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Alterações Musculares e Alimentação Tiago Daniel Soares Silva Coimbra 2010

Alterações Musculares e Alimentação · O estado nutricional adequado é o reflexo do equilíbrio entre a ingestão de alimentos e o ... alongado, que se encontra localizado na

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Alterações Musculares e Alimentação

Tiago Daniel Soares Silva

Coimbra 2010

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Alterações Musculares e Alimentação

Tiago Daniel Soares Silva

Monografia apresentada à Faculdade de Medicina

da Universidade de Coimbra no âmbito da unidade curricular de

Projecto de Investigação

do Mestrado Integrado em Medicina Dentária

Área científica:

Patologia Experimental

Orientador

António Silvério Cabrita MD, PhD

Co-orientador

Rodrigo Farinha DMD

Coimbra 2010

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Agradecimentos

Ao meu orientador, Professor Doutor António Cabrita, pela sua inestimável contribuição na

minha formação profissional, pelo exemplo de pessoa, pela forma como consegue motivar e por

quem nutro uma enorme admiração.

Ao meu co-orientador, Dr. Rodrigo Faria, pela preciosa ajuda prestada, nesta etapa de

desmedida importância, e pela respeitosa amizade que temos desde o inicio do percurso

académico.

Aos meus pais e irmãos

A minha namorada

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Resumo

Os músculos são órgãos que se usam todos os dias em várias actividades e têm quatro

propriedades fundamentais: contractilidade, excitabilidade, elasticidade e tónus. Em termos

morfológicos e funcionais classificam-se em: músculo estriado esquelético, músculo estriado

cardíaco e músculo liso. Todas as funções desempenhadas pelos músculos dependem de energia

proveniente de processos metabólicos complexos tais como: metabolismo dos glúcidos,

metabolismo do glicogénio, metabolismo das proteínas e metabolismo dos lipidos, e estes, por

sua vez, são influenciados pela alimentação.

O estado nutricional adequado é o reflexo do equilíbrio entre a ingestão de alimentos e o

consumo de energia necessária para as funções diárias do organismo. Qualquer factor que

interfira neste equilíbrio aumenta a probabilidade de desnutrição, levando a alterações

morfológicas e funcionais que surgem como reflexo das adaptações fisiológicas, metabólicas e

comportamentais face à menor disponibilidade de nutrientes. Entre as principais alterações

musculares patológicas, encontram-se a sarcopenia ―perda de massa e força muscular

relacionada com o envelhecimento‖ e a caquexia ― casos extremos de má nutrição, normalmente

associado a outras patologias‖.

Com este trabalho procuramos reunir informação por forma a reflectir e perspectivar estudos

futuros, essencialmente sobre os músculos mastigadores, dado o seu interesse na prática da

clínica dentária. Toda a informação descrita é proveniente de estudos efectuados pelo Instituto de

Patologia Experimental onde constam estudos sobre os músculos, nomeadamente do músculo

esquelético e cardíaco em várias situações de má nutrição e quadros associados, como é o caso

do treino físico e consumo de anfitaminas e álcool em modelos que usam o rato Wistar.

Palvras chave: Músculos; Desnutrição; Alimentação; Sarcopenia; Caquexia

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Abstract

Muscles are organs that are used every day in various activities and have four fundamental

properties: contractility, excitability, elasticity and tone.

In morphological and functional terms they are classified in skeletal striated muscle, cardiac

striated muscle and smooth muscle.

All the functions performed by the muscles depend on energy, proceeding from complex metabolic

processes such as: carbohydrate metabolism, glycogen metabolism, protein metabolism and lipids

metabolism, and, by the way, all these are influenced by feeding.

Good nutritional status is a reflection of the balance between food intake and energy consumption

required for daily functions of the body. Any factor that interferes with this balance increases the

probability of malnutrition, leading to morphological and functional changes that arise as a

reflection of physiological, metabolic and behavioral adaptations in regard to a reduced availability

of nutrients.

Among the main muscle pathological changes are sarcopenia "loss of muscle mass and strength

associated with aging‖ and cachexia ―extreme cases of malnutrition, usually associated with other

pathologies".

