Desgravada de Fisiologia Data: 18 de Novembro de 2008 Desgravadores: Marta Vaz; Corrigido por: Joana Teixeira Tema: Biomecânica do Músculo Esquelético Algumas revisões sobre músculo A especificidade da célula muscular reside na capacidade de transformar energia química em energia mecânica, que é mais desenvolvida que nos restantes tipos de células. Após a especialização em célula muscular, estas ainda se tornam mais específicas, subdividindo-se em célula do músculo esquelético, cardíaco ou liso. O músculo é o tecido mais abundante do organismo. A sua unidade estrutural é a fibra muscular ou célula muscular (pode designar-se por fibra porque tem um aspecto alongado). De acordo com a existência, ou não, de estrias transversais, classifica-se o tecido muscular em estriado ou liso, respectivamente. Dentro do estriado, existe o músculo cardíaco (apresenta um aspecto de fusão entre as células, que funcionam como um sincício 1 ) e o músculo esquelético (células muito grandes, com núcleos à periferia e estrias muito bem definidas). A principal função do músculo esquelético é a contracção muscular, embora também tenha funções de resistência e protecção. Por exemplo, em conjunto com o tecido ósseo, irá contribuir para a resistência do esqueleto, permitindo a distribuição das cargas e forças que chegam ao organismo. Para além das células musculares propriamente ditas, existe tecido conjuntivo a envolver cada célula, grupos de células (também designados por feixes de células) e também todo o músculo. Este tecido conjuntivo irá prolongar-se, dando origem a tendão, que fixa o músculo ao osso. Introdução à biomecânica do músculo Do ponto de vista biomecânico, o músculo apresenta uma componente contráctil (sendo capaz de desenvolver tensão e de se encurtar, devido ao deslizamento dos filamentos de actina e miosina) e, simultaneamente, uma estrutura elástica (devido à existência, em paralelo, de tecido conjuntivo e de tendão, que é a estrutura elástica mais importante). É da acção destes dois tipos de estruturas que resultam os nossos movimentos, dos mais simples aos mais complexos. Tipos de contracção O músculo pode realizar, essencialmente, um de dois tipos de contracção: Isométrica (mesma medida de comprimento) Contracção do músculo sem redução visível do seu comprimento, mas verificando-se a existência de um abalo (contracção única e brusca de curta duração), devido à tensão desenvolvida na célula. Isotónica (mesma tensão) Realiza-se contra uma carga constante, como um peso que é colocado na extremidade do músculo. Quando existe a estimulação, o músculo vai encurtar, havendo variação da dimensão. A contracção isotónica pode ainda subdividir-se em: o Contracção isotónica concêntrica o músculo encurta-se e os topos ósseos aproximam-se. 1 Sincício é uma célula plurinucleada, constituinte dos seres metazoários.
o Contracção isotónica excêntrica o músculo alonga-se e os topos ósseos afastam-se. Tipos de contracção muscular. (Guyton) Todos os nossos gestos, dos mais simples aos mais complexos, são misturas de contracções isométricas e isotónicas, concêntricas e excêntricas. Para analisar o tipo de contracção efectuada por um músculo, é necessário que esta seja decomposta nestes vários tipos. Relação entre a velocidade de contracção muscular e a carga Se se colocar uma carga na mão e for pedido para ser feita uma contracção rápida, verifica-se que, se a carga for relativamente baixa, se consegue executar uma contracção rápida. Se as cargas forem cada vez maiores, continua-se a executar uma contracção isotónica concêntrica, mas a velocidade irá diminuindo, até chegar a um ponto teórico em que não se consegue levantar a carga, mas apenas equilibrá-la. Atinge-se, nesse ponto, a condição de isometria, ou seja, deixa de haver redução do comprimento do músculo. A partir desse ponto, se se colocar mais carga, o músculo passa a deslocar-se (numa contracção isométrica) com uma velocidade menor e, num dado ponto, acaba por não se conseguir suportar mais a carga e esta cai, pelo que a velocidade de contracção do músculo irá crescer novamente. Gráficos que relacionem a carga com a velocidade de contracção permitem, desta forma, perceber a diferença entre contracção isométrica, isotónica, concêntrica e excêntrica e são importantes para estudar alguns tipos de patologias musculares 2. Relação entre a velocidade de contracção e a carga (Guyton) Actividade muscular no seu todo Unidade motora- conjunto de fibras de células musculares que são inervadas por um único neurónio. Unidade motora do músculo- menor porção de músculo que consegue contrair autonomamente. Quando um músculo contrai, nem todas as suas fibras contraem simultaneamente. A menor porção de fibras que contrai depende do nº de fibras inervadas por um único terminal do neurónio motor. Existem 2 Não foi possível incluir o gráfico que foi mostrado na aula porque, à data de realização da desgravada, os diapositivos ainda não tinham sido disponibilizados.
