FUNÇÕES DO TECIDO MUSCULAR

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1 TECIDO MUSCULAR Embora os ossos sirvam de alavancas e formem o arcabouço do corpo, eles não podem, por si mesmos, mover as partes do corpo. O movimento resulta da contração e do relaxamento alternados dos músculos, que representam 40-50% do peso corporal total. A força muscular reflete a função primária do músculo em modificar a energia química em energia mecânica, para gerar força, realizar trabalho e produzir movimento. Existem dois tipos principais de tecido muscular: o músculo estriado e o músculo liso. As células do músculo estriado possuem faixas claras e escuras alternadas denominadas estriações, visíveis somente quando esse músculo é examinado ao microscópio em corte longitudinal. Já o músculo liso não exibe essas estriações. O músculo estriado pode ainda ser classificado em três tipos tomando como base a sua localização: (1) músculo estriado esquelético, (2) músculo estriado visceral e (3) músculo estriado cardíaco. O músculo estriado esquelético está fixado aos ossos e é responsável pelo movimento do esqueleto e pela manutenção da posição e da postura do corpo. O músculo estriado visceral é histologicamente idêntico ao músculo estriado esquelético, porém está ligado a tecidos moles e não ao esqueleto como, por exemplo, os músculos da língua, da faringe, do diafragma, da porção superior do esôfago e de alguns esfíncteres como o esfíncter externo da uretra e o externo do ânus. Por fim, o músculo estriado cardíaco encontrado no coração é o principal constituinte da parede dos átrios e dos ventrículos. As estriações do músculo estriado são formadas pelo arranjo extremamente ordenado e organizado dos filamentos finos e grossos. Esse arranjo é o mesmo em todas as células musculares estriadas. As principais diferenças ocorrem entre as células estriadas esqueléticas e cardíacas, diferenças relacionadas ao tamanho das células, ao formato e também no modo de comunicação entre elas. As células musculares lisas não possuem estriações porque os filamentos finos e grossos não se arranjam tão ordenadamente como ocorre nas células musculares estriadas. O músculo liso é encontrado nas estruturas ocas internas, como nos vasos sanguíneos e nos tratos respiratório, gastrointestinal (GI), urinário e reprodutor. Também é encontrado nos músculos eretores dos pelos e nos músculos intrínsecos do olho responsáveis pela dilatação e contração da pupila. FUNÇÕES DO TECIDO MUSCULAR Por meio de contrações sustentadas, ou por contrações alternadas com relaxamentos, o tecido muscular exerce cinco funções chaves: produção dos movimentos corporais, estabilização das posições do corpo, regulação do volume dos órgãos, movimentação de substâncias dentro do corpo e produção de calor. Produção dos movimentos corporais: os movimentos do corpo, como andar ou correr, e os movimentos localizados, como o segurar um lápis ou inclinar a cabeça, dependem do funcionamento integrado de ossos, articulações e músculos esqueléticos. Estabilização das posições corporais: as contrações dos músculos esqueléticos estabilizam as articulações e participam da manutenção das posições corporais, como ficar de pé ou sentado. Os músculos posturais se mantêm contraídos como, por exemplo, os músculos do pescoço mantendo a posição da cabeça. Regulação do volume dos órgãos: a contração sustentada de músculos lisos, chamados esfíncteres, pode impedir a saída do conteúdo de órgão oco. O armazenamento temporário de alimento no estômago, de urina na bexiga ou de fezes no reto, é possível porque os esfíncteres de músculo liso ou estriado fecham as vias de saídas desses órgãos. Movimento de substâncias dentro do corpo: as contrações do músculo cardíaco bombeiam o sangue para os vasos sanguíneos do corpo. A contração e o relaxamento do músculo liso nas paredes dos vasos sanguíneos, ajudam a regular seus diâmetros e, dessa forma, a regular a intensidade do fluxo sanguíneo. As contrações do músculo liso também movem o alimento e substâncias, como a bile e as enzimas digestivas, ao longo do trato gastrintestinal, empurram os gametas (espermatozoides e ovócitos) pelos sistemas reprodutivos e propelem a urina pelo sistema urinário. As contrações do músculo esquelético promovem o fluxo de linfa e o retorno do sangue para o coração. Produção de calor: quando o tecido muscular se contrai, ele também produz calor. Grande parte desse calor, liberado pelo músculo, é usado na manutenção da temperatura corporal normal. As contrações involuntárias do músculo esquelético, referidas como calafrios, podem aumentar a intensidade da produção de calor equilibrando a temperatura corporal. PROPRIEDADES DO TECIDO MUSCULAR O tecido muscular tem quatro propriedades específicas, que lhe permitem funcionar e contribuir para a homeostasia: excitabilidade elétrica, contratibilidade, extensibilidade e elasticidade. Excitabilidade elétrica: propriedade comum às fibras musculares, aos neurônios e às células glandulares, é a capacidade de responder a certos estímulos, a partir de sinais elétricos, como por exemplo, potenciais de ação (impulso nervoso). Os potenciais de ação se propagam ao longo da membrana plasmática da célula, devido à presença de canais iônicos específicos. Além do impulso nervoso, algumas fibras

