O Potencial de ação dos nervos

Fisiologia

• Potencial de ação dos nervos:

• Os sinais nervosos são transmitidos por potenciais de ação que são rápidas alterações no potencial de membrana.
• Cada potencial de ação se inicia com uma repentina mudança do potencial de repouso normal negativo para um potencial de membrana positivo
• E termina com uma alteração quase que igualmente rápida de retorno para o potencial de repouso

• Os estágios de um potencial de ação são:

1. Estágio de repouso. Esse é o potencial de membrana antes que o potencial de ação ocorra.
2. Estágio de despolarização A membrana se torna permeável aos íons de sódio; permitindo que um grande número de cargas positivas de íons de sódio se difunda para o interior do axônio e o potencial aumenta rapidamente para um valor positivo
3. Estágio de repolarização. Dentro de 10.000 centésimos de segundo após a membrana se tornar altamente permeável aos íons de sódio, os canais de sódio iniciam o fechamento e os canais de potássio se abrem mais do que eles normalmente o fazem. Então a rápida difusão dos íons potássio para o exterior estabiliza novamente o potencial de repouso negativo normal

• Os canais de sódio e de potássio dependem de voltagem são ativados e inativados durante o curso de um potencial de ação

• A despolarização e a repolarização da membrana nervosa durante o potencial de ação é o canal de sódio dependente de voltagem
• O canal de potássio dependente de voltagem aumenta a rapidez da repolarização da membrana

• Os eventos que causam o potencial de ação podem ser resultado da seguinte forma:

1. No estado de repouso, a condutância aos íons potássio é 100 vezes maior do que a condutância aos íons de sódio. Isso é causada pela difusão muito maior dos íons de potássio do que dos íons de sódio através dos canais de vazamento
2. No início do potencial de ação, os canais de sódio se tornam ativos e permitem um aumento de até 5.000 vezes na permeabilidade ao sódio. Em seguida, o processo de inativação fecha os canais de sódio em frações de milissegundos
3. Ao final do potencial de ação, o retorno do potencial de membrana para o estado negativo faz com que os canais de potássio se fechem e retornem ao seu estado original mas, novamente depois de um atraso

Um novo potencial de ação não pode ocorrer enquanto a membrana ainda está despolarizada pelo potencial de ação precedente:

Após o potencial de ação ser iniciado os canais de sódio se tornam inativos e só reabrem quando o potencial de membrana retorna ao nível original de repouso

• Existe dois períodos:

• Período refratário absoluto, um potencial de ação não pode ser deflagrado neste período, um máximo de cerca de 2.5000 impulsos pode ser transmitido por segundo
• Período refratário relativo, este segue o período refratário absoluto, um estimulo mais forte do que o normal pode excitar a fibra nervosa iniciando um potencial de ação

O processo de transmissão de depolarização ao longo de uma fibra nervosa ou muscular é chamado de impulso nervoso ou muscular

• Direção da propagação. A membrana não tem uma direção de propagação, ela viaja em ambos as direções longo do estímulo
• Princípio de tudo ou nada. Uma vez que o potencial de ação tenha sido deflagrado, a despolarização percorre toda a membrana se as condições forem adequadas.

• Restabelecimento dos gradientes iônicos de sódio e potássio

• A transmissão do impulso ao longo da fibra reduz as diferenças de concentração de sódio e potássio entre os lados internos e externos da membrana. De 100.000 a 50 milhões de impulsos podem ser transmitidos pelas fibras nervosas antes que as diferenças de concentração dos íons diminuam a um ponto em que a condução do potencial de ação termine

• Características especiais de transmissão do sinal em troncos nervosos

As grandes fibras nervosas são mielinizadas e as pequenas são desmielinizadas

• O núcleo central da fibra é o axônio e a membrana do axônio é utilizada para a condução do potencial de ação
• Circulando os axônios maiores, existe uma espessa bainha mielina depositada pelas células de Schwann. A bainha são múltiplas camadas de membrana celular, que é um excelente isolante
• Na junção entre duas células de Schawann sucessivas, existe uma pequena área não isolada de somente 2 a 3 um de extensão, na qual os íons podem fluir com facilidade entre o fluido extracelular e o axônio. Essa área é o nodo de Ranvier

