EXERCÍCIOS SOBRE FISIOLOGIA DA CONTRAÇÃO MUSCULAR

Transcrição

1 Lista de Exercícios - 1 Bimestre Fisiologia Humana I SOBRE FISIOLOGIA DA CONTRAÇÃO MUSCULAR 1) Observe a figura abaixo, onde estão representados alguns aspectos da organização estrutural do músculo esquelético. a) Nomeie a célula assinalada com A e explique a importância da estrutura B para a função da célula A. Resposta: Fibra muscular esquelética (miócito). Na fibra muscular esquelética há muitas miofibrilas contráteis (B), constituídas por dois tipos de miofilamentos: finos, compostos por actina, tropomiosina e troponina; e grossos, compostos por miosina. A contração do músculo esquelético é voluntária e ocorre pelo deslizamento dos filamentos de actina sobre os de miosina. b) Atualmente, a aplicação de BOTOX toxina produzida pela bactéria Clostridium botulinum tem sido utilizada para diminuição de rugas de expressão na região superior da face. Geralmente, seu efeito duração alguns meses. Considerando a sequencia de eventos representados na figura II, a qual simula um detalhe da região C assinalada na figura I, cite a provável etapa X, Y ou Z de atuação do botox, justificando sua resposta. Resposta: Etapa: etapa Y. A toxina Botulínica aglutina-se à terminação neuromotora. A aglutinação da molécula tipo parece ser seletiva para as terminações nervosas colinérgicas. A toxina Botulina bloqueia a liberação de acetilcolina através de seccionamento da proteína citoplasmática localizada na membrana celular e necessária para a liberação deste transmissor. As terminações afetadas são inibidas de estimular a contração muscular. A toxina não afeta a síntese ou armazenamento de acetilcolina ou a condução de sinais elétricos ao longo da fibra nervosa. c) Cite e explique uma vantagem associada ao fato de os neurotransmissores serem encontrados no interior de vesículas envolvidas por membrana. Resposta: Desse modo há maior velocidade e maior especificidade na liberação do neurotransmissor nas junções neuromusculares. 2) Observe a figura abaixo, onde estão representados alguns aspectos da organização estrutural do músculo esquelético. a) Nomeie todas as estruturas representadas pelas letras e números. A: Fibra (célula) muscular B: Núcleo C: Túbulos T D: Retículo sarcoplasmático E: Sarcolema F: Mitocôndrias G: Miofilamentos H: Miofibrilas 1: Zona H 2: Banda I 3: Linha Z 4: Banda A 5: Sarcômero 6: Filamento grosso 7: Filamento fino 8: Troponina 9: Actina 10: Tropomiosina 11: Miosina b) Explique a importância da estrutura 5 para a função da fibra muscular, detalhando os papeis das estruturas numeradas de 8 a 11 no mecanismo de acoplamento excitação-contração. 1 7

2 Resposta: O sarcômero (5) é a unidade funcional básica (contrátil) do músculo. Os potenciais de ação cursam pelo nervo motor até suas terminações nas junções neuromusculares, desencadeando liberação de acetilcolina na fenda sináptica. A acetilcolina se liga a receptores específicos na placa motora da junção neuromuscular, abrindo canais de sódio regulados por acetilcolina. A abertura desses canais permite a difusão de grande quantidade de íons sódio para o lado interno da membrana das fibras musculares. Isso desencadeia o potencial de ação na membrana, que se propaga pelos túbulos T, fazendo com que o retículo sarcoplasmático libere grande quantidade de Ca 2+ para o sarcoplasma. A combinação dos íons cálcio com a unidade TnC da troponina promove uma mudança da configuração espacial das 3 subunidades da troponina, que empurra a tropomiosina mais para dentro do sulco da hélice de actina, permitindo exposição do sítio de ligação da actina com a miosina e, por conseguinte, a ativação do complexo miosina- ATP com consequente deslizamento da actina sobre a miosina. 