2 musculares são estimuladas por sinais elétricos gerados pelo próprio tecido muscular, como acontece, por exemplo, com o músculo cardíaco, ou por hormônios distribuídos pelo sangue como acontece, por exemplo com o músculo liso e o próprio músculo cardíaco. Contratibilidade: é a capacidade do tecido muscular de se contrair com bastante força, quando estimulado por um potencial de ação. Extensibilidade: é a capacidade do músculo de ser estirado, sem ser lesionado. Exemplos de estiramento muscular ocorre quando o estômago se enche com alimento ou quando o coração se enche de sangue. Durante as atividades normais, ocorre também o estiramento do músculo esquelético. Elasticidade: é a capacidade do tecido muscular de retomar a seu comprimento original, após contração ou extensão. MÚSCULO ESTRIADO ESQUELÉTICO ORIGEM DO MÚSCULO ESTRIADO ESQUELÉTICO Cada célula da musculatura esquelética, comumente denominada fibra muscular, é formada por células individuais chamadas mioblastos. Durante o desenvolvimento embrionário, vários mioblastos se fundem formando uma fibra muscular esquelética madura que, por isso, é multinucleada. Os núcleos da fibra muscular estão localizados no citoplasma logo abaixo da membrana plasmática, que também recebe um nome especial de sarcolema. Uma vez tendo ocorrido essa fusão, a fibra muscular perde sua capacidade de passar por divisão celular. Assim, o número de células musculares esqueléticas é determinado antes do nascimento, e a maioria dessas fibras dura por toda a vida. O crescimento muscular que ocorre após o nascimento, é realizado, principalmente, por aumento de volume das fibras existentes. Alguns mioblastos persistem no músculo esquelético maduro como células satélites, que conservam a capacidade de se fundir entre si ou com fibras musculares lesionadas para regeneração. Uma fibra muscular não deve ser confundida com uma fibra do tecido conjuntivo. As fibras musculares são células do músculo, enquanto as fibras do tecido conjuntivo são formadas por proteínas produzidas pelas células desse tecido. Observe na figura a seguir o processo de formação de uma fibra muscular esquelética. 53 COMPONENTES DE TECIDO CONJUNTIVO As fibras musculares esqueléticas são mantidas unidas por tecido conjuntivo que circunda as fibras musculares individuais como também circunda feixes de fibras musculares. Esse tecido conjuntivo é essencial para a transmissão de força durante a contração. No final do músculo, esse tecido conjuntivo continua além do músculo para formar o tendão. Além disso, um rico suprimento de vasos sanguíneos e nervos viaja por

3 esse tecido conjuntivo. O tecido conjuntivo que circunda o músculo esquelético é denominado, de acordo com sua relação com as fibras musculares, em endomísio, perimísio e epimísio. O endomísio é uma camada delicada de fibras reticulares que circunda cada fibra muscular. Apenas vasos sanguíneos de pequeno diâmetro e axônios de neurônios estão presentes no endomísio correndo paralelamente com as fibras musculares. O perimísio é uma camada de tecido conjuntivo mais espessa que circunda um grupo de fibras musculares para formar um feixe ou fascículo. Os fascículos são unidades de fibras musculares que tendem a se contrair em conjunto. Vasos sanguíneos mais calibrosos e nervos seguem seu curso no perimísio. O epimísio é formado de tecido conjuntivo denso que circunda um conjunto de feixes que constituem o músculo. O principal suprimento vascular e nervoso do músculo penetra nele pelo epimísio. Observe na figura abaixo em (a) o endomísio visto pela microscopia eletrônica e em (b) organização estrutural de um músculo esquelético com os seus tecidos conjuntivos que o envolvem e seus constituintes internos. 54 ANATOMIA MICROSCÓPICA DA FIBRA MUSCULAR ESQUELÉTICA No interior do sarcolema, fica o citoplasma da fibra muscular denominado sarcoplasma que contém glicogênio, que pode ser quebrado a glicose e usado para a síntese de ATP. Além disso, o sarcoplasma contém mioglobina, proteína de coloração avermelhada presente apenas nas fibras musculares, que armazena moléculas de O2, necessárias à síntese de ATP nas mitocôndrias. O sarcoplasma é repleto de miofibrilas formadas por conjuntos de filamentos finos e grossos. As estriações observadas nas miofibrilas que se estendem por todo o comprimento da fibra muscular fazem com que toda a fibra muscular pareça estriada. Observe a figura a seguir acompanhando a descrição. Milhares de pequenas invaginações da sarcolema, chamadas túbulos T (túbulos transversos), mergulham desde a superfície até o centro de cada fibra muscular. Após a chegada de um impulso nervoso, o potencial de ação muscular se propaga pelo sarcolema e pelos túbulos T, se espalhando rapidamente pela parte interna de toda a fibra muscular. Essa disposição assegura que todas as miofibrilas, até mesmos as

4 mais distantes da sarcolema sejam excitadas quase que simultaneamente quando a fibra muscular esquelética recebe um impulso nervoso. Sistema de sacos membranosos semelhante ao retículo endoplasmático liso, chamado retículo sarcoplasmático (RS), circunda as miofibrilas em diferentes regiões. As partes dilatadas desses sacos são chamadas cisternas terminais. Os túbulos T alcançam duas cisternas terminais e as envolvem formando uma tríade. Em uma fibra muscular relaxada, as cisternas terminais armazenam íons cálcio (Ca ++ ). A liberação de íon cálcio no sarcoplasma banhando as miofibrilas desse íon é condição essencial para iniciar o processo de contração muscular. ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS MIOFIBRILAS Como dito anteriormente, uma fibra muscular é repleta de subunidades estruturais dispostas longitudinalmente denominadas miofibrilas que se estendem por todo o comprimento da fibra muscular. Fazendo parte da formação das miofibrilas, existem dois tipos de estruturas ainda menores, chamadas filamentos que são de dois tipos, os filamentos grossos, formados pela miosina e os filamentos finos formados principalmente pela actina. A miosina e actina estão presentes também em outras células, porém em quantidades menores, desempenhando papel na citocinese (divisão do citoplasma), exocitose e migração celular. Ao contrário, as células musculares contêm uma grande quantidade desses filamentos, se utilizando deles para realizar unicamente a contração. Esses filamentos se distribuem de modo ordenado formando compartimentos chamados sarcômeros, que são as unidades que se repetem ao longo de uma miofibrila. Os filamentos finos e grossos que são elementos contráteis verdadeiros do músculo estriado, se sobrepõem, em maior ou menor grau, dependendo se o músculo está contraído, relaxado ou estirado. O padrão dessa sobreposição cria as estriações, que podem ser vistas quando o músculo é observado na microscopia em preparações de cortes longitudinais das fibras musculares. A linha central do sarcômero é denominada linha M e as extremidades do sarcômero denominadas discos Z. Observe a figura a seguir acompanhando a descrição. 55 Os filamentos finos se originam no disco Z e se projetam em direção ao centro de dois sarcômeros adjacentes, portanto, apontando para direções opostas. Sendo assim, um único sarcômero possui dois grupos de filamentos finos, cada um deles fixado em um disco Z, com todos os filamentos de cada grupo apontados para o centro do sarcômero, porém esses dois grupos de filamentos finos não se encontram no centro do sarcômero. Os filamentos grossos também formam arranjos paralelos e também não se estendem por todo o comprimento do sarcômero. Eles se originam no centro do sarcômero e se projetam em direções às duas extremidades desse mesmo sarcômero mas não atingindo as extremidades. Portanto, existem regiões de cada sarcômero, a cada lado do disco Z, onde somente filamentos finos estão presentes denominadas banda I. Da mesma forma, existem regiões a cada lado do centro do sarcômero onde somente filamentos grossos estão presentes denominadas banda H. A região de cada sarcômero na qual está contida toda a extensão dos filamentos grossos é a banda A. A banda H é dividida pela linha M. Durante a contração, os filamentos finos e grossos não se encurtam. Em vez disso, os dois discos Z nas extremidades dos sarcômeros se aproximam no momento em que os filamentos finos deslizam por sobre os filamentos grossos (teoria do deslizamento dos filamentos). Portanto, quando a contração ocorre, o

5 movimento dos filamentos finos em direção ao centro do sarcômero cria uma grande sobreposição entre os dois grupos de filamentos, efetivamente reduzindo a espessura das bandas I e H, mas sem influenciar a espessura da banda A. O arranjo dos filamentos grossos e finos possui uma relação constante e específica. Nas células musculares estriadas esqueléticas, cada filamento grosso é circundado, de forma equidistante, por seis filamentos finos. Cortes transversais da região de sobreposição entre os filamentos finos e grossos mostram um padrão hexagonal, sendo o centro ocupado por um filamento grosso. A organização estrutural das miofibrilas é mantida principalmente por cinco tipos de proteínas: titina, miomesina, α-actinina e nebulina. Os filamentos grossos estão posicionados de forma precisa dentro do sarcômero com o auxílio da titina e da miomesina. A grande proteína titina se estende a partir de um filamento grosso até o disco Z e, devido a sua propriedade elástica, oferece ao sarcômero a capacidade de se alongar e de se encurtar. A miomesina interconecta aos filamentos grossos a fim de manter seu arranjo específico. Os filamentos finos são mantidos em paralelo por uma proteína em forma de bastão denominada α- actinina, um componente do disco Z. Além disso, moléculas de nebulina, uma longa proteína não elástica, ancorando os filamentos finos ao disco Z e assegurando a manutenção de seu arranjo específico. Filamento Finos e Grossos Os filamentos grossos são compostos por moléculas de miosina unidas umas às outras pelas suas extremidades. Cada filamento grosso é composto por cerca de 300 moléculas de miosina. Cada molécula de miosina é composta por duas cadeias idênticas. Essas cadeias se assemelham a dois tacos de golfe enovelados em hélice. As cabeças dos tacos recebem a adenosina trifosfato (ATP) e podem se ligar aos filamentos finos atuando na formação de pontes cruzadas. As cabeça da miosina também possui atividade ATPase e motora, ou seja, elas podem quebrar a ligação entre o fosfato e o ADP e liberar energia para gerar movimento. Observe a figura a seguir. 56 O principal componente de cada filamento fino é a actina F, um polímero de unidades globulares de actina G. Embora as moléculas de actina G sejam globulares, elas estão todas polimerizadas na mesma orientação espacial, impondo uma específica polaridade ao filamento. Uma das extremidades de cada filamento fino está ligada ao disco Z pela α-actinina, a outra extremidade se estende em direção ao centro do sarcômero. Cada molécula de actina G também contém um sítio, denominado sítio ativo, onde a cabeça da miosina se liga. Duas cadeias da actina F se entrelaçam fortemente uma ao redor da outra formando uma dupla hélice como dois cordões de pérolas. Moléculas de tropomiosina, que tem a forma de um lápis, também faz parte do filamento fino. Essas moléculas se polimerizam para formar filamentos que envolvem a dupla hélice da actina F cobrindo os sítios ativos das moléculas de actina G. Ligada a cada molécula de tropomiosina encontra-se uma molécula de troponina, que contém três subunidades: TnT, TnC e TnI. A subunidade TnT está ligada à molécula de tropomiosina, a subunidade TnC possui grande afinidade pelo íon cálcio e a subunidade Tnl também impede a ligação entre a cabeça da miosina e a actina. A ligação do cálcio à subunidade TnC induz a uma mudança conformacional da tropomiosina, liberando os sítios ativos da actina G previamente bloqueados de modo que as cabeças das moléculas de miosina possam se ligar a esses sítios ativos da actina G. Observe a figura a seguir.