With this work we seek to gather information in order to reflect and to put in perspective future

studies, mainly about the jaw muscles, due to the interest in the practice of dental clinic. All

information is proceeding from studies accomplished by the Institute of Experimental Pathology

that were leant over on the study of muscles including skeletal and cardiac muscle in various

situations of malnutrition and associated pictures, like physical training and use of amphetamines

and alcohol, in models that use the Wistar rat.

Key words: muscles; malnutrition; feeding, Sarcopenia; Caquexia

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Abreviaturas

ADP: adenosina trifosfato

ATP: adenosina trifosfato

CO2: dióxido de carbono

COA: coenzima A

H2O: água

IPE: instituto de patologia experimental

L: fígado

LPL: lipoproteína lipase

M: músculo

Mg: magnésio

O2: oxigénio

P: plaqueta

PFK: fosfofrutoquinase

PI: fosfato inorgânico

UDP: uridina difosfato

UTP: uridina trifosfato

VLDL: lipoproteína de muito baixa densidade

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Lista de figuras Pág.

Figura 1- Músculo esquelético ( desenho do autor)-------------------------------------------------11

Figura 2- Representação esquemática da fosforilação da glicose------------------------------13

Figura 3- Representação esquemática da isomerização da glucose-6-fosfato-------------13

Figura 4- Representação esquemática da reacção de formação da UDP-glicose---------13

Figura 5- Representação esquemática da primeira reacção da glicólise----------------------14

Figura 6- Representação esquemática da segunda reacção da glicólise---------------------15

Figura 7- Representação esquemática da teiceira reacção da glicólise-----------------------15

Figura 8- Representação esquemática da quarta reacção da glicólise------------------------15

Figura 9- Representação esquemática da quinta reacção da glicólise------------------------16

Figura 10- Representação esquemática da sexta reacção da glicólise------------------------16

Figura 11- Representação esquemática da sétima reacção da glicólise----------------------16

Figura 12- Representação esquemática da oitava reacção da glicólise-----------------------17

Figura 13- Representação esquemática da nona reacção da glicólise------------------------17

Figura 14- Representação esquemática da última reacção da glicólise----------------------17

Figura 15- Representação esquemática de isomerização da glucose-1-fosfato-----------18

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Figura 16- Representação esquemática da desfosforilação da glicose------------------------18

Figura 17- Músculo cardíaco de um animal submetido à administração de anfetaminas

durante um período de 30 dias. Observam-se imagens de miocitólise. H&E, 100 X no

original (foto IPE).---------------------------------------------------------------------------------------------27

Figuras 18- Exame ecocardiográfico num modelo experimental (foto IPE)------------------27

Figuras 19- Ecocardiograma de rato, num animal do grupo controlo (foto IPE)------------28

Figura 20- H & E músculo gastrocnémio de um animal submetido a ração padrão e treino.

(Foto IPE)-------------------------------------------------------------------------------------------------------28

Figura 21- Histoquímica de ATPases a pH 9,4 em músculo gastrocnémio de um animal

submetido a ração padrão e treino. (Foto IPE)--------------------------------------------------------29

Figura 22- Nervo ciático de animais submetidos a alcoolismo e consumo de anfetaminas,

com alterações degenerativas (A&T, 200 x no original). (Foto IPE)-----------------------------29

Figura 23- Nervo ciático de animais submetidos a alcoolismo, com alterações

degenerativas. (A&T, 100 x no original) (Foto IPE)--------------------------------------------------30

Figura 24- Gráfica de uma amostra de masseter esquerdo de rato de um grupo controlo

submetida a estudo metabolómico (Foto IPE, Dr. Rodrigo Farinha)----------------------------30

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Lista de tabelas Pág.

Tabela I- resumo das principais dietas produzidas no IPE.-------------------------------------------26

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Índice Pág.

Introdução 11

Motivação e Objectivos 25

Ensaios Experimentais 25

Bibliografia 32

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Introdução

Os músculos são órgãos que usamos todos os dias, quando comemos, quando respiramos,

quando nos deslocamos, pegamos num objecto, fazemos um desenho, escrevemos um texto …

Muitas vezes usados, muitas vezes esquecidos…

Nesta pequena monografia pretende-se abordar os músculos e algumas situações com eles

relacionadas, nomeadamente a alimentação.

