Quais as vias energéticas para a contração muscular?

Qualquer atividade física exige contração muscular; para isso há necessidade de energia que é proveniente da molécula de adenosina trifosfatada, o ATP. Esta molécula pode ser sintetizada a partir da oxidação de carboidratos, gorduras e proteínas que fornecem a energia necessária para manter as funções corporais no esforço, contribuindo com a manutenção do trabalho muscular nas atividades físicas.
Existem dois processos distintos e integrados que operam para satisfazer a demanda energética do músculo a partir destes substratos: o sistema anaeróbio, onde não há a utilização de oxigênio; e o sistema aeróbio que se refere à combustão completa dos carboidratos (glicose e glicogênio), gorduras e proteínas na presença do oxigênio.
Os carboidratos estocados na forma de glicogênio muscular e hepático e a glicose sanguínea são utilizados pelos músculos como fonte primária de combustível, ou seja, logo quando o indivíduo passa de um estágio de repouso e dá início ao exercício. Isto porque, como a produção de energia a partir do glicogênio pode ocorrer na ausência de oxigênio, o glicogênio muscular constitui o principal fornecedor de energia nos primeiros minutos do exercício, quando a utilização de oxigênio não satisfaz as demandas metabólicas. Esta energia é proporcionada pelos fosfatos de alta energia (ATP e CP) armazenados dentro dos músculos específicos em atividade, portanto a sua liberação acontece mais prontamente, estando presente atividades como provas de curta duração e alta intensidade, corrida de 100 metros, provas de natação de 25 metros, levantamento de peso, sprints no futebol ou uma cortada no vôlei.
A medida que o exercício continua, a liberação de energia a partir dos carboidratos é ativada. Neste momento, há a decomposição de glicose para duas moléculas de ácido pirúvico e este é convertido em ácido lático. Estas reações ainda não necessitam de oxigênio e ocorrem durante exercícios de alta intensidade e média duração (alguns minutos) como lutas, musculação, resistência localizada e de velocidade.
Se o indivíduo mantém a intensidade do exercício moderada ou baixa, o ácido pirúvico é convertido num componente chamado acetil-CoA, que entrará no ciclo de Krebs, iniciando o sistema de fornecimento de energia aeróbia, como em atividades de resistência, maratonas, ciclismo, caminhadas e natação. O retardo de tempo (1-2 min), até que o sistema aeróbio seja capaz de atender ou se aproximar da demanda energética, é devido ao aumento gradual do fluxo sanguíneo (oferta de oxigênio) e da ativação das suas várias reações enzimáticas.
Neste momento, a gordura também contribuirá para as necessidades energéticas do músculo. O ácido graxo livre entra na célula muscular sofre uma transformação enzimática chamada ß oxidação, e é transformado em Acetil-CoA, que entrará no ciclo de Krebs. Este processo é denominado lipólise.
Os carboidratos e gorduras serão os combustíveis preferenciais. Porém, as proteínas (formadas por aminoácidos), são transformadas nos intermediários do metabolismo como piruvato ou Acetol-CoA para entrar no processo de fornecimento de energia. A energia total proveniente deste metabolismo proteico pode variar de 5 a 10%. Em casos de déficit de carboidratos, a demanda de proteína para atender as necessidades do músculo aumenta.
Não há dúvidas de que cada sistema seja mais capacitado para proporcionar energia para um diferente tipo de evento ou atividade, no entanto, isto não quer dizer que ocorra alguma exclusividade, isto é, a ausência total de qualquer um dos sistemas energéticos. Assim, os sistemas energéticos contribuem sequencialmente sem o “desligamento” de qualquer um deles, mas em uma característica de superposição para atender à demanda energética do exercício.