3) Médicos especialistas em fisiologia do exercício determinaram a percentagem de fibras do tipo I e do tipo II encontradas em músculos estriados esqueléticos de quatro grupos de pessoas: atletas maratonistas (corredores de longas distâncias), atletas velocistas (corrida de 100 metros), pessoas sedentárias e pessoas com atividade física moderada. Os resultados desse estudo são mostrados na figura abaixo. Indique entre os quatro grupos de pessoas mostrados na figura, qual grupo corresponde aos maratonistas e qual grupo corresponde aos velocistas, justificando sua resposta mediante as características das fibras tipo I e II. Resposta: Os maratonistas estão representados pelo grupo C, pois em corridas de longas distâncias a alta densidade de mitocôndrias, mioglobina e o metabolismo aeróbico são os requisitos mais importantes. Já os velocistas estão representados pelo grupo A, pois, para corridas de curta distância as fibras do tipo II, de contração rápida e metabolismo anaeróbico são mais frequentes. 4) A figura ao lado esquematiza o coração humano. a) Em qual das câmaras do coração, identificadas por A, B, C D, chega o sangue rico em O 2? Resposta: Na câmara B átrio esquerdo b) Em qual dessas câmaras chega o sangue rico em CO 2? Resposta: Na câmara A átrio direito c) Qual dos vasos, identificados por I, II, III e IV, leva sangue do coração para os pulmões? Resposta: O vaso III artéria pulmonar d) Qual desses vasos traz sangue dos pulmões? Resposta: O vaso IV veia pulmonar e) Algumas crianças nascem com um defeito no coração denominado comunicação interventricular, ou seja, uma comunicação entre os dois ventrículos. Que consequência imediata o defeito traz para a circulação sanguínea da criança? Resposta: A consequência imediata é deficiência na oxigenação dos tecidos corporais decorrente da mistura de sangue arterial (rico em O 2 ) e sangue venoso (rico em CO 2 ) dentro do coração, além de uma queda na pressão sanguínea. f) Os ventrículos direito e esquerdo possuem volume interno similar e ejetam o mesmo volume de sangue a cada contração. No entanto, a parede ventricular esquerda é cerca de 4 vezes mais espessa do que a direita. Como se explica essa diferença em função do trabalho realizado pelos ventrículos? Resposta: O sangue que sai do ventrículo direito é bombeado para os pulmões, que se localizam perto do coração. Já o sangue que sai do ventrículo esquerdo vai para o corpo todo, o que exige uma força maior de contração. g) O miocárdio não entra em contato direto com o sangue contido nas cavidades do coração, sendo irrigado por artérias denominadas coronárias. Em muitas doenças cardíacas, ocorre o bloqueio (entupimento) das artérias coronárias, o que pode levar a lesões no miocárdio. Uma abordagem experimental para o tratamento de bloqueios coronarianos, testada com sucesso em animais, consiste em fazer minúsculos furos nas paredes internas do ventrículo esquerdo. Por que esse tratamento é eficaz no caso do ventrículo esquerdo, mas não no caso do ventrículo direito? Resposta: Os furos nas paredes do ventrículo esquerdo colocam o miocárdio em contato com o sangue rico em oxigênio, proveniente da circulação pulmonar. O sangue do ventrículo direito é proveniente da circulação sistêmica e, portanto, pobre em oxigênio, e por isso não supre as demandas do miocárdio. 2 7

3 5) Os cardiomiócitos são células altamente diferenciadas e logo após os primeiros anos de vida param de se multiplicar, desta forma, o crescimento do coração é consequência da hipertrofia (aumento no tamanho e volume celular) e não da hiperplasia celular (aumento no número de células). A morte dos cardiomiócitos, como consequência de um infarto do miocárdio, por exemplo, faz uma fibrose ventricular, que dependendo da extensão pode levar à insuficiência cardíaca. (Texto adaptado de Acta Veterinaria Brasilica, v.3, n.3, p , 2009). Em relação ao tema e conhecimentos correlatos, responda: Como a fibrose ventricular pode levar à insuficiência cardíaca? Considere na sua explicação o funcionamento do sistema elétrico do coração na geração e propagação do potencial de ação. Resposta: Em condições normais, os potenciais de ação originados no nódulo sinoatrial, situado na parede lateral superior do átrio direito próximo à abertura da veia cava superior, se difundem rapidamente por ambos os átrios e para o nódulo atrioventricular através dos feixes internodais, conectados diretamente às fibras musculares atriais. Depois, através do feixe atrioventricular (feixe de His ou feixe de fibras de Purkinje), a propagação se faz rapidamente para ambos os ventrículos. Na fibrose ventricular, como o potencial de ação não atravessa o tecido fibroso e a condução para o músculo ventricular fica prejudicada, o que compromete a contração ventricular e o bombeamento de sangue pelo sistema vascular do corpo. 