Os músculos são estruturas que apresentam quatro propriedades fundamentais:

contractilidade, excitabilidade, elasticidade e tónus. Em termos morfológicos e funcionais, os

músculos podem classificar-se em três grandes grupos: i. músculos estriados esqueléticos, ii.

músculo estriado cardíaco e, iii. músculos lisos. Quanto à sua situação, os músculos esqueléticos

consideram-se: músculos cutâneos ou superficiais (situados por baixo da pele, inserindo-se por

uma ou pelas duas extremidades na face profunda da derme) e músculos subaponevróticos ou

profundos (situados por baixo do feixe superficial, inserindo-se nos ossos). Os músculos

esqueléticos constituem, aproximadamente 45% do peso do corpo e representam o principal local

de transformação e de armazenamento de energia.

Fig.1. Músculo esquelético (desenho do autor)

Os músculos esquelético apresentam células (fibras) longas, cilíndricas e com muitos núcleos

achatados, de localização periférica, em intervalos regulares, abaixo do sarcolema (membrana

citoplasmática muscular). Cada fibra muscular isolada, cada fascículo (grupo de fibras

musculares) e cada músculo no seu conjunto, estão revestidos por tecido conjuntivo. O tecido

conjuntivo que reveste o músculo designa-se epimísio, o que reveste o fascículo designa-se

perimísio e, por sua vez, o que reveste cada fibra muscular designa-se endomísio. O tecido

conjuntivo serve para reunir as unidades contrácteis, e os grupos de unidades e para integrar a

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sua acção. Os vasos e nervos entram no epimísio, ramificam-se e são conduzidos no interior do

perimísio e do endomísio, para formar uma rede capilar abundante em torno de cada uma das

fibras musculares Os capilares são muito flexíveis e adaptam-se às alterações do comprimento

das fibras. As fibras, com 10 a100 μm de diâmetro, dispõem-se paralelamente, com espaços entre

elas de tecido conjuntivo endomisial, têm uma capacidade limitada de regeneração. O interior de

cada fibra muscular é ocupado por miofibrilas de 1 a 2 μm de diâmetro. Cada fibra pode conter

desde várias centenas até muitos milhares de miofibrilas. Cada miofibrila apresenta cerca de 1500

filamentos de miosina e 3000 de actina, dispostos lado a lado. Em cortes longitudinais pode ser

observada a estriação transversal característica das miofibrilas. Esta estriação é devida à

presença de actina e miosina, as duas principais proteínas contrácteis do músculo.

A banda I (isotrópica) apresenta-se mais clara porque a luz polarizada atravessa facilmente os

filamentos finos de actina que a constituem. A banda A (anisotrópica) apresenta-se mais escura

por ser composta por actina e filamentos grossos de miosina, o que dificulta a passagem da luz. O

comprimento relativo das bandas varia consoante o músculo examinado se encontre em posição

de repouso, contracção, ou estiramento passivo. O músculo é composto, frequentemente, por

uma mistura de fibras lentas, vermelhas, pequenas, aeróbicas (tipo I) ricas em mitocôndrias,

mioglobina e vasos sanguíneos; e por fibras rápidas, brancas, maiores, anaeróbicas (tipo II)

menos ricas mitocôndrias, mioglobina e vasos sanguíneos.

Nos músculos lisos observa-se a associação de células longas e fusiformes, com um só núcleo

alongado, que se encontra localizado na parte mais larga e central da célula, tal como os

restantes organitos. As células encontram-se unidas em fascículos ramificados irregulares. Têm

capacidade de divisão e não apresentam estriação (lisas), pois as proteínas contrácteis,

cruzam-se de forma tridimensional. Entre as fibras e fascículos há uma rede de tecido conjuntivo,

e os espaços intercelulares têm muitas junções que comunicam e medeiam a propagação da

excitação por todo o músculo.

No músculo cardíaco as células são longas, cilíndricas, têm um ou dois núcleos centrais,

estriação transversal e também são revestidas por bainha de tecido conjuntivo. Este músculo tem

a particularidade de possuir uma junção intercelular transversal especializada, recta ou em

―escada‖, para fixação de miofibrilas e união de células adjacentes, que permite transmitir a força

de contracção e a propagação rápida da excitação muscular.

