Cellular

O miócito muscular é uma célula que se diferenciou pela função especializada de contração. Embora as células musculares cardíacas, esqueléticas e lisas partilhem muitas funcionalidades comuns, nem todas partilham características idênticas, estruturas anatómicas ou mecanismos de contracção.

Mioócito muscular esquelético

Miooblastos musculares esqueléticos (miócitos progenitores) diferenciam-se e fundem-se em fibras musculares multinucleadas chamadas miofibrilas que se comportam como uma unidade. Estas miofibrilas, por sua vez, são compostas por filamentos finos e grossos sobrepostos (miofilamentos) que estão dispostos longitudinalmente em sarcômeros. Assim, o encurtamento ou contração das fibras musculares esqueléticas é o resultado do encurtamento dos sarcômeros. Filamentos grossos são compostos de miosina, que é um polipeptídeo proteico. Cada molécula de miosina tem duas cabeças globulares que estão envolvidas na contração através da ligação de filamentos finos. Os filamentos finos incluem actina (contém um local de ligação das cabeças de miosina), tropomiosina e troponina (tem três subunidades: troponina T, troponina I e troponina C). Estas estruturas do sarcômero dão ao músculo esquelético sua aparência estriada e são facilmente visíveis em microscopia eletrônica.

Miócitos esqueléticos também contêm estruturas chamadas Túbulos T que são extensões da membrana plasmática do miócito. Estão abertos ao espaço extracelular e funcionam para transportar os potenciais despolarizantes para o espaço intracelular, permitindo contracções coordenadas. Além disso, os túbulos T contêm receptores de dihidropiridina que são essenciais para a contração após a excitação dos miócitos. O retículo sarcoplasmático (SR) é uma estrutura fundamental no miócito do músculo esquelético. É o local de armazenamento e regulação do cálcio (Ca2+) no miócito. O SR contém cisterna terminal que se acoplam mecanicamente com túbulos T e receptores de ryanodine sensíveis à tensão que são canais que liberam Ca2+. O SR também tem um canal Ca2+ -ATPase que bombeia Ca2+ de volta para o SR a partir do espaço intracelular após a excitação. No músculo esquelético, um túbulo T liga duas cisternas terminais em um arranjo de tríade.

O modelo mais popular para entender a contração muscular é o modelo de filamento deslizante, que descreve o encurtamento do sarcômero por interações recorrentes de miosina/actina. Durante cada interação, as cabeças de miosina trabalham para trazer as pontas livres de actina adjacentes para mais perto do centro do sarcômero. No miócito do músculo esquelético em repouso, a tropomiosina bloqueia os sítios de ligação da miosina à actina.

1. Quando um potencial despolarizante motor significativo da placa terminal supera o limiar do miócito esquelético, a célula dispara um potencial de ação.
2. Este potencial despolarizante é propagado aos túbulos T, causando uma mudança conformacional nos receptores de dihidropiridina.
3. A cisterna terminal mecanicamente acoplada também sofre uma mudança conformacional, induzindo a libertação de Ca2+ do SR e aumento da Ca2+concentração intracelular.
4. Ca2+ liga-se à troponina C, causando uma mudança conformacional na troponina que move a tropomiosina do local de ligação da miosina à actina. Nota: na presença de Ca2+, a troponina C permanece nesta configuração, deixando o sítio de ligação da miosina na actina disponível para as interações miosina.
5. No início, nenhum trifosfato de adenosina (ATP) está ligado à miosina causando a ligação da miosina à actina (a falta permanente de ATP causa interação permanente de miosina e actina e é o mecanismo por trás do rigor mortis).
6. ATP então liga a miosina e a miosina desassociada com a actina.
7. Hidrólise deste ATP ligado ao ADP mais fosfato inorgânico induz uma mudança na miosina para a “posição em pau”. Nota: apenas o ADP permanece ligado ao myosin.
8. A cabeça do myosin então interage com a actina em outro local de ligação.
9. ADP é liberado do myosin causando outra mudança que resulta no “curso de energia”. Neste momento, a miosina está ligada à actina e permanecerá ligada sem mais ATP.
10. Uma outra molécula de ATP liga a miosina. O ciclo continua, encurtando o sarcômero à medida que a miosina desliza ao longo da actina.