6) Em um exame médico de rotina com o cardiologista da família, um jovem descobre que sua pressão arterial é igual a 12/8 e que sua frequência de batimentos cardíacos é de 70 batimentos/minuto. a) Qual o significado fisiológico do valor 12/8 obtido para a pressão arterial? Resposta: 12: pressão sistólica ou máxima; 8: pressão diastólica ou mínima. b) Explique resumidamente como funciona o sistema elétrico do coração na geração e propagação do potencial de ação. Resposta: Os impulsos partem do nódulo sinoatrial (geração espontânea de potencial de ação), presente na parede lateral superior do átrio direito, propagando-se para os átrios e para o nódulo atrioventricular através dos feixes internodais. No nódulo atrioventricular, o impulso é inicialmente retardado devido ao reduzido número de junções comunicantes (gap), sendo então transmitido rápida e quase instantâneamente por todo o músculo ventricular pelas fibras do feixe atrioventricular. 7) Arritmia. Esse é o nome dado às alterações na frequência cardíaca. As arritmias apresentam uma diversidade de causas, gravidade e mecanismos de ocorrência. Isso significa que durante uma arritmia, o coração pode bater muito rápido, muito devagar ou de forma irregular. Normalmente, essas alterações se traduzem para o paciente como uma sensação de palpitação no peito ou de irregularidade no batimento cardíaco. Podem também ocorrer tonturas, suor frio, sensação de dor no peito, falta de ar ou mesmo desmaios. Em geral as arritmias são mais comuns em pessoas com problemas cardíacos tais como doença valvular, miocardiopatia ou doença coronária. Entretanto, podem também ocorrer em pessoas com corações absolutamente normais, sendo precipitadas por fatores externos como uso de drogas estimulantes (café e cigarro, por exemplo) ou depressoras (álcool, por exemplo) e estresse. Para diagnosticála, é necessário um eletrocardiograma (ECG), que mostra a atividade elétrica do coração. Observe os resultados de ECGs apresentados abaixo: Baseando-se no texto, nos ECGs e em conhecimentos correlatos, responda: a) Qual dos dois indivíduos pode estar sofrendo de arritmia? Justifique mediante cálculos das frequências cardíacas dos indivíduos, cujos ECGs estão representados nas figuras I e II. Resposta: Figura I 1 ciclo (batimento) 0,5s (1 ciclo ocupa 5 quadrantes de 0,1 s) x 60 s (1 minuto) x = 120 ciclos ou batimentos por minuto Figura II 1 ciclo (batimento) 0,85s (1 ciclo ocupa 5 quadrantes de 0,17 s) x 60 s (1 minuto) x = 70,59 ciclos ou batimentos por minuto b) Cite, respectivamente, uma situação não apresentada no texto, que poderia justificar o resultado do ECG apresentado na figura I e uma situação que poderia representar o resultado obtido na figura II. Resposta: Figura I: susto, emoção forte, exercício físico. Figura II: representa a frequência normal dos batimentos cardíacos (Ex.: assistindo TV ou lendo um livro). 3 7

4 c) Levando em conta a atividade elétrica normal e o controle nervoso do coração, justifique a frequência apresentada no ECG da figura I. Resposta: Sob ação do sistema nervoso simpático ocorre aceleração dos batimentos cardíacos (taquicardia), com consequente aumento da frequência cardíaca. 