Metabolismo dos glúcidos

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Ao entrar na célula, a glicose é fosforilada, formando-se glucose-6-fosfato, numa reacção

catalisada pela hexoquinase:

Fig. 2. Representação esquemática da fosforilação da glicose.

A membrana celular é impermeável à glucose-6-fosfato, podendo esta ser acumulada na

célula. A glicose-6-fosfato é utilizada na síntese do glicogénio (uma forma de armazenamento de

glicose), na síntese de outros compostos de carbono na via das pentoses, ou para produzir

energia - glicólise. Quando a quantidade de glicose-6-fosfato dentro da célula é muito grande, há

um aumento da pressão osmótica, e a água a entra para dentro da célula, causando um aumento

do seu volume, podendo em casos extremos causar a lise da célula. Por esse motivo, a glicose-6-

fosfato é armazenada como um polímero: o glicogénio. O glicogénio é um polissacarídeo pouco

solúvel (logo não provoca um aumento da pressão osmótica), bastante ramificado e constituído

exclusivamente por monómeros de glicose unidos entre si por ligações. Para poder ser utilizada

na síntese do glicogénio, a glicose-6-fosfato é primeiro isomerizada em glicose-1-fosfato, pela

fosfoglucomutase.

Glicose-6-fosfato Glicose-1-fostato

Fig. 3. Representação esquemática da isomerização da glucose-6-fosfato

A adição de glicose-1-fosfato ao carbono 4' de uma extremidade da cadeia de glicogénio não é

uma reacção térmica favorecida, em condições fisiológicas. Por isso, a glucose-1-fosfato vai ser

activada, (transformada numa espécie com alto potencial de transferência do fosfato), através da

reacção com uridina trifosfato.

Glicose-1-fosfato + UTP UDP- glicose + PPi

Fig. 4. Representação esquemática da reacção de formação de UDP-Gli

A UDP-glicose tem um elevado potencial de transferência do fosfato, o que lhe permite ligar

glicose à extremidade 4' de uma cadeia de glicogénio, numa reacção catalisada pela glicogénio

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sintetase. A glicogénio sintetase apenas consegue adicionar glicose às cadeias de glicogénio pré-

existentes, não sendo capaz de começar a síntese de uma nova molécula de glicogénio.

A síntese do glicogénio é iniciada pela adição de uma molécula de glicose a um resíduo de

tirosina de uma proteína denominada glicogenina. As ramificações são realizadas por uma enzima

ramificadora, que actua sobre cadeias lineares de glicogénio com pelo menos onze resíduos de

glicose. Esta enzima transfere segmentos terminais de glicogénio com cerca de sete resíduos de

glicose para o grupo OH no carbono 6 de um resíduo de glicose (que pode estar na mesma ou

noutra cadeia). As ramificações devem estar a pelo menos a quatro resíduos de distância uma da

outra.

Glicólise

A glicólise ou via de Embeden-Meyerhof é um processo que ocorre virtualmente em todos os

tecidos, ao nível do citoplasma. A reacção inicial é a fosforilação para glicose-6-fosfato, reacção

que é catalisada pela hexoquinase ou ATP:D-hexoxe-6-fosfato-fosfotransferase. Nas bactérias a

hexoquinase é uma pequena enzima com 50 Kd, nos organismos multicelulares é geralmente

uma enzima com cerca de 100KD e várias isoformas. Conhecem-se quatro isoformas de

hexoquinase (I, II, III e IV , ou A, B, C e D), variando em termos de localização sub-celular,

substrato e cinética. As hexoquinases I, II e III podem ligar-se fisicamente à membrana externa da

mitocôndria. A hexoquinase IV também referida como glicoquinase é muito diferente das

restantes, encontrando-se no fígado, pâncreas, hipotálamo, intestino delgado e, provavelmente,

também em algumas células neuroendócrinas. A glicoquinase só fosforila a glicose quando a

concentração do substrato é muita elevada.

O tecido muscular apenas apresenta hexoquinase I e II e, na estimulação eléctrica e exposição

ao frio aumenta isoforma II (Ritov, 2001).

