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Fisiologia geral • É o ramo da biologia que estuda as múltiplas funções, mecânicas, físicas e bioquímicas nos seres vivos • Fisiologia viral, bacteriana, celular, vegetal, animal e humana • Existem duas abordagens para explicar eventos no organismo - A finalidade de um processo - por que tremo quando sinto frio Para ajudar o corpo a se aquecer, o tremor gera calor - O mecanismo subjacente - como ocorre esse processo Quando células termorreceptores detectam uma queda na temperatura corporal, sinalizam à área no cérebro responsável pela regulagem de temperatura, em resposta essa área ativa rotas nervosas que essencialmente produzem contrações musculares involuntárias e oscilantes (tremores).” • Níveis de organização: químico - celular - órgãos - sistemas - organismo • Contexto historico Claude Bernard - conceito de homeostase - "fixidez do ambiente interno é a condição para a vida livre" - estado de normalidade Homeostasia • Define as condições de equilíbrio, que são mantidas por processos fisiológicos coordenados. • Manutenção das condições constantes, do meio interno e externo das células. • Alguns mecanismos de controle homeostático são aqueles responsáveis pela manutenção das concentrações normais dos elementos sanguíneos, da temperatura corporal, do volume e pH dos líquidos corporais, da pressão arterial e da frequência cardíaca. • Íons, nutrientes, produtos degradados e outros componentes do organismo costumam ser regulados dentro de uma faixa de valores em vez de valores fixos; • Variações na concentração de sódio são, pelo menos, 1 milhão de vezes superiores às dos íons hidrogênio —> sistema tampão; • Doença: estado de ruptura da homeostasia. Entretanto, mesmo na presença de doenças, os mecanismos o meus táticos permanecem ativos e mantém as funções vitais, por meio de múltiplas compensações; • As compensações homeostáticas após injúria podem representar um compromisso necessário para manter as funções vitais do corpo, mas a longo prazo contribuem para anomalias adicionais; Liquido intra e extracelular • Os líquidos corporais são encontrados dentro ou fora das células (meio intra e extracelular). • Mecanismos especiais de transporte de íons pelas membranas mantem as diferenças de concentração iônica entre os LICs e LECs • O espaço extracelular é dividido em compartimento vascular (ou plasma), e compartimento intersticial (intercelular) • LOT- orgânico total - 60% do corpo é líquido (soluções aquosas de íons e outras substâncias) • LIC - 40% (2⁄3 intra) - grandes quantidades de íons potássio, magnésio e fosfato. • LEC - 20% (1⁄3 extra) - dividido em: LIV: líquido intravascular/plasma - 5% LIT: líquido interstitial - 15% LT: líquido transcelular/ LCR, urina, TGI - Transportado no sangue circulante e misturado no sangue pelos líquidos teciduais por difusão, através das paredes dos capilares; - Íons e nutrientes são necessários para manter a vida celular (todas as células vivem nele); - Possui grandes quantidades de sódio, cloreto, íons bicarbonato, O2, glicose, ácidos graxos, aminoácidos, CO2 e produtos de excreção celular • A soma das moléculas extra e intra intra presentes nos líquidos formam uma osmolaridade, mas as moléculas estarão presentes em diferentes concentrações e com diferentes cargas • Cada molécula apresenta uma pressão osmótico própria (capacidade de reter água): - K+: pode carregar consigo 5 moléculas de água; - N+: pode carregar consigo 18 moléculas de água; - Proteínas são grandes carregadoras de agua para dentro do sangue, principalmente a albumina (produzida e controlada pelo fígado) Falta de albumina pode levar a edemas - agua sai do sangue e entra no tecido • LEC é transportado por 1 - movimentação do sangue e 2 - movimentação do liquido entre os capilares e espaço intercelular • Sangue atravessa capilares - parte se difunde pelo fluido intersticial Origem dos nutrientes • SISTEMA RESPIRATÓRIO: o sangue capta, nos alvéolos, o oxigênio necessário para as células. A membrana entre os alvéolos e o lúmen dos capilares pulmonares, a membrana alveolar, é fina e permite que o oxigênio se difunda, rapidamente, por movimento molecular através dessa membrana para o sangue. • SISTEMA GASTROINTESTINAL: sangue bombeado pelo coração fui através das paredes do trato gastrointestinal, onde nutrientes dissolvidos são absorvidos a partir do alimento ingerido para o LEC no sangue; (importância metabólica do fígado) • SISTEMA MÚSCULO-ESQUELÉTICO: propicia mobilidade para obtenção de alimentos e proteção contra ambientes adversos; Remoção dos produtos finais • SISTEMA RESPIRATÓRIO: dióxido de carbono • SISTEMA RENAL: ureia, acido urico, agua, glicose, aminoácidos… Regulação das funções Sistema nervoso - Aferente sensorial - SNC - medula e encéfalo - age na integração - Motor eferente - Ações mais RAPIDAS Sistema hormonal - Composto por 8 glândulas endócrinas que secretam hormônios - Complementa o sistema nervoso - Regula funções metabólicas - Ações mais LENTAS Mecanismo de controle do corpo Sistema de retroalimentação - feed (alimentar) Back (volta) A maioria dos sistemas do corpo funciona por retroalimentação negativa FEED BACK negativo • Maioria dos sistemas de controle atuam dessa forma • Alta de um fator produz a redução do mesmo fator, que é negativo em relação ao estimulo FEED BACK positivo • Normalmente nao ocorre • Pode levar a instabilidade e morte (hemorragia grave) • Estimulo inicial produz mais estimulação do mesmo tipo • Pode ser util (parto) FATORES REFULADOS HOMEOSTATICAMENTE NO ORGANISMO Concentração de nutrientes, O2, CO2 e produtos de resíduos metabólicos, pH, concentração de água e eletrólitos, volume, pressão e temperatura. Biofísica É o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos sistemas biológicos • TEORIA DO CAMPO: toda Matéria emite um Campo, que é Energia. Essa Energia se manifesta com uma Força, que pelo seu deslocamento é capaz de produzir Trabalho; • PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS DA ÁGUA: densidade, calor específico, calor de vaporização, tensão superficial, viscosidade; • PROPRIEDADES MICROSCÓPICAS: dissolução de substâncias iônicas (por ser polar, água tem alta constante dielétrica), substâncias covalentes (pela formação de pontes de hidrogênio que não perturbam a estrutura da água) e substâncias antipáticas (podem formar de soluções a suspensões; moléculas se orientam com a parte covalente para dentro e a parte polar para fora, ficando envolvidas por moléculas de água). • FUNÇÃO DA AGUA: solvente universal, transporte de substâncias, vía de excreção e termorregulação; • INTERAÇÕES DA ÁGUA: pontes de H, interações iônicas, interações hidrofóbicas, interações eletrostáticas com solutos carregados e interações de Van der Waals; • OSMOSE: é o processo efetivo de movimento da água causado por sua diferença de concentração. Sob certas circunstâncias, pode-se desenvolver diferença da concentração da água através de uma membrana, do mesmo modo como as diferenças de concentração podem ocorrer para outras substâncias. Quando isso ocorre, passa a existir movimento efetivo de água através da membrana celular, fazendo com que a célula incha ou encolha, dependendo da direção do movimento da água. • O EQUILÍBRIO HÍDRICO é realizado por meio de vários mecanismos - ingestão de agua livre é igual a eliminação de agua livre pelo corpo (ingestão de agua + alimentos = urina + manutenção da umidade da pele + suor + ) Eletrólitos • Sais minerais e vitaminas funcionam com o co-fatores do metabolismo no organismo - equilíbrio de fluidos, controle de contração muscular, carregar oxigênio para a musculatura e regular o metaolismo energético • Principais: potassio, sodio, calcio, fosforo, magnesio, ferro, iodo, zinco, selenio, fluor, cobalto, Membranas biológicas • Definir o limite externo da célula • Ser seletivamente permeável, deixando passar apenas os elementos necessários para a célulada musculatura lisa são capazes de sintetizar e secretar os materiais que compõem essa matriz, tais componentes incluem o colágeno, a elastina e os proteoglicanos Dois tipos ○ Músculo liso multiunitário: se contraem independentemente uma das outras, onde cada célula possui seu suprimento nervoso - composto por fibras musculares separadas ○ Músculo liso unitário (vascular): formam junções comunicantes com celulas contínuas, e as fibras nervosas formam sinapses somente com algumas poucas fibras musculares, ou seja, também é composto por varias fibras, porem a contração dessas ocorre simultaneamente, como uma só unidade Base física da contração do músculo liso O músculo liso não tem o mesmo arranjo estriado dos filamentos de actina e miosina • Filamentos de actina se ligam aos corpos densos. Alguns dos corpos densos estão dispersos dentro da células e mantidos na posição por uma trama de proteínas que ligam um corpo denso a outro. Outros estao aderidos à membrana celular e formam ligações com os corpos densos de celas adjacentes, permitindo que a força de contração seja transmitida de uma célula para a outra • Os filamentos de miosina são intercalados entre os filamentos de actina. Os filamentos de miosina têm um diâmetro duas vezes maior do que o dos filamentos de actina. • Unidades contráteis. As unidades contráteis individuais con- sistem de filamentos de actina irradiando de dois corpos densos; esses filamentos se sobrepõem com um filamento simples de miosina localizado no meio do caminho entre os corpos densos Comparação entre a contração do músculo liso e do esquelético Ao contrário das contrações do ME, a maioria das contrações do ML é tônica prolongada que algumas vezes perduram por horas ou mesmo dias • Ciclo lento das pontes cruzadas • Necessidade de baixa energia • Inicio lento da contracao e do relaxamento • Forca maxima de contracao aumentada Músculo liso pode encurtar em uma porcentagem maior da sua faixa de extensão O músculo esquelético tem uma distância útil de contração de somente um quarto a um terço de seu comprimento estirado, enquanto o músculo liso frequentemente pode conrair mais do que dois terços de seu comprimento estirado O “Mecanismo de Trava” facilita a manutenção prolongada das contrações • Uma vez que o músculo liso tenha desenvolvido uma contração completa, o grau de ativação do músculo normalmente pode ser reduzido para níveis menores do que os iniciais, ainda assim, o músculo pode manter sua força de contração total. • Isso é chamado de “mecanismo de trava” • A importância desse mecanismo consiste em ele manter a contração tônica prolongada no músculo liso por horas com pouco uso de energia Regulação da contração pelos íons cálcio • Como no esquelético, a contração ocorre pela entrada de Ca++ no citoplasma, mas a miosina só interage com a actina quando a miosina está fosforilada (não apresenta troponina) • Em vez da troponina, as células musculares lisas contem outra proteína reguladora, chamada calmodulina • Embora similar, o modo como ela inicia a contração é diferente do da troponina. A calmodulina inicia a contração ao ativar as pontes cruzadas da miosina (e não alterando a tropomiosina como no ME), essa ativação ocorre na seguinte sequência: Combinação cálcio - calmodulina para ativar a miosina quinas e a fosforilação da cabeça da miosina 1. Sob o estímulo do sistema nervoso autônomo, íons de Ca++ migram do meio extracelular para o sarcoplasma (citosol) 2. Os íons Ca++ se combinam com a proteína (calmodulina), ativando a enzima cinase (ou miosina quinas?) 3. A cinase fosforila uma das cadeias leves da miosina (cadeia reguladora), permitindo o desdobramento da miosina 4. A cadeia leve fosforilada permite a interação entre a actina e a miosina o que resulta na contração • Tanto a fosforilação como a dissociação das pontes cruzadas ocorrem lentamente, assim a contração é prolongada e requer menos energia • Existem outros filamentos intermediarios, com proteinas diferentes, como a destina, que nos vasos se encontra ligada a vimentina (multiunitario) • Estes intermediarios, assim como os filamentos finos, se inserem nos corpos densos (localizados no sarcoplasma ou na face do sarcolema), formados por alfa actina e outras proteinas associada a linha Z • A forca de contração é repassada, através da associação dos miofilamentos dos corpos densos, para os intermediários, atuando no enovelamento e encurtamento da celulas • CAVÉOLAS são estruturas associadas aos domínios da membrana, as quais atuam como os túbulos T, na regulação da concentração de Ca livre no citosol • Recebe fibras do SN simpático e parasimpático, mas não apresenta placa motora. • Os axônios formam dilatações entre as fibras lisas, contendo vesículas sinápticas com acetilcolina ou noradrenalina, que atuam de forma antagônica. • Em alguns órgãos as terminações colinérgicas estimulam e as adrenérgicas inibem a contração, enquanto em outros ocorre o contrário. A Miosina Fosfatase É Importante para o Término da Contração • Quando a concentração de íons cálcio cai abaixo de um nível crítico, o processo mencionado antes é automaticamente revertido, exceto pela fosforilação da cabeça de miosina • A reversão desse passo necessita de outra enzima, a miosina fosfatase, que retira o fosfato da cadeia leve regulatória; o ciclo então para e a contração termina • Dessa forma, o tempo necessario para o relaxamento da contração muscular é determinado em grande parte pela quantidade de miosina fosfatase ativa na celula Controle nervoso e hormonal da contracao do músculo liso • Embora as fibras musculares esqueléticas sejam estimuladas exclusivamente pelo SNC, o músculo liso pode ser estimulado a contrair-se por múltiplos tipos de sinais: nervosos, hormonais, estiramento e outras maneiras • A razão principal para a diferença é que a membrana do músculo liso contém muitos tipos de receptores protéicos que podem iniciar o processo contrátil. Outros receptores proteicos inibem a contração do músculo liso, o que é outra diferença em relação ao músculo esquelético Junções neuromusculares do músculo liso • As fibras nervosas autonomas, que inervam o musculo liso, geralmente se ramificam difusamente na extremidade superior do folheto de fibras musculares • Na maioria dos casos, essas fibras nao fazem contato direto com a membrana das celulas musculares, mas formam junções difusas, que secretam a substancia transmissora na maîtrise que recobre o musculo liso, que então se difunde para as celulas • Onde há varias camadas, as fibras em geral inervam apenas a camada externa, o PA e1 conduzido para as demais • Nas firas lisas, a maioria dos terminais agonias finos apresenta múltiplas varicosidades, distribuídas ao longo de seus eixos, nesses pontos, as celulas de Schwann que envelopam os axonios sao interrompidas para que a substancia transmissora possa ser secretada através das paredes das varicosidades • Nas varicosidades, encontram-se vesículas similares às da placa motora do ME esquelético, que contem substancia transmissora • Porem, diferente daquelas, que SEMPRE contem acetilcolina, as vesículas das terminações das fibras nervosas autônomas contem acetilcolina em algumas fibras e