estiramento ou o
encurtamento do
sarcómero além ou
aquém do seu
comprimento óptimo
diminui a tensão gerada,
devido à sobreposição
inadequada das
proteínas contrácteis.
Percent of sarcomere lenght
José Martins Magro