Figura 5. Representação esquemática da primeira reacção da glicólise.

A segunda reacção da via da glicólise é a conversão da glicose-6-fostato em frutose-6-fosfato,

por acção da enzima fosfohexoseisomerase, que actua apenas sobre o alfa-anómero da glicose-

6-fosfato.

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Figura 6. Representação esquemática da segunda reacção da glicólise.

De seguida observa-se a acção da fosfofrutoquinase (PFK) que converte a frutose-6-fosfato em

frutose-1,6-difosfato. Nos mamíferos a PFK apresenta três subunidades, a M (músculo), a L

(fígado) e a P (plaqueta). Na deficiência em PFK observa-se uma doença, rara, com

armazenamento de glicogénio, designada por glicogenose tipo VII ou doença de Tarui, ou

deficiência em fosfofrutoquinase muscular. Nesta patologia são atingidas as subunidades M, as

únicas existentes no tecido muscular e que existem também nas plaquetas onde contribuem em

50% para a enzima. O quadro apresenta intolerância ao exercício físico, com dores, fadiga

muscular, fraqueza e rigidez, por vezes acompanhadas de náuseas e vómitos. Quando o

exercício físico é intenso pode haver cãibras e mioglobinúria e o electromiograma, de alguns

doentes, apresenta alterações.

Figura 7. Representação esquemática da terceira reacção da glicólise.

A molécula de frutose-1,6-difosfato é então clivada em duas moléculas menores com três

átomos de carbono cada, o gliceraldeído-3-fosfato e a dihidroxicetona-fosfato, por acção de uma

aldolase. Conhecem-se três formas de aldolase, A, B e C, codificadas por genes diferente e

expressas de formas diferentes ao longo do desenvolvimento.

Figura 8. Representação esquemática da quarta reacção da glicólise.

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As moléculas de gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxicetona-fosfato são interconvertíveis por

acção da enzima fosfotriose-isomerase.

Figura 9. Representação esquemática da quinta reacção da glicólise

Numa etapa seguinte o gliceraldeído-3-fosfato é oxidado para 1,3-difosfoglicerato, por acção da

enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (EC 1.2.1.12), na dependência de NAD.

Figura 10. Representação esquemática sexta reacção da glicólise

De seguida o 1,3-difosfoglicerato numa reacção catalisada pela fosfogliceratoquinase (EC

2.7.2.3) é convertido 3-fosfoglicerato e liberta fosfato que vai ser adicionado ao ADP para

regenerar ATP. Existe uma afecção, muito rara, por deficiência em fosfogliciceratoquinase, que

apresenta cãibras e quebra da força muscular no exercício físico, por vezes associada a atraso

psicomotor e anemia hemolítica. Nos eritrócitos de muitos mamíferos uma enzima extra, a

difosfoglicerato mutase, catalisa a conversão de 1,3-difosfoglicerato para 2,3 difosfoglicerato, o

qual é depois convertido 3-fosfoglicerato por acção da 2,3-difosfoglicerato fosfatase.

Figura 11. Representação esquemática da sétima reacção da glicólise

Por sua vez o 3-fosfoglicerato é convertido em 2-fosfoglicerato por acção da fosfoglicerato-

mutase e, posteriormente, por acção da enolase ou fosfoenolpiruvato-desidrigenase vai dar

origem ao fosfoenolpiruvato. A enolase é uma enzima onde se distinguem três sub-unidades (ß) e

cinco isoformas: ß, ßß, e com uma MM que varia entre 82 Kd e 100 Kd a forma é também

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conhecida por enolase não neuronal ou enolase 1, encontrando-se por exemplo: no fígado, no

cérebro, no rim, no baço e no tecido adiposo. A forma ßß recebe o nome de enolase 3 sendo

específica do tecido muscular. A isoforma recebe o nome de enolase 2 ou enolase específica dos

neurónios.

Figura 12. Representação esquemática da oitava reacção da glicólise

O fosfoenolpiruvato por reacção catalisada pela piruvatoquinase (EC 2.7.1.40) e, requerendo

manganês, permite regenerar o ATP e formar enolpiruvato, o qual espontaneamente pode passar

a cetopiruvato. Existe uma doença em que há uma deficiência em piruvatoquinase, que causa

anemia hemolítica com uma deformação característica das hemácias.

