Biofisica do Aparelho Locomotor

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Biofísica do Aparelho 
Locomotor 
 
Fátima Pereira de Souza 
 
Sistema muscular 
Tipos de músculos: todo músculo é formado por um feixe de 
fibras. Existem dois tipos principais de fibras musculares, as lisas e 
as estriadas. Essa nomenclatura vem do seu aspecto microscópio. 
Fibras lisas: Contraem-se mais lentamente, mas a contratura 
pode demorar muito tempo. São encontradas nas vísceras e 
especialmente no tubo digestivo, bexiga e artérias. 
Fibras Estriadas: Contraem-se mais rapidamente, e em casos 
normais, sua contração dura pouco. Formam a massa dos músculos 
esqueléticos, e como um tipo especial do miocárdio, totalizando 
cerca de 40% da massa corporal. 
Relações Energéticas no Músculo 
O músculo é um biossistema que transforma energia elétrica 
potencial de biomoléculas em calor e trabalho mecânico. 
 
 
 
 
Em repouso, a energia está praticamente toda em seu estado potencial. 
Quando o músculo se contrai, há duas formas de liberação de calor, 
uma pela reação química e outra pelo atrito entre as estruturas. O 
movimento que representa o trabalho mecânico é representado pela 
contração muscular. 
Tanto o calor quanto o trabalho muscular, podem ser medidos com 
precisão. Eficiência mecânica (Ef) 
Ef = Trabalho realizado / energia gasta 
Tipos de Contrações Musculares 
Todas as contrações musculares podem ser classificadas 
como: 
 1) ISOMETRICAS ou 
 2) iSOTONICAS 
 
1)isometricas ocorrem quando a tensão desenvolvida é 
dentro do músculo, mas os ângulos articulares permanecem 
constantes. Elas podem ser imaginadas como estáticas, já 
que pode ser desenvolvida uma quantidade significativa de 
tensão no músculo para manter o ângulo articular numa 
posição relativamente estática ou estável. 
Neste caso não há trabalho físico (Força x Distancia é 
nula) toda energia utilizada é dissipada em calor. 
 
Tipos de Contrações Musculares 
2) isotônicas envolvem desenvolvimento de tensão por parte do músculo 
para originar ou controlar o movimento articular e podem ser imaginadas 
como contrações dinâmicas, já que a variação no grau de tensão dos 
músculos faz com que os ângulos articulares mudem. O tipo isotônico de 
contração muscular é ainda subdividido em concêntrico e excêntrico, 
dependendo se ocorrerá encurtamento ou alongamento. 
Já neste caso há trabalho pois o músculo se contrai e diminui seu 
comprimento e as distribuições de energia é descrito como na figura 14.1. 
Esses dois parâmetros de contração muscular 
(isométrica e isotônica) estão definidos pela a 
equação de Hill 
En = A + (a .Δ L) + (f . Δ L) 
 
Onde: A é o calor de ativação, 
a é o calor de contração, 
L é a distância percorrida e 
f é a força exercida pelo músculo. 
 
Isométrica ΔL = 0, pois o músculo não muda de 
comprimento, não há trabalho, neste caso En = A 
 
Isotônica ΔL ≠ 0 Logo é valida toda a equação de 
Hill 
Anatomia e Fisiologia do Músculo 
 Esquelético 
Músculos esqueléticos são 
constituídos por inúmeras fibras 
que variam de 10 a 80µm 
Organização do músculo esquelético, 
do nível macroscópico ao molecular 
 40% músculo esquelético 
10% músculo liso e cardíaco 
Estrutura de fibra muscular 
Sarcolema: membrana celular da fibra 
muscular constituída por fina camada 
fibrilar de colágeno, cada 
extremidade da fibra muscular, funde-
se com fibra tendinosa e junta-se 
com feixe para formar os tendões do 
músculo que se inserem nos ossos. 
Miofibrilas: Filamento de actina e miosina 
 Cada fibra contém várias centenas de miofibrilas 
 Cada miofibrila é formada por 1.500 filamentos de miosina adjacentes e 
3.000 filamentos de actina que são moléculas polimerizadas responsáveis 
pela contração muscular. 
•No estado relaxado = as extremidades 
dos filamentos de actina que se estendem de dois discos Z sucessivos, mal se sobrepõem; 
 
•No estado contraído= esses filamentos de actina são tracionados por entre os filamentos 
de miosina, de forma que suas extremidades se sobrepõem. Umas ás outras em sua 
extensão máxima; 
 
• Os discos Z foram tracionados pelos filamentos de actina ate as extremidades dos 
filamentos de miosina. Assim, a contração muscular ocorre por deslizamento dos 
filamentos. 
Sarcômero 
 