noreponefrina em outras - e ocasionalmente também outras substancias Substancias transmissoras excitatórias e inibitórias • A acetilcolina é uma substancia transmissora excitatória para as fibras do musculo liso em alguns órgãos, porem inibitório em outros • Quando a acetilcolina excita uma fibra muscular, a norepinefrina ordinariamente a inibe. E o contrario também ocorre • Alguns dos receptores proteicos são receptores excitatórios, enquanto outros são receptores inibitórios. • Assim, o tipo de receptor determina se o músculo liso será inibido ou excitado e também determina qual dos dois transmissores, acetilcolina ou norepinefrina, causa excitação ou inibição Potencial de membranano músculo liso A voltagem quantitativa do potencial de membrana do m liso depende da situação momentânea do musculo. No estado normal de repouso, o potencial intracelular é cerca de -50 a -60 mV, cerca de 30 mV menos negativo que no esquelético Potenciais de ação no músculo liso • Os potenciais de ação ocorrem nos músculos lisos de unidade única, como visceral, de maneira similar ao esquelético • Eles não ocorrem na maioria dos tipos multiunitarios de músculo liso PA no músculo liso UNITÁRIO Os potenciais do músculo liso visceral ocorrem de duas formas: - PA em Espícula: Como os observados no músculo esquelético, ocorrem na maior parte dos tipos de músculo liso unitário. A duração deste tipo de PA é de 10 a 50 ms. Tais PA podem ser desencadeados de várias formas, ex: pela estimulação elétrica, pela ação de hormônios sobre o músculo liso, pela ação de substâncias transmissoras das fibras nervosas, pelo estiramento, ou como resultado da geração espontânea na própria fibra muscular. - PA com Platôs: O início deste PA é semelhante ao do potencial em espícula, porém, em vez de uma rápida repolarização da membrana da fibra muscular, a repolarização é retardada por várias centenas a até 1.000 ms (1s). A importância do platô é que ele pode estar associado à contração prolongada que ocorre em alguns tipos de músculo liso, como o ureter, o útero em certas condições e certos tipos de músculo liso vascular Potenciais de onda lenta no músculo liso unitário e geração espontânea de PA • Alguns músculos lisos são autoexcitatórios, isto é, os PA se originam nas próprias células musculares lisas, sem um estimulo extrínseco, que estão frequentemente associados a um ritmo em onda lenta básico do potencial de membrana • A onda lenta não é o PA, isto é, ela não é um processo auto-regenerativo que se propaga progressivamente pelas membranas das fibras musculares, e sim uma propriedade local das fibras musculares lisas que compõe a massa muscular. • A causa do ritmo em onda lenta é pouco conhecida • As próprias ondas lentas não causam contração muscular, mas quando o pico do potencial de onda negativo dentro da face interna da membrana células aumenta, na direção positiva, de -60 para cerca de -35 mV, o potencial de ação se desenvolve e se propaga pela massa muscular • A importância das ondas lentas é que, quando elas são de amplitude suficiente, podem iniciar PA. • A cada pico de onda lenta ocorrem um ou mais PA, estas sequências repetitivas de PA desencadeiam a contração rítmica da massa muscular lisa, assim, as ondas lentas são chamadas de ondas marca-passo. Excitação de músculo liso visceral pelo estiramento muscular • Quando o musculo liso, visceral (unitario) é estirado o suficiente, usualmente sao gerados potenciais de ação espontâneos. Eles resultam da combinação de (1) potenciais de onda lenta normal e (2) diminuição da negatividade do potencial de membrana causado pelo estiramento • Essa resposta ao estiramento faz com que a parede do intestino, quando estirada excessivamente, se contraia automática e ritmicamente - por exemplo, quando o intestino esta muito distendido, pelo conteúdo intestinal, as contrações automáticas locais formam fraquentemente ondas peristálticas que movem o conteúdo para fora da região distendida Despolarização do músculo liso MULTIUNITÁRIO sem potenciais de ação • As fibras musculares lisas do músculo multiunitário (ex: músculo da íris do olho ou o do piloeretor de cada pêlo) contraem-se principalmente em resposta aos estímulos nervosos. • As substâncias transmissoras provocam despolarização da membrana da musculatura lisa, e isto, por sua vez, provoca contração. • PA usualmente não se desenvolvem, porque as fibras são muito pequenas para gerar um PA. (Para que PA sejam desencadeados no músculo liso unitário visceral, 30 a 40 fibras musculares lisas têm de ser desporalizadas simultaneamente antes que aconteça um PA autopropagado.) • Nas pequenas células musculares lisas, mesmo sem PA, a despolarização local (potencial juncional) causada pela substância neurotransmissora propaga-se "eletrotonicamente" por toda a fibra, o que basta para causar a contração muscular Contração do músculo liso em resposta a fatores químicos tecidas locais • Os menores vasos capilares têm pouca ou nenhuma inervação, ainda assim, o músculo liso é muito contrátil, respondendo rapidamente a alterações nas condições químicas locais no líquido intersticial circundante • No estado normal de repouso, muitos destes pequenos vasos sanguíneos permanecem contraídos, porém quando é necessário fluxo sanguíneo extra para o tecido, múltiplos fatores podem relaxar a parede do vaso, permitindo, assim, o aumento do fluxo. • Desta maneira, um poderoso sistema local de controle por feedback controla o fluxo sanguíneo para a área tecidual • Alguns dos fatores de controle específicos são os seguintes: - A falta de O2 nos tecidos locais causa relaxamento do músculo liso e, portanto, vasodilatação. - O excesso de CO2 causa vasodilatação. - O aumento na concentração de H+ provoca vasodilatação. - Adenosina, ácido lático, aumento na [K +], diminuição na [Ca++], e aumento da temperatura corporal podem causar vasodilatação local. Efeitos dos hormônios na contração muscular • Muitos hormônios que circulam no sangue afetam algum grau a contração do m liso • Entre os mais importantes desses hormônios são epinefrina, epinefrina, angiotensina II, endotelina, vasopressina, oxitocina, serotonina e histamina • Um hormônio causa contração de um musculo liso, quando a membrana da celula muscular contem receptores excitatorios controlados por hormônio. Ao contrario, o hormônio provoca inibição se a membrana contiver receptores inibitórios para o hormônio Mecanismos de excitação ou inibição do músculo liso por hormônios ou fatores tecidas • Mecanismos de excitação do músculo liso: alguns hormônios abrem canais de íons sódio ou cálcio, despolarizando a membrana e induzindo potenciais de ação ou aumentando os já existentes. • Despolarização permite entrada de íons cálcio, promovendo a contração muscular. • Mecanismos de inibição: fechamento de canais de íons positivos ou abertura de canais de potássio, levando à hiperpolarização e inibindo a contração. • Alguns hormônios ativam receptores sem alterar o potencial de membrana, liberando íons cálcio intracelulares e induzindo contração. • Receptores ativam enzimas que produzem segundos mensageiros (AMPc ou GMPc), os quais inibem a contração indiretamente. • Diversidade na resposta dos músculos lisos a diferentes substâncias, podendo causar relaxamento ou contração em diferentes locais do corpo. • Exemplo: norepinefrina inibe a contração do músculo liso no intestino, mas estimula nos vasos sanguíneos. Regeneração do Tecido Muscular No adulto os 3 tipos de tecido muscular exibem diferenças na regeneração: • O músculo cardíaco não se regenera. Nas lesões do coração (enfarte), as partes destruídas são invadidas por fibroblastos, que produzem fibras colágenas, formando uma cicatriz. • Embora os núcleos das fibras esqueléticas não se dividam, tem uma pequena capacidade de reconstituição. Admite-se que as células satélites sejam responsáveis pela regeneração, visualizadas somente à ME, consideradas mioblastos inativos. Estas células também são importantes na hipertrofia, quando se fundem com as fibras musculares preexistentes. • O músculo liso é capaz de uma regeneração mais eficiente. Ocorrendo lesão as fibras musculares lisas que permanecem viáveis entram em mitose e reparam o tecido. Na parede dos vasos sanguíneo há participação dos perícitos, que se multiplicam por mitose originando novas células musculares lisas, ocorrendo a regeneração. Duvida quanto ao atp - 2 atps no ciclo completo 1 para engatilhar e outro 1 Fisiologia óssea - capitulo 30 - Capitulo 80 - hormônios • Associar com a fisiologia do metabolismo de Ca+ e PO42-, a formão de ossos e dentes, bemcomo a regulação da vitamina D, do paratorminio - como eles aturam nos ossos e hormônios envolvidos nesse processo • PHT e calcitonina estão intimamente interligados • Visão geral da regulação de calcio e fosfato no liquido extracelular • A concentração de cálcio no LEC é regulada de forma bastante precisa - em torno de 9,4 mg/dL, o que equivale a 2,4mmol de Ca2+ por L Esse controle exato é essencial, ja que o cálcio desempenha um papel fundamental em muitos processos fisiológicos, incluindo a concentração de mm esqueléticos, cardíacos e lisos, alem da coagulação sanguínea e transmissão de impulsos nervosos - Hipercalcemia - provoca depressa progressiva do sistema nervoso (devido ao distanciamento do potencial de ação) - Hipocalcemia - induzem a maior excitação desse sistema • Apenas 0,1% deste elemento corpóreo total se encontra no LEC, cerca de 1 % está nas células (normalmente no retículo) e o restante fica armazenado nos ossos • Ou seja, os ossos podem servir como reservatórios de cálcio, liberando em caso de falta ou armazenando em caso de excesso • 85% do HPO42- corpóreo se encontra nos ossos, 15% nas células e menos de 1% no LEC - papel importante no tamponamento (pH urinário) • O calcio no plasma esta presente em três formas - 41% não difusíveis pela membrana dos capilares → está aderido a proteínas, sendo transportado pelo organismo; - 9% difusíveis, mas não ionizados → não está em sua forma livre; - 50% difusíveis e ionizados (1,2 mmol/L) →mais importante para medidas - forma livre • Fosfato inorganico no LEC - O HPO42- inorgânico no plasma encontra-se principalmente sobre duas formas: HPO42- (1,05 mmol/L) e H2PO4- (0,26 mmol/L) - Quando o pH do LEC diminui, ocorre diminuição do HPO42- e aumento do H2PO4- e o oposto quando o pH aumenta - O valor médio do fósforo inorgânico (HPO42- + H2PO4-) em adultos é de 3 a 4 mg/dL. → bem menor que a dosagem do cálcio - Pacientes em acidose tendem a jogar na urina o H2PO4- para eliminar o excesso de H+ ? Efeitos fisiológico não ósseos de alterações na [Ca2+] e [HPO42-] nos líquidos corpóreos • A mudança nos níveis de HPO42- no LEC não provoca importantes efeitos imediatamente sobre o organismo. Em contraste, até leves aumentos ou quedas do Ca2+ no LEC podem causar efeitos fisiológicos extremos imediatos. • Além disso, a hipocalcemia ou a hipofosfatemia crônicas reduzem intensamente a mineralização óssea → raquitismo em crianças A Hipocalcemia causa excitação do Sistema nervoso e tetania • Quando a [Ca2+] no LEC declina abaixo do normal, o SN torna-se progressivamente mais excitável, pois isso leva a um aumento na permeabilidade da membrana neuronal aos Ca2+, conferindo o desencadeamento natural dos PA. • Hipocalcemia acentuada - em torno de 50% abaixo do normal - pode levar a tetania e a crises epiléticas, pois as fibras nervosas tornam- se muito excitáveis, provocando espasmos nos músculos facilmente OBS: - A tetania na mão humana, que costuma ocorrer antes do desenvolvimento desse quadro em muitas outras partes do corpo. Esse evento recebe o nome de “espasmo carpopedal”. - Em geral, a tetania ocorre quando a concentração sanguínea de Ca2+ declina do seu nível normal de 9,4 mg/dL para cerca de 6 mg/dL, o que corresponde a apenas 35% abaixo da concentração normal deste elemento; a concentração letal costuma ser de aproximadamente 4 mg/ dl. Porém, o mecanismo hormonal atua de forma bastante eficiente na regulação, então para se chegar a esse quadro patológico, deve-se ter uma alteração muito grande de PTH, sendo difícil chegar-se a esses extremos; A Hipercalcemia deprime o sistema nervoso e a atividade muscular • Quando o nível de [Ca2+] no LEC se eleva acima do normal, o SN torna-se deprimido e as atividades reflexas do SNC mostram-se lentas. Ocorrendo extravasamento do cálcio pela urina • Além disso, o aumento na [Ca2+] diminui o intervalo QT do coração e provoca falta de apetite e constipação, provavelmente em decorrência da contratilidade deprimida das paredes musculares do trato gastrointestinal. • Esses efeitos depressores começam a aparecer quando o nível sanguíneo do Ca2+ se eleva acima de 12 mg/dL (não é comum devido à regulação óssea e renal), podendo ser intensificados à medida que o nível deste elemento passa dos 15 mg/dL. Quando o nível do Ca2+ ultrapassa 17 mg/dL no sangue, é provável a ocorrência de precipitação dos cristais de HPO42- de Ca2+ por todo o corpo Absorção e excreção de cálcio e fosfato Absorção intestinal e excreção fecal de Ca2+ • Os valores usuais de ingestão estão ao redor de 1000 mg/dia de Ca2+ e fósforo separadamente, o que corresponde às quantidades presentes em 1L de leite • Normalmente, os cátions divalentes como os Ca2+ são mal-absorvidos a partir dos intestinos. Entretanto a vitamina D promove a absorção de Ca2+ pelos intestinos, e cerca de 35 % (300-350 mg/dia) do Ca2+ ingerido costumam ser absorvidos; o Ca2+ remanescente no intestino é excretado nas fezes • Uma quantidade adicional de 250 mg/dia de Ca2+ ingressa nos intestinos por meio dos sucos gastrointestinais secretados e pelas células da mucosa descamadas (refere-se a uma perda, não absorção). Dessa forma, aproximadamente 90% (800-900 mg/dia) da ingestão diária de Ca2+ é excretada nas fezes • Se o organismo está homeostaticamente regulado, o valor que entra é igual ao que sai; Excreção renal de Ca2+ • Como 41 % do Ca2+ plasmático está ligado a proteínas plasmáticas, não são filtrados pelos capilares glomerulares (cálcio ligado a proteínas não é filtrado). O restante é combinado com ânions, como o HPO42- (9%), ou ionizado (50%), sendo filtrado através dos glomérulos. • Normalmente, os túbulos renais reabsorvem 99% do Ca2+ filtrado, e em torno de 100-200 mg/dia são excretados na urina. • Aproximadamente 90% do Ca2+ no filtrado glomerular é reabsorvido, nos túbulos distais finais e nos ductos coletores iniciais, a reabsorção dos 10% remanescentes é bastante seletiva, dependendo da concentração do Ca2+ iônico no sangue • Quando a [Ca2+] se encontra baixa na circulação, essa reabsorção se torna acentuada, de tal modo que quase nenhum Ca2+ é perdido na urina. Inversamente, até mesmo um leve aumento na [Ca2+] eleva acentuadamente sua excreção • Ou seja, normalmente, 1% do cálcio filtrado é o que é eliminado pela urina Absorção intestinal e excreção fecal de HPO42- • A absorção intestinal de HPO42- ocorre com muita facilidade. Exceto pela porção de HPO42- excretada nas fezes em combinação com o Ca2+ não absorvido, quase todo o HPO42- da dieta é absorvido no sangue a partir do intestino