músculos onde um terminal inerva 4 a 5 fibras e outros que chegam às 500 ou 600. O nº de fibras inervadas irá depender do tipo de actividade motora que o músculo executa: Se a actividade for mais grosseira, ou seja, quando a sua principal acção é gerar força, como é o caso dos músculos bícipede ou quadricipede, teremos um neurónio a inervar várias fibras musculares. No entanto, se for, por exemplo, um músculo da mão, em que é necessário um controlo mais fino do movimento, um neurónio irá inervar poucas fibras, possibilitando controlar melhor o movimento que se quer fazer. O nº de fibras existente numa unidade motora, ou seja, inervadas por apenas um neurónio, depende da necessidade de um maior ou menor controlo da actividade exercida por aquele músculo. Diferentes neurónios irão inervar diferentes fibras, formando várias unidades motoras. Se todos os neurónios de um determinado músculo dispararem estímulos num dado momento, então todas as fibras do músculo serão contraídas, nesse momento. Entre outros aspectos, podemos controlar a força e complexidade do gesto executado, pelo nº de fibras inervadas por um neurónio e, em cada momento, pelo nº de neurónios que estão a ser activados. A Célula muscular Relação entre a tensão produzida por uma célula muscular e a frequência de estimulação Quando se varia a frequência de estimulação numa célula podem ocorrer duas situações: Se estímulos forem suficientemente espaçados, verifica-se uma sucessão de abalos, independentes entre si. Se os estímulos forem menos espaçados, a nova contracção ocorre antes do fim da anterior. Como resultado, a segunda contracção é acrescentada à precedente, provocando um aumento da amplitude do abalo. Se a frequência continuar a aumentar, as contracções sucessivas passam a ser tão rápidas que chegam literalmente a fundir-se, originando um tétano fisiológico. Existem dois tipos de tétano fisiológico: Tétano imperfeito a amplitude do abalo aumenta e existem oscilações da linha máxima. Tétano perfeito não se distinguem oscilações da linha máxima, embora a amplitude do abalo aumente. São produzidas contracções tetânicas em muitos gestos do quotidiano. Por ex, quando se mantém um peso na mão, obrigando à contracção muscular. Aumento da frequência e tetanização. (Guyton)
Relação entre a tensão produzida por uma fibra muscular e o comprimento dessa célula Se uma fibra apresentar um alongamento demasiado ou esteja demasiado encurtada (contraída), a sua tensão será menor. Apresenta, por isso, uma zona óptima de alongamento, sendo que abaixo e acima dessa zona, a tensão é menor. Neste nível óptimo de alongamento, existe uma maior quantidade de pontes cruzadas entre actina e miosina, que determinam um grau de tensão maior. Se existir um alongamento da célula superior ao normal, irá haver menor quantidade de pontes cruzadas formadas, diminuindo, assim, a tensão. Em fibras mais encurtadas, existirá uma sobreposição de actina e miosina, pelo que a tensão será, também, menor. Esta é uma das razões pela qual se devem fazer alongamentos antes de uma prova desportiva, no sentido de tentar optimizar a relação entre actina e miosina, para que seja desenvolvida uma maior tensão. É possível controlar a tensão desenvolvida por uma célula muscular através do grau de alongamento provocado e da frequência de estimulação. Será desenvolvida uma maior tensão quando a fibra se encontrar na zona óptima de alongamento e for sujeita a uma frequência de estimulação tetânica, que permita manter um abalo contínuo e com maior amplitude. O músculo não é só constituído por células musculares porque, se assim fosse, a curva da tensão desenvolvida pelo músculo seria o somatório das curvas de tensão desenvolvida por todas as células musculares individuais, o que não acontece. De facto, o músculo apresenta, também tecido conjuntivo. Tensão activa desenvolvida por um músculo Somatório da tensão das fibras que o constituem, não só a tensão activa das fibras musculares, como a tensão passiva, resultante do estiramento a que está sujeito o tendão. Por este último ser uma estrutura elástica, ao aplicar uma tensão, se esta for cessada, o tendão irá voltar à sua posição inicial. Tensão total = tensão activa das fibras musculares + tensão passiva do tendão Um dos componentes mais frágeis do aparelho locomotor é o tendão. Enquanto o músculo tem capacidade de se adaptar ao esforço e exercício físico, o tendão permanece praticamente inalterado. Até atingir a idade adulta, o tendão e o músculo de um indivíduo vão crescendo. A partir dessa altura, estas estruturas estabilizam. No entanto, se passado uns anos, se sujeitar as células musculares a determinadas condições de exercício (esforço), o músculo é capaz de responder a este estímulo, hipertrofiando-se, ou seja, aumentando de diâmetro e levando, consequentemente, ao aumento de diâmetro do músculo. No entanto, o tendão não irá hipertrofiar-se, mantendo as características que tinha anteriormente. Ao servir de ancoragem do músculo ao osso, vai ser sobre ele que se irão repercutir as forças que são aplicadas, sendo, por isso, a zona mais fraca do aparelho locomotor, pelo que será a este nível que irão, mais frequentemente, existir complicações clínicas. Não só a nível do tendão propriamente dito, como também nas zonas de transição tendão-músculo ou tendão-osso, pelas suas particularidades. Tipos de fibras musculares Podem ser classificadas de acordo com a velocidade de encurtamento (fibras lentas ou rápidas) e das vias de síntese do ATP (fibras que utilizam a via glicolítica ou oxidativa). Apesar de existirem excepções, de uma maneira geral podemos agrupar as fibras em: Fibras de tipo I Lentas e que utilizam o metabolismo oxidativo. Nestas, é possível manter a contracção durante muito tempo sem entrar em fadiga. Fibras do tipo II A Intermédias entre tipo I e tipo IIB.