A ‘’condução saltatória’’ ocorre em fibras mielinizadas

1. Aumento da velocidade. Ao permitir que o processo de despolarização salte longos intervalos, aumenta a velocidade em torno de 5 a 50 vezes
2. Conservação de energia. Porque somente os nodos despolarizam, a perda de íons é centena de vezes menor que o outro modo

• Fisiologia da contração muscular: Esquelético e liso

• Cerca de 40% do corpo é composto por músculo esquelético, e talvez outros 10% por músculo liso e cardíaco
• Na maioria dos músculos, as fibras se estendem por todo seu comprimento, e cada fibra é enervada por somente uma terminação nervosa
• Sarcolema é a membrana delgada que reveste a fibra muscular esquelética, consiste de verdadeira membrana celular (membrana plasmática)
• Miofibrilas são compostas por filamentos de Actina e de Miosina. Cada fibra muscular contém de centenas a milhares de miofibrilas e, por sua vez, é composta por cerca de 1.500 filamentos de miosina por 3.000 filamentos de actina localizados lado a lado. Estes filamentos são grandes moléculas de proteínas polimerizadas responsáveis pela contração muscular.

• Anatomia fisiológica do músculo esquelético:

• Bandas claras e escuras. Os filamentos de actina e miosina se interdigitam parcialmente e assim fazem com que as miofibrinas tenham bandas claras e escuras alternadas. As bandas claras que contêm filamentos de actina (clara), e são chamadas de bandas I. As escuras, chamadas de banda A, contêm os filamentos de miosina (escura)

• O que é Miosina e Actina¿¿ (prova)

• Miosina:

•  A proteína miosina é uma ATPase que se movimento ao longo da actina e em presença de ATP são responsáveis pela contração muscular. Estas proteínas são as principais componentes dos miofilamentos, os organelos que constituem o ‘’ esqueleto’’ das células musculares. Sua forma microscópica lembra um taco de golfe
• Ela é uma enzima mecanoquímica, isto é, converte a energia química em mecânica e por isso é também chamada de proteína motora. Então, nos movimentos gerados por esses elementos, a miosina é o motor, os filamentos de actina são os   trilhos e o ATP, o combustível.
• O modelo mais aceitável é o de um filamento helicoidal formado por uma cadeia simples de monómeros. Estes monómeros são constituídos por uma cadeia polipeptídica 375 no músculo esquelético. A actina é o maior componente dos filamentos finos das células musculares e do sistema citoesqueletal de células não musculares, e está presente em todos os eucariontes.
• (Meio→ Miosina)

(Fixa→ Actina)

• Pontes cruzadas:

• São pequenas projeções a partir dos lados dos filamentos de miosina, projetam ao longo de todo o seu comprimento, exceto no centro.
• As pontes cruzadas de miosina interagem com os filamentos de actina, causando a contração.

• Disco Z: encontro de duas actinas

• Aparece no centro da banda I, é a junção das extremidades dos filamentos de actina e são ligadas aos discos Z
• O disco Z cruza a miofibrila e uma para a outra, se alinhando às miofibrilas através das fibras musculares
• Tida fibra muscular tem bandas claras e escuras, dando ao músculo esquelético e cardíaco aparência estriada

• Sarcômero

• É a porção de uma miofibrila que fica entre dois discos Z sucessivos
• Durante o repouso, os filamentos de actina se sobrepõem aos filamentos de miosina com uma quantidade ótima de interdigitação
• No músculo esquelético é ligeiramente mais curta do que a interdigitação ótima no músculo cardíaco

• O Sarcoplasma

• É o líquido intracelular entre as Miofibrilas, contendo grande quantidade de potássio, magnésio, fosfato e múltiplas enzimas proteicas;
• Há também um imenso número de mitocôndrias que fornece as miofibrilas que se contraem grande quantidade de energia, na forma de trifosfato e adenosina (ATP).

• Retículo sarcoplasmático :

• É o retículo endoplasmático especializado do músculo esquelético. Também no sarcoplasma circundando as miofibrilas de cada fibras muscular existe retículo extenso ou sarcoplasmático. Os tipos de fibras musculares com contração muito rápida apresentam retículos sarcoplasmáticos especialmente muito extensos.