e depois excretado na urina. Excreção renal de HPO42- • A excreção renal do HPO42- é controlada por um mecanismo de transbordamento, ou seja, quando a [HPO42-] no plasma estiver abaixo do valor crítico de aproximadamente 1 mmol/L, todo o HPO42- no filtrado glomerular é reabsorvido, não ocorrendo nenhuma perda pela urina. No entanto, acima dessa concentração crítica, a taxa de perda do HPO42- é diretamente proporcional ao aumento adicional. ○ Entretanto, o PTH pode aumentar intensamente a excreção do HPO42- pelos rins, desempenhando um papel importante no controle da concentração plasmática não só deste elemento, mas também do Ca2+ • No rim, diferentemente do que costuma ocorrer, quando há uso de PTH, há uma relação antagônica em relação ao cálcio e ao fosfato, de modo que o aumento da absorção de um, aumenta a excreção do outro; Osso e sua regulação de cálcio e fosfato extracelular Matriz orgânica óssea • A matriz orgânica do osso apresenta 90% a 95% de fibras colágenas, enquanto o restante corresponde a o substancia fundamental. As fibras colágenas estendem-se principalmente ao longo das linhas de força de tensão e conferem ao osso sua vigorosa resistência à tração. • A substância fundamental constitui-se de líquido extracelular acrescido de proteoglicanos, especialmente de sulfato de condroitma e ácido hialurônico. A função exata decada um desses compostos não é conhecida, embora eles ajudem a controlar a deposição dos sais de Ca2+. • Formula basics da composição da hidroxiapatita - Ca10(PO4)6(OH)2 Sais ósseos • Os sais cristalinos depositados na matriz orgânica do osso compõem-se basicamente de cálcio e fosfato (hidroxiapatita) • A relação cálcio/fósforo pode variar acentuadamente sob condições nutricionais distintas. • Os íons Mg, Na, K e carbonato também estão presentes entre os sais ósseos, acredita-se que esses íons sejam conjugado aos cristais de hidroxiapatita, e não organizados em cristais distintos Forças tênsil e compressiva do osso • Cada Fibra colágena do osso compacto, compõe-se de segmentos periódicos repetidos, os cristais de hidroxiapatita situa-se adjacentes a cada segmento da fibra, unidos a ela. Essa união estrita evita o cisalhamento no osso. → a precipitação de cristais ao longo das fibras gera dureza, mas ao mesmo tempo a fenda proteica da resistência para que o tecido ósseo não se torne quebradiço; • Além disso, os segmentos de fibras colágenas se justapõe uns sobre os outros, provocando também a sobreposição dos cristis de hidroxiapatita (tijolos empilhados em um muro). • As fibras colágenas do osso, semelhantes àquelas dos tendões, possuem ampla força tênsil, enquanto os sais de Ca2+ apresentam grande força compressiva. Essas propriedades combinadas produzem uma estrutura óssea dotada de forças tênsil e compressiva extremas. Precipitação e absorção de cálcio e fosfato no osso • A Hidroxiapatita não precipita no LEC apesar da supersaturação dos ions calcio e fosfato • As concentrações dos Ca2+ e HPO42- no líquido extracelular são consideravelmente maiores que aquelas necessárias para causar a precipitação da hidroxiapatita. • Contudo, há inibidores presentes em quase todos os tecidos do corpo, bem como no plasma, para evitar tal precipitação; um desses inibidores é o pirofosfato. • O oxalato resultante do ciclo de krebs é jogado na urina e tem afinidade por cargas positivas. Como o cálcio é 2+, ele forma com o oxalato cristais indissolúveis, formando cálculos renais em indivíduos com o desequilíbrio na autuação dos inibidores (ausência) ou promotores (excesso); • Portanto,os cristais de hidroxiapatita não conseguem precipitar em tecidos normais exceto no osso, apesar do estado de supersaturação dos íons. Mecanismo de calcificação óssea • O estágio inicial na produção óssea consiste na secreção de moléculas de colágeno e da substância fundamental por osteblastos. • Os monômeros de colágeno sofrem rápida polimerização, formando fibras colágenas; o tecido resultante, por sua vez, transforma-se em osteóide, um material parecido com a cartilagem, mas distinto devido à fácil precipitação dos sais de Ca2+ sobre ele. • A medida que o osteóide é formado, certa quantidade dos osteoblastos vem a ser encarcerada no osteóide e torna-se quiescente. Nesse estágio, essas células recebem o nome de Osteócitos. • Em alguns dias após a formação do osteóide, os sais de Ca2+ começam a precipitar sobre as superfícies das fibras colágenas. • Os precipitados aparecem primeiramente espaçados ao longo de cada fibra colágena, constituindo ninhos minúsculos, que se multiplicam e se desenvolvem rapidamente no período de alguns dias a semanas, até formar o produto final, os cristais de hidroxiapatita. • Os sais iniciais de Ca2+ a ser depositados não são cristais de hidroxiapatita, mas sim compostos amorfos (não-cristalinos), uma mistura de sais. E por um processo de substituição e adição de átomos, convertem-se em cristais de hidroxiapatita em semanas ou meses. • Certa porcentagem pode permanecer permanentemente na forma amorfa. Isso é importante, visto que esses sais amorfos podem ser absorvidos com rapidez quando houver necessidade de Ca2+ extra no líquido extracelular. • A matriz amorfa é a primeira fornecedora de cálcio para a circulação (primeiro reserva do tecido ósseo, sendo que muitas vezes nem é preciso ativar os osteoclastos para fazer fagocitose); Precipitação do cálcio em tecidos não ósseos sob condições anormais • Embora os sais de Ca2+ quase nunca precipitem em tecidos normais além do osso, sua precipitação é possível sob condições anormais. • Tal precipitação ocorre, por exemplo, nas paredes arteriais na condição denominada arteriosclerose, levando as artérias a se transformarem em tubos semelhantes a ossos. • Do mesmo modo, os sais de Ca2+ frequentemente se depositam nos tecidos em processo de degeneração ou nos coágulos sanguíneos • Nessas circunstâncias os fatores inibidores, que costumam evitar a deposição dos sais de Ca2+ desaparecem dos tecidos nesses casos, permitindo com isso a ocorrência da precipitação. Intercâmbio de cálcio entre o osso e o LEC • Se forem injetados sais de Ca2+ solúveis por via intravenosa, a concentração do Ca2+ poderá aumentar imediatamente para níveis elevados. Entretanto, essa concentração retorna ao normal dentro de 30 minutos a 1 hora ou mais. • Do mesmo modo, se quantidades abundantes dos Ca2+ forem removidas dos líquidos corpóreos circulantes, essa concentração de Ca2+ novamente retornará ao normal dentro de 30 minutos a cerca de 1 hora. • Esses efeitos devem-se em grande parte à presença de um tipo de Ca intercambiável na composição óssea, que sempre está em equilíbrio com os Ca2+ nos LEC. • A maior parte do Ca2+ intercambiável encontra-se no osso, somando um valor em torno de 0,4% a 1% do Ca2+ ósseo total, e está depositado nos ossos em forma mobilizável, como CaHPO4 e outros sais de Ca2+ amorfos. Deposição e reabsorção - remodelagem do osso Deposição óssea pelos osteoblastos • O osso sofre contínua deposição de osteoblastos e ininterrupta absorção nos locais onde os osteoclastos se encontram ativos. → tecido ósseo se remodelar constantemente • Os osteoblastos são encontrados nas superfícies externas dos ossos e nas cavidades ósseas. • Uma discreta atividade osteoblástica ocorre continuamente em todos os ossos vivos (em torno de 4% de todas as superfícies no adulto); dessa forma, ao menos há uma neoformação óssea constante. Absorção óssea pelos osteoclastos • O osso também sofre uma continua absorção na presença de osteoclastos (50 núcleos), destes normalmente apenas 1% estão ativos nas superfícies ósseas do adulto. O controle da atividade absortiva óssea dos osteoclastos é dada pelo PTH. • O PTH estimula a atividade dos osteoclastos e a reabsorção óssea, mas por um mecanismo indireto, pois as células dos osteoclastos não possuem receptores para o PTH - PTH se liga ao osteoblasto, formando uma sinalização para células pré-osteoclastos para se diferenciarem em osteoclastos maduros • Do ponto de vista histológico, a absorção óssea ocorre nas áreas adjacentes aos osteoclastos. Os osteoclastos emitem suas projeções semelhantes a vilos em direção ao osso, formando a assim denominada borda pregueada adjacente ao osso. Os vilos secretam 2 tipos de substâncias: - enzimas proteolíticas, liberadas de lisossomos dos osteoclastos - digerem a matriz orgânica do osso - diversos ácidos, liberados de mitocôndrias e vesículas secretoras - dissolução dos sais ósseos Deposição e a absorção ósseas normalmente estão em equilíbrio • Exceto nos ossos em crescimento, as taxas de deposição e absorção ósseas costumam ser equivalentes entre si, de modo que a massa total de tecido ósseo permanece constante. • Os osteoclastos comumente subsistem em massas pequenas mas concentradas, e uma vez desencadeado seu desenvolvimento, tais massas costumam destruir o osso em cerca de 3 semanas, criando um túnel com diâmetro entre 0,2 a 1 mm e alguns mm de comprimento. • No término desse período, os osteoclastos desaparecem e o túnel é invadido pelos osteoblastos, em seguida, inicia-se o desenvolvimento de um novo tecido ósseo • A deposição óssea, então, prossegue por vários meses, ocorrendo o assentamento do novo tecido em sucessivas camadas de círculos concêntricos (lacunas) sobreas superfícies internas da cavidade, até o preenchimento do túnel. • Essa deposição de novo tecido ósseo cessa quando o osso começa a invadir os vasos sanguíneos da área • O canal de passagem desses vasos, denominado Canal de Harvers, é tudo o que sobra da cavidade original. Cada nova área de osso depositado dessa forma recebe o nome de ósteon. Remodelagem óssea • O osso ajusta sua resistência proporcionalmente à intensidade do estresse ósseo. Como consequência, o osso sofre espessamento quando submetido a cargas pesadas → pessoas musculosas tem maior densidade óssea em relação a indivíduos mais astênicos; • Até mesmo o formato do osso pode ser reajustado para uma sustentação apropriada das forças mecânicas, em conformidade com os padrões do estresse. • Como o osso antigo se torna relativamente quebradiço e frágil, há a necessidade deposição de uma nova matriz orgânica à medida que a antiga sofre degeneração. Assim a resistência normal do osso é preservada. Controle da taxa de deposição óssea pelo “estresse" ósseo • A deposição óssea ocorre proporcionalmente à carga compressiva suportada pelo osso. Ossos de atletas tornam-se mais pesados, em comparação à indivíduos não esportistas. → para evitar quebra, ele ajusta-se conforme o peso aguentado; • Por outro lado, um indivíduo que se encontra com um de seus membros engessado e outro membro atuando, o osso do membro imobilizado sofre adelgaçamento e descalcificação (até 30%), dentro de algumas semanas. O estresse físico contínuo estimula a deposição osteoblástica e a calcificação óssea. • O estresse ósseo também pode determinar o formato ósseo, como em caso de fratura de um osso longo em seu centro e posterior consolidação angular, o estresse da compressão na face interna do ângulo provoca um aumento na deposição óssea na face externa do ângulo onde o osso não está sendo comprimido. • Após muitos anos de crescente deposição na face interna do osso angulado e absorção na face externa, o osso pode tornar-se quase retilíneo, especialmente em crianças, devido à rápida remodelagem óssea em indivíduos mais jovens • De alguma forma, a fratura de um osso ativa ao máximo todos os osteoblastos periosteais e intra-ósseos envolvidos na ruptura. Reparo de uma fratura ativa os osteoblastos • Além disso ocorre a formação quase imediata de inúmeros novos osteoblastosa partir de células osteoprogenitoras, que correspondem às células-tronco ósseas no tecido superficial de revestimento ósseo,a “membrana óssea”. • Em um curto período de tempo, portanto, ocorre o desenvolvimento de uma ampla protuberância constituída por tecido osteoblástico e matriz óssea orgânica recém- formada, acompanhado abruptamente pela deposição de sais de Ca2+, entre as duas extremidades rompidas do osso. Tal protuberância recebe o nome de calo ósseo → deposição de tecido cartilaginoso e depois de cristais; • Muitos cirurgiões ortopedistas empregam o fenômeno de estresse ósseo para acelerar a consolidação da fratura. → tensão do osso sobre ele mesmo facilita a deposição de cristais e acelera a cicatrização óssea; • Tal medida é colocada em prática pela aplicação de fixadores mecânicos especiais para manter unidas as extremidades do osso fraturado, de modo que o paciente consiga utilizar o osso imediatamente. • Isso provoca estresse sobre as extremidades opostas dos ossos fraturados, o que acelera a atividade osteoblástica no local da fratura e muitas vezes abrevia o período de convalescença. • Alongamento ósseo: coloca-se uma prótese de alongamento e espera-se o tecido ósseo crescer em torno da prótese, alongando-se o osso; Osteogênese imperfeita • A osteogênese imperfeita é causada por genes defeituosos que afetam o modo como o corpo produz colágeno. • A condição pode ser leve, com apenas algumas fraturas durante a vida da pessoa afetada. Em casos mais graves, pode envolver centenas de fraturas que ocorrem sem causa aparente. • ○ Os tratamentos incluem medicamentos de fortalecimento dos ossos, fisioterapia e cirurgia ortopédica. • Como não há produção adequada de colágeno, há apenas matriz orgânica, tornando o tecido quebradiço → síndrome dos ossos de vidro; Osteoporose • Na osteoporose, a nova criação óssea não acompanha a remoção da camada óssea anterior. • Muitas pessoas não apresentam sintomas até que tenham uma fratura óssea → geralmente se dá em idade avançada; • O tratamento inclui medicamentos, dieta saudável e exercício de levantamento de peso para ajudar a prevenir a perda óssea ou fortalecer os ossos já fracos. • A deposição natural de cálcio no adulto vai até os 35 anos e, depois, há apenas remodelação. Então a reposição de cálcio evita que o paciente acima dos 35 retire mais cálcio do osso, mas não promove nova deposição; Vitamina D • A vitamina D exibe um potente efeito em aumentar a absorção de Ca2+ no trato intestinal • Também apresenta efeitos significativos sobre a deposição e a absorção óssea • Contudo essa vitamina em si não é a substância ativa real indutora desses efeitos. Em vez disso, a vitamina D deve sofrer uma série de reações no fígado e nos rins, convertendo-se ao produto final ativo • Dieta: Vegetais - Ergocalciferol (D2) e Animais - Colecalciferol (D3) • A vitamina D3 é o composto mais importante, sendo formada na pele em consequência da irradiação do 7- desidrocolesterol uma substância presente normalmente na pele, pelos raios UV provenientes do sol. Ou seja, a exposição adequada ao sol evita a deficiência da vitamina D. • Os compostos suplementares da vitamina D ingeridos nos alimentos são idênticos ao colecalciterol formado na pele, exceto pela substituição de um ou mais átomos que não exercem influência sobre sua função. • A vitamina D inicia sua metabolização na pele, na presença de raios UV, continua no fígado e termina no rim; - A conversão final em vitamina D só ocorre no rim, mas somente na presença de