Estados contraído e relaxados da miofibrila 
mostrando (acima) o deslizamento dos 
filamentos de actina (azul), pelos espaço entre 
os filamentos de miosina (marron), e (abaixo) 
puxando as membranas Z umas contra as 
outras 
Arranjo dos filamentos de sarcomeros 
Macanismo 
 geral de 
 contração 
 muscular 
Macanismo de contração muscular 
Potencial de açao 
sinal eletrico proviniente 
do cerebro ou da medula 
 espinhal ate o moto 
neuronio alfa 
Macanismo de contraçao muscular 
Potencial de açao Terminais axonais 
Libera 
neurotransmissor 
Acatilcolina (Ach) 
Mecanismo Molecular da Contração 
Muscular 
Características Moleculares dos Filamentos Contráteis 
A=Molécula de miosina, B=combinação de 
muitas moléculas de miosina para formar o 
filamento de miosina. São mostrados, também 
milhares de pontes cruzadas de miosina e 
interações entre as cabeças das pontes com os 
filamentos adjacentes de actina 
Filamentos de Miosina; 
Atividade da ATPase da Cabeça de Miosina 
Filamentos de actina; 
As moléculas de troponina 
A troponina e seu papel na contração 
 muscular 
calda 
cabeça 
Cadeia leve 
2 cadeias pesadas 
Filamentos de miosina 
Mecanismo Molecular da Contração 
Muscular 
Filamentos de actina; 
Duplo filamento de actina-F dois filamentos claros 
as moléculas de troponina 
Filamentos de actina, composto por dois filamentos helicoidais de 
moléculas de actina F e dois filamento de moléculas de tropomiosina que se 
encaixam nos sulcos ente os filamentos de actina. Ligado a uma 
extremidade de cada molécula de tropomiosina está o complexo de 
tropomiosina que inicia a contração. 
Sitio ativo Complexo troponina 
tropomiosina 
Actina F 
Mecanismo de ir para diante para contração dos músculos 
Mecanismo Molecular da Contração 
Muscular 
Cabeças de duas pontes cruzadas se ligando e se desligando dos locais 
ativos de filamento de actina; e esse ligação provoca profunda alteração nas 
forças intramoleculares entre as cabeças e os braços dessas pontes cruzadas 
Sitio ativo Filamento de actina 
Filamento de miosina 
dobradiças 
Movimento 
 de força 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__action_potentials_and_muscle_contraction.ht
ml 
Contraído Relaxado 
Efeito do grau de Sobreposição dos Filamentos de Actina 
e de Miosina sobre o desenvolvimento de 
Tensão pela Contração Muscular 
Diagrama do comprimento-tensão para sarcômero único, totalmente 
contraído, mostrando a força máxima de contração quando o sarcômero 
tem 2.0 a 2.2 µ de comprimento. No lado superior direito, estão as 
posições relativas dos filamentos de actina e miosina em diferentes 
comprimentos do sarcomero do ponto A ao ponto D. 
Energética da Contração 
Muscular 
Relação entre a carga e a velocidade da contração do 
músculo esquelético 
Relação entre a velocidade de contração e a carga 
Contração oposto a carga (kg) 
A- Transmissão Neuromuscular 
 
B- Acoplamento Excitação-Contração 
 
Cada terminação nervosa forma uma junção (junção 
neuromuscular) com a fibra muscular próxima de seu ponto 
médio, e o potencial de ação resultante, na fibra muscular, 
percorre os 2 sentidos, na direção das extremidades dafibra 
muscular 
Excitação do Músculo Esquelético 
Liberação da acetilcolina das vesículas sinápticas na membrana neural da junção 
neuromuscular. Observe a proximidade entre os locais de liberação na 
membrana muscular, nas aberturas das fendas subneurais 
Moto neuronio libera Ach Que se liga a 
receptores no sarcolema 
 
Se ocorrer a ligaçao de uma quantidade 
suficiente de Ach, sera gerado um potencial 
de ao muscular 
Secreção de Acetilcolina pelas 
Terminações Nervosas 
Canal colinérgico. 
A = estado fechado 
B = depois que a acetilcolina (Ach) se ligou e uma alteração de conformação abriu 
o canal, permitindo que íons sódio penetrassem na fibra muscular e 
estimulassem a contração. Observe as cargas negativas na abertura do canal que 
impedem a passagem de íons negativos como o cloreto 
A entrada brusca de íons sódio no interior da fibra muscular quando os canais de 
acetilcolina se abrem faz com que o potencial de membrana da fibra na área local da 
placa motora aumente, na direção positiva, por até 50 a 75mV, dando origem a um 
potencial local denominado potencial de placa motora. 
Potencial de placa motora e excitação da fibra muscular esquelética 
Secreção de Acetilcolina pelas 
Terminações Nervosas 
Potenciais de placa motora ( em milivolts). 
 