6 CONTRAÇÃO E RELAXAMENTO DAS FIBRAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS Durante o processo de contração muscular, as cabeças de miosina se ligam na actina nas zonas de sobreposição, puxando progressivamente os filamentos finos em direção à linha M. Como resultado, os filamentos finos deslizam em direção ao centro do sarcômero. À medida que os filamentos finos deslizam em direção ao centro, os discos Z se aproximam e o sarcômero se encurta. O encurtamento dos sarcômeros produz o encurtamento de toda a miofibrila, o encurtamento de todas as miofibribrilas de uma fibra produz a contração dessa fibra muscular e o encurtamento de todas as fibras de um músculo produz a contração de todo o músculo. A contração reduz de forma efetiva o comprimento de repouso da fibra muscular e é iniciado por impulsos nervosos que são transmitidos na junção neuromuscular. A força de contração de um músculo como o bíceps, por exemplo, ocorre em função do número de fibras musculares que se contraem. É importante que se saiba que a fibra muscular esquelética possui um potencial de repouso em torno de -90 milivolts (mv) e que antes do início do processo de contração, ou seja, na fibra muscular em repouso e relaxada, o ATP já se ligou na cabeça da miosina e, como a cabeça da miosina possui atividade ATPásica, ele já foi hidrolisado em adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorgânico (Pi). Além disso, na situação de relaxamento muscular, a cabeça da miosina não pode se ligar na actina pois a troponina e a tropomiosina estão impedindo essa ligação. Observe a figura a seguir. 57 A chegada do impulso nervoso no terminal axônico do neurônio provoca a exocitose de várias moléculas do neurotransmissor acetilcolina (ACh) que são liberadas na fenda sináptica, um espaço de cerca de 20 nanômetros entre o terminal axônico e a fibra muscular esquelética. A ACh atravessa a fenda e se liga ao seu receptor localizado na membrana plasmática da fibra muscular esquelética. O receptor de ACh é, na verdade, um canal de sódio (Na+) regulado por ligante, que se abre quando a ACh se liga a ele. A abertura desses canais provoca a entrada de grande quantidade de Na + e consequentemente a despolarização da fibra muscular esquelética, que passa de -90 mv para +30 mv. Essa alteração de potencial da fibra muscular esquelética provoca a abertura de grande quantidade de canais de cálcio (Ca ++ ) regulados por voltagem localizados na membrana das cisternas terminais fazendo com que aumente muito a concentração de Ca ++ no sarcoplasma. Os íons cálcio então começam a se ligar no sítio TnC da troponina. Essa ligação faz com a troponina e a tropomiosina saiam do seu local de impedimento, permitindo que a cabeça da miosina se ligue na actina com liberação do fosfato (Pi). Em seguida a cabeça da miosina usa a energia do ATP hidrolisado e empurra o filamento fino em direção ao centro do sarcômero. Durante esse movimento a cabeça da miosina perde o ADP mas continua ligada na actina. Observe a figura a seguir.