PTH. Assim, há a ativação da vitamina D, que atua vai exercer papel no intestino - O aumento de PTH aumenta os níveis de vitamina D no organismo. Assim, no intestino, há um aumento da absorção de cálcio devido ao aumento de transportadores de cálcio, que faz com que mais cálcio vá para a circulação e, consequentemente, mais cálcio seja depositado nos ossos Ações da Vitamina D Promove a absorção intestinal do cálcio • O 1,25-diidroxicolecalciferol por si só atua como um hormônio promovendo a absorção intestinal de Ca2+. • Em 2 dias, do aumento, ocorre formação da Proteína Ligante do Ca2+, nas células epiteliais intestinais, que atua na borda em escova para transportar o Ca2+ para o citoplasma, e na membrana basolateral passa por difusão facilitada. • A taxa de absorção do Ca2+ é diretamente proporcional à quantidade desta proteína, além disso esta proteína permanece nas célula por semanas após a remoção do 1,25 diidroxicolecalciferol, induzindo um efeito prolongado. Promove a absorção intestinal do fosfato • Embora o HPO42- costume ser absorvido com facilidade, seu fluxo é intensificado pela ação da vit. D Diminui a excreção renal de cálcio e fosfato • Aumenta a reabsorção de Ca2+ e HPO42- pelas células epiteliais dos túbulos renais, diminuindo assim suas excreções na urina. • Contudo este efeito é fraco com pouca importância na regulação das concentrações extracelulares. Efeito sobre o osso e regulação com o PTH • A administração de quantidades extremas dessa vitamina provoca a absorção do osso. • Na ausência da vitamina mencionada, o efeito do PTH na indução da absorção óssea é bastante reduzido ou até mesmo impedido. • A vitamina D em quantidades menores promove a calcificação óssea. Para tanto, um dos modos de ação dessa vitamina consiste no = aumento da absorção de Ca2+ e HPO42- pelos intestinos. Paratormônio (PHT) • Atua no rim aumentando a reabsorção de cálcio na urina e no osso; • O paratormônio apresenta um potente mecanismo para o controle das concentrações extracelulares de Ca2+ e HPO42-, mediante a redução da reabsorçãointestinal, da excreção renal e do intercâmbio desses íons entre o líquido extracelular e o osso. • A atividade excessiva da glândula paratireóide provoca a rápida absorção de sais de Ca2+ a partir dos ossos, com consequente hipercalcemia; de modo inverso, a hipofunção das glândulas paratireóides gera hipocalcemia, muitas vezes com tetania resultante. • Normalmente, há 4 glândulas paratireóides em seres humanos, que ficam situadas imediatamente atrás da glândula tireóide - uma atrás de cada pólo superior e inferior da tireóide. • A diminuição de cálcio na circulação ativa PTH. Efeito do PTH sobre o cálcio e o fosfato no LEC • Em uma infusão súbita e contínua de PTH, a [Ca2+] se eleva e atinge um platô em 4h, a [HPO42-] exibe uma queda mais rápida e alcança um nível reduzido em 2h. • Vitamina D aumenta a absorção óssea do fosfato, mas aumenta a excreção renal para que se possa armazenar o cálcio • Por isso o cálcio tem um platô em 4h, enquanto o fosfato tem uma queda • O aumento na concentração de cálcio é causada principalmente por 2 efeitos do PTH: - Aumenta a absorção de cálcio e fosfato e de fosfato a partir do osso - Diminui com rapidez a excreção de cálcio pelos rins • A redução da concentração de fosfato é provocada pelo intenso efeito do PTH em elevar a excreção sua renal O PHT mobiliza o cálcio e o fosfato do OSSO ● O PTH aumenta a reabsorção Óssea de Ca2+ e HPO42- • O PTH apresenta 2 efeitos sobre o osso na indução da absorção de Ca2+ e HPO42-. FASE RÁPIDA • Que se inicia em minutos e exibe um aumento progressivo em algumas horas, que resulta da ativação das células ósseas já existentes (principalmente os osteócitos) para promover a absorção de Ca2+ e HPO42- • O PTH provoca a remoção dos sais ósseos de 2 áreas: - Da matriz óssea nas proximidades dos osteócitos situados dentro do próprio osso. - Nas adjacências dos osteoblastos presentes ao longo da superfície FASE LENTA • Exige alguns dias ou até semanas para seu pleno desenvolvimento • Tal fase provém da proliferação dos osteoclastos, seguida pela reabsorção osteoclástica bastante acentuada do próprio osso, e não meramente da absorção óssea dos sais de fosfato cálcico. • A ativação do sistema ocorre em 2 estágios: - Ativação imediata dos osteoclastos já formados; - Formação de novos osteoclastos • Os osteoclastos não possuem receptores proteicos para o PTH, assim os osteócitos e osteoblastos ativados emitem um sinal secundário induzindo aos osteoclastos a engolfar o osso em semanas ou meses. • Após alguns meses de níveis excessivos do PTH, a reabsorção osteoclástica pode levar ao enfraquecimento ósseo e à estimulação secundária dos osteoblastos na tentativa de corrigir a condição enfraquecida do osso. A ação durante muitos meses ou anos resulta em uma absorção bastante evidente em todos os ossos e até mesmo no desenvolvimento de amplas cavidades preenchidas com grandes osteoclastos multinucleados. O PTH diminui a excreção de cálcio e aumenta a de fosfato nos RINS • O PTH também a aumenta reabsorção tubular renal do Ca2+, ao mesmo tempo em que diminui a reabsorção de HPO42-. • Além disso, esse hormônio eleva a taxa de reabsorção dos íons Mg++, e H+, enquanto reduz a reabsorção de íons Na+, K+, e aminoácidos. • A absorção elevada de Ca2+ ocorre principalmente nos túbulos finais, não fosse o efeito do PTH sobre os rins para aumentar a reabsorção de Ca2+, a perda contínua desse mineral na urina provocaria sua consequente depleção tanto no LEC como nos ossos. O PTH aumenta a absorção de cálcio e fosfato no INTESTINO • O PTH intensifica enormemente a absorção de Ca2+ e HPO42-, no intestino pelo aumento do 1,25-diidroxicolecalciferol O AMPc medeia os efeitos do PTH • Grande parte do efeito do PTH sobre seus órgãos-alvo é mediada pelo mecanismo de 2o mensageiro do AMPc. Dentro de alguns minutos após a administração do PTH a [AMPc] nos osteócitos, osteoclastos e em outras células-alvo. • O AMPc, por sua vez, e provavelmente responsável por tais funções como a secreção osteoclástica de enzimas e ácidos que causa a reabsorção óssea e a formação do 1,25-diidroxicolecalciferol nos rins. Controle da secreção paratireóide pela concentração do Ca2+ • Até mesmo a mais insignificante redução na [Ca2+] no LEC faz com que as glândulas paratireóides aumentem sua taxa de secreção dentro de minutos. Em caso de persistência nesse declínio da concentração de Ca2+, as glândulas sofrerão hipertrofia, atingindo o tamanho 5X superior ou mais que isso. • Por exemplo, as glândulas paratireóides tornam-se bastante aumentadas em algumas condições: - no raquitismo, em que o nível do Ca2+ costuma estar apenas um pouco deprimido; - na gestação, embora a diminuição na concentração do Ca2+ iônico no líquido extracelular materno dificilmente seja mensurável; - durante a lactação, já que o Ca2+ é utilizado para a formação do leite. • De modo inverso, as condições indutoras de um aumento na [Ca2+] acima do normal provocam uma diminuição na atividade e no volume das glândulas paratireóides. • Tais condições incluem: - quantidade excessiva de Ca2+ na dieta; - teor elevado de vitamina D na dieta; - absorção óssea causada fatores extras ao PTH (absorção óssea provocada pelo desuso dos ossos) • Efeito agudo quando a [Ca2+] sofre modificação por um período de algumas horas, ocorre reduções pequenas na [Ca2+] a partir de seu valor normal podem dobrar ou triplicar o PTH plasmático. • O efeito crônico aproximado constatado pela alteração prolongada (várias semanas) na [Ca2+] , dá tempo para a ocorrência de intensa hipertrofia da glândula, isso demonstra que uma queda de apenas uma fração de mg/dL na [Ca2+] pode dobrar a secreção do PTH. Isso consiste na base do potente sistema de feedback corpóreo para o controle da [Ca2+] plasmática a longo prazo. • Em um segundo momento, ativa-se os osteoclastos a fagocitar o tecido ósseo para liberar cálcio na circulação • O papel da vitamina D é aumentar a absorção intestinal • O papel do PTH é aumentar a reabsorção óssea, reabsorção renal em fase lenta e fase rápida e aumentar a absorção intestinal; Resumo dos efeitos do PTH 1. Estimula ressorção óssea, levando a liberação de cálcio para o LEC 2. Aumenta reabsorção de cálcio e diminui reabsorção de fosfato pelos túbulos renais levando a diminuição da excreção de cálcio e ao aumento da excreção de fosfato 3. O PTH é necessario para conversão de 25-hidroxicolecalciferol em 1,25-di- hidroxicolecalciferol, que, por sua vez, aumenta a absorção de cálcio pelos intestinos Calcitonina • Hormônio peptídeo secretado pela glândula tireóide, tende a diminuir a concentração de cálcio plasmática e, em geral, tem efeitos opostos àqueles do PTH • O papel quantitativo da calcitonina é bem menor que o do PTH na regulação da [Ca2+] . • A síntese e a secreção da calcitonina ocorrem nas células parafoliculares, ou células C, situadas entre os folículos da tireóide • Essas células constituem apenas cerca de 0,1% da glândula tireóide Calcitonina diminui a [Ca2+] Plasmática • O efeito imediato consiste na redução das atividades absortivas dos osteoclastos e possivelmente do efeito osteolítico da membrana osteocítica por todo o osso, desviando o equilíbrio em favor da deposição de Ca2+ nos sais cálcicos ósseos intercambiáveis. • O efeito mais prolongado baseia-se na diminuição da formação de novos osteoclastos. Além disso, a reabsorção osteoclástica induz secundariamente a atividade osteoblástica, gerando queda no número de osteoblastos também. • Em termos de eficiência, o PTH é sempre muito mais eficiente que a Calcitonina; A ineficácia do efeito da calcitonina sobre a concentração plasmática do Ca2+ no adulto • São 2 os motivos que explicam o fraco efeito da calcitonina sobre o Ca2+ presente no plasma. - qualquer redução inicial da [Ca2+] causada pela calcitonina leva a uma potente estimulação da secreção do PTH dentro de horas, o que acaba quase superando o efeitoda calcitonina. - as taxas diárias de absorção e deposição do Ca2+ no adulto são pequenas, e mesmo após o retardo na velocidade de absorção pela calcitonina, isso se reflete como um efeito muito leve sobre a [Ca2+] plasmática. • O efeito da calcitonina em crianças é muito maior, já que a remodelagem óssea ocorre mais rapidamente nesta faixa etária, com absorção e deposição do Ca2+ de até 5g ou mais por dia (equivale a 10X a quantidade no LEC). → no adulto esse efeito é menor pela própria ação do PTH 1a linha de defesa - função de tamponamento do cálcio intercambiável nos ossos • Os sais cálcicos intercambiáveis nos ossos, são compostos de fosfato de Ca2+ amorfo frouxamente ligado ao osso e em equilíbrio reversível com os íons Ca2+ e HPO42- no LEC • A quantidade disponível desses sais para a troca gira em torno de 0,5% a 1% dos sais cálcicos totais, um total de 5 a 10 g da [Ca2+]. Assim, é rápida a deposição e a absorção a partir desses sais, essa reação rápida ocorre visto que os cristais ósseos 2a linda de defesa - controle hormonal • Simultaneamente ao’’tamponamento“ do Ca2+ no LEC pelo mecanismo de troca de mineral nos ossos, os 2 sistemas hormonais representados (PTH e calcitonina) dão início à sua atuação. Mecanismo de controle do corpo Composição química Propriedades elétricas básicas das membranas Osmose Difusão através da membrana Difusão simples Difusão facilitada Transporte ativo dirigido por hidrolise de ATP Física básica dos potenciais de ação Potencial de repouso da membrana Canais de sódio e potássio regulados por voltagem Inicio do PA Propagação do PA Periodo refratário Inibição de excitabilidade “estabilizadores” e anestésicos locais Restabelecimento dos gradientes iônicos de Na e K após termino do PA Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Sinapses elétricas Sinapses químicas Miofibrilas Filamentos de miosina Filamento de actina Características da contração Placa motora Potencial de placa motora e excitação Base física da contração do músculo liso Comparação entre a contração do músculo liso e do esquelético Regulação da contração pelos íons cálcio Junções neuromusculares do músculo liso PA no músculo liso UNITÁRIO Despolarização do músculo liso MULTIUNITÁRIO sem potenciais de ação Efeitos fisiológico não ósseos de alterações na [Ca2+] e [HPO42-] nos líquidos corpóreos Absorção intestinal e excreção fecal de Ca2+ Excreção renal de Ca2+ Absorção intestinal e excreção fecal de HPO42- Excreção renal de HPO42- Matriz orgânica óssea Precipitação e absorção de cálcio e fosfato no osso Intercâmbio de cálcio entre o osso e o LEC Deposição e reabsorção - remodelagem do osso Ações da Vitamina D Efeito do PTH sobre o cálcio e o fosfato no LEC Controle da secreção paratireóide pela concentração do Ca2+ Resumo dos efeitos do PTHe impedindo elementos danosos • Transporte de informações, permitindo que qualquer modificação possa ser sentida e transmitida do exterior para o interior - alterações • Sao estruturas capazes de selecionar, por transporte ativo ou passivo, os elementos que vão para dentro ou para fora • Características principais: - Dupla, fluida, flexível, viscosa, possuidora de permeabilidade seletiva e sensores químicos MODELO DO MOSAICO FLUIDO Dupla camada de lipídios com 5nm de espessura contendo blocos proteicos mergulhados parcial ou totalmente e com mobilidade ao longo do plano da membrana FORMAÇÃO DAS MEMBRANAS Organizam-se espontaneamente em camadas, "selam" automaticamente quando rompidas, pois assumem estrutura energeticamente mais favorável Composição química Lipídeos São moléculas anfipaticas que se diferenciam pelo grupo alcoólico e existem em 3 tipos: - Fosfolipidios - Glicolipideos - Colesterol: confere rigidez a MP, diminuindo a funcionalidade Glicídeos Sao estruturas polares que formam o glicocalix e existem 2 tipos: - Monossacarideos e oligossacarideos Proteinas Sao moléculas também anfipaticas e existem em 2 tipos - integrais - Perifericas Propriedades elétricas básicas das membranas • As membranas sao isolantes (lipídios sao isolantes) • As moléculas de agua permeiam a membrana com as suas regioes polares perto das cadeias de C. • Isto cria d.d.p. entre o exterior e o interior Transporte de membrana Osmose • Difusão efetiva de agua • Refere-se ao solvente • Normalmente, a quantidade que se difunde na saída e na entrada da célula são iguais, ou seja, o volume da célula permanece constante • Sob certas circunstancias, pode-se desenvolver diferença da concentração da agua através de uma membrana, do mesmo modo como as diferenças de concentração podem ocorrer para outras substancias • Quando isso ocorrem passa a exigir um movimento efetivo de agua através da membrana - celula encolhe ou incha Difusão através da membrana Fatores que afetam a V efetiva da difusão - PERMEABILIDADE - DIFERENÇA DE CONCENTRAÇÃO - POTENCIAL ELÉTRICO: se um potencial é aplicado na MP, a carga eléctrica dos ions faz com que eles se movam através da M mesmo que nao exista diferença de concentração - DIFERENÇA DE PRESSÃO Pressão osmotica • Em um recipiente com água pura de um lado da membrana semipermeável e NaCl do outro lado, fosse aplicada pressão sobre a