As quantidades de cálcio absorvidas pelo intestino delgado são determinadas pela disponibilidade desse mineral na dieta e pela capacidade de transporte do próprio intestino. Há duas modalidades de transporte intestinal de cálcio: 1) a absorção paracelular, que é passiva e não saturável, dependendo unicamente de suas concentrações na luz intestinal. 2) a absorção transcelular, que é ativa e saturável, na qual a 1,25(OH)2D3 desempenha papel importante.
A ingestão diária de cálcio é de aproximadamente 1 g, dos quais cerca de 300 mg são absorvidos pelo intestino. Cerca de 125 mg de cálcio são secretadas de volta à luz intestinal. No íleo, o mecanismo é predominantemente passivo, enquanto a absorção ativa ocorre principalmente no duodeno e jejuno. O transporte ativo é regulado pelos metabólitos da Vitamina D, principalmente a 1,25(OH)2D3. Para que esse transporte ocorra, há a participação de canais de cálcio e proteínas transportadoras, como as calbindinas e calmodulinas encontradas no epitélio duodenal. Na figura 13.2 estão esquematizados os mecanismos de transporte de cálcio através do epitélio intestinal.
Papel fisiológico do cálcio
O cálcio é o 50 elemento mais comum no universo, o principal mineral do esqueleto e um dos cátions mais abundantes no organismo, representando cerca de 2% do peso corporal, ou seja de 1000 a 1500 g no indivíduo adulto. Aproximadamente 99% do cálcio corporal encontra-se no esqueleto, principalmente sob a forma de cristais de hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. O restante (1%) encontra-se nos dentes, tecidos moles e no fluido extracelular. Cerca de 1% do cálcio ósseo é livremente intercambiável com o cálcio do fluido extracelular.
O cálcio presente no espaço extracelular tem papel essencial na mineralização de ossos e dentes, onde se apresenta sob a forma de precipitados insolúveis com os ânions fosfato e carbonato, num total de aproximadamente 1 kg. O cálcio extracelular ccorresponde a um ínfima parcela do que está presente no esqueleto solúvel. No entanto, essa pequena parcela tem uma importância imensa: além de ser essencial a processos fisiológicos tais como a coagulação sangüínea, o cálcio solúvel extracelular influencia profundamente a eletrofisiologia de células excitáveis, tais como os miócitos e as células musculares lisas. Por essa razão, variações na concentração de cálcio no espaço extracelular podem levar a arritmias cardíacas graves, o que torna obrigatória a manutenção dessa concentração dentro de limites bastante estreitos – essa é, como veremos, a principal função do paratormônio.
A concentração intracelular de cálcio é muito baixa, sendo quatro ordens de magnitude inferior à extracelular. Há no entanto uma quantidade muito maior de cálcio em compartimentos intracelulares, onde o íon é estocado para atender às necessidades específicas das células (por exemplo, contração, no caso da célula mescular lisa). Uma terceira parcela do cálcio intracelular localiza-se no próprio plasmalema, cuja integridade estrutural ajuda a manter.
O sistema nervoso é responsável pelo ajustamento do organismo ao ambiente. Sua função é perceber e identificar as condições ambientais externas, bem como as condições reinantes dentro do próprio corpo e elaborar respostas que adaptem a essas condições.
A unidade básica do sistema nervoso é a célula nervosa, denominada neurônio, que é uma célula extremamente estimulável; é capaz de perceber as mínimas variações que ocorrem em torno de si, reagindo com uma alteração elétrica que percorre sua membrana. Essa alteração elétrica é o impulso nervoso.
As células nervosas estabelecem conexões entre si de tal maneira que um neurônio pode transmitir a outros os estímulos recebidos do ambiente, gerando uma reação em cadeia.
Um neurônio típico apresenta três partes distintas: corpo celular, dentritos e axônio.
No corpo celular, a parte mais volumosa da célula nervosa, se localiza o núcleo e a maioria das estruturas citoplasmáticas.