• Mecanismo geral da contração muscular:

• O início e a execução da contração muscular:

1. Um potencial de ação se propaga pelo nervo motor até as suas terminações nas fibras musculares e cada terminal nervoso secreta uma pequena quantidade da substância neurotransmissora acetilcolina.
2. A acetilcolina age em uma área local da membrana muscular para abrir os canais de cátion regulados por acetilcolina o que permite a difusão de íons de sódio mas também de íons de cálcio para dentro da fibra muscular, causando uma despolarização local, que leva à abertura de canais de sódio voltagem-dependentes, resultando em um potencial de ação.
3. O potencial de ação se propaga-se pela pela membrana da fibra muscular, fazendo com que o retículo sarcoplasmático libere os íons cálcio armazenados dentro desse retículo para as miofibrilas
4. Os íons de cálcio iniciam as forças atrativas entre os filamentos de actina e de miosina, fazendo com que eles deslizem uns sobre os outros; esse é o processo contrátil
5. Os íons de cálcio são continuamente bombeados de volta para dentro do retículo sarcoplasmático, onde eles ficam armazenados até que um potencial de ação muscular ocorra. Essa remoção dos íons cálcio das miofibrilas faz com que a contração muscular cesse.

• ‘’A contração muscular ocorre por meio de um mecanismo de deslizamento dos filamentos’’
• As forças mecânicas geradas pela interação das pontes cruzadas de miosina com os filamentos de actina fazem com que estes deslizem por entre os filamentos de miosina.
• Sob condições de repouso, essas forças são inibidas, mas, um potencial de ação se propaga pela membrana da fibra do músculo, o retículo sarcoplasmático libera grandes quantidades de íons de cálcio, que ativam as forças entre os filamentos de miosina e actina, iniciando a contração.
• ‘’ O filamento de Miosina é composto por múltiplas moléculas de miosina’’
• As caudas da moléculas de miosina se unem para formar o corpo do filamento, enquanto a cabeça da miosina e parte de cada molécula da miosina se projetam para fora dos lados do corpo, formando um braço que se estende a cabeça para fora do corpo.
• Os braços protuberantes e as cabeças são chamadas, em conjunto, de pontes cruzadas. Uma característica importante da cabeça de miosina é que ela funciona como uma enzima adenosina trifosfatese (ATPase), a qual permite a quebra de trifosfato de adenosina(ATP) e assim energiza o processo de contração.
• Cada filamento de actina tem em torno de 1um de comprimento. As bases dos filamentos de actina são fortemente inseridas nos discos Z, enquanto as outras extremidades se projetam em ambas direções para dentro do sarcômero adjacente, onde ficam nos espaços entre as moléculas de miosina.
• Dois discos Z delimitam um sarcômero (PROVA)

• Excitação e contração do músculo liso:

• Introdução:

• Muitos princípios da contração que se aplicam ao músculo esquelético também podem ser utilizados para o músculo liso, mas a estrutura física interna dos filamentos de actina e de miosina nas fibras musculares lisas é diferente do músculo esquelético.

• Músculo liso multiunitário

• Cada fibra pode se contrair independentemente das outras e o controle é exercido em especial pelos sinais nervosos. Ex: Músculo ciliar do olho, a íris e os músculos piloeretores (pelos) estimulados pelo sistema nervoso simpático.

• Músculo liso de unidade única

• De centenas a milhões de fibras musculares se contrai como uma unidade única unidas por junções comunicantes, assim, os potenciais de ação podem viajar de uma fibra para a outra fazendo a contração. Ex: paredes do trato gastrointestinal, ductos biliares, ureteres, útero, trompas e vasos sanguíneos.

• Base física da contração do músculo liso:

1. Os filamentos de actina se ligam aos corpos densos( ponto em que a célula se une uma com a outra) . Alguns dos corpos densos estão dispersos dentro da célula e mantidos na posição por um trama de proteínas estruturais que ligam um corpo denso ao outro. Outros estão aderidos à membrana celular e formam ligações com os corpos densos de células adjacentes, transmitindo de uma célula para a outra a força da contração.
2. Os ligamentos 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
3. Unidades contráteis. Consistem 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.