Referências bibliográficas
1. Caputo F et al. Exercício aeróbio: Aspectos bioenergéticos, ajustes fisiológicos, fadiga e índices de desempenho.Rev. Bras. Cineantropom. Desempenho Hum., 2011. 11(1):94-102.
2. Kater DP et al. Anabolismo pós-exercício: influência do consumo de carboidratos e proteínas. Colloquium Vitae, São Paulo, 2011. 3(2):34-43.
3. Campanholi NJ. Demanda Energética na Sessão de Exercício Resistido com características de Hipertrofia e Resistência Muscular Localizada. 2015. 119 f. Tese (Mestrado) – Curso de Ciência da Motricidade, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Rio Claro, 2015.

Índice

• 1 Biofísica da Contração Muscular
  • 1.1 Junção Neuromuscular
  • 1.2 Posts relacionados

Confira um artigo completo que falamos sobre a Biofísica da Contração Muscular para esclarecer todas as suas dúvidas. Ao final, confira alguns materiais educativos para complementar ainda mais os seus estudos.

Boa leitura!

Biofísica da Contração Muscular

A força muscular é um conjunto de forças cuja origem está no tecido muscular. Fisiologicamente, nesse tecido, acontecem interações de proteínas que geram mudanças de configuração, proporcionando, assim, uma contração rápida e voluntária. A ação dessa força é consequência da transformação de energias, como descrito:

Nesse processo, o músculo transforma energia química em trabalho e calor, onde a sua contração é medida pela alteração da força exercida em seus pontos fixos ou pelo simples encurtamento das fibras musculares. Sendo assim, a musculatura transmite uma resposta a estimulação para o meio ambiente por meio de movimentos.

Quando o músculo se contrai contra uma carga, ele realiza trabalho. Isso significa que a energia é transferida do músculo para a carga externa, para levantar um objeto até a maior altura ou para superar a resistência ao movimento.

Em termos matemáticos, o trabalho é definido pela equação: T = C x D, na qual T é o rendimento do trabalho, C é a carga e D a distância do movimento contra a carga. A energia necessária para se realizar trabalho é derivada de reações químicas nas células musculares durante a contração.

SE LIGA! A contração muscular é um processo extraordinário que permite a geração de força para mover ou resistir a uma carga. Em fisiologia muscular, a força produzida pela contração muscular é chamada de tensão muscular. A contração, a geração de tensão pelo músculo, é um processo ativo que necessita de energia fornecida pelo ATP, já o relaxamento é a liberação da tensão que foi produzida durante a contração.

Do ponto de vista morfológico, pode-se diferenciar entre músculo esquelético, músculo cardíaco e músculo liso. Esses três tipos de músculo apresentam pecularidades no mecanismo de contração. A maioria dos músculos esqueléticos está unida aos ossos do esqueleto, o que capacita esses músculos a controlarem os movimentos corporais. O músculo cardíaco é encontrado apenas no coração e movimenta o sangue pelo sistema circulatório. Os músculos esquelético e cardíaco são classificados como músculos estriados, devido ao padrão alternado de bandas claras e escuras observado na microscopia óptica.

A contração muscular esquelética envolve uma série de eventos celulares, que tem início na junção neuromuscular através da conversão de um sinal químico (a acetilcolina liberada pelo neurônio motor somático) em um sinal elétrico na fibra muscular, seguida da etapa de acoplamento excitação-contração, que é o processo onde os potenciais de ação musculares produzem um sinal de cálcio, o qual, por sua vez, ativa o ciclo de contração-relaxamento. Por fim, no nível molecular, o ciclo de contração-relaxamento é explicado pela teoria dos filamentos deslizantes da contração muscular.

SE LIGA! Nos músculos intactos, um único ciclo de contração-relaxamento é chamado de abalo muscular.

A unidade básica de contração em um músculo esquelético íntegro é a unidade motora, formada por um grupo de fibras musculares que trabalham em conjunto e pelo neurônio motor somático que inerva essas fibras. Quando o neurônio motor somático dispara um potencial de ação, todas as fibras musculares daquela unidade motora se contraem.

SE LIGA! Embora um neurônio motor somático inerve diversas fibras musculares, cada fibra muscular é inervada por apenas um neurônio motor.