Os dentritos (do grego dendron, árvore) são prolongamentos finos e geralmente ramificados que conduzem os estímulos captados do ambiente ou de outras células em direção ao corpo celular.
O axônio é um prolongamento fino, geralmente mais longo que os dentritos, cuja função é transmitir para outras células os impulsos nervosos provenientes do corpo celular.
Os corpos celulares dos neurônios estão concentrados no sistema nervoso central e também em pequenas estruturas globosas espalhadas pelo corpo, os gânglios nervosos. Os dentritos e o axônio, genericamente chamados fibras nervosas, estendem-se por todo o corpo, conectando os corpos celulares dos neurônios entre si e às células sensoriais, musculares e glandulares.
Além dos neurônios, o sistema nervoso apresenta-se constituído pelas células glia, ou células gliais, cuja função é dar sustentação aos neurônios e auxiliar o seu funcionamento. As células da glia constituem cerca de metade do volume do nosso encéfalo. Há diversos tipos de células gliais. Os astrócitos, por exemplo, dispõem-se ao longo dos capilares sanguíneos do encéfalo, controlando a passagem de substâncias do sangue para as células do sistema nervoso. Os oligodendrócitos e as células de Schwann enrolam-se sobre os axônios de certos neurônios, formando envoltórios isolantes.
Impulso Nervoso
A despolarização e a repolarização de um neurônio ocorrem devido as modificações na permeabilidade da membrana plasmática. Em um primeiro instante, abrem-se "portas de passagem" de Na+, permitindo a entrada de grande quantidade desses íons na célula. Com isso, aumenta a quantidade relativa de carga positiva na região interna na membrana, provocando sua despolarização. Em seguida abrem-se as "portas de passagem" de K+, permitindo a saída de grande quantidade desses íons. Com isso, o interior da membrana volta a ficar com excesso de cargas negativas (repolarização). A despolarização em uma região da membrana dura apenas cerca de 1,5 milésimo de segundo (ms).
O estímulo provoca, assim, uma onda de despolarizações e repolarizações que se propaga ao longo da membrana plasmática do neurônio. Essa onda de propagação é o impulso nervoso, que se propaga em um único sentido na fibra nervosa. Dentritos sempre conduzem o impulso em direção ao corpo celular, por isso diz que o impulso nervoso no dentrito é celulípeto. O axônio por sua vez, conduz o impulso em direção às suas extremidades, isto é, para longe do corpo celular; por isso diz-se que o impulso nervoso no axônio é celulífugo.
A velocidade de propagação do impulso nervoso na membrana de um neurônio varia entre 10cm/s e 1m/s. A propagação rápida dos impulsos nervosos é garantida pela presença da bainha de mielina que recobre as fibras nervosas. A bainha de mielina é constituída por camadas concêntricas de membranas plasmáticas de células da glia, principalmente células de Schwann. Entre as células gliais que envolvem o axônio existem pequenos espaços, os nódulos de Ranvier, onde a membrana do neurônio fica exposta.
Nas fibras nervosas mielinizadas, o impulso nervoso, em vez de se propagar continuamente pela membrana do neurônio, pula diretamente de um nódulo de Ranvier para o outro. Nesses neurônios mielinizados, a velocidade de propagação do impulso pode atingir velocidades da ordem de 200m/s (ou 720km/h ).
Condução de informações entre órgãos receptores de estímulos, o SNC e órgãos efetuadores (músculos, glândulas...)
Sinapses: transmissão do impulso nervoso entre células
Um impulso é transmitido de uma célula a outra através das sinapses (do grego synapsis, ação de juntar). A sinapse é uma região de contato muito próximo entre a extremidade do axônio de um neurônio e a superfície de outras células. Estas células podem ser tanto outros neurônios como células sensoriais, musculares ou glandulares.
As terminações de um axônio podem estabelecer muitas sinapses simultâneas.
Na maioria das sinapses nervosas, as membranas das células que fazem sinapses estão muito próximas, mas não se tocam. Há um pequeno espaço entre as membranas celulares (o espaço sináptico ou fenda sináptica).