solução de cloreto de sódio, a osmose da água para essa solução poderia diminuir, parar, ou até mesmo se inverter. • A pressão exata para interromper a osmose é chamada de pressão osmótico da solução de cloreto de sódio • OBS: o rim faz a filtração de partículas, de modo que as partículas maiores continuam na circulação e nao vão para a urina, como a albumina. Assim, proteinas na urina sao indicativos de doença renal crônica. Essas proteínas atraem moléculas de agua, de modo que, a eliminação delas pela urina e sua carência no sangue faz com que a agua nao fique nos vasos e migre para os tecidos, causando edemas Difusão simples Moléculas se movem por diferença de concetracao, sem se ligar a proteinas transportadoras 1 através de intersticios da bicamada lipídica 2 através de canais aquosos das proteínas de transporte (aquapornas - agua) • Tecnica de patch clamp: uma pequena porção da membrana é isolada na ponta da micropipeta, estimulo é aplicado e o canal pode ser monitorado Difusão facilitada Requer a interação com uma proteína transportadora Canais proteicos • Os canais proteicos formam poros abertos na membrana, permitindo que pequenas moléculas com tamanho e carga apropriada passem livremente através da bicamada lipídica. • Um grupo de canais proteicos, são as porinas, que permitem a passagem livre de íons e pequenas moléculas polares através da membrana externa de bactérias. Ex: canais protéicos aquosos (aquaporinas), através dos quais moléculas de água são capazes de atravessar a membrana muito mais rapidamente do que difundirem-se através bicamada lipídica. Poros ou canais Sao passagens que permitem a comunicação entre LIC e LEC - podem ser entendidos como uma “falha” na membrana Há canais sofisticados que possuem, alem de barreira de carga, um ou dois portões se abrem sob comando Canais iônicos Sao os canais proteicos mais estudados, especificamente em tecido nervoso e muscular 3 propriedades fundamentais - Transporte extremamente rapido - Alta seletividade - somente ions com carga e tamanho apropriado - A maioria dos canais nao esta permanentemente aberto - regulado por “portas" As comportas das proteínas canais Fornecem um meio para controlar a permeabilidade iônica dos canais Acredita-se que essas comportas são extensões da molécula semelhantes as das proteínas transportadoras A abertura e o fechamento dos portões são controlados de duas formas principais: - POR VARIAÇÕES DE VOLTAGEM: reagem ao potencial elétrico através da membrana - POR CONTROLE QUÍMICO (por ligantes): ligação das substancias e alteração coformacional Transporte ativo dirigido por hidrolise de ATP Trasporte ativo primario A energia é derivada diretamente da degradação de ATP ou de qualquer outro composto de fosfato com alta energia Transporte ativo secundario A energia é derivada secundariamente da energia armazenada na forma de diferentes concentrações iônicas de substâncias moleculares secundarias ou iônicas, entre os dois lados da membrana da célula, gerada originalmente por transporte ativo primário *No estomago, existe a bomba de hidrógenio, que bombeia H+ para fora, como transporte primario, com gasto de energia Quando secreta H+, positivo, a carga elétrica atrai o Cl-, por ter carga negativa, que também é transportado para fora, mas secundariamente *apos refeição, a perda de prótons H gera uma alcalose metabólica - ligada ao sono (ESTUDAR) *desidratacão, nao se resolve apenas com agua, precisa do soro - agua, NaCl, glicose potencializa o soro, pois existem cotrasportadores de sódio e glicose Esses transportadores sao secundarios, os primários sao a própria bomba sódio/potassio A importancia da bomba de Na+ e K+ no controle do volume celular A bomba de sodio/potassio transporta ions sodio para fora e ions potassio para dentro, essa bomba esta presente em todas as células para a manutenção das diferenças de concentração e estabelecimento do potencial elétrico negativo dentro das celulas A bomba transporta 3 moléculas de sodio para fora para cada 2 de potassio para dentro, essa perda liquida de ions para fora inicia a osmose da agua para fora da célula - sem esse controle, a célula iria inchar ate estourar TA: Co-transporte e Contratransporte Sao duas formas de transporte ativo secundário Transporte ativo dirigido por gradiente ionico *antibioticos - Alguns antibióticos alteram o fluxo transmembrana de íons. A valinomicina aumenta a permeabilidade ao K+, e a gramicidina A, aumenta a permeabilidade aos íons K+, ou Na+. O mecanismo de transporte pode ser difusão facilitada, como na valinomicina, ou a formação canais, como na gramicidina A. Muitas outras substâncias que interferem no transporte de íons já foram sintetizadas, e foram denominadas de ionóforos (íon, caminhante; phorein, carregar, conduzir), ou seja carreadores de íons. Receptores de membrana • São sitios capazes de receber moléculas especificas (1º mensageiro - hormônios) • Com a ligação dessas moléculas, uma mensagem é transmitida e célula aciona mecanismos de abertura ou fechamento de poros, entrada ou saída de substancias • Sao sitios que possuem estrutura adequada à ligação de certas moléculas que, ao se ligarem, desencadeiam vários processos • As mensagens podem ser dirigidas a poros (canais) ou a operadores, e a ordem é executada • O receptor da insulina, ao receber essa molécula, inicia o processo de absorção da glicose pela célula, alem de outros processos fisiológicos Funcionamento doreceptor • Ha substancias que ocupam os receptores, impedindo o acesso do mensageiro • Exemplo classico é o da atropina (Belladona), que se liga aos receptores muscarínicos da acetilcolina, bloqueando o efeito dessa • A tetradoxina (Baiacu) é capaz de obstruir mecanicamente, por impedimento estéreo, o canal de sodio, bloquenando o potencial de acao Transporte em bloco • Endocitose • Endocitose mediada por receptor • Fagocitose • Exocitose Bioeletrogênese • Existem potenciais elétricos em todas as membranas de virtualmente todas as células do corpo • Nervosas, musculares e sensoriais podem gerar potenciais, são excitáveis Física básica dos potenciais de ação A diferença de concentração de ions através de uma membrana semipermeável pode produzir um potencial de membrana Potencial de membrana é a diferença de potencial elétrico que existe através da membrana Potencial de difusão de potassio • Em uma membrana com canal seletivo para potássio, os ions K+ tentem a se difundir para fora por conta da alta concentração de potássio dentro da célula. Como esses ions são positivamente carregados, a perda de potássio cria um potencial negativo dentro da célula. • Em poucos milissegundos, a mudança de potencial torna-se suficiente para bloquear qualquer difusão de potássio. Nos mamíferos essa diferença é cerca de -94mV - Esse é o chamado potencial de equilibrio do ion potássio Potencial de difusão de sódio • Agora em uma membrana com canal seletivo para sódio, os ions Na+ tendem a se difundir para dentro da célula por conta da alta concentração de sódio no exterior. A difusão dos ions de sódio para dentro da célula cria um potêncial positivo dentro dela. • Novamente, o potencial aumenta até valores que bloqueiam a difusão adicional de sódio - cerca de +61mV - potencial de equilibrio de Na Potencial de equilibrio dos ions Quando a força elétrica esta em equilibrio com a força química e não há mais movimento efetivo desse íon Equação de Nernst Consegue prever o potencial de equilibrio (de nernst) de um ion, relacionando potencial de difusão com diferença de concentração Equação de Goldman Utilizada para calcular o potencial de difusão quando a membrana é permeável a vários ions diferentes Potencial de repouso da membrana É o potencial de membrana medido quando a membrana esta em repouso elétrico PERMEABILIDADE DA MEMBRANA A permeabilidade da membrana da fibra nervosa ao potássio é cerca de 100x maior do que ao sódio, assim a difusão do potássio contribui bem mais para o potencial de membrana Natureza eletrogênica da bomba de sódio e potássio - A bomba de Na e K transporta 3 ions de sodio para fora para cada 2 de potassio para dentro - Isso causa uma perda continua de cargas positivas no lado interno - Assim, a bomba de Na/K é eletrogênica porque produz deficiência de ions positivos no lado interno - Causando carga negativa de cerca de -4mV dentro da membrana Potencial de ação no nervo Cada potencial de ação se inicia com uma repentina mudança do potencial de repouso normal negativo para um potencial de membrana positivo e então termina com uma alteração quase que igualmente raposa de retorno para o potencial de repouso negativo Os estágios sucessivos de um potencial de ação são os seguintes Estagio de repouso Potencial de membrana antes que o potencial de ação ocorra Estagio de despolarização Nesse momento, a membrana repentinamente se torna permeável aos íons sódio, permitindo que um grande numero de cargas positivas de sódio entrem no axônio, e o potencial aumenta repentinamente para um valor POSITIVO - necessário um estimulo adequado Estágio de repolarização • Dentro de 10.000 centésimos de segundos após a M se tornar altamente permeável ao sódio, os canais de sódio se fecham, e os de potássio se abrem mais que o normal, então a rapida difusão de ions potássio para o exterior estabiliza novamente o potencial de repouso NEGATIVO • Os de potassio demoram um pouco mais para se fechar - criando-se uma HIPERPOLARIZAÇÃO antes de retornar ao potencial de repouso, regulado pela bomba de sódio potássio Estagio de hiperpolarização Os canais de potassio demoram um pouco mais para se fechar - criando-se uma hiperpolarização antes de retornar ao potencial de repouso, regulado pela bomba de sódio potássio Canais de sódio e potássio regulados por voltagem • O agente necessário para provocar a despolarização e a repolarização das membranas nervosas durante o PA é o canal de sódio regulado pela voltagem • O canal de potassio regulado por voltagem também tem participação importante, por aumentar a rapidez da repolarizacao da membrana • Esses dois canais atuam de forma adicional com a bomba de sódio e potássio Ativação e inativação do canal de sódio • Esse canal tem duas comportas, uma de ativação perto da abertura externa, e outra de inativação, perto da abertura interna • O estado de repouso dessas comportas (potencial -90mV) é com a de ativação fechada, impedindo a entrada de sódio para o interior • Quando o potencial se torna menos negativo, até um limiar, ocorre uma mudança conformacional abrupta, e o canal se abre totalmente, SÓDIO ENTRA • O mesmo aumento do potencial faz com que a comporta seja desativada, nesse momento, o potencial começa a retornar ao seu estado normal de repouso, no processo de repolarização Ativação e inativação do canal de potássio • Durante o estado de repouso, a comporta do canal de potassio esta fechada, impedindo a saida do potassio • Quando o potencial de membrana aumenta, provoca a abertura conformacional da comportam aumentando a difusao de K+ para fora • Entetanto, devido ao pequeno retardo da abertura desses canais, a maioria só se abrem quando os de sódio ja estao começando a se fechar • Assim, a diminuição da entrada de Na+ e o aumento simultâneo da saída de K+ da célula fazem com que o processo de repolarização seja acelerado, levando à completa recuperação do potencial de repouso da membrana dentro de poucos décimos de milésimos de segundo. Papel dos íons cálcio no PA • A membrana de células contém bomba de cálcio semelhante à bomba de sódio, que regula os íons cálcio. • A bomba de cálcio cria um gradiente iônico de cálcio 10.000 vezes maior fora da célula do que dentro. • Canais de cálcio regulados por voltagem permitem o fluxo passivo de cálcio para dentro da célula em resposta a despolarização. • Os canais de cálcio contribuem para a fase de despolarização do potencial de ação, mas são mais lentos que os canais de sódio. • São numerosos no músculo cardíaco e liso, sendo essenciais para o potencial de ação nestes tecidos. Inicio do PA Circulo vicioso de feedback positive abre os canais de sódio • Caso ocorra um estimulo capaz de provocar o aumento inicial do potencial, a própria voltagem crescente causa a abertura de vários canais de sódio • Isso permite rápido influxo de sódio, provocando aumento do potencial, que provoca mais abertura de canais de sódio - ciclo vicioso de feedback positivo Limiar para o inicio do potencial de ação • O potencial de ação só vai ocorrer se o aumento inicial do potencial de membrana for suficientemente intenso para gerar o Feedback positivo • Excitação pode resultar de: disturbio mecânico na membrana, efeitos químicos, passagem de eletricidade Propagação do PA • Uma vez que o PA foi gerado em algum lugar da membrana, o processo de despolarização trafega por toda a membrana se as condições forem adequadas, ou não se propagam de nenhum modo se as condições não forem adequadas, este é o principio do tudo ou nada Direção da propagação A membrana excitável não tem direção única de propagação, mas o potencial de aço trafega em todas as direções, afastando-se da região estimulada - mesmo por todas as ramificações da fibra nervosa - ate que toda a membrana tenha sido despolarizada Periodo refratário • Um novo PA não pode ocorrer nafibra excitável enquanto a membrana ainda estiver despolarizada pelo PA precedente • A razão para isso é que logo após o PA ser desencadeado, os canais de Na+ ficam inativos, e qualquer quantidade de sinal excitatorio aplicado a esses canais nesse momento não vai abrir as comportas de inativação • Então, em uma pequena fração de segundo, as comportas de inativação dos canais se abriram, e novo PA poder ser iniciado • O periodo durante o qual o 2º PA não pode ser produzido, mesmo com estimulo muito intenso, é designado como período refratário absoluto Então, ele é subdividido em absoluto e depois em relativo • O período refratário ABSOLUTO nao depende da intensidade do estimulo • O periodo refratário RELATIVO depende da intensidade do estimulo Inibição de excitabilidade “estabilizadores” e anestésicos locais • Entre os estabilizadores mais importantes estao as muitas substancias usadas clinicamente como anetesicos locais, incluindo a porcina e a tetracaína • A maioria desses agentes atua diretamente nas comportas de ativação dos canais de Na+, dificultando, de forma muito acentuada, a abertura dessas comportas e , desse modo, reduzindo a excitabilidade da membrana • Quando a excitabilidade estiver baixa de modo que a proporção da intensidade do PA para o limiar da excitabilidade fique reduzida para menos de 1,0, - Os impulsos nervosos deixam de passar pelos nervos anestesiados Restabelecimento dos gradientes iônicos de Na e K após termino do PA • A transmissão de cada PA ao longo da fibra nervosa reduz muito pouco a diferença de concentração dos íons Na e K • 100.000 a 50 milhões de impulsos podem ser transmitidos antes que a diferença seja suficiente pare cessar a condução de PA • Mas, com o passar do tempo, é necessário reestabelecer as diferenças de Na+ e K+ na membrana, e isso é realizado pela BOMBA de NA+ K+, para o estabelecimento original