Para entender a dinˆamica da contra¸c˜ao e relaxamento da c´elula muscular card´ıaca alguns detalhes da organiza¸c˜ao e estrutura dos mi´ocitos card´ıacos ser˜ao discutidos antes.
O m´usculo card´ıaco ´e formado por feixes de mi´ocitos. Os mi´ocitos card´ıacos possuem geralmente apenas um n´ucleo e tem um diˆametro de aproximadamente 25 µm e um comprimento de 100 µm nos ventr´ıculos, nos ´atrios o comprimento ´
e menor (Klabunde, 2011). Os mi´ocitos card´ıacos possuem um padr˜ao estriado devido a disposi¸c˜ao organizada de arranjos de miofibrilas, as quais por sua vez possuem diversos miofilamentos, como mostra a Figura 2.10. O segmento entre duas linhas Z representa a unidade b´asica de contra¸c˜ao do mi´ocito e ´e chamada de sarcˆomero. Sob condi¸c˜oes fisiol´ogicas normais, o comprimento de cada sarcˆomero varia entre 1.6 a 2.2 µm em cora¸c˜oes humanos. O comprimento do sarcˆomero ´e uma caracter´ıstica importante na for¸ca gerada para a contra¸c˜ao.
Miócito Sarcômero Miofilamentos Actina Titina Miosina Discos intercalares Miofibrilas Z Z
Figura 2.10: Estrutura do mi´ocito. Adaptado de Klabunde (2011).
O sarcˆomero possui filamentos finos e grossos que representam cerca de 50% do volume celular. Os filamentos grossos possuem uma prote´ına chamada mio- sina, enquanto os filamentos finos possuem actina e outras prote´ınas. Intera¸c˜oes qu´ımicas entre os filamentos de actina e miosina durante o acoplamento excita¸c˜ao- contra¸c˜ao fazem com que o sarcˆomero encurte `a medida que actina e miosina deslizam uma sobre a outra encurtando, assim, a distˆancia entre as linhas Z. O en- curtamento da c´elula card´ıaca ´e obtido como resultado do encurtamento de muitos sarcˆomeros associados em s´erie.
A Figura 2.11 ilustra a estrutura da actina e da miosina. A miosina ´e uma prote´ına que possui duas cabe¸cas globulares articuladas com uma cauda (Fi- gura 2.11). A cabe¸ca globular possui um s´ıtio que permite a intera¸c˜ao entre a miosina e a actina, a qual ´e denominada de ponte cruzada (Cross-bridges ou XB). Energia na forma de adenosina trifosfato (ATP) ´e necess´aria para a forma¸c˜ao de pontes cruzadas entre os filamentos finos e grossos.
Cada filamento grosso ´e cercado por um arranjo hexagonal de seis filamentos finos. Os filamentos finos s˜ao compostos de actina, tropomiosina e troponina. A actina ´e uma prote´ına organizada em uma cadeia que possui uma forma helicoidal. Entrela¸cadas entre a cadeia de actina ficam as prote´ınas chamadas de tropomi- osina. Cada tropomiosina est´a associada a sete mol´eculas de actina. Aderida `a tropomiosina em intervalos regulares existe o complexo da troponina, constitu´ıdo
de trˆes subunidades classificadas de acordo com sua afinidade por diferentes ligan- tes. A troponina-T (TnT) com afinidade pela tropomiosina, a troponina-C (TnC) com afinidade pelo c´alcio (Ca2+) e a troponina-I (TnI), uma subunidade que inibe
a liga¸c˜ao da miosina `a actina.
O complexo da troponina est´a aderido `a tropomiosina de forma a prevenir a liga¸c˜ao das cabe¸cas de miosina `a actina. Entretanto, quando Ca2+ se liga `a TnC,
o complexo troponina-tropomiosina sofre uma mudan¸ca de conforma¸c˜ao tornando a actina acess´ıvel para se ligar `a cabe¸ca da miosina. Quando o c´alcio ´e removido da TnC, o complexo da troponina-tropomiosina volta `a sua configura¸c˜ao que inibe a liga¸c˜ao de miosina com actina.
Cabeças Miosina Actina Tropomiosina TnI TnC TnT
Figura 2.11: Detalhes das mol´eculas de miosina e suas duas cabe¸cas globulares, da actina e do complexo troponina-tropomiosiona. Adaptado de Klabunde (2011).
A membrana dos mi´ocitos circunda todo o arranjo de miofibrilas e possui invagina¸c˜oes chamadas t´ubulos-T transversais, especialmente em mi´ocitos ventri- culares. No interior da c´elula e pr´oximo aos t´ubulos-T, existe uma rede tubular que circunda os miofilamentos conhecida como ret´ıculo sarcoplasm´atico (RS). A principal fun¸c˜ao dessa estrutura celular ´e regular a concentra¸c˜ao intracelular de c´alcio [Ca2+]
i que est´a envolvida na contra¸c˜ao e relaxamento.
Quando um potencial de a¸c˜ao causa a despolariza¸c˜ao do mi´ocito, ´ıons de c´alcio entram na c´elula atrav´es dos canais iˆonicos de c´alcio do tipo-L, localizados nos t´ubulos-T. ´E importante observar que apenas uma pequena quantidade de Ca2+ entra na c´elula durante a despolariza¸c˜ao. Essa entrada inicial de c´alcio ´e
(RyR), o que ativa uma subsequente libera¸c˜ao de uma grande quantidade de c´alcio armazenado no RS. Esse processo ´e conhecido como libera¸c˜ao de c´alcio induzida pelo c´alcio (Calcium-Induced Calcium Release) ou simplesmente CICR. Ap´os essa libera¸c˜ao a concentra¸c˜ao intracelular de c´alcio aumenta de aproximadamente 10−7 para 10−5 M.
No interior da c´elula o c´alcio livre se liga `a TnC e isso induz uma mudan¸ca de conforma¸c˜ao no complexo troponina-tropomiosina expondo, assim, o s´ıtio de liga¸c˜ao da miosina na mol´ecula de actina. A liga¸c˜ao da cabe¸ca da miosina `a actina resulta na hidr´olise de ATP, fornecendo, assim, energia para a mudan¸ca de conforma¸c˜ao no complexo troponina-tropomiosina.
Isso resulta em um movimento entre a cabe¸ca de miosina e a actina. A mio- sina e a actina deslizam uma sobre a outra, encurtando o comprimento do sarcˆo- mero. Ciclos desse movimento ir˜ao ocorrer enquanto a concentra¸c˜ao intracelular de c´alcio for elevada.
Pr´oximo do final do potencial de a¸c˜ao, a entrada de Ca2+ na c´elula diminui
e o RS sequestra o c´alcio atrav´es de uma bomba de c´alcio, dependente de ATP, co- nhecida como SERCA (Sarcoplasmic Reticulum Calcium ATPase). A medida que a concentra¸c˜ao de c´alcio intracelular diminui, o c´alcio se dissocia da troponina-C (requer o uso de ATP), restaurando a posi¸c˜ao do complexo troponina-tropomiosina que inibe a liga¸c˜ao entre miosina e actina. A Figura 2.12 ilustra toda a dinˆamica do acoplamento excita¸c˜ao-contra¸c˜ao. Mais detalhes podem ser encontrados na literatura (Boron e Boulpaep, 2012; Klabunde, 2011; Jalife et al., 2009).