FISIOLOGIA DA CONTRAÇÃO

BASES FISIOLÓGICAS DA CONTRAÇÃO MUSCULAR

    O músculo pode ser comparado a uma máquina que transforma energia química em trabalho, produzindo calor. Quando em atividade, pode alterar sua tensão e seu comprimento. As propriedades fisiológicas dos músculos são diferentes nos diferentes estados: relaxamento, início da contração, contração propriamente dita e retorno ao relaxamento.

    A força exercida pelo músculo na contração é medida pela unidade de tensão (P), que permite a correção para o tamanho do músculo (medida pela área de maior secção transversal do músculo em questão). O tamanho do músculo é expresso como uma fração do comprimento do músculo em que ele é capaz de exercer maior tensão isométrica (lo).

    Um músculo relaxado pode ser estendido até certo comprimento, quando então oferece resistência ao aumento do comprimento. Esta resistência caracteriza a existencia de um componente elástico no músculo em repouso. No entanto, quando um músculo é estimulado tetanicamente não se permitindo a mudança de comprimento (contração isométrica), observa-se a situação de tensão máxima. A tensão varia muito conforme o estado do músculo (relaxado, pouco contraído, muito contraído, contração máxima). No caso de um músculo contraído ao máximo, a velocidade de contração é zero [peso infinito]. Quando diminuimos o peso aplicado ao músculo, existirá um peso no qual a velocidade de contração pode ser observada (mas ainda é mínima e constante). Se o peso for diminuído gradativamente (diminuindo assim a tensão exercida pelo músculo), a velocidade de contração irá aumentando proporcionalmente (peso próximo de zero implica em velocidade de contração máxima).

    Contração isotônica: aquela em que a velocidade é diferente de zero e a tensão é constante. A produção de calor por um músculo em contração isotônica é proporcional à mudança de comprimento do músculo e não depende da velocidade de contração ou do peso que foi levantado.

    Nas contrações isoméricas, onde não há alteração do comprimento do músculo, existe a liberação de calor de manutenção. Esta quantidade de calor é proporcional ao tamanho do músculo e corresponde à energia necessária para manter a tensão.

    Quando parte de um músculo está envolvido na manutenção da tensão, esta parte não estaria necessariamente impedida de participar na geração de calor. 

ESTRUTURA MOLECULAR

    Num músculo estriado esquelético típico, encontramos um eixo principal que liga os dois tendões, presos ao osso na articulação correspondente. As células musculares se orientam ao longo deste eixo, são células multinucleadas envoltas individualmente por tecido conjuntivo pelo qual chegam vasos capilares e nervos. O músculo contendo estas células é envolvido por um tecido conjuntivo mais grosso.

    Dentro das células musculares encontram-se feixes de estruturas quase tão longas quanto a própria célula (miofibrilas). Na célula muscular podem ser observados dois compartimentos individualizados: um contém miofribrilas, mitocôndrias e lisossomas. O segundo, delimitado pelo retículo sarcoplasmático, não contém organelas. 
A miofibrila apresenta uma alternância de bandas claras e escuras ao microscópio óptico. As bandas claras não apresentam birrefringência e são portanto isotrópicas (bandas I) e as bandas escuras, birrefringentes são anisotrópicas (bandas A). Esta sequência de bandas se repete pela miofibrila ao longo do seu comprimento - cada unidade é chamada sarcômero (vai da metade da banda I até a metade da banda I seguinte). A região central da banda I é marcada pela presença de um disco mais escuro, chamado linha ou disco Z. Da mesma forma, na região central das bandas A existe um área de coloração mais clara chamada banda H. A banda A é formada por filamentos de miosina (filamento grosso) e a banda I por filamentos de actina (fino). 
    O ATP é responsável pelo fornecimento direto de energia para a contração muscular. Miofibrilas isoladas podem ser contraídas e observadas a microscópio comum na presença de ATP. Durante a contração a banda I diminui de comprimento e a banda A permanece com aproximadamente o mesmo comprimento. As bandas Z se aproximam. Portanto, os sarcômeros se encurtam.

    Na ausência de ATP, a actina e a miosina permanecem ligadas. Na presença de ATP ocorre hidrólise da molécula de ATP e a energia liberada é utilizada para movimentar a junção [ponte] miosina/actina. Este modelo, chamado "filamentos deslizantes", propõe que o músculo se contraia através do deslizamento de dois filamentos um sobre o outro, sem que nenhum dos dois altere sua estrutura, composição química ou comprimento.