dos potenciais de repouso • Essa bomba requer energia, ou seja, essa “recarga" da fibra nervosa é um processo metabólico ativo (uso de ATP) produzindo calor durante a recarga, que é uma medida do consumo de energia quando a frequência dos impulsos nervosos aumenta • O grau de atividade da bomba é intensamente estimulado quando ocorre acumulo excessivo de Na+ no interior da membrana • Enquanto a concentração interna de Na+ aumenta em 10-20 mEq/L, a atividade da bomba aumenta cerca de 8X - processo rapidamente ativado Platô em alguns PA • Em alguns casos, a membrana estimulada nao rebolaria imediatamente após a despolarização, ao contrario, o potencial permanece em um platô perto do pico do potencial em ponta, por vários milissegundos, e somente então é que se inicia a repolarizacao • Esse tipo de PA ocorre nas fibras musculares do coração, onde o platô dura por um periodo de 0,2 - 0,3 seg e faz com que a contração dos musculos do coração dure por esse mesmo periodo de tempo • Caso do coração: Ritmicidade de alguns tecidos excitáveis - descarga repetitiva • Descargas repetitivas espontâneas ocorrem normalmente no coração, na maior parte dos musculos lisos, e em muitos neurônios do SNC • Essas descargas rítmicas causam: - Batimento ritmado do coração - Peristaltismo ritmico dos intestinos - Alguns eventos neuronais como o controle ritmado da respiração • Quase todos os outros tecidos excitáveis podem descarregar repetitivamente se o limiar de excitabilidade dos tecidos celulares for suficientemente reduzido Processo de reexcitacao necessário para a ritmicidade espontânea • Para que ocorra a ritmicidade espontânea mesmo em estado natural, a membrana deve ser suficientemente permeável aos ions Na+ (ou Ca++) para permitir a despolarização automática • Assim, entende-se que potencial de repouso da membrana no centro de controle do ritmo cardiaco é de somente -60 a -70 não é suficiente para manter os canais de sodio e cálcio totalmente fechados, por essa razão, a seguinte sequência ocorre - Alguns ions sodio e calcio fluem para o interior - Essa atividade aumenta a voltagem da membrana na direção positiva, o que aumenta ainda mais a permeabilidade da membrana - Ainda mais Ione fluem para dentro - A permeabilidade aumenta mais e mais ate que o potencial de ação é gerado • Após outro retardo de alguns milissegundos, a excitabilidade espontânea causa nova despolarização, e novo potencial de ação ocorre espontaneamente, esse ciclo continua ininterruptamente, causando a excitação rítmica autoinduzida dos tecidos excitáveis Características especiais da transmissão dos sinais nos troncos nervosos Fibras nervosas mielinizadas e amielimizadas • Fibra mielinica tipica. O cerne central da fibra é o axônio é a que conduz o PA. O axônio é preenchido, na sua parte central por axoplasma. Em volta do axônio existe a bainha de mielina, que frequentemente é mais espessa que o próprio axônio. A cada 1 a 3 mm da extensão da bainha de mielina, existe um modo de Ranvier • A bainha de mielina aumenta a velocidade de propagação do potencial de ação Condução “saltatoria” de nodo a todo nas fibras mielinizadas • Mesmo que quase nenhum ion possa fluir através das grossas bainhas de mielina dos nervos mielinizados, eles podem passar, com facilidade, através dos nodos de Ranvier, assim os PAs so ocorrem nestes • Os PAs sao conduzidos de nodo para nodo, esse tipo de condução é chamado de condução saltadora, ou seja, a corrente elétrica flui pelo liquido extracelular que circula a parte externa da bainha de mielina, assim com pelo axoplasma dentro do axônio, de todo a todo • A condução saltatoria tem valor por duas razoes - Ao fazer com que o processo de despolarização pule longos trechos ao longo do eixo da fibra nervosa, esse mecanismo aumenta a velocidade da transmissão nervosa - A condução saltatoria conserva a energia para o axônio porque somente os todos se despolarizam, permitindo talvez perda apenas de ions até 1000 vezes menor da que seria necessária e, por conseguinte, requerindo menos gasto de energia para restabelecer as diferenças de concentração de sodio e potassio através da membrana VELOCIDADE DE CONDUÇÃO Varia de no minimo 0,25m/s nas fibras amielinicas mais delgadas, ate no máximo de 100m/s nas fibras mielinizadas mais calibrosas Sinapse • Sinapse é o local no qual uma resposta elétrica é transmitida entre celulas • Em uma sinapse elétrica, 2 celulas excitáveis se comunicam por passagem direta de corrente por meio de junções comunicantes (gap) • Em uma sinapse química, o PA na célula pre-sinóptica causa uma resposta elétrica na célula pós-sinaptca por meio de uma substancia neurotrasmissora librerada pela célula pré-sinóptica Sinapses elétricas • Na sinapse elétrica, uma mudança do potencial de membrana de uma célula é transmitida para outra célula por fluxo direto de corrente • Ja que a corrente flui diretamente entre as 2 celulas que fazem sinapse elétrica, a transmissão ocorre essencialmente sem retardo sináptico • Geralmente as sinapses elétricas permitem condução em ambas as direções (diferentes das sinapses químicas, que sao unidirecionais) • Certas sinapses elétricas conduzem com menor resistência em uma direção do que em outra. Esta propriedade é chamada RETIFICAÇÃO • Celulas que forma sinapses elétricas se unem por junções comunicantes, onde as celulas acopladas estão muito próximas • Na junção comunicante, os conexons das celas acopladas são alinhados para formar os canais de conéxon, que permitem a passagem de iOS e moléculas hidrossolúveis de uma célula para a outra • Os canais não estão sempre abertos, eles se abrem e se fecham aleatoriamente, assim como os canais para íons dependente de voltagem • A probabilidade de os canais estarem abertos pode ser alterada pelo aumento da concentração intracelular de Ca+ ou H+me m uma das células ou em resposta à despolarização de uma ou ambas as células • Sinapses elétricas ocorrem por todo o SNC e SNP de vertebrados e invertebrados. Alguns neurôniosno cérebro recebem sinais tanto de sinapses elétricas quanto químicas • As sinapses elétricas são particularmente uteis em vias reflexas, nas quais a transmissão rápida entre células (pouco retardo sináptico) é necessária ou quando a resposta sincronizada de um numero de celulas é requerida Sinapses químicas • O terminal nervoso de uma célula pré sináptica contem vesículas com substancias neurotransmissores ou neuromoduladoras, como acetilcolina ou norepinefrina. São pequenas (50nm) e muitas estão ancoradas perto de locais específicos, chamados de zonas ativas, no lado intracelular da membrana pré sináptica • As vesículas que contem neuropeptidios são maiores e estão distribuídas ao longo do terminal nervoso. Muitos terminais nervosos contem tanto pequenas vesículas de molécula pequena de com neurotransmissores, quanto vesículas grandes com neuropeptidios • Um PA no neurônio pre sináptico abre canais de calcio dependentes de voltagem que estão concentrados perto das zonas ativas nos terminais nervosos • A entrada de Ca++ no terminal nervoso eleva a sua concentração, que desencadeia a liberação de neurotransmissores por exocitose para a fenda sináptica, espaço estreito (20 a 40nm) entre as células pré e pós sináptica • A substancia neurotransmissora se difunde através da fenda sináptica e se liga a uma proteína receptora especifica ao neurotransmissor na membrana pós sináptica. A ligação do neurotransmissor com seu receptor resulta numa alteração transitória na condutância da membrana pós-sinaptica a um ou mais ions, o que uma alteração transitória no potencial de membrana da célula pós sináptica • Uma despolarização da célula pos sináptica é um potencial excitatorio pós sináptico (PEPS) • Uma hiperpolarização da célula pós sináptica é um potencial inibitório pós sináptico (PIPS) • A ação de grande parte dos neurotransmissores não peptídeos é concluída mediante o retorno dessas substancias à terminação nervosa pré sináptica pelo transporte ativo secundário potencializado pelo Na+ • O efeito dos neuropeptideos é finalizado por meio da proteólise ou por difusão em direção oposta à membrana pós-sinaptica • A transmissão nas sinapses químicas é unidirecional. Um PA na célula pós sináptica não induz a uma resposta elétrica na célula pré sináptica. O tempo transcorrido entre um PA no terminal nervoso PRÉ e o potencial PÓS evocado por ele, tipicamente em torno de 0,5 ms, recebe o nome de retardo sináptico • O terminal nervoso pré sináptico contem as enzimas responsáveis pela síntese de transmissores de molécula pequena a partir de precursores simples • O terminal nervoso corresponde ao local de síntese dos neurotransmissores não peptidicos. Em contraste, os neutopeptidicos são sintetizados no RER do corpo celular do neurônio pré sináptico e as vesículas repletas de peptídeos chegam ao terminal nervoso pelo transporte axonal • Apos a fusão entre uma vesícula contendo um neurotransmissor não pep e a membrana plasmática, seus componentes são reciclados como vesículas revestidas por meio de endocitose, que se fundem com os endossamos, dando origem a novas vesículas sinápticas • A membrana da vesícula do neurotransmissor recém-formado contem uma ATPase, responsável pelo bombeamento dos ions H+ ao interior da vesícula, bem como um transportador de neurotransmissor, o qual acopla um fluxo difusional do H+ a partir das vesículas ao acumulo ativo do neurotransmissor para dentro da vesícula • Em contraste, as vesículas contendo neuropeptidios não são recicladas, pois a membrana integrante dessas vesículas sofre degradação Junção neuromuscular • As sinapses entre os axônios de neurônios motores e as fibras musculares esqueléticos são chamados junções neuromusculares, junções minerais ou placas motoras terminais • O nervo motor, ao aproximar-se da junção neuromuscular perde a bainha de mielina e divide-se em finos ramos terminais, os quais repousam sobre as invaginações sinápticas na superfície das células musculares • A membrana plasmáticas das células musculares que reveste a fenda forma numerosas dobras juncionais • Nas terminações nervosas do axônio, ha muitas vesículas sinópticas, que contem acetilcolina (ACh), o neurotransmissor dessa sinapse • As moléculas receptoras para ACh são concentradas nas aberturas das dobras funcionais • A enzima colina-O-acetiltransferase, encontrada mo neurônio motor, catalisa a condensação de acetil coenzima A (acetil CoA) e colina para produzir ACh. Embora a CoA seja produzida por neurônios, assim como acontece na maioria das células, a colina não é suficientemente sintetizada por neurônios motores, mas é obtida por captação ativa do LEC • A membrana plasmática do neurônio motor tem sistema de transporte ativo secundário, acoplado ao Na+, que pode acumular colina contra um grande gradiente de potencial eletroquímico. • Os receptores de ACh são canais ativados por ligante que conduzem Na+ e K+. • A ligação da ACh com o receptor para ACh causa a abertura transitória de seu canal iônico, o que aumenta a condutância da membrana pós-juncional ao Na+ e K+. • Pelo fato de a força motriz do Na+ ser maior que do K+, a força de entrar do Na+ predomina, resultando em uma despolarização transitória da região da placa motora, esta é chamada de potencial de placa motora (PPM) • O PPM é transitorio pois a acetilcolina é hidrolisada em colina e acetato pela enzima acetilcolinesterase A estimulação repetitiva pode modular a quantidade de transmissor liberada pelo neurônio pré sináptico • Quando um axonio pré sináptico é estimulado repetidamente, a resposta pós sináptica pode a cada estimulação aumentar a cada estimulacao, este fenômeno é chamado de facilitação • A extensão da facilitação, em dezenas e centenas de milissegundos, após a cessação da estimulação • Quando um neurônio pré-sinaptico é estimulado TETANICAMENTE (muitos estímulos em frequência alta) por vários segundos, ocorre um longo aumento da resposta pós-sinaptica. A potencialização pos tetânica persiste por mais tempo que a facilitação; dura por dezenas de segundos a vários minutos após a cessação da estimulacao tetânica • A potecialização pós tetanica e a facilitação resultam dos efeitos da estimulacao repetida mo neurônio pré sináptico. Estes fenómenos nao envolvem uma manca na sensibilidade da célula pos sináptica ao transmissor. Com a estimulacao repetida um numero aumentado de transmissor é liberado, em parte porque a estimulacao repetitiva ocasiona um aumento no nível de Ca++ intracelular • Quando uma sinapse é repetidamente estimulada por um longo tempo, chega-se a uma situação na qual cada estimulo pré-sinóptico sucessivo provoca menores respostas pós sinapticas. Este fenômeno é chamado FADIGA SINAPTICA • Drogas que inibem a acetilcolinesterase são chamadas de anticolinesterásicas. • Na presença de um agente anticolinesterásico, o PPM é maior em magnitude e duração. O anticolinesterásico é útil no tratamento de distúrbios nos quais a função das junções neuromusculares está prejudicadacada, como a miastenia grave. • Os hemicolínios são drogas que bloqueiam o sistema de transporte de colina e inibem sua captação. O tratamento prolongado com hemicolínios esgota o estoque de transmissor e finalmente diminui o conteúdo de acetilcolina das vesículas. • As assim chamadas α-toxinas do veneno de serpentes são responsáveis pela paralisação de suas presas. • Estas toxinas unem-se a sítios de ligação nas subunidades α da proteína do receptor para ACh e impedem a ação da ACh. • Flechas envenenadas por imersão das pontas em curare, uma otoxina extraída de certas plantas, são usadas por alguns índios sul-americanos para paralisar suas presas. • A succinilcolina, que se une à subunidade α mas não é capaz de abrir o canal iônico, é utilizada como um relaxante muscular em alguns procedimentos clínicos; • Em alguns casos, um decréscimo no conteúdo quântico (quantidade de transmissor por vesículasináptica) contribui para fadiga sináptica. Uma sinapse em fadiga tipicamente se recupera em alguns segundos Propriedade compartilhada entre as junções neuromusculares e entre neurônios • A estimulacao repetida de alta frequência de certas sinapses no cérebro aumenta a eficiência de transmissão nestas sinapses, este fenômeno é chamado de potenciação a longo prazo, pode persistir por dias ou semanas e provavelmente esta envolvido nos processos de aprendizado e memória • A estimulacao repetida de baixa frequência da sinapse mencionada pode induzir a depressão a longo prazo, uma redução persistente na eficácia sináptica Neurotransmissores e neuromoduladores • É frequentemente difícil provar que uma substancia seja o transmissor em uma determinada sinapse, um composto candidato ou em potencial deve satisfazer os seguintes critérios para ser aceito como mediador de transmissão em uma sinapse: - O neurônio pré-sináptico deve conter o composto e deve ser capaz de sintetizá-lo - O composto deve ser liberado por neurônios pré-sinápticos em resposta à estimulação apropriada. - A microaplicação do composto na membrana pós-sináptica deve mimetizar os efeitos da estimulação do - neurônio pré-sináptico. - Os efeitos da estimulação