7 Uma nova molécula de ATP se liga na cabeça da miosina provocando seu desligamento da actina. Observe a figura a seguir. 58 Na cabeça da miosina a ATPase quebra o ATP em ADP + Pi e a cabeça da miosina volta a sua posição inicial podendo se ligar novamente na actina do filamento fino, porém numa região mais a frente. Desse modo, o ciclo se repete enquanto um impulso nervoso estiver excitando a fibra muscular e os íon cálcio estiverem em grande concentração no sarcoplasma. Ao mesmo tempo que algumas cabeças de miosina estão se desprendendo do filamento fino, outras estão se ligando nesse mesmo filamento fino, impedindo que os filamentos finos retornem a sua posição de repouso. Como as cabeças da miosina estão dispostas como imagem em espelho em cada lado do sarcômero, essa ação puxa os filamentos finos para o centro do sarcômero, aproximando os disco Z e encurtando o sarcômero. O ciclo de ligação e desconexão entre a cabeça da miosina e a actina deve ser repetido inúmeras vezes para que a contração do músculo como um todo seja completada. Cada ciclo de ligação e desconexão requer ATP para a conversão de energia química em movimento. Enquanto a concentração de cálcio no citosol estiver elevada o suficiente, os filamentos de actina permanecem em estado ativo e os ciclos de contração continuam. Uma vez que o impulso nervoso é interrompido, o relaxamento muscular ocorre, envolvendo uma inversão das etapas que levaram à contração. A interrupção do impulso nervoso cessa imediatamente a liberação de ACh pelo terminal axônico do neurônio. Uma enzima localizada na fenda sináptica denominada acetilcolinesterase (AChE) cliva as moléculas de ACh que poderiam continuar excitando a fibra muscular esquelética. Os canais de Na + regulados por voltagem se fecham e as bombas de Na + localizadas na membrana plasmática da fibra muscular

8 esquelética bombeiam Na + para fora fazendo com que o potencial volte para -90 mv. Com potencial de -90 mv, os canais de Ca ++ regulados por voltagem localizados na membrana das cisternas terminais se fecham e as bombas de Ca ++ localizadas nessa membrana devolvem ativamente os Ca ++ para o interior das cisternas terminais. Os níveis reduzidos de Ca ++ no citosol causam a desconexão do Ca ++ da subunidade TnC da troponina. Em seguida, a troponina e a tropomiosina retornam à posição inicial, impedindo a ligação entre a cabeça da miosina e a actina. Observe a figura a seguir que mostra os eventos que levam à contração e relaxamento de uma fibra muscular esquelética. à esquerda uma situação de relaxamento e à direita uma situação de contração. 59 A contração de um músculo é o resultado da contração das fibras musculares que o compõem. Um único neurônio pode inervar várias fibras musculares distintas de um mesmo músculo, já que seu axônio pode emitir ramificações que farão contatos sinápticos com essas diferentes fibras. No entanto, uma dada fibra muscular recebe o contato sináptico de um único neurônio. Se esse neurônio for ativado e produzir um único impulso nervoso isolado, todas as fibras musculares que ele inerva serão também ativadas, e realizarão uma contração seguida de relaxamento, processo denominado abalo muscular. O tempo do abalo muscular, ou seja, o tempo que uma fibra muscular esquelética leva para contrair e relaxar após receber um impulso nervoso isolado varia entre os diferentes músculos esqueléticos do nosso corpo, porém alguns músculos podem realizar o abalo em aproximadamente 10 milissegundos (ms). TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS Existem diferentes tipos de fibras musculares esqueléticas com características fisiológicas diferentes e várias denominações: (1) Fibras vermelhas (tipo I ou fibras oxidativas lentas), (2) Fibras brancas (tipo IIB ou glicolíticas rápidas) e (3) Fibras rosadas (Tipo IIA ou glicolíticas oxidativas).

9 As fibras vermelhas contêm muitas mitocôndrias e grande quantidade de mioglobina. Possuem baixa velocidade de contração, são resistentes à fadiga e geram menor força de contração quando comparadas às fibras brancas. As fibras vermelhas possuem características fisiológicas que permitem que elas possam ser acionadas várias vezes e resistirem grandemente à fadiga muscular. Por isso as fibras vermelhas são propícias a trabalho de resistência, ou seja, elas conseguem realizar várias contrações sem ter uma fadiga prematura, mas não conseguem se contrair com grande força e nem possuem grande velocidade de contração pois a velocidade de ação da ATPase da cabeça da cabeça da miosina é baixa. As fibras vermelhas são tipicamente encontradas nos músculos dos membros inferiores e em músculos posturais, onde são particularmente adaptadas à contração lenta e prolongada. Uma alta porcentagem dessas fibras constitui os músculos de atletas de alta resistência como, por exemplo, os maratonistas. As fibras brancas contêm menor quantidade de mioglobina e de mitocôndrias e, por isso, possuem alta taxa de metabolismo anaeróbico. São fibras de contração rápida pois a velocidade de ação da ATPase da cabeça da miosina é alta e geram tensão muscular máxima produzindo grande força de contração.. Porém, são propensas à fadiga. Essas fibras são adaptadas a contração rápida e executam movimentos finos e precisos. Corredores de curta distância e levantadores de peso possuem uma elevada porcentagem de fibras brancas. Com características intermediárias entre as fibras vermelhas e as fibras brancas, estão as fibras rosadas. Essas características diferenciais entre os dois tipos extremos de fibras musculares esqueléticas fazem com que as fibras brancas possam responder melhor ao trabalho de hipertrofia. Indivíduos geneticamente diferentes nascem com porcentagens diferentes de cada uma dessas fibras musculares nos seus diferentes músculos. Por exemplo, se um indivíduo possui uma alta participação de fibras brancas no peitoral maior, consequentemente esse músculo produzirá uma boa resposta ao trabalho de hipertrofia quando estimulado adequadamente. Por outro lado, se o tríceps braquial possuir baixa participação de fibras brancas, ele não produzirá uma boa resposta de hipertrofia quando comprado ao peitoral maior. Em relação aos músculos da perna, mais precisamente os gastrocnêmicos (músculos da batata da perna), o desenvolvimento de hipertrofia desses músculos depende