8) E de repente... POW! a bola acerta em cheio o peito do jogador. Imediatamente o garoto cai morto no chão, vítima de um dos casos raros e misteriosos registrados na literatura médica a chamada Commotio Cordis ou comoção cardíaca. A Commotio Cordis é um trauma direto na região anterior-esquerda do tórax, que pode levar a uma arritmia cardíaca muito grave, chamada de fibrilação ventricular. Pode ser comparada a uma espécie de curtocircuito do coração, que leva a uma instabilidade elétrica do órgão. Vale ressaltar que não é qualquer pancada no peito que provoca esse quadro clínico. O traçado eletrocardiográfico revela que ela deve acontecer 15 a 30 milissegundos antes do pico da onda T do ciclo cardíaco. Uma pancada nesse momento pode ser fatal. a) Explique por que apenas na onda T ocorre o risco dos indivíduos sofrerem a Commotio Cordis ao receberem uma pancada no peito. Resposta: A onda T representa o período vulnerável de repolarização ventricular. Uma pancada neste momento pode conduzir a uma série descoordenada e potencialmente fatal de contrações de origem ventricular muito rápidas e ineficazes. b) A ativação de canais iônicos de potássio no sarcolema das fibras cardíacas tem sido apontada como candidata a contribuir para a iniciação da fibrilação ventricular. Explique o possível mecanismo envolvido. Resposta: A ativação desses canais iônicos gera um efluxo de K +, assim aumentando localmente a repolarização e resultando em despolarização ventricular precoce e arritmias ventriculares instáveis. Lembrete: no músculo cardíaco em funcionamento normal a abertura dos canais de Na + rápidos e de Ca 2+ lentos reduz permeabilidade da membrana aos íons K +, impedindo o retorno rápido do potencial de ação para o nível basal, ao mesmo tempo mantém o período de despolarização prolongado (platô). A ativação precoce dos canais de K + bagunça o processo. 9) Taquicardia pode ser sintoma da síndrome de Wolf-Parkinson-White. A síndrome de Wolf-Parkinson-White, doença cardíaca congênita, foi descrita pela primeira vez em Caracteriza-se pela presença de um "feixe de fios elétricos" excedente no coração do portador. Isso às vezes gera "curto-circuito" no miocárdio, desencadeando o principal sintoma: taquicardia. Segundo as pesquisas, a síndrome atinge 0,3% dos brasileiros, sendo que cerca de 80% dos portadores vivem com a anomalia sem sintomas. Porém, nos 20% restantes, o problema pode levar à morte súbita. A anomalia permite que o coração atinja frequências elevadas, de até 300 batimentos por minuto. A manifestação de taquicardia pode iniciar-se em qualquer fase da vida, com duração que varia de alguns segundos até horas. A taquicardia pode vir acompanhada de palidez, sudorese e mal-estar. Nessa situação, o coração vive um quadro inusitado de stress intenso, como se estivesse "correndo" uma maratona. Pacientes sem sintomas, que não apresentam risco de morte súbita, não precisam se tratar, mas precisam realizar exames médicos periódicos de acompanhamento. Nos casos mais graves o médico pode lançar mão de medidas clínicas, remédios antiarrítmicos, cardioversão elétrica (aplicação de um choque no tórax) e, finalmente, cirurgia (localiza-se e interrompe-se a corrente elétrica anômala, desativando o "curto-circuito" causador da taquicardia). A estimulação do nervo vago (fibras colinérgicas) através da indução do vômito e lavagem do rosto com água fria e/ou massagem do seio carotídeo (no pescoço) é uma medida clínica que também interrompe a taquicardia (Ricardo A. Maldonado, cardiologista assistente da Unidade de Terapia Intensiva (UTI) da Santa Casa de Misericórdia de São Paulo e diretor do Centro Médico Berrini). a) Explique qual a relação entre a estimulação do nervo vago e a interrupção da taquicardia. Resposta: A estimulação do nervo vago resulta em redução dos batimentos cardíacos, uma vez que tal nervo apresenta fibras colinérgicas, ou seja, fibras do sistema nervoso parassimpático que liberam acetilcolina. b) Ao lado estão apresentadas figuras de quatro ECG anormais. Explique de que maneira cada um dos ECGs apresentados poderia representar o ECG de uma pessoa com a síndrome de Wolf-Parkinson-White. Resposta: Figura 1: a taquicardia provocada pela doença pode, se não tratada, determinar uma sobrecarga excessiva sobre o coração, causando sua falência. Figura 2: Normalmente a sobrecarga maior ocorre no ventrículo esquerdo, que bombeia o sangue para o corpo. Dessa forma, a taquicardia provocada pela doença pode levar ao aumento do ventrículo esquerdo. 4 7

