Fisiologia da contração muscular: acoplamento excito-contrátil

Contração muscular isolada

O gráfico da contração muscular isolada inclui três fases sequenciais que refletem a transição do estímulo elétrico para a resposta mecânica da fibra muscular.

• Período latente (PL) — o tempo decorrido desde a aplicação do estímulo até o início do encurtamento, durante o qual o potencial de ação se desenvolve. Duração de cerca de 10 ms.
• Período de encurtamento — a fase de contração ativa do músculo em resposta à excitação. Duração de cerca de 50 ms.
• Período de relaxamento — o retorno do músculo ao seu estado inicial. Duração de cerca de 50 ms.

Acoplamento excitação-contração

O acoplamento excitação-contração é o conceito que explica a conversão da excitação elétrica da membrana da fibra muscular em contração mecânica. O processo começa na junção neuromuscular e termina com o deslizamento dos miofilamentos.

1. Na extremidade pré-sináptica, há a liberação de acetilcolina, que entra na fenda sináptica.
2. A acetilcolina liga-se aos receptores nicotínicos de tipo muscular (N_M) na membrana pós-sináptica.
3. Ocorre uma despolarização local suficiente para ativar os canais de sódio dependentes de voltagem.
4. Um potencial de ação é gerado, propagando-se ao longo do sarcolema e, em seguida, através dos túbulos T — invaginações da membrana para o interior da fibra.
5. Nos túbulos T, os receptores de diidropiridina, mecanicamente acoplados aos receptores de rianodina do tipo 1 das cisternas terminais do retículo sarcoplasmático (túbulos L), são ativados.
6. Através dos receptores de rianodina, o cálcio sai massivamente das cisternas para o sarcoplasma, elevando drasticamente a concentração intracelular de Ca²⁺.

Mecanismo molecular da contração

A contração ocorre ao nível da interação de duas proteínas contráteis principais — actina e miosina. Em repouso, os centros ativos da actina são bloqueados pelo complexo regulador tropomiosina-troponina, o que previne a contração espontânea.

• O cálcio liga-se à troponina C, induzindo alterações conformacionais no complexo.
• A tropomiosina desloca-se, expondo os locais de ligação na actina para as cabeças de miosina.
• Na cabeça de miosina ocorre a hidrólise do ATP em ADP e fosfato inorgânico, com liberação de energia.
• A energia da hidrólise move a cabeça da miosina da posição de 45° para a posição de 90°, gerando o movimento de golpe de força («power stroke»).
• A cabeça da miosina fixa-se ao filamento de actina e puxa-o — os filamentos deslizam uns sobre os outros e o músculo encurta.
• Para a desativação ou desprendimento da cabeça da actina, é necessária a ligação de uma nova molécula de АТP; sem ela, a dissociação é impossível.

Relaxamento e rigor mortis

O relaxamento muscular requer energia e o transporte ativo de cálcio de volta para o retículo sarcoplasmático. Uma nova molécula de ATP liga-se à cabeça da miosina e garante o seu desprendimento da actina, retornando-a à posição inicial.

Na ausência de ATP (por exemplo, após a morte do organismo), as cabeças de miosina permanecem firmemente ligadas à actina — desenvolvendo-se o rigor mortis (rigidez cadavérica), no qual os músculos se tornam rígidos e inflexíveis.

Tétano e suas formas

O tétano é uma contração muscular sustentada que ocorre sob estimulação rítmica frequente, quando novos estímulos chegam antes do relaxamento completo da fibra. Existem várias variantes dependendo da frequência do estímulo.

• Tétano incompleto (dentado) — o estímulo atinge a fase de relaxamento; na curva, são visíveis relaxamentos parciais entre as contrações.
• Tétano completo (liso) — o estímulo atinge a fase de encurtamento; o músculo não tem tempo de relaxar, fundindo as contrações em uma única contração contínua.
• Ponto de ótimo — a amplitude máxima de contração quando o estímulo atinge a fase de exaltação (excitabilidade aumentada).
• Ponto de pessimo — o estímulo atinge a fase de período refratário absoluto, quando os canais de sódio estão inativados; o músculo não responde ao estímulo.

Pontos-chave

• A contração isolada consiste no período latente, encurtamento e relaxamento.
• O acoplamento excitação-contração liga o potencial de ação à contração mecânica através do sistema de túbulos T e canais de cálcio do retículo sarcoplasmático.
• Os receptores de diidropiridina dos túbulos T ativam os receptores de rianodina do tipo 1, liberando Ca²⁺.
• O cálcio liga-se à troponina, deslocando a tropomiosina e expondo os locais de ligação na actina.
• A hidrólise do ATP fornece a energia para o movimento de golpe de força da cabeça de miosina.
• Uma nova molécula de ATP é necessária para separar a miosina da actina e relaxar o músculo.
• A ausência de ATP leva ao desenvolvimento do rigor mortis.
• Os tipos de tétano (dentado, liso) e os fenômenos de ótimo e pessimo dependem da frequência de estimulação e da fase de excitabilidade.