Relaxação ocorre quando há uma diminuição dos potenciais motores excitatórios da placa terminal, uma diminuição dos potenciais de ação e repolarização do miócito. Ca2+ é sequestrado de volta ao SR por bombas Ca2+ -ATPase, diminuindo intracelularmente. Esses miócitos também contêm trocadores de Na+/Ca2+ na superfície celular que usam o gradiente eletroquímico de Na+ para trocar Na+ para a célula em troca de Ca2+ para fora da célula. Ca2+ dissocia-se da troponina C, e a tropomiosina bloqueia novamente os sítios de ligação da miosina na actina.

Alguns pontos-chave a observar sobre o sarcômero na microscopia eletrônica são os seguintes. O sarcômero aparece entre as linhas Z, e a contração se aproxima destas linhas Z. A contracção resulta no encurtamento das bandas H (apenas filamentos grossos) e I (apenas filamentos finos). A banda A (comprimento de um filamento grosso com filamento fino sobreposto) no sarcômero permanece sempre o mesmo comprimento.

Os seguintes pontos são dignos de nota sobre as contrações musculares. O músculo esquelético está sob controle voluntário, exceto para os reflexos e o diafragma durante a respiração involuntária. Os neurônios motores inferiores inervam estes miócitos da medula espinhal e respondem ao neurotransmissor acetilcolina (ACh). Quando o ACh liga seus receptores ao miócito, o sódio (Na+) é permitido dentro da célula, causando a despolarização mencionada acima. A tensão muscular máxima ocorre quando há uma sobreposição ideal de filamentos grossos e finos. Ou seja, todas as cabeças de miosina podem interagir com a actina. Se a fibra muscular é esticada muito longe, a interação entre filamentos grossos e finos diminui. Além disso, se o músculo encurtar muito consideravelmente, as grandes cabeças de miosina se afastam umas das outras, diminuindo as interações do miofilamento. Finalmente, a velocidade máxima que uma fibra muscular pode contrair vai diminuir à medida que a carga sobre o músculo aumenta.

Músculo suave Myocyte

Similar ao músculo esquelético, as células musculares lisas também contêm filamentos grossos e finos. No entanto, ao contrário do músculo esquelético, estes miofilamentos não estão organizados em sarcomeres longitudinais, e não contêm troponina. A falta de sarcômeros e, portanto, a falta de estrias, dá o nome ao músculo liso. Os miócitos musculares lisos fundem-se para formar três tipos de músculo. Aqueles miócitos que se contraem como unidades separadas são chamados de músculo liso multiunidades. Eles estão na íris do olho ou no canal deferente. O músculo liso multiunidades é normalmente altamente valorizado e sob controlo autonómico. As células musculares lisas que se contraem juntas são chamadas de músculo liso de uma só unidade. São mais comuns e podem estar presentes no trato gastrointestinal, bexiga e útero.

Em contraste com o músculo liso de múltiplas unidades, as células musculares lisas de uma unidade se comunicam altamente para contrações coordenadas. Estas células estão sob controle autonômico e modulação por hormônios ou neurotransmissores. Finalmente, os miócitos musculares lisos podem se diferenciar em músculo liso vascular. Estas células também são responsáveis pela regulação da pressão arterial.

O mecanismo de contração do músculo liso é diferente do mecanismo descrito acima para o músculo esquelético. No entanto, muito semelhante a uma célula do músculo esquelético, um aumento intracelular é o fator crítico envolvido na contração muscular. Mecanismos múltiplos podem causar um aumento intracelular no miócito do músculo liso. A despolarização do miócito após o ACh liga os seus receptores na superfície celular, que subsequentemente abre canais L tipo Ca2+ de tensão. A abertura dos canais Ca2+ na membrana do miócito secundário ao hormônio ou neurotransmissor ligando seu receptor (ligand-gated). Os hormônios ou neurotransmissores induzem a liberação de Ca2+ do retículo sarcoplasmático (SR) através de canais de Ca2+ fechados com inositol 1,4,5-trifosfato (IP3). Independentemente do mecanismo de aumento, o mecanismo a jusante permanece o mesmo.

1. >
   Ca2+ liga uma molécula chamada calmodulin.
2. Ca2+-calmodulin complex subsequentemente activa uma enzima chamada myosin light-chain kinase. (Kinases serve o propósito da fosforilação).
3. Então, os fosforilatos de miosina de cadeia leve cinase (adiciona um grupo fosfato) à miosina.
4. Miosina fosforilada liga-se à actina e inicia a contracção através do ciclo de ponte transversal mencionado acima sob o músculo esquelético. Nota: O mecanismo de usar ATP para contração muscular no músculo esquelético é o mesmo no músculo liso.
5. Diminuição da atividade intracelular e aumento da atividade de uma enzima chamada miosina fosfatase de cadeia leve (remove o fosfato da miosina) produz relaxamento.