• Ciclo lento das pontes cruzadas: é mais lenta no músculo liso que no esquelético
• Necessidade de baixa energia: só 1\10 a 1\300 da energia é necessária para sustentar a contração do músculo liso
• Início lento da contração e do relaxamento: inicia a contração 50 a 100 milissegundos após ser excitado e tem um tempo de contração de 1s a 3s (30x) longo que a média do esquelético.
• Força máxima de contração aumentada: é o resultado do período de ligação prolongado entre as pontes cruzadas de miosina e os filamentos de actina.

• O músculo liso pode encurtar em uma porcentagem maior da sua extensão do que o esquelético. Músculo esquelético tem uma distância útil de contração de 1\4 a 1\3 de seu comprimento estriado enquanto que o liso pode contrair mais de 2\3 de seu comprimento estriado.
• O ‘’mecanismo de trava’’ facilita a manutenção prolongada das contrações. O músculo pode manter sua força de contração total. A importância desse mecanismo é manter a contração tônica prolongada no músculo liso por horas com pouco uso de energia. (PROVA)
• Os íons de cálcio combinam com a calmodulina para causar a ativação da miosina cinase e a fosforilação da cabeça da misoina. A calmodulina é a proteína reguladora do músculo liso: ela é diferente da troponina, ela ativa as pontes cruzadas de miosina. A contração baseia-se na miosina em vez de na actina.

• Regulação de contração pelos íons de cálcio

• A sequência de ativação na contração:

1. Os íons de cálcio se ligam a Calmodulina
2. O complexo calmdoluna-cálcio em seguida se une à miosina-quinase, enzima fosfolativa
3. Quando a cadeia regulatória é fosforilada a cabeça tem a capacidade de se ligar com o filamento de actina, causando a contração muscular. Quando essa cabeça leve de miosina não é fosforilada, o ciclo de ligação-desligamento da cabeça com o filamento de actina não ocorre

• Controle nervoso e hormonal da contração do músculo liso:

1. Junções neuromusculares do músculo liso:

• Junções difusas: são formadas pelas fibras autnômicas que secretam suas substâncias transmissoras dentro da matriz e difunde para as células
• Varicosidades nos axônios: a maioria dos terminais dos axônios finos tem varicosidades distribuídas ao longo de seus eixos, estas contém vesículas cheias de substância neurotransmissoras
• Junções de contato: no tipo multiunitário as varicosidades se posicionam diretamente na membrana da fibra muscular.

1. Potenciais de membrana e potenciais de ação no músculo liso

• Ocorrem nos músculos lisos de unidade única e visceral, de maneira similar ao músculo esquelético. Eles não ocorrem na maioria dos tipos multiunitários de músculo liso. Os potenciais de ação do músculo liso visceral ocorrem de duas formas:

1. Potencial em espícula: ocorre na maioria dos músculos liso de unidade única. Podem ser por estimulo elétrico, estiramento ou pela ação de hormônios e substâncias transmissoras, ou ainda podem resultar de geração espontânea na própria fibra muscular
2. Potencial de ação com platôs: ocorre de maneira similar ao estimulo de espícula. Entretanto a repolarização e atrasada por varias centenas de milissegundos. O platô é responsável pelos períodos prolongados de contração que ocorre no ureter, útero ou alguns tipos de músculos liso vascular.

1. Efeitos de fatores teciduais locais e hormônios na contração do músculo liso sem potenciais de ação

• O relaxamento do músculo liso dos vasos sanguíneo ocorre em resposta a fatores teciduais locais. Essa resposta vasodilatora é extremamente importante para o controle local do fluxo sanguíneo.
• A maioria dos hormônios circulantes no corpo afeta a contração do músculo liso de alguma forma. Causa contração quando a célula contém receptores excitatórias e inibição se a membrana contiver receptores inibitórios

1. Fontes de íons cálcio que causam contração

• Os íons de cálcio que causa contração entram na célula muscular a partir do fluido extracelular. A força da contração é altamente dependente da concentração destes íons no fluído extracelular. O retículo sarcoplasmático é rudimentar na maioria dos músculos.
• As bombas de cálcio removem os íons cálcio dos fluidos intracelulares e assim terminam a contração.

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