    Na contração muscular isotônica observa-se uma diminuição no comprimento do sarcômero e os filamentos tendem a se encontrar no centro da banda H. Neste ponto, existe tensão máxima e não há como deslizar mais os filamentos, atingindo uma situação isométrica. No caso da contração isométrica [tetânica], onde não se observa diminuição do comprimento do músculo, a energia liberada pelo ATP não pode ser transformada em trabalho devido à incapacidade de deslizar mais os filamentos sobre os outros e há produção de calor mas não de trabalho. A tensão seria então determinada pelo número de pontes ligadas aos filamentos finos.

    A quantidade de ATP hidrolisada é proporcional à reciclagem das pontes . Quando a contração é realizada com alta velocidade e baixa tensão, a reciclagem de pontes é alta e mais quantidade de ATP é necessária. À medida que a velocidade diminui, a reciclagem de pontes é mais lenta e menos ATP é consumido, mesmo que a tensão seja aumentada.
                              REGULAÇÃO DA CONTRAÇÃO MUSCULAR
Em 1947 foi demonstrado que a injeção de pequenas quantidades de Ca++ numa fibra muscular desencadeava contração não só no local, mas propagada por grande parte da fibra. Devido ao curto tempo que se observa entre a despolarização da membrana plasmática e a contração muscular, concluiu-se que não se tratava de um simples processo de despolarização e difusão de íons pela membrana.

    Atualmente sabe-se que com micropipetas suficientemente finas, pode-se estudar a contração de determinados segmentos da fibra e estimular áreas tão restritas quanto bandas A, I e Z, dependendo da especialidade do músculo e do animal em questão. A membrana plasmática das fibras musculares apresenta em determinadas regiões invaginações para o interior da fibra muscular denominados túbulos T, que se encontram ladeados por duas dilatações do retículo sarcoplasmático e que circunda conjuntos de miofibrilas. Este túbulo é o túbulo T, pois está disposto perpendicularmente à membrana plasmática.

    O estímulo elétrico é levado ao interior da fibra muscular através dos túbulos T e as cisternas laterais contendo íons Ca++ estão tão próximas da unidade contrátil que o período de tempo necessário entre o estímulo e a contração pode ser explicado desta forma [e não por difusão de íons, conforme se pensava originalmente]. Terminada a onda de despolarização, os íons calcio são ativamente rebombeados para dentro do retículo e o músculo relaxa. A regulação da contração muscular depende portanto do nível de cálcio nas miofibrilas desde que a quantidade de ATP presente, na fibra seja adequada.

    Como a bomba de cálcio é ATP-dependente, conclui-se que mesmo o processo de relaxamento exige gasto de energia.

SUBUNIDADES DA ACTINA

    A molécula de actina pura na verdade não tem grande sensibilidade ao cálcio. Existem duas proteínas responsáveis pela sensibilidade do complexo ao cálcio que são proteínas independentes. A primeira destas proteínas é a tropomiosina (filamentosa) e a segunda é a troponina (globular). A troponina pode ser dividida em 3 subunidades. A primeira, que apresenta ligações relativamente estáveis com a tropomiosina, é chamada TN-T. A segunda subunidade tem grande capacidade de inibir a ATPase da actomiosina in vitro e é chamada TN-I. A terceira subunidade tem como principal característica sua afinidade com o cálcio e é denominada TN-C. Assim, cada molécula de troponina contém 3 subunidades, uma que mantém a ligação com a tropomiosina, outra que inibe as reações da ATPase e outra responsável pela ligação com o cálcio.

    Acredita-se que nos sulcos formados entre duas fileiras de actina F enroladas sobre si mesmas (constituindo uma hiperhélice), coloquem-se os filamentos de tropomiosina. Cada molécula de tropomiosina estaria em contato com 7 moléculas de actina. Ligada a cada molécula de tropomiosina estaria uma molécula de troponina. Na ausência de cálcio, as subunidades TN-I e TN-T impediriam (devido à sua localização) a ligação da actina e da miosina, impedindo assim a contração muscular. Quando o cálcio fosse liberado, ele se ligaria à subunidade TN-C deslocando o filamento de tropomiosina, expondo os sítios de ligação da actina com a miosina. Quando o calcio fosse rebombeado para o retículo sarcoplasmático, a TN-C perderia sua afinidade pelo íon Ca++ e a molécula de tropomiosina retornaria à posição original agora impedindo que os sítios de ligação actina pela miosina ficassem expostos.

    Este sistema de contração muscular estaria constantemente "armado" e por isso a descarga elétrica desencadearia uma resposta tão rápida.