Intracelular diminui ao ser bombeado de volta para o SR por bombas ATPase ou por permutadores Na+/Ca2+ na superfície celular.

Nota: Hormonas que produzem contracção ou relaxamento muscular suave, fazem-no modulando a fosfatase intracelular ou miosina de cadeia ligeira. Por exemplo, o óxido nítrico proporciona relaxamento ao aumentar a atividade da miosina fosfatase da cadeia de luz.

Miócito Muscular Cardíaco

A fisiologia do miócito cardíaco é mais intrincada que a do músculo esquelético ou liso, embora compartilhe algumas semelhanças. O miócito cardíaco contém sarcômeros como o músculo esquelético, portanto, é estriado. O mecanismo de encurtamento do miócito muscular é o mesmo que o músculo esquelético mencionado acima. Os miócitos cardíacos têm estruturas únicas que são vitais para o bom funcionamento do coração. Os discos intercalados que estão presentes na periferia da célula, mantêm a aderência entre os miócitos. As junções de fendas, que estão presentes nos discos intercalados, permitem a comunicação eléctrica entre células. A rápida propagação do potencial despolarizante entre células adjacentes ajuda nas contrações coordenadas, o que é vital para a sobrevivência. Os miócitos cardíacos também contêm túbulos T. No entanto, ao contrário do músculo esquelético, um túbulo T liga uma cisterna terminal num arranjo de díades. O retículo sarcoplasmático está presente nos miócitos cardíacos e também serve a função de armazenamento de Ca2+.

O potencial de ação em um miócito cardíaco é único. Ele consiste de uma fase de repouso chamada Fase 4, que é mantida pela permeabilidade celular ao potássio (K+) para fora da célula. A Fase 4 é seguida pela Fase 0, que é caracterizada por um rápido upstroke/depolarização devido à abertura dos canais de Na+ em tensão e a entrada de Na+ na célula. A fase 1 é a repolarização inicial causada pelo fechamento dos canais de Na+ e pela abertura dos canais de K+ em tensão. A fase 2 é chamada fase de platô. Na fase 2, Ca2+ entra nas células através dos canais de Ca2+ em regime de tensão, enquanto K+ continua a sair da célula. Este equilíbrio de catiões para dentro e para fora mantém a fase de platô. Na Fase 3, os canais Ca2+ fecham e o rápido efluxo através dos canais K+ abertos resulta na repolarização da célula.

O miócito cardíaco pode receber seu estímulo das células do marcapasso cardíaco no nó SA ou AV, do feixe de His, dos ramos do feixe, ou das células Purkinje.

1. O potencial de ação destas células (geralmente nó SA e nó AV), se espalha ao longo da membrana do miócito cardíaco em t-tubos.
2. Ca2+ entra na célula durante a Fase 2 através dos canais Ca2+ tipo L.
3. Ca2+ entra na célula durante a Fase 2 através dos canais Ca2+ tipo L.
4. Ca2+ entra na célula durante a Fase 2 através dos canais Ca2+ tipo L.
5. Ca2+ aumenta as concentrações, e pode ligar a troponina C e causar a ciclagem da miosina/actino na ponte mencionada acima na secção do miócito esquelético.
6. Relaxamento ocorre quando o Ca2+ é levado para o SR por bombas Ca2+-ATPase ou por permutadores Na+/Ca2+ na membrana celular.

Tensão do músculo cardíaco e a capacidade de contrair é diretamente proporcional à concentração intracelular de Ca2+. Assim, fatores que aumentam a concentração intracelular de Ca2+ provocam um aumento da força de contração. Por exemplo, com o aumento da frequência cardíaca, o Ca2+ começa a acumular-se no miócito e resulta em contracções cardíacas mais fortes também. Pré-carga é um termo para o volume diastólico final (classicamente relacionado à pressão atrial direita). Quando mais volume de sangue preenche uma câmara cardíaca, os miócitos esticam e resultam em contracções mais fortes. Este fenómeno é chamado de relação Frank-Starling e pode estar relacionado com um aumento da concentração de Ca2+ induzido pelo estiramento. Esta relação corresponde ao retorno venoso ao coração e ao débito cardíaco a partir do coração. O pós-carga é a pressão contra a qual os miócitos devem se contrair. A velocidade máxima de contração diminui com o aumento da pós-carga.