muito da sua participação de fibras brancas e vermelhas. Porém, como esses músculos são utilizados para o caminhar, eles tendem a ter uma maior participação de fibras vermelhas, permitindo uma maior resistência à fadiga. Assim, de um modo geral, os gastrocnêmicos possuem maior dificuldade de desenvolvimento de hipertrofia quando comparados a outros músculos, pois são músculos utilizados para realização de movimentos de resistência. Assista ao vídeo sobre os tipos de fibras musculares esqueléticas no endereço eletrônico: LESÃO E REPARO DO MÚSCULO ESQUELÉTICO As células satélites estão interpostas por entre as fibras musculares esqueléticas. Elas são pequenas células com citoplasma escasso. Normalmente, o citoplasma das células satélites se confunde com o sarcoplasma das fibras musculares esqueléticas na visão da microscopia óptica, tornando as células satélites difíceis de serem identificadas. As células satélites são responsáveis pela capacidade do músculo esquelético de se regenerar, porém sua capacidade regenerativa é limitada. Essas células estão normalmente inativas mas, após a lesão do tecido muscular esquelético, elas tornam-se ativadas, se proliferam e dão origem a novos mioblastos. Os mioblastos fundem-se e para formar uma nova fibra. As distrofias musculares são caracterizadas pela degeneração progressiva das fibras musculares esqueléticas, impondo uma necessidade constante às células satélites no sentido de repor as fibras degeneradas. Finalmente, a reserva de células satélites se esgota. Novos dados experimentais indicam que durante esse processo outras células miogênicas são recrutadas da medula óssea. A velocidade de degeneração, entretanto, supera a regeneração, resultando em perda muscular. Uma futura estratégia terapêutica para distrofias musculares pode incluir o transplante de células satélites ou de células miogênicas da medula óssea para o músculo lesionado. 60 MÚSCULO ESTRIADO CARDÍACO O músculo estriado cardíaco é encontrado somente no coração e é composto por uma rede de células musculares cardíacas ramificadas e separadas umas das outras por finos septos de tecido conjuntivo por onde penetram vasos sanguíneos e nervos. Esses vasos sanguíneos se ramificam formando uma rica rede de capilares que envolvem cada fibra muscular cardíaca. O músculo estriado cardíaco difere do músculo estriado esquelético e do músculo liso por ter a capacidade de se contrair por si próprio e independente do sistema nervoso. Um sistema de células musculares cardíacas modificadas, denominadas células auto-rítmicas, é responsável pela contração do coração. Quase metade do volume de uma célula muscular cardíaca é ocupada por mitocôndrias, o que está de acordo com o metabolismo essencialmente aeróbico desse músculo. Como a necessidade de oxigênio para as células musculares estriadas cardíacas é alta, elas contêm uma abundante quantidade de mioglobina.

10 Comparadas às fibras musculares esqueléticas, as fibras musculares cardíacas têm menor comprimento, maior diâmetro e não são tão circulares na secção transversa. São ramificadas, o que dá, às fibras individuais, aparência de um Y. Cada célula muscular cardíaca possui um único e grande núcleo central de formato oval, embora algumas células possam apresentar dois núcleos. As células musculares dos átrios cardíacos são um pouco menores do que as dos ventrículos. Um terceiro tipo de células musculares cardíacas possuem também função endócrina (especialmente as do átrio direito) secretando um hormônio denominado peptídeo natriurético atrial (PNA), que funciona como redutor da pressão arterial. Esse peptídeo atua na redução da capacidade dos túbulos renais em reabsorver sódio e água diminuindo, dessa forma, o volume sanguíneo. As células musculares cardíacas formam junções altamente especializadas, denominadas discos intercalares, que unem uma célula à outra através de suas extremidades. Os discos intercalares possuem grande quantidade de desmossomas que mantem unidas as fibras musculares cardíacas e de junções comunicantes (junções abertas ou gap junctions) que permitem um fluxo rápido de potenciais de ação de uma célula para outra. Embora as fibras musculares se comuniquem entre si, elas formam duas redes funcionais distintas: a rede atrial e a rede ventricular. As extremidades de cada fibra, em cada uma dessas redes, conectam às extremidades das fibras vizinhas por discos intercalares. Como consequência, quando uma fibra, em qualquer uma dessas redes, for estimulada, todas as outras fibras da mesma rede, também serão. Desse modo, cada rede se contrai como uma única unidade. Quando as fibras do átrio se contraem, o sangue se desloca para os ventrículos. Quando as fibras ventriculares se contraem, elas ejetam sangue para fora do coração pelas artérias. Observe a figura a seguir que esquematiza um disco intercalar. 61 DIFERENÇAS ENTRE A FIBRA CARDÍACA E A ESQUELÉTICA O padrão de estriações das fibras musculares estriadas cardíacas é idêntico ao das fibras musculares estriadas esqueléticas uma vez que esses dois tipos de tecido muscular são formados por miofibrilas constituídas por sequência de sarcômero. Cada sarcômero da fibra muscular cardíaca possui a mesma estrutura básica que o sarcômero da fibra muscular esquelética. Assim, o modo e o mecanismo de contração são idênticos nos dois tipos de tecidos musculares estriados. Entretanto, algumas diferenças devem ser enfatizadas. O retículo sarcoplasmático (retículo endoplasmático liso da fibra muscular) das fibras musculares cardíacas não forma cisternas terminais tão grandes e não é tão extenso quanto o das fibras musculares esqueléticas. As cisternas terminais são estruturas originadas do retículo endoplasmático liso que armazenam íons cálcio. As miofibrilas devem ser banhadas pelos íons cálcio para que o processo de contração se inicie. Essas pequenas cisternas terminais se aproximam dos túbulos T mas não ocorre a formação das tríades observadas nas fibras musculares esqueléticas. Na verdade, a associação entre as cisternas terminais e os túbulos T é, normalmente, composta por dois componentes, formando uma díade. Além disso, os túbulos T das fibras musculares cardíacas são menos numerosos e possui um diâmetro quase duas vezes e meia maior do que o diâmetro dos túbulos T do músculo esquelético. Observe a figura a seguir.