Fibras do tipo II B rapidamente. Rápidas e que obtêm energia pela via glicolítica, entrando em fadiga muito Nos nossos músculos, existe uma mistura destes tipos de fibras, permitindo que cada músculo tenha a capacidade de executar exercício de forma contínua, graças às fibras do tipo I, e simultaneamente, apresente a capacidade de, noutra situação, desenvolver tensão muito rapidamente e com valores muito elevados, graças às fibras do tipo II B. Assim conseguimos, por um lado, executar esforços de resistência e, por outro, esforços de desenvolvimento de tensão rápida, dependendo do tipo de fibra estimulada. Transpondo para o desporto, um corredor de maratona terá as fibras de tipo I mais desenvolvidas, enquanto um corredor de 100 m terá as fibras do tipo II B mais desenvolvidas, nos seus músculos. Esta especialização, para além de treino, exige uma herança genética, uma vez que o nº de fibras de cada um destes tipos herdado varia de indivíduo para indivíduo. Todos estes parâmetros apresentados no esquema são controlados pelo Sistema Nervoso e, em cada momento, serão desencadeados estímulos que irão permitir, controlando cada uma destas variáveis, desenvolver o estímulo mais económico e mais eficaz possível, permitindo adaptar, por exemplo, a força, ao tipo de movimento que é efectuado. Músculo e exercício Os músculos têm que desempenhar a sua função (contrair) e, caso não o façam, acabam por atrofiar. Podem atrofiar por desuso ou por falta de suprimento neuronal. Em qualquer uma destas situações é possível verificar uma diminuição do diâmetro da fibra e do seu potencial oxidativo. Num indivíduo sedentário, a atrofia inicia-se nas fibras de tipo II enquanto num atleta se inicia nas fibras mais desenvolvidas. Por oposição, pode ocorrer hipertrofia muscular, quando se desenvolve ou as fibras do tipo I ou IIB, de acordo com a modalidade desportiva que se pretende praticar. Músculo e envelhecimento A força diminui 30 a 40% entre os 30 e os 80 anos. A atrofia muscular, por diminuição do diâmetro das fibras, torna os indivíduos com mais idade mais susceptíveis a quedas. Assim, alerta-se para a importância da prática de exercício, para diminuir a velocidade de perda destas capacidades do músculo, descritas anteriormente.
Avaliação da força muscular É feita, na prática clínica, através de uma escala semi-quantitativa em que a força é avaliada de 0 a 5. Grau 0 O indivíduo não consegue produzir movimento nem é possível visualizar contracção muscular. Grau 1 Vê-se o músculo contrair, sem produção de movimento. Grau 2 É produzido movimento, mas apenas a favor da força de gravidade. Grau 3- É produzido movimento que contraria a força de gravidade. Grau 4 Existe força muscular inferior ao observador, ou seja, a força de quem está a ser testado é inferior à de quem faz o teste. Grau 5 Existe força muscular normal. Esta escala é útil em termos clínicos, mas é muito redutora, pelo que existem métodos mais rigorosos, que permitem avaliar a força muscular com mais detalhe. Os testes de exercício permitem avaliar aparelho respiratório, cardiovascular ou musculoesquelético. Neste último pode avaliar-se força, resistência, velocidade e flexibilidade. São utilizados dinamómetros, instrumentos que se destinam à avaliação da força muscular. O mais habitual é o dinamómetro isocinético, que pressupõe a execução de um exercício a velocidade constante. Como não se consegue fazer isto naturalmente, é o aparelho que, aquando da contracção muscular feita pelo indivíduo, de máxima força e voluntária, obriga a que este movimento seja efectuado a velocidade constante. É possível, assim, extrair um conjunto de parâmetros fisiológicos e biomecânicos, que permitem quantificar a força máxima, resistência, quantidade de trabalho executada, analisar a fadiga, comparar músculos agonistas com antagonista (músculos que fazem o mesmo movimento com os que fazem o movimento oposto). Numa dada articulação, e devido à existência de gravidade, existe sempre um grupo muscular que predomina face a outro (por ex, os flexores face aos extensores) e existe, habitualmente, uma relação fisiológica entre estes grupos. Estes dados, conjuntamente com os recolhidos pelo dinamómetro são usados, por exemplo, em medicina desportiva, para saber se um indivíduo já recuperou de uma dada lesão.