Imagem: Unidade motora. Fonte: Fisiologia humana: uma abordagem integrada. SILVERTHORN, Dee Unglaub. 7. ed. Porto Alegre (2017)

Junção Neuromuscular

As vias motoras somáticas, que controlam a musculatura esquelética, diferem das vias autonômicas, tanto anatômica quanto funcionalmente. Sabe-se que as vias motoras somáticas são constituídas por um neurônio único que se origina no SNC e projeta seu axônio até o tecido-alvo, que é sempre um músculo esquelético e são sempre excitatórias, diferentemente das vias autonômicas, que podem ser excitatórias ou inibidoras.

A sinapse entre um neurônio motor somático e uma fibra muscular esquelética é chamada de junção neuromuscular. Assim como todas as outras sinapses, a junção neuromuscular tem três componentes: o terminal axonal pré-sináptico do neurônio motor, contendo vesículas sinápticas e mitocôndrias, a fenda sináptica e a membrana pós-sináptica da fibra muscular esquelética.

No terminal axonal há muitas mitocôndrias que fornecem trifosfato de adenosina (ATP), a fonte de energia que é usada para a síntese de transmissor excitatório: a acetilcolina (ACh).

O receptor nicotínico da acetilcolina medeia a neurotransmissão pós-sináptica na junção neuromuscular e nos gânglios autônomos periféricos. Sabe-se que o receptor nicotínico no adulto é composto por cinco peptídeos: dois peptídeos α, um peptídeo β, um peptídeo γ e um peptídeo δ.

Imagem: Receptor nicotínico de acetilcolina. Fonte: Farmacologia básica e clínica. Katzung. 13. ed. Porto Alegre (2017)

A ativação de receptor nicotínico causa despolarização da célula nervosa ou da membrana da placa terminal neuromuscular, devido a ligação de duas moléculas de acetilcolina aos receptores nas subunidades α-β e δ-α, o que determina a abertura do canal. O movimento subsequente de sódio e de potássio através do canal está associado a uma despolarização graduada da membrana da placa motora, sendo essa mudança de voltagem denominada potencial da placa motora.

Imagem: Abertura do receptor nicotínico de acetilcolina. Fonte: Fisiologia humana: uma abordagem integrada. SILVERTHORN, Dee Unglaub. 7. ed. Porto Alegre (2017)

Se o potencial for pequeno, a permeabilidade e o potencial da placa motora normalizam-se e, dessa forma, não há propagação de um impulso da região da placa motora para o restante da membrana muscular. Entretanto, se o potencial da placa motora for grande, a membrana muscular adjacente é despolarizada e ocorre propagação de um potencial de ação ao longo de toda a fibra muscular.

Imagem: Potencial de ação muscular. Fonte: Fisiologia humana: uma abordagem integrada. SILVERTHORN, Dee Unglaub. 7. ed. Porto Alegre (2017)

Em relação aos aspectos quantitativos dos potenciais musculares, o potencial de repouso da membrana é de cerca de -80 a -90 milivolts nas fibras musculares esqueléticas, o mesmo das grandes fibras nervosas mielinizadas. A duração do potencial de ação é de 1 a 5 milissegundos no músculo esquelético, cerca de cinco vezes mais prolongado que nos grandes nervos mielinizados. A velocidade de condução é de 3 a 5 m/s, cerca de 1/13 da velocidade de condução nas grandes fibras nervosas mielinizadas que excitam o músculo esquelético.

SE LIGA! A magnitude do potencial da placa motora está diretamente relacionada com a quantidade de acetilcolina liberada.

No músculo esquelético, o influxo resultante de sódio que despolariza a fibra muscular dispara um potencial de ação que leva a contração da célula muscular esquelética. A ação da acetilcolina na placa motora terminal do músculo esquelético é sempre excitatória, produzindo contração muscular.

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Quais as fontes de energia para a contração muscular?

Quais são as vias energéticas?

Quais são os mecanismos da contração muscular?

Quais são os principais substratos energéticos usados na contração muscular?