Quando os impulsos nervosos atingem as extremidades do axônio da célula pré-sináptica, ocorre liberação, nos espaços sinápticos, de substâncias químicas denominadas neurotransmissores ou mediadores químicos, que tem a capacidade de se combinar com receptores presentes na membrana das célula pós-sináptica, desencadeando o impulso nervoso. Esse tipo de sinapse, por envolver a participação de mediadores químicos, é chamado sinapse química.
Os cientistas já identificaram mais de dez substâncias que atuam como neurotransmissores, como a acetilcolina, a adrenalina (ou epinefrina), a noradrenalina (ou norepinefrina), a dopamina e a serotonina.
Impulso Nervoso
Sinapses Neuromusculares
A ligação entre as terminações axônicas e as células musculares é chamada sinapse neuromuscular e nela ocorre liberação da substância neurotransmissora acetilcolina que estimula a contração muscular pela concetração e cálcio encontrado na célula.
Sinapses Elétricas
Em alguns tipos de neurônios, o potencial de ação se propaga diretamente do neurônio pré-sináptico para o pós-sináptico, sem intermediação de neurotransmissores. As sinapses elétricas ocorrem no sistema nervoso central, atuando na sincronização de certos movimentos rápidos.
Sarcómero ou sarcômero , também designado miómero ou miômero, é um dos componentes básicos do músculo estriado que permite a contração muscular. Cada sarcómero é constituído por um complexo de proteínas, entre as quais actina e miosina, alinhados em série para formar uma estrutura cilíndrica designada miofibrila, no interior das células musculares.
As proteínas dos sarcómeros organizam-se em bandas com características particulares, que ao microscópio dão um aspecto estriado ao músculo esquelético e ao músculo cardíaco, visível na imagem ao lado. O músculo liso organiza-se de uma forma diferente, e não possui sarcómeros.
Diagrama representando um sarcómero. A banda H e a linha M não foram assinaladas.
A observação de fibras musculares estriadas ao microscópio electrónico permitiu identificar um padrão repetitivo de bandas e linhas. Estas correspondem a múltiplos sarcómeros, alinhados em série.
A zona em que um sarcómero se liga ao seguinte traduz-se por uma linha mais escura, designada linha (ou disco) Z (do alemão zwischen - entre ou no meio). Um sarcómero corresponde ao espaço que separa duas linhas Z consecutivas.
De cada lado da linha Z encontra-se uma banda clara, denominada banda I (de isotrópico, quando observada sob luz polarizada), composta por filamentos finos de actina. Entre as bandas I encontra-se a banda A (de anisotrópico), mais escura, onde ocorre uma sobreposição de filamentos finos com filamentos espessos de miosina. No centro da banda A está a linha M, e a circundá-la encontra-se uma faixa estreita, mais clara, designada banda H, onde se encontram filamentos de miosina.
A titina estende-se da linha Z, onde esta ligada ao filamento fino, para a linha M, onde acredita-se que haja interação com o filamento grosso.
Quando é feito um corte transversal na banda A, na região onde há sobreposição dos filamentos finos e grossos, observa-se que um filamento grosso encontra-se envolvido por seis filamentos finos. É nesta zona que se vai iniciar a contração muscular, através da interação entre filamentos finos e grossos.
Relação entre os filamentos num sarcómero.
Os sarcómeros são constituidos principalmente por dois tipos de filamentos:
Filamento espesso
É composto pela proteína miosina (mais especificamente miosina II).
Além destes filamentos, está presente uma proteína gigante denominada titina, que possui um alto grau de elasticidade. A sua função é a de evitar que ocorra um estiramento excessivo do músculo.
A contração muscular refere-se ao deslizamento da actina sobre a miosina.
Ativação
figura 5: desenho esquemático do filamento fino.