Figura 13 . Representação esquemática nona reacção da glicólise

Na ausência de oxigénio o piruvato é convertido em lactato pela desidrogenase láctica (E.

1.1.1.27). Para esta enzima conhecem-se duas subunidades (H e M) e cinco isoformas: no

coração a LDH1 (4H), no sistema reticuloendotelial a LDH2 (3H1M), no pulmão a LDH3 (2H2M),

no rim a LDH4(1H3M) e no fígado e músculo estriado a LDH5 (4M).

Figura 14. Representação esquemática da última reacção da glicólise

Oxidação de piruvato para acetil Co-A

O piruvato do citoplasma que se destina à mitocôndria necessita de ser transportado através

da membrana deste organito. Dento da mitocôndria sofre uma descarboxilação oxidativa para

formar acetil-CoA, por acção de um complexo enzimático, designado por complexo priruvato

esidrogenase. Inicialmente o piruvato é descarboxilado na presença de tiamina, reagindo de

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seguida com o lipoato oxidade, e dando lugar à formação de S-acetil-lipoato. Por acção da

dihidrolipoiltranscetilase o S-acetil-lipoato reage com a Co-A para formar Acetil-CoA e lipoato

reduzido.

Metabolismo do glicogénio

No metabolismo do glicogénio salienta-se a acção conjunta de três enzimas: A

glicogenofosforilase, a enziam desramificadora e a fosfoglicomutase.

A glicogéniofosforilase faz a clivagem de resíduos de glicose que estão a mais de quatro

resíduos de distância de uma ramificação. Utiliza piridoxal, como cofactor. Uma molécula de

glicogénio com ramos de apenas quatro glicoses ("dextrina-limite") não pode ser degradada

apenas pela glicogénio fosforilase, havendo necessidade da acção de uma outra enzima a enzima

desramificadora do glicogénio;

A enzima desramificadora do glicogénio transfere três resíduos de glicose de um ramo limite

para outro ramo. O último resíduo da ramificação é eliminado por hidrólise. A glicogénio fosforilase

é mais rápida do que a enzima desramificadora, pelo que os ramos exteriores do glicogénio são

utilizados primeiro, quando é necessário uma maior quantidade de energia.

A fosfoglucomutase cataliza a isomerização de glicose-1-fosfato a glicose-6-fosfato, e vice-

versa:

Glicose-1-fosfato Glicose-6-fostato

Fig.15. Representação esquemática de isomerização da glucose-1-fosfato

A glucose-6-fosfato pode então ser utilizada na glicólise. Ao contrário do músculo, o fígado (e

em menor extensão, o rim) possui glucose-6-fosfatase, uma enzima hidrolítica que catalisa a

desfosforilação da glicose 6-fosfato, o que lhe permite fornecer glicose.

H2O

Glicose-6-fosfato Glicose

Pi

Fig.16. Representação esquemática da desfosforilação da glicose

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Regulação do metabolismo do glicogénio

A glicogénio fosforilase é activada por uma sequência de reacções, que são desencadeadas

pela ligação de uma hormona a um receptor especifico da membrana.

O ciclo de Cori, também designado via glicose-lactato-glicose, não é mais do que a

cooperação metabólica entre músculos e fígado, e consiste na conversão da glicose em lactato,

produzido em tecidos musculares durante um período de privação de oxigénio, seguida da

conversão do lactato em glicose, no fígado.

Com um trabalho muscular intenso, o músculo usa o glicogénio de reserva como fonte de

energia (via glicólise) sendo a glicose convertida em piruvato. Normalmente no metabolismo

aeróbio, o piruvato é oxidado pelo oxigénio molecular em CO2 e H2O, mas se durante um curto

período de intenso esforço físico, a distribuição de oxigénio no músculo não for suficiente para

oxidar totalmente o piruvato, a glicose é convertida a piruvato e depois a lactato, permitindo a

obtenção de energia, sem recorrer ao oxigénio.