11 62 Como o retículo sarcoplasmático da fibra muscular cardíaca é relativamente esparso, ele não pode armazenar cálcio suficiente para conseguir executar uma contração plena. Assim, para que a fibra muscular cardíaca realize sua contração, ela deve receber uma grande quantidade de cálcio do líquido extracelular (LEC). Como os canais de cálcio localizados na membrana plasmática das fibras musculares cardíacas que permitem a entrada desse íon são canais lentos, o processo de contração da fibra muscular cardíaca é muito mais demorado quando comparado ao tempo de contração da fibra muscular esquelética. Durante o processo de relaxamento do músculo cardíaco os íons cálcio também saem lentamente por esses canais. A consequência é que a fibra muscular cardíaca permanece contraída por um tempo entre 10 a 15 vezes maior em comparação à fibra muscular esquelética. LESÃO E REPARO DO MÚSCULO CARDÍACO O tecido muscular estriado cardíaco é incapaz de se regenerar. Após lesão, como por exemplo, um infarto do miocárdio, fibroblastos invadem a região afetada, entram em divisão celular e formam um tecido conjuntivo fibroso (cicatriz) no local da lesão provocando a perda de função nesse local. A confirmação de infarto do miocárdio pode ser feita através da detecção de marcadores específicos no sangue. Esses marcadores são as subunidades estruturais da troponina cardíaca (Tnl e TnT). Elas são geralmente liberadas na corrente sanguínea dentro de 3 a 12 h após um infarto do miocárdio. Os níveis de Tnl permanecem elevados por até 2 semanas após a lesão inicial e, portanto, ele é considerado um excelente marcador para o diagnóstico de infarto do miocárdio recentemente ocorrido. Estudos recentes em corações removidos de indivíduos que receberam transplantes revelaram a presença de mitoses nas fibras musculares cardíacas. Embora o número de divisão nesses corações seja baixo (0,1%), isso sugere que as fibras musculares cardíacas têm potencial para sofrer divisão celular. Talvez no futuro possa ser desenvolvido um método para induzir um músculo cardíaco humano a se regenerar. MÚSCULO LISO O músculo liso geralmente ocorre em feixes de células fusiformes alongadas com extremidades finamente afiladas. Essas células também denominadas fibras, estão presentes nas paredes de vasos sanguíneos, na parede de vísceras ocas, como o estômago, intestinos, útero, bexiga urinária, no trato respiratório, no músculo eretor dos pelos, nos músculos da íris que ajustam o diâmetro pupilar e no corpo ciliar que ajusta o foco do cristalino. Como no músculo cardíaco, as células musculares lisas se conectam por junções comunicantes, permitindo que pequenas moléculas e íons possam passar de uma célula para outra produzindo, desse modo, uma atividade de contração coordenada da musculatura lisa.

12 O núcleo da célula muscular lisa está localizado no centro da célula e quando a célula está contraída ele tem um aspecto de saca-rolhas em corte longitudinal. Na célula não contraída, um núcleo aparece como uma estrutura alongada com extremidades afiladas, situando-se no eixo central da célula. Quando o núcleo é visto em um corte transversal da fibra muscular lisa, ele aparece de forma circular. As células musculares lisas possuem um aparelho contrátil constituído de filamentos finos, filamentos grossos e filamentos intermediários. Os filamentos finos do músculo liso contêm actina e tropomiosina, mas não são constituídos pela troponina. Os filamentos grossos são também formados por miosina, mas diferem um pouco daqueles encontrados nos músculos estriados. Nos músculos estriados, as cabeças da miosina projetam-se nas duas extremidades do filamento ficando uma região desnuda, ou seja, sem cabeças de miosina, no centro do filamento. No músculo liso, as moléculas de miosina são posicionadas de tal forma que não há uma região desnuda no centro do filamento grosso, em vez disso, as cabeças de miosina são encontradas em toda a extensão do filamento grosso. Essa organização aumenta ao máximo a interação entre os filamentos finos e grossos, possibilitando que os filamentos finos sejam puxados por toda a extensão dos filamentos grossos. A contração da musculatura lisa também depende da entrada de Ca ++ e a entrada desse íon promove a ligação do fosfato do ATP nas cabeças da miosina o que permite com que elas se liguem na actina. Observe a figura a seguir que demonstra essa diferença de posicionamento das moléculas de miosina dos filamentos grossos dos músculos estriados e do músculo liso. 63 Entre os filamentos finos e também aderidos à membrana plasmática da fibra muscular lisa são encontradas estruturas denominadas corpos densos. Os corpos densos são formados por um grupo de proteínas (como, por exemplo, a α-actinina) e fornecem um local para a ligação dos filamentos finos. Os corpos densos são análogos aos discos Z do sarcômero, pois quando se inicia o mecanismo dos filamentos deslizantes, os corpos densos se aproximam entre si puxando a membrana plasmática em diferentes pontos para o interior da célula alterando, dessa forma, o formato da fibra muscular lisa e produzindo o formato de saca-rolha no núcleo. Observe a figura a seguir. Outra proteína denominada calmodulina é essencial para se iniciar as contrações das fibras musculares lisas. A calmodulina, pelo fato de se ligar ao Ca ++, é considerada análoga ao sítio TnC da troponina nos músculos estriados. Após a ligação do Ca ++, o complexo Ca ++ -calmodulina ativa a fosforilação da cabeça da miosina que se torna capacitada a se ligar aos filamentos de actina. CONTRAÇÃO DO MÚSCULO LISO Em alguns aspectos a contração da musculatura lisa é semelhante à contração da musculatura estriada uma vez que para iniciar a contração da fibra muscular lisa também é necessária a sua despolarização. A despolarização da fibra muscular lisa, por sua vez, provoca o aumento da concentração de Ca ++ no sarcoplasma através da abertura de canais de Ca ++ regulados por voltagem localizados na membrana do retículo endoplasmático liso (REL) e na membrana plasmática. Esse aumento da concentração de Ca ++ é diretamente responsável pela contração da fibra muscular lisa. Embora exista essa semelhança, alguns estímulos que causam a contração da musculatura lisa são diferentes daqueles que causam a contração da musculatura estriada como, por exemplo, os estímulos mecânicos e químicos.