5 Figura 3: Como o próprio texto menciona, a doença caracteriza-se pela presença de um "feixe de fios elétricos" excedente no coração que pode levar a um "curto-circuito" no miocárdio e, consequentemente, a falhas na condução do impulso elétrico. Figura 4: Todas as consequências mencionadas nas figuras 1, 2 e 3 podem conduzir à falência cardíaca. 10) A fibrilação atrial é uma arritmia cardíaca, onde o estímulo elétrico que inicia o ciclo cardíaco não se origina no nódulo sinoatrial, mas sim no músculo atrial. É a taquicardia mais frequente no consultório dos cardiologistas e sua prevalência aumenta com o avanço da idade, atingindo mais de 10% dos idosos acima de 70 anos. Em vez de um único estímulo elétrico viajar até o nódulo atrioventricular, muitos impulsos originados nos dois átrios competem para atravessar o nódulo atrioventricular. Este, por sua vez, promove uma filtração desses impulsos e só deixa passar alguns, proporcionando um ritmo irregular. Em relação ao tema e conhecimentos correlatos, responda: a) A fibrilação atrial é possível devido à comunicação por contato direto entre as células atriais. Que tipos de junções presentes nos discos intercalares seriam responsáveis por esta comunicação? Justifique. Resposta: Junções gap ou comunicantes. Sua função principal é estabelecer comunicação entre as células, permitindo que grupos celulares funcionem de modo coordenado e harmônico, formando um conjunto funcional que permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para outra e, consequentemente, do potencial de ação. b) Tanto no funcionamento cardíaco normal quanto na fibrilação atrial o nódulo atrioventricular retarda o impulso vindo dos átrios. O que torna isto possível? Resposta: O reduzido número de junções comunicantes (gap) no nódulo atrioventricular. 11) Compare os músculos esquelético, cardíaco e liso em relação a: - características e estrutura geral: estriações transversais, células, núcleo, discos intercalares, junções gap ou comunicantes, contração, retículo sarcoplasmático e sistema T, fonte interna de Ca 2+ para a contração, inervação - unidades contráteis - potencial de ação - neurotransmissor - acoplamento excitação-contração Resposta: No quadro a seguir. Características Esquelético Cardíaco Liso Estrias transversais Presentes Presentes Ausentes Células Cilíndricas longas e Alongadas e ramificadas, Alongadas, mais multinucleadas que se unem nas suas espessas no centro e porções terminais por afilando-se nas meio de discos extremidades (células intercalares fusiformes) Núcleo Muitos periféricos 1 ou 2 centrais 1 central Discos intercalares Ausentes Presentes Ausentes Junções gap ou Ausentes Presentes nos discos Presentes entre 2 células comunicantes intercalares, onde adjacentes: participam da estabelecem comunicação transmissão do impulso entre as células, de uma célula para outra permitindo que grupos celulares funcionem de modo coordenado e harmônico, formando um conjunto funcional que permite a transferência direta da corrente iônica de uma célula para outra e, consequentemente, do potencial de ação (*). Contração Forte, rápida, descontínua Forte, rápida, rítmica Fraca, lenta (exceto íris) e e voluntária (contínua) e involuntária involuntária Unidade contrátil Sarcômero: - filamentos de actina Sarcômero: - filamentos de actina Ausência de sarcômero: - filamentos de actina estabilizados pela estabilizados pela estabilizados pela combinação com troponina e tropomiosina formando os filamentos finos; - miosina I formando os filamentos grossos de 5 7 combinação com troponina e tropomiosina formando os filamentos finos; - miosina I formando os filamentos grossos de combinação com tropomiosina (ausência de troponina); - miosina II: moléculas se conservam enrodilhadas, exceto quando são