Para entender a contração do sarcômero é necessário primeiro compreender alguns aspectos da estrutura do filamento de actina. A proteína tropomiosina que está presente do filamento fino cobre o sitio de ligação da miosina presente na molécula de actina (figura 5). Para permitir a contração da célula muscular, a tropomiosina deve ser movida para “descobrir” os sítios de lição com miosina presentes ao longo do filamento fino. Os íons cálcio ligam-se com as moléculas de troponinas (que estão espalhadas ao longo da proteína tropomiosina - veja na figura 5) que, por conseguinte, altera a "posição" da tropomiosina em relação a actina, forçando a revelação dos sítios de ligação na mesma. Portanto o cálcio é fundamental para o inicio de uma contração muscular, sua concentração no sarcoplasma é controlada pelo retículo sarcoplasmático(uma forma especializada do reticulo endoplasmático). Conseqüentemente a contração muscular termina quando o cálcio é bombeado de volta para o retículo sarcoplamatico.
O músculo estriado só se contrai quando um impulso nervoso é recebido de um neurônio motor. Durante a estimulação da célula muscular, o neurônio motor libera um neurotransmissor chamado acetilcolina na junção neuromuscular (a sinapse entre o botão terminal do neurônio e a célula muscular). O potencial de ação dissipa-se ao longo do túbulo T (Transverso) até que alcance o retículo sarcoplasmático; o potencial de ação gerado na célula muscular muda a permeabilidade do retículo sarcoplasmático, permitindo o fluxo de íons cálcio para o sarcômero. Como foi abordado no parágrafo anterior, altas concentrações de cálcio no sarcômero permite que a cabeça da miosina tenha acesso ao sitio de ligação correspondente na actina, desencadeando a contração muscular que é o deslizamento da actina sobre a miosina causando encurtamento dos sarcômeros, e conseqüentemente, o encurtamento do músculo. É importante ressaltar que no músculo cardíaco boa parte do cálcio necessário para a contração provem do liquido extra celular (LEC) enquanto que no músculo esquelético é quase que exclusivamente fornecido pelo retículo sarcoplasmático.
Músculo cardíaco devido às estruturas denominadas discos intercalares (possuidores de junções do tipo GAP), formam um sincício funcional (muitas sinapses elétricas são observadas).
Potenciais de ação do músculo cardíaco –
Platô – Devido aos canais de cálcio lentos voltagem dependentes.
Ação dos íons cálcio: no músculo cardíaco há despolarização do túbulo T aumentando a permeabilidade das cisternas do retículo sarcoplasmático liberando cálcio nas miofibrilas.
Além desta propriedade (até então igual ao músculo esquelético) o cálcio no músculo cardíaco flui diretamente dos túbulos T para as miofibrilas (por isso o retículo sarcoplasmático no músculo cardíaco não é tão desenvolvido quanto no músculo esquelético). Já os túbulos T no músculo cardíaco é muito mais desenvolvido. Ao fim do potencial de ação os íons cálcio retornam para o retículo sarcoplasmático (calseqüestrina) e para os túbulos T.
O aumento da freqüência cardíaca = diminuição do tempo do ciclo cardíaco.
Funcionamento ventricular –
1. Período de enchimento dos ventrículos – relaxamento isotônico: pressão ventricular é baixa.
2. Período de contração isovolumétrica (isométrica): houve fechamento das válvulas atrioventriculares e as semilunares estão fechadas. Haverá aumento da pressão ventricular sem diminuição de volume ventricular.
3. Período de ejeção – contração isotônica: neste momento as válvulas semilunares se abrem permitindo o esvaziamento ventricular.
4. Relaxamento isovolumétrico (isométrico): neste momento a pressão ventricular diminuiu devido ao esvaziamento só que as válvulas atrioventriculares ainda não se abriram para que o sangue fluísse da átrio para a cavidade ventricular.
Obs. Volume diastólico final – Volume sistólico final = volume de ejeção.
Energética da contração do músculo cardíaco –
- Energia deriva do metabolismo oxidativo (principalmente dos ácidos graxos).
- O consumo de oxigênio pelo músculo cardíaco é uma excelente medida da taxa metabólica.
Efeitos dos íons potássio e cálcio no músculo cardíaco –
Alto cálcio = efeito estimulatório ao coração.
Alto potássio = efeito inibitório ao coração.