pré-sináptica e da microaplicação do composto devem ser alterados da mesma forma por drogas. • Alguns neurotransmissores e neuromoduladores têm efeitos rápidos e transitórios nas celas pos sinópticas • Outros tem efeitos que se instalam mais lentamente e podem durar por minutos ou ate mesmo por horas • A maioria desses pertencem as classes químicas: aminas, aminoácidos e oligopeptidios Receptores nicotínicos e muscarínicos • Duas classes principais de receptores para acetilcolina sao: - O receptor para ACh na juncao neuromuscular é um receptor colinergico nicotínico, que pode ser estimulado pela nicotina - Outros receptores para ACh, como aqueles presentes nas células do coroa e da musculatura lisa, bem como em muitos neurônios cerebrais, sao estimulados pela muscarina e não pela nicotina, tais receptores recebem o nome de receptores colinergicos muscarínicos Acetilcolina ○ Aminas biogênicas: Epínefrina, Norepinefrina, Dopamina, Serotonina, Histamina. ○ Aminoácidos: GABA, Glutamato, Aspartato, Glicina. ○ Purinas/nucleotídios de purina: Adenosina, ATP ○ Gás: Óxido nítrico ○ Peptídios: Activinas, Angiotensina II, Peptídio natriurético atrial, Peptídio relacionado ao gene da calcitonina, Colecistocinina, Hormônio liberador da corticotropina (CRH), Dinorfinas, β-Endorfinas, Endotelinas, Encefalinas, Galanina, Gastrina, Peptídio liberador da gastrina, Hormônio liberador da gonadotropina (GnRH), Inibinas, Motilina, Neuropeptídio Y, Neurotensina, Ocitocina, Secretina, Somatostatina, Substância P, Polipeptídio intestinal vasoativo. Músculo esquelético Cerca de 40% do corpo são compostos por músculo esquelético, e talvez outros 10% por liso e cardíaco Alguns princípios básicos da contração se aplicam a todos esses diferentes tipos de músculo Anatomia fisiologica do músculo esquelético • O músculo é composto por inúmeras fibras, com diâmetro de 10 a 80 micrômetros, cada fibra é formada por subunidades sucessivamente ainda menores, as miofibrilas • Cada fibra se apresenta como uma célula longa, de ate 25cm, cilíndrica e multinucleada • Pequenas células satélites (único núcleo) atuam como células regenerativas, estão presentes na lamina externa da célula muscular - efeito regenerativo limitado • Coloração varia de rosa ao vermelho, devido ao rico suplirmendo vascular, assim como, pela presença de mioglobulina (lembrar o entendimento de que a hemoglobina “solta” o O2, e a mioglobina faz a captação desse oxigeno) Miofibrilas • São compostas por filamentos de actina e miosina • Cada miofibrila é composta por cerca de 1.500 filamentos de miosina adjacentes e por 3.000 filamentos de actina • Miosina II - filamentos mais espessos • Actina - filamentos mais finos • Filamentos de actina e miosina estao interdigitados, formando faixas claras e escuras • FAIXAS I - faixas claras só contem filamentos de actina (isotropicas) • FAIXAS A - faixas escuras contem miosina, assim como as extremidades dos filamentos de actina, onde se superpõe aos de miosina (anisotrop)) • ZONA H - centro palido de cada faixa A • LINHA M - divide zona H • PONTES CRUZADAS - pequenas projeções laterais dos filamentos de miosina - interação com actina causa contração • As extremidades dos filamentos de actina estão ligadas ao DISCO Z, a partir do qual se estendem para ambas as direções • O segmento da miofibrila situado entre dois discos Z sucessivos é chamado de SARCOMERO - unidade contrátil • Quando a fibra esta contraída, o comprimento do sarcomero é cerca de 2 micrômetros, e os filamentos de actina se sobrepõem completamente aos de miosina, e as pontas dos filamentos de actina estao quase se sobrepondo - forca máxima de contração • A organização estrutural das miofibrilas é mantida por 5 tipos de proteína - Titina (muito flexível, lado a lado nos sarcomeros) - Alfa actinina - Cap Z - Nebulina - Tropomodulina • SARCOLEMA é a membrana delgada que reveste a fibra muscular esquelética • SARCOPLASMA é o liquido intracelular entre as miofibrilas • RETICULO SARCOPLASMÁTICO é o retículo endoplasmático especializado do músculo esquelético - linha M nao se move, a actina deslisa sobre a miosina, aproximando as linhas Z Características moleculares dos filamentos contrateis Filamentos de miosina • Composto por varias moléculas de miosina • Cada molécula é composta por 6 cadeias de polipeptideos, 2 pesadas e 4 leves • As 2 cadeias pesadas se enrolam em espiral formando uma dupla hélice denominada cauda da molécula de miosina • Uma extremidade de cada uma dessas caudas é dobrada em estrutura polipetidica globular, chamada CABEÇA DA MIOSINA • As 4 cadeias leves fazem parte da cabeça da miosina - ela funciona como uma enzima ATPase • Parte da molécula de miosina projeta-se para o lado, junto com a cabeça, dando origem a um braço articulado - ponte cruzada Filamento de actina • O filamento de actina é formado por 3 componentes proteicos: actina, troponina e tropomiosina • O arcabouço da molécula de actina é uma molécula proteica com duplo filamento de actina F, que formam uma dupla hélice, tal qual a miosina • As moleculas de tropomiosina formam espirais ao redor da dupla hélice de actina F • Em repouso as moleculas de troponina colocam-se sobre os locais ativos do filamento de actina, não havendo ligação entre actina e miosina para contração • Presas ao longo das moléculas de tropomiosina existem as moléculas de troponina, um complexo de 3 subunidades: - Troponina I - alta afinidade pela actina (inibe o local ativo) - Troponina T - alta afinidade pela tropomiosina - Troponina C - alta afinidade pelos ions calcio Interação entre os filamentos e a contração Ativação do filamento de actina por íons de cálcio • Quando os íons calcio se ligam à troponina C, cada uma dessas moléculas pode se ligar fortemente a até quatro ions cálcio, o complexo da troponina supostamente passa por alteração conformacional que, de algum modo, traciona, com grande intensidade, a molécula de tropomiosina, deslocando-a para o fundo do sulco entre os dois filamentos de actina. • Essa ação “descobre" os locais ativos da actina, permitindo que esses sítios ativos atraiam as pontes cruzadas das cabeças da miosina, fazendo com que a contração prossiga A interação entre o filamento de actina “ativado" com as pontes cruzadas • Apos a ativação pelo cálcio, as pontes cruzadas das cabeças de miosina são atraídas pelos locais ativos do filamento de actina, o que, de alguma forma, produz a contração • Esta hipótese para a qual existem consideráveis evidencias é a teoria do “ir para diante” ou teoria da “catraca” da contração • Acredita-se que cada uma das pontes cruzadas atuede forma independente das demais, cada uma ligando e puxando, em ciclo continuo e repetitivo. Assim, quanto maior o numero de pontes cruzadas ao filamento de actina a qualquer tempo, maior será a forca de contração ATP como fonte de energia para a contração - eventos químicos Acredita-se que a sequencia de eventos na degradação de ATP para a contração muscular ocorra da seguinte maneira 1. Antes do inicio da contração, as pontes cruzadas das cabeças se ligam ao ATP. A atividade da ATPase das cabeças de miosina imediatamente cliva o ATP, mas deixa o ADP e o ion fosfato como produtos dessa clivagem ainda ligados à cabeça. Nessa etapa, a conformado da cabeça é tal que se estende, perpendicularmente, em direção ao filamento de actina, só que ainda não esta ligado à actina 2. Quando o complexo troponina-tropomiosina se liga aos ions de cálcio, os locais ativos no filamento de actina sao descobertos, e as cabeças de miosina, então, se ligam a esses locais 3. A ligação entre a ponte cruzada da cabeça e o local ativo no filamento de actina causa alteração conformacional da cabeça, fazendo com que se incline em direção ao braço da ponte cruzada, o que gera um movimento de força para puxar o filamento de actina. A energia que ativa o movimento de forca é a energia ja armazenada, como uma mola “engatilhada”, pela alteração conformacional que ocorreu na cabeça quando as moléculas de ATP foram clivadas 4. Uma vez em que a cabeça da ponde cruzada esteja inclinada, é permitida a liberação do ADP e do íon fosfato que estavam ligados à cabeça. No local onde foi liberado o ADP, nova molécula de ATP se liga. A ligação desse novo ATP causa o desligamento da cabeça pela actina 5. Apos a cabeça ter sido desligada da actina, a nova molécula de ATP é clivada para que seja iniciado novo ciclo, levando a novo movimento de força. Ou seja, a energia volta a “engatilhar" a cabeça em sua posição perpendicular, pronta para começa o novo ciclo 6. Quando a cabeça engatilhada se liga ao novo local ativo no filamento de actina, ela descarrega e de novo ela fornece outro movimento de força Desse modo, o processo ocorre sucessivamente, até que os filamentos de actina puxem a membrana Z contra as extremidades dos filamentos de miosina, ou até que a carga sobre os músculos fique demasiadamente forte para que haja mais tração Características da contração Grau de superposição dos filamentos - tensão - O grau de sobreposição dos filamentos de actina e miosina determina a tensão desenvolvida pelo músculo em contração. - À medida que o sarcômero encurta e os filamentos de actina se sobrepõem aos filamentos de miosina, a tensão aumenta progressivamente até atingir o máximo - Além do comprimento normal do sarcômero, a tensão ativa diminui com o estiramento do músculo, evidenciando-se pela diminuição da seta representativa Tipos de fibras • Fibras lentas (tipo 1 - músculo vermelho) - Sao menores, mais vascularizaras, mais mitocôndrias, mais mioglobina • Fibras rapidas (tipo 2 - músculo branco - 2a e 2b) - Sao maiores, possuem RS mais extensos, menos suprimento sanguíneo, menos mitocôndrias… Somação das forças na contração • Somação por Fibras Múltiplas: Consiste no aumento da força da contração muscular pela ativação progressiva de unidades motoras de diferentes tamanhos, permitindo uma gradação suave da força. • Somação por Frequência e Tetanização: Envolve o aumento da intensidade da contração muscular pela elevação da frequência de estimulação, resultando na fusão das contrações individuais em uma contração uniforme e contínua, conhecida como tetanização, regulada pela manutenção de íons cálcio no sarcoplasma muscular. Tônus muscular esquelético • Mesmo quando os músculos estão em repouso, em geral eles ainda apresentam certa tensão. Essa tensão é conhecida como tônus muscular • O tônus muscular, a leve contração dos músculos em repouso, é mantido por impulsos nervosos de baixa frequência da medula espinal, controlados pelo cérebro e pelos fusos musculares. Fadiga muscular • A fadiga muscular resulta principalmente da diminuição na capacidade contrátil e no metabolismo das fibras musculares devido à intensa atividade e à depleção de glicogênio muscular. • Além disso, a transmissão dos sinais nervosos pela junção neuromuscular pode diminuir após esforço prolongado, contribuindo para a fadiga. • A interrupção do fluxo sanguíneo durante a contração muscular resulta em fadiga quase total devido à falta de nutrientes, especialmente oxigênio. Hipertrofia e Atrofia muscular • Hipertrofia Muscular: Aumento da massa muscular resultante do aumento do número de filamentos de actina e miosina em cada fibra muscular, conhecido como fibra hipertrofiada. Esse processo é induzido por contrações vigorosas contra a carga durante o processo contrátil, com síntese aumentada de proteínas contráteis e possível formação de novas miofibrilas. • Atrofia Muscular: Redução da massa muscular causada pela degradação rápida das proteínas contráteis em relação à sua reposição. A atrofia ocorre quando um músculo fica sem uso por várias semanas e é mediada pela via ubiquitina-proteassomo, dependente de ATP, que marca e degrada as proteínas desnecessárias ou danificadas nos proteassomos. Rigidez Cadavérica (Rigor Mortis) Quando o tecido morre - o ATP para de ser produzido, o músculo “trava" - ocorrendo o rigor cadavérico - Como células mortas são incapazes de produzir ATP, a dissociação entre os filamentos finos e grossos não pode ocorrer. Contração Isometrica x Isotônica Isometrica: quando o músculo não encurta durante a contração - contração estática Isotônica: quando curta mas sua tensao permanece constante por toda a contração - contração dinâmica Excitação do músculo esquelético Junção neuromuscular • As fibras musculares esqueléticas são inervadas por grandes fibras nervosas mielinizadas que se originam nos grandes neurônios motores, nos cornos anteriores da medula espinhal. • Cada fibra nervosa, depois de penetrar no feixe muscular, normalmente se ramifica e estimula de 3 a várias centenas de fibras musculares esqueléticas. • Cada terminação nervosa faz uma junção, chamada junção neuromuscular, com a fibra muscular próxima da porção média desta. • O PA, iniciado na fibra muscular pelo sinal nervoso, viaja em ambas as direções, até as extremidades da fibra muscular. Com exceção de cerca de 2% das fibras musculares, há apenas uma destas junções por fibra muscular; • Inervação do Músculo Esquelético - Motoras: atuam no estímulo inicial da contração - Um único neurônio motor pode ser responsável pela inervação de 5 a 10 fibras musculares (ex: músculo do olho); - Sensoriais: passam aos fusos neuromusculares - Cada Neurônio motor e as fibras musculares que ele controla formam uma unidade motora (seguem a lei do tudo-ou-nada). Placa motora • A fibra nervosa forma um complexo de terminais nervosos ramificados que se invaginam na superfície • extracelular da fibra muscular.A estrutura toda é chamada de placa motora, que é recoberta por uma ou mais células de Schwann que a isolam dos líquidos circunjacentes. • A membrana invaginada é chamada de goteira sináptica ou canaleta sináptica, e o espaço entre o terminal e a membrana da fibra é chamado de fenda sináptica. • No fundo da goteira encontram-se numerosas pequenas dobras da membrana muscular, as fendas subneurais, que aumentam em muito a área de superfície na qual o transmissor sináptico pode agir. • No terminal axonal há muitas mitocôndrias que fornecem ATP. ○ A acetilcolina, por sua vez, excita a membrana da fibra muscular, que é sintetizada no citoplasma do terminal, mas é absorvida rapidamente por muitas pequenas vesículas sinápticas, cerca de 300.000, as quais se encontram normalmente nos terminais de uma única placa motora. ○ No espaço sináptico há grandes quantidades da enzima acetilcolinesterase, que destrói a aceticolina alguns milissegundos depoisque ela foi liberada das vesículas sinápticas. Secreção de Acetilcolina pelos Terminais Nervosos • Quando um impulso nervoso atinge a junção neuromuscular, cerca de 125 vesículas de acetilcolina são liberadas dos terminais no espaço sináptico. • Na superfície interna da membrana neural estão as barras densas lineares, que de cada lado estão partículas protéicas que penetram na membrana neural; estas são os canais de cálcio voltagem-dependentes. • Quando um potencial de ação se propaga para o terminal, estes canais se abrem e permitem que os íons cálcio se difundam do espaço sináptico para o interior do terminal nervoso. • Considera-se que os íons cálcio, por sua vez, exerçam uma atração sobre as vesículas de acetilcolina, puxando-as para a membrana neural adjacente às barras densas. • As vesículas se fundem então com a membrana neural e esvaziam a acetilcolina no espaço sináptico pelo processo da exocitose. Efeito da Acetilcolina na Membrana da Fibra Muscular • A Acetilcolina Abre Canais Iônicos nas Membranas Pós- sinápticas • A fibra muscular apresenta muitos receptores de acetilcolina na membrana, estes são os canais iônicos controlados pela acetilcolina, e se localizam quase inteiramente próximos às aberturas das fendas subneurais, situadas imediatamente abaixo das áreas de barras densas, onde a acetilcolina é esvaziada no espaço sináptico. • Essas moléculas protéicas penetram por toda a extensão da membrana, situando-se lado a lado, em um círculo, para formar um canal tubular, que se mantém fechado, até que 2 moléculas de acetilcolina se liguem às duas subunidades, provocando uma alteração conformacional que abre o canal. • O canal colinérgico aberto tem um diâmetro de cerca de 0,65 nm, que é grande o suficiente para permitir que íons positivos importantes — Na+, K+ e Ca++ — se movimentem facilmente através da abertura, porém, íons negativos (Cl-) não passam através do canal por causa das fortes cargas negativas na abertura do canal, que repelem estes íons negativos. Na prática, muitos mais íons Na+ fluem através dos canais de acetilcolina do que quaisquer outros íons, por 2 razões. 