6 Retículo Sarcoplasmático e Sistema T Fonte interna de Ca 2+ para a contração Inervação miosina miosina combinadas com fosfato (fosforiladas), quando se estiram em filamentos. Tríade: complexo formado por um túbulo T e duas expansões do retículo sarcoplasmático Retículo sarcoplasmático Sistema nervoso periférico somático 6 7 Díade: túbulos T associam-se apenas a uma expansão lateral do retículo sarcoplasmático Retículo sarcoplasmático e túbulos T (possuem grande quantidade de mucopolissacarídeos com carga negativa que se ligam a íons cálcio, mantendo-os sempre disponíveis para se difundirem pelo interior das fibras do miocárdio quando ocorre o potencial de ação nos túbulos T) Sistema nervoso periférico autônomo (simpático e parassimpático) Neurotransmissor Acetilcolina Simpático: noradrenalina Parassimpático: acetilcolina Potencial de ação Chega às fibras esqueléticas (junções neuromusculares) pelas terminações do nervo motor Acoplamento Contração (**) Excitação- Os potenciais de ação cursam pelo nervo motor até suas terminações nas junções neuromusculares, desencadeando liberação de acetilcolina na fenda sináptica. A acetilcolina se liga a receptores específicos na placa motora da junção neuromuscular, abrindo canais de sódio regulados por acetilcolina. A abertura desses canais permite a difusão de grande quantidade de íons sódio para o lado interno da membrana das fibras musculares. Isso desencadeia o potencial de ação na membrana, que se propaga pelos túbulos T, fazendo com que o retículo sarcoplasmático libere grande quantidade de Geração espontânea do potencial de ação pelo nódulo sinoatrial (sistema nervoso autônomo controla a eficácia do bombeamento cardíaco, diminuindo ou aumentando a frequência cardíaca quando necessário) Semelhante ao músculo esquelético, com algumas variações. Os potenciais de ação são originados no nódulo sinoatrial pela abertura de dois canais, Na + rápidos e Ca 2+ lentos, provocando um período de despolarização prolongado (platô). Aqui também a combinação dos íons cálcio com a unidade TnC da troponina promove uma mudança da configuração espacial das 3 subunidades da troponina, que empurra a tropomiosina mais para dentro do sulco da hélice de actina, permitindo exposição do sítio de ligação da actina com a miosina e, por conseguinte, a ativação do complexo miosina-atp com consequente Não existe retículo sarcoplasmático ou sistema T: sarcolema contém depressões com aspecto e dimensões das vesículas de pinocitose chamadas cavéolas, que armazenam Ca 2+ Cavéolas Sistema nervoso periférico autônomo (simpático e parassimpático) Simpático: noradrenalina Parassimpático: acetilcolina Chega à musculatura lisa pelos nervos do sistema nervoso autônomo O estímulo do sistema nervoso autônomo faz com que Ca 2+ migre das cavéolas para o sarcoplasma. Ca 2+ combina-se com moléculas de calmodulina e o complexo calmodulina-ca 2+ ativa a enzima quinase da cadeia leve da miosina II promovendo a fosforilação dessas moléculas, que então tomam a forma filamentosa. Isto permite que os sítios com atividade ATPásica da miosina sejam descobertos e combinemse com a actina, promovendo o deslizamento dos filamentos e a contração muscular. (***)

7 Ca 2+ para o sarcoplasma. A combinação dos íons cálcio com a unidade TnC da troponina promove uma mudança da configuração espacial das 3 subunidades da troponina, que empurra a tropomiosina mais para dentro do sulco da hélice de actina, permitindo exposição do sítio de ligação da actina com a miosina e, por conseguinte, a ativação do complexo miosina-atp com consequente deslizamento da actina sobre a miosina. deslizamento da actina sobre a miosina. (*) O reduzido número de junções comunicantes (gap) no nódulo atrioventricular retarda o impulso vindo dos átrios. Isso permite que os átrios se contraiam antes da contração ventricular, bombeando assim sangue para o interior dos ventrículos antes de começar a forte contração ventricular para bombear o sangue pelo sistema vascular do corpo. (**) Refere-se ao mecanismo pelo qual o potencial de ação provoca a contração das miofibrilas. (***) Como a actina e miosina II estão ligadas a filamentos intermediários do citoesqueleto (desmina e vimentina) que se prendem aos corpos densos do sarcolema, ocorre a contração da célula como um todo. 7 7