A=potencial de placa motora de pequena 
amplitude registrado em um músculo curarizado, 
insuficiente para desencadear um potencial de 
ação; 
 
B= potencial de placa motora normal , 
desencadeando um potencial de ação muscular; 
 
C= Potencial de placa motora reduzido em 
amplitude pela toxina botulinica, que diminui a 
liberação de acetilcolina na placa motora o 
potencial é insuficientepara desencadear um 
potencial de ação muscular 
1)Potencial de repouso 
aproximadamente -70 a -80mV 
nas fibras esqueléticas 
2) Durante o potencial de ação 1 a 
5ms no músculo esquelético 
3) Velocidade de condução 3 a 5 m/s 
aproximadamente 1/13 da 
velocidade de condução das 
grandes fibras nervosas 
mielinizadas que excitam o 
músculo esquelético 
Potencial de Ação do Músculo 
 B) Acoplamento Excitação-Contração 
Potencial de Ação do Músculo 
Sistema túbulo transverso (T) reticulo 
sarcoplasmático. Observe que os túbulos T se 
comunicam com a parte externa da membrana 
celular e, profundamente na fibra muscular cada 
túbulo T se situa adjacente as extremidades dos 
túbulos longitudinais do reticulo sarcoplasmático 
que circundam as miofibrilas que de fato se 
contraem. Estas ilustrações foi desenhada do 
músculo de sapo que tem túbulos T por 
sarcomero, localizado na linha Z. Um arranjo 
similar é encontrado no músculo cardíaco dos 
mamíferos; porém, o músculo esquelético dos 
mamíferos tem dois túbulos T por sarcomero 
localizado nas junções das bandas A-I 
Resumo do processo 
de contração muscular 
Energia para a contração muscular 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__action_potentials_and_muscle_contraction.ht
ml 
Processo ativo – Energia - ATP 
 Acoplamento Excitação-Contração 
Liberação de íons cálcio pelo reticulo sarcoplasmático 
Acoplamento excitação-contração no músculo, mostrando (1) Um potencial de ação 
que causa liberação de íons cálcio do reticulo sarcoplasmático e, em seguida (2) 
receptação dos íons cálcio por uma bomba de cálcio. 
Referências 
GUYTON, A. C.; HALL, J. E. Tratado de Fisiologia Médica. Elsevier, 
11ªed. Rio de Janeiro –RJ, 2006. 
 
HENEINE I. F. Biofísica Básica. São Paulo: editora Atheneu, 2010 
 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__breakdow
n_of_atp_and_cross-bridge_movement_during_muscle_contraction.html 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__action_potentials_and_muscle_contraction.ht
ml 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__function_of_the_n
euromuscular_junction__quiz_1_.html 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__myofilament_
contraction.html 
http://highered.mcgraw-
hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter10/animation__sarcomere
_contraction.html 
Exercícios 
Exemplo 1- um músculo realiza certo trabalho, e o calor desperdiçado é medido 
dando um valor de 850J. O trabalho mecânico foi levantar massa de 30kg a 1 metro 
 de altura. 
 
a) Qual a eficiência mecânica? b) e qual o calor produzido? 
2- um homem de 70 kg sobe correndo uma escada de 6 metros de altura em 
10 segundos. A) O trabalho físico realizado pelo é? 
 
 
b)Qual o trabalho biológico se o trabalho biológico foi 25% do trabalho físico? 
3- Descreva o mecanismo molecular de contração muscular? 
Estudo dirigido 
1-Descreva o processo de despolarização da membrana. Descreva os quais mecanismos 
estão envolvido neste processo e qual a sua importância. 
3- Qual a participação do transporte passivo e ativo polarização da membrana celular. 
4- O que e sinapse e qual sua importância? Deferência sinapse física de sinapse química. 
5- Diferencie sinapse excitatória de sinapse inibitória. Descreva detalhadamente cada uma. 
6- Descreva os passos para a transdução de um potencial de ação na sinapse. 
7-Como a acetilcolina participa do processo de sinapse? 
8-No processo auditivo descreva quais são as partes envolvidas na: 
Captação e condução e na transformação da energia sonora em deslocamento mecânico e 
amplificação da onda mecânica. 
9- Qual a função da cóclea na transformação do movimento mecânico em hidráulico, e 
hidráulico em pulso elétrico? 
10- Quais são as principais componentes do órgão de corte e qual seu papel 
na decodificação do pulso elétrico.