13 No estímulo mecânico, o estiramento do músculo liso vascular provoca a abertura de canais iônicos regulados mecanicamente localizados na membrana plasmática da fibra muscular lisa provocando a sua despolarização. Essa despolarização promove a abertura dos canais de Ca ++ regulados por voltagem localizados na membrana do REL e na membrana plasmática levando à contração da fibra muscular lisa. Isso explica o porquê dos vasos sanguíneos se contraírem em respostas ao estiramento. Já os estímulos químicos são desencadeados por hormônios que se ligam a receptores específicos localizados na membrana plasmática da fibra muscular lisa. Essa ligação ativa mensageiros citoplasmáticos que provocam diretamente a abertura dos canais de Ca ++ regulados por ligantes localizados na membrana do REL causando a depolarização da fibra muscular lisa. O hormônio ocitocina, por exemplo, estimula a contração da célula muscular lisa e sua liberação pela neurohipófise é essencial na contração uterina durante o parto. Essa substância frequentemente é utilizada para induzir ou intensificar o trabalho de parto. De forma semelhante ao músculo estriado, o estímulo nervoso através da liberação dos neurotransmissores também altera o potencial da fibra muscular lisa provocando a abertura dos canais de Ca ++ regulados por voltagem localizados na membrana do REL e na membrana plasmática da fibra muscular lisa. Essa contração geralmente é regulada pelos neurônios do sistema nervoso autônomo (SNA), tanto por nervos simpáticos quanto parassimpáticos. Embora as células musculares lisas sejam desprovidas de túbulos T, elas possuem um grande número de invaginações da membrana plasmática que se aproximam do REL de 64

14 modo semelhante ao túbulo T do músculo estriado favorecendo também a liberação de Ca ++ pelo REL. Durante o processo de relaxamento da fibra muscular lisa, o Ca ++ é removido do sarcoplasma pelas bombas de Ca ++ localizadas na membrana do REL e na membrana plasmática que transportam ativamente o Ca ++ de volta ao REL e para o meio extracelular, respectivamente Como no músculo estriado, a contração do músculo liso é iniciada por um aumento da concentração de Ca ++ no sarcoplasma, mas por não possuir troponina, o mecanismo de contração do músculo liso é diferente. O aumento da concentração de Ca ++ no músculo liso estimula a formação do complexo Ca ++ - calmodulina que ativa a fosforilação da cabeça da miosina. Esta fosforilação da cabeça da miosina não é realizada diretamente pelo complexo Ca ++ -calmodulina. O complexo Ca ++ -calmodulina inicialmente se liga a uma cinase da cabeça da miosina (cinase da cadeia leve de miosina) provocando a sua ativação. Cinase é uma enzima que transfere fosfato do ATP para outras moléculas. Essa cinase ativada pelo complexo Ca ++ - calmodulina poderá transferir o fosfato do ATP para a cabeça da miosina. Quando essa transferência ocorre, a miosina se torna ativa podendo se ligar na actina e iniciar o processo de contração. Quando o fosfato é retirado da cabeça da miosina por uma fosfatase, a miosina se torna inativa se desligando da actina. Observe na figura abaixo um resumo dos processos que iniciam a contração da fibra muscular lisa. 65 A transferência do fosfato do ATP para a cabeça da miosina do músculo liso ocorre de forma lenta o que explica a contração lenta e prolongada das células musculares lisas. Assim, a musculatura lisa pode se contrair de uma maneira semelhante a uma onda, produzindo movimentos peristálticos como aqueles no trato gastrintestinal e no trato genital masculino. RENOVAÇÃO, REPARO E DIFERENCIAÇÃO DAS FIBRAS MUSCULARES LISAS As células musculares lisas podem responder a lesões através de mitoses. Além disso, o músculo liso contém populações celulares que se dividem regularmente. O músculo liso no útero, por exemplo, prolifera durante o ciclo menstrual normal e durante a gravidez, atividades controladas por hormônios. As células musculares lisas dos vasos sanguíneos também se dividem regularmente repondo células danificadas. As células musculares lisas também mostraram desenvolver-se a partir da divisão e diferenciação das células endoteliais e dos pericitos durante o processo de reparo após lesão vascular. Os pericitos estão localizados nos capilares e nas vênulas e funcionam como células-tronco multipotenciais.