1. Há apenas dois íons positivos em alta concentração: íons Na+ no líquido extracelular e íons K+ no líquido intracelular. 2. O potencial muito negativo do lado de dentro da membrana muscular, -80 a -90 mv, puxa os íons Na+ carregados positivamente para o interior da fibra e se opõe ao efluxo dos íons K+ carregados positivamente. Destruição da acetilcolina (1) A maior parte da acetilcolina é destruída pela enzima aceticolinesterase, que está ligada principalmente à camada esponjosa do tecido conjuntivo fino que preenche o espaço sináptico, entre o terminal nervoso pré-sináptico e a membrana muscular pós-sináptica; (2) Uma pequena quantidade de acetilcolina se difunde para fora do espaço sináptico, e assim deixa de estar disponível para agir sobre a membrana da fibra muscular. Potencial de placa motora e excitação • O influxo de íons sódio para a fibra muscular, quando os canais colinérgicos se abrem, causa variação do potencial elétrico no interior da fibra, no local da placa motora, para aumentar na direção positiva, por 50 a 75 milivolts, criando um potencial local Botulismo Causado pela ingestão de comida enlatadas que não foram preservadas adequadamente. A toxina é produzida pelo Clostridium botulinum, que interfere na liberação de acetilcolina, resultando na paralisia muscular. A toxina botulínica do tipo A (botox), é utilizado para corrigir linhas de expressão, o efeito dura por menos de 3 meses. Acoplamento excitação-contração Os potenciais de ação se distribuem para o interior da fibra muscular por meio dos Túbulos Transversos • A fibra muscular esquelética é tão grande que o potencial de ação na superfície quase não provoca fluxo de corrente no interior da fibra. • Os potenciais de ação no túbulo T provocam liberação de íons cálcio no interior da fibra muscular, na vizinhança imediata das miofibrilas, e esses íons cálcio causam então a contração. Esse processo é chamado acoplamento excitação-contração. Tubulo transverso - sistema retículo sarcoplasmatico • Os túbulos T (invaginações da própria membrana) passam transversalmente pela fibra e se dispõe exatamente no plano de junção entre as bandas A e I. • Cada sarcômero possui 2 conjuntos de túbulos T, um em cada interface das bandas A e I, assim os túbulos T se estendem profundamente pelo interior da fibra, facilitando a condução de ondas de despolarização ao longo do sarcolema. Liberação dos íons calcio pelo retículo sarcoplasmático • Retículo sarcoplasmático contém altas concentrações de íons cálcio em seus túbulos vesiculares. • Potencial de ação em um túbulo T adjacente desencadeia liberação de cálcio. • Corrente elétrica é induzida para as cisternas do retículo sarcoplasmático. • Receptores de di-idropiridina detectam variação de voltagem e ativam canais de liberação de cálcio. • Canais de liberação de cálcio abertos por poucos milissegundos, liberando cálcio para o sarcoplasma. Uma Bomba de Cálcio Remove os Íons Cálcio do Líquido Miofibrilar, depois da Contração Fármacos que Estimulam a Fibra Muscular por Ação Semelhante à da Acetilcolina: - Exemplos incluem metacolina, carbacol e nicotina. - Não são destruídos rapidamente pela colinesterase, prolongando sua ação. - Causam despolarização localizada na placa motora, levando a espasmos musculares. Fármacos que Estimulam a Junção Neuromuscular, Inativando a Acetilcolinesterase: - Neostigmina, fisostigmina e fluorofosfato de di-isopropil são exemplos. - Inibem a acetilcolinesterase, levando ao acúmulo de acetilcolina e espasmos musculares. - Pode levar à morte por espasmo da laringe. Fármacos que Bloqueiam a Transmissão na Junção Neuromuscular: - A D-tubocurarina é um exemplo de fármaco curariforme. - Bloqueia a ação da acetilcolina nos receptores musculares, impedindo a despolarização e o potencial de ação. Metabolismo energético Energia para: • Bombear calcio do sarcoplasma para o retículo sarcoplasmatico • Bombear sodio e potassio • Ativar mecanismos de catraca na contracao muscular • A concentração de ATP é suficiente para uma contração máxima de 1 a 2 segs • Varios substratos são utilizados como fonte de energia - via glicolítica, ac. graxos… gerando ATP • [ATP]/[ADP] deve ser sempre alta, sistema efetivo para reservar ATP • Síntese de creatina fosfato (CP) - age como fonte armazenadora para rapida regeneração de ATP • Esse reservatório de energia utiliza enzimas creatina quinas (CK) e mioquinases (MK) para manter o equilibrio de ATP, ADP e CP \ Fontes de energia da contração muscular FOSFOCREATINA • Contém ligação de fosfato de alta energia, que é clivada instantaneamente para a refosforilação • Porém a quantidade de fosfocreatina no músculo é apenas 5X maior que a de ATP, o que garante de 5 a 8 s de contração máxima. GLICOGÊNIO • Rapidamente fracionado em ácido pirúvico e lático que refosforilam o ATP e refazem as reservas de fosfocreatina Tais reações glicolíticas ocorrem mesmo na ausência de O2 e acontecem 2,5 X mais rápido que a formação de ATP em reações com O2. Garantem uma contração máxima por volta de 1min METABOLISMO OXIDATIVO ■ 95% da energia utilizada na contração prolongada vem dessa fonte onde são utilizados como fonte os carboidratos, proteínas e principalmente gorduras Energia Músculo esquelético - Fibras lentas (vermelhas) - ricas em mioglobina e mitocôndrias - fosforilação oxidativa - Fibras rapidas (brancas) - pobres em mioglobina e mitocôndria - glicolise - Quando o O2 é deficiente, ocorre aumento de lactato no sangue (metabolismo anaeróbio) - Acidose lática pode ocorrer no musculo apos exercício excessivo - fadiga, dor muscular, etc Músculo cardiaco - Metabolismo aeróbico bastante pronunciado - Utilização de substratos normalmente presentes no plasma - Mitocôndria - cerca de 35% do volume do músculo cardiacoCreatina • A creatina fosfato é o derivado fosforilado de creatina encontrado no músculo, é um composto de alta energia que pode doar reversivelmente um grupo fosfato ao ADP para formar ATP. • A reação, catalisada pela creatina quinase, fornece uma reserva pequena mas rapidamente mobilizada de fosfato de alta energia, que pode ser usada para manter o nível intracelular de ATP durante os primeiros minutos de contração muscular intensa SINTESE • A creatina é sintetizada a partir da glicina e do grupo guanidina da arginina, mais um grupo metila da S-adenosilmetionina. • A creatina é reversivelmente fosforilada a creatina fosfato (fosfocreatina) pela creatinoquinase, utilizando ATP como doador de fosfato. • A fosfocreatina funciona como um depósito de fosfato de alta energia no músculo. DEGRADAÇÃO • A creatina e fosfocreatina tornam-se cíclicas espontaneamente em uma velocidade lenta porém constante para formar creatinina, a qual é excretada na urina. • A quantidade de creatinina excretada pelo corpo é proporcional ao conteúdo corporal total de creatina fosfato e, assim, pode ser usada para estimar a massa muscular. • Qualquer aumento na creatinina sanguínea é um indicador sensível de disfunção renal, pois a creatinina normalmente é rapidamente removida do sangue e excretada. Eficiencia da contração muscular • O percentual da quantidade de energia fornecida ao músculo (a energia química dos nutrientes) que pode ser convertida em trabalho, mesmo sob as melhores condições, é menor que 25% com o restante se transformando em calor • A rapaz para essa baixa eficiência é que cerca de 1/2 da energia dos nutrientes é perdida durante a formação do ATP e, mesmo assim, somente 40-45% da energia do ATP pode ser posteriormente convertida em trabalho • Se o musculo se contrair lentamente ou sem qualquer movimento, pequenas quantidades do calor de manutenção sao liberadas durante a contração, mesmo que pouco ou nenhum trabalho seja realizado, fazendo com que a eficiência da conversão diminua a zero • De modo inverso, se a concentração for muita rapida, grande quantidade de energia é usada para superar a fricção viscosa no próprio musculo, o que também reduz a eficiência da contração • Geralmente, ocorre eficiencia máxima quando a velocidade da contracao fica em torno de 30% da máxima Músculo cardíaco • Esta sob o controle do SNC, é um músculo estriado involuntário, um marca-passo intrínseco permite a contração rítmica do coração, sem qualquer influencia externa • Alem disso, as celuas do musculo cardíaco formam um sincício elétrico, que possibilita sia contração sincrônica (em onda) - importante para o efeito de bombeamento • O miocardio adulto é composto por uma rede anastomosada de celulas musculares cardíacas ramificadas, organizada em camadas (laminas) • As laminas sao separadas por uma fina camada de TC que viiculam vasos sanguíneos, nervos e o sistema autogerador do impulso cardíaco • As celulas dos atrios sao um pouco menores que as do ventrículo e armazenam grânulos (especialmente no ATRIO DIREITO) contendo peptídeo natriurético atrial - redutor da pressão arterial (natriuretico - sódio eliminado na urina) • Possuem junções especializadas que unem uma célula a outra - discos intercalares - faixas de adesão e desmossomos e junções GAP • Na face citoplasmática do sarcolema dos discos intercalares, miofilamentos finos se unem às faixas de adesão (como as linhas Z) • Os sarcomeros possuem a mesma estrutura basica do musculo esquelético, assim como mecanismo de contração • As diferenças estao na organização e quantidade dos túbulos T, no suprimento de Ca++, nos caiais de ions do sacolé,a e na duração do PA - As cisternas sao maiores e mais extensas nao formam uma tríade e sim uma diade na linha Z (retículo + T + retículo -> retículo + “T") - Os túbulos T são 2 1/2 X maior que do ME e apresentam uma lamina externa (negativamente) - O RS é esparso, assim nao armazena Ca suficiente, necessitando fontes adicionais de Ca, como o meio externo e lamina externa Ritmo próprio • O músculo cardíaco é involuntário, dotado de um marca- passo intrínseco, representado por uma célula especializada (situada no nodo sinoatrial do átrio direito), capaz de sofrer despolarização espontânea e gerar PA. • O PA se propaga pelas células atriais, através dos canais juncionais, e por fibras condutoras especializadas existentes nos átrios (por todo o átrio em aproximadamente 70 ms). • Para que o PA alcance os ventrículos, ele deverá passar pelo nodo atrioventricular; em seguida pelos ventrículos através das vias especializadas para a condução (feixe de His e sistema de Purkinje), via canais juncionais nos discos intercalados. • O PA se propaga por todo o coração em 220 ms após disparo no nodo sinoatrial. Como a contração de uma célula do músculo cardíaco tipicamente dura 300 ms, essa condução rápida e imediata promove uma contração quase sincrônica das células musculares cardíacas. • Bem diferente do músculo esquelético, onde as células se encontram agrupadas em unidades motoras, recrutadas independentemente para o aumento na força de contração CONTROLE EXTRINSECO DA CONTRACAO OCORRE POR ESTIMULAÇÃO HORMONAL No caso do coração, os níveis elevados do hormônio da medula adrenal, a epinefrina, ou do neurotransmissor simpático, a noraepinefrina, ativam os receptores β-adrenérgicos existentes nas células do músculo cardíaco, promovendo a ativação da adenililciclase, o aumento do AMPc, e a consequente fosforilação de inúmeras proteínas presentes nas células cardíacas Metabolismo aeróbico • O musculo cardiaco conta basicamente com o metabolismo aeróbico, incluindo a oxigenação de gorduras, para suprir as demandas energéticas • Durante os momentos de isquemia, a reserva de fosfocreatina (pequena) que transforma ADP em ATP, pode diminuir, como no ME • Quando o musculo cardiaco sofre uma privavam de O2 por conta de uma oclusão de um vaso coronário, as contrações cessam rapidamente (cerca de 30 seg) • Isso nao se deve à depleção do ATP ou da fosfocreatina, ja que esses níveis declinam mais lentamente • Mesmo depois de 10 min de isquemia por bloqueio de fluxo, quando os níveis da fosfocreatina chegam próximo ao zero, restando apenas 20% do ATP, a reperfusao é capaz de restabelecer essas reservas energéticas • Contudo, o prolongamento dessa isquemia por 20 min resulta em quedas maiores no nível do ATP, de modo que a reperfusão tem efeito consideravelmente menor, com restauração limitada dos níveis do ATP e da fosfocreatina ou mesmo da atividade contrátil. Hipertrofia cardiaca • As células do músculo cardíaco sofrem um aumento de tamanho (hipertrofia), em resposta à sobrecarga de pressão. • Hipertensão, defeitos nas válvulas cardíacas e enfraquecimento das paredes ventriculares devido a infartos do músculo cardíaco podem levar à insuficiência cardíaca, uma causa predominante de óbito. A insuficiência cardíaca pode ser constatada com o espessamento das paredes do ventrículo ou com ventrículos dilatados (volume aumentado) • Os defeitos contráteis associados à hipertrofia do músculo cardíaco parecem envolver falhas no controle do Ca++ intracelular, resultando em uma força contrátil inferior e um relaxamento mais lento Músculo liso • Suas células não possuem estriações transversais (lisas), não possuem sistema de túbulos T • É encontrado na parede de vísceras ocas (trato gastrointestinal, alguns órgãos do trato genital e urinário), paredes de vasos sanguíneos, ductos maiores de glândulas compostas, vias respiratórias e em pequenos feixes no interior da pele • Não esta sob comando voluntario, sendo regulado pelo SN autônomo, por hormônios (bradicininas) e condições fisiológicas locais Células do músculo liso desempenham funções sintáticas e secretoras ○ O crescimento e o desenvolvimento dos tecidos dotados de células musculares lisas estão associados a aumentos na matriz de tecido conjuntivo ○ Essas células