O lactato acumula-se no músculo e depois difunde-se para a corrente sanguínea. Quando o

esforço físico termina, o lactato é convertido em glicose através da neoglicogénese, no fígado. A

respiração mantém-se acelerada e o O2 extra consumido neste período promove a fosforilação

oxidativa no fígado e, consequentemente, uma produção elevada de ATP. O ATP é necessário

para a neoglicogénese. A glicose formada é transportada de volta para os músculos para ser

armazenada sob a forma de glicogénio.

O ciclo evita que o lactato se acumule na corrente sanguínea, o que poderia provocar acidose

láctica. Embora o sangue se comporte como uma solução tampão, o seu pH poderia diminuir

(tornar-se-ia mais ácido) com um excesso de lactato acumulado. O ciclo é muito importante para

manter a glicemia constante durante o período de elevada actividade física.

Metabolismo proteico e síntese de aminoácidos

Um determinado número de proteínas endógenas sofrem hidrólise durante um dia mas,

geralmente, um número equivalente é sintetizado. A percentagem de renovação depende da

proteína em causa. Para o colagénio renovação diária é da ordem dos 0,2%, para as proteínas

dos músculos esqueléticos é de 2% por dia, para as proteínas das vísceras é da ordem dos 7-

15% por dia e para as algumas enzimas a renovação total ocorre em poucas horas.

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Normalmente uma pessoa saudável mantém constante a quantidade total de proteínas

endógenas e diz-se em equilíbrio azotado (ou que tem um balanço azotado nulo). Uma grande

parte dos aminoácidos que resultam da hidrólise das proteínas endógenas (cerca de 300g/dia) é

reutilizada na síntese de novas proteínas, mas uma parte não é reutilizada, pois alguns desses

aminoácidos são de tal forma transformados, que ficam excluídos do ciclo de reutilização. Esta

perda de aminoácidos endógenos (cerca de 25 g/dia no adulto) é resultado da presença de

enzimas que têm como substratos aminoácidos. Para repor a perda de 25 g de aminoácidos/dia,

não basta ingerir uma quantidade equivalente de proteínas, dado que uma parte substancial dos

aminoácidos ingeridos vai-se perder (uma parte das proteínas ingeridas não chega a ser

absorvida e perde-se nas fezes). Os trabalhos experimentais apontam para valores na ordem dos

50 g/dia como o mínimo de proteínas a ingerir para repor as perdas obrigatórias de aminoácidos.

Nas situações em que a massa de proteínas endógenas está a aumentar diz-se que há um

balanço azotado positivo; na condição contrária diz-se que o balanço azotado é negativo; o

balanço azotado é nulo quando não há aumento nem diminuição da massa proteica. A massa de

proteínas endógenas baixa (balanço azotado negativo) se a ingestão for inferior à quantidade

necessária para repor as perdas (≈25g/dia) e fazer face ao acréscimo de perdas resultante da

ingestão (outros 25g/dia) mas uma ingestão de proteínas acima do montante necessário para

cobrir as necessidades (≈50g/dia) resulta apenas no catabolismo dos aminoácidos excedentários

e num aumento da produção de ureia.

A quantidade total de proteínas do organismo aumenta (balanço azotado positivo) na fase de

crescimento (crianças e adolescentes), quando se esta a engordar, ou a recuperar após um

período de um período de balanço azotado negativo. O contrário (balanço azotado negativo)

acontece normalmente a partir dos 40-50 anos de idade, quando se diminui a actividade física ou

quando se emagrece voluntariamente, em consequência de má nutrição ou em situações de

doença.

Os aminoácidos excluídos do ciclo que não podem ser sintetizados pelo organismo, são

designados aminoácidos essenciais. Para se substituírem estes aminoácidos, é necessário ingeri-

los, pois cada aminoácido essencial perdido tem de ser substituído por um igual. Os aminoácidos

excluídos do ciclo que podem ser repostos por síntese endógena, designam-se aminoácidos

dispensáveis (ou não essenciais). O esqueleto carbonado destes aminoácidos provêm da glicose

e o grupo azotado vem de outros aminoácidos que terão de ser ingeridos em quantidade

suficiente. Um terceiro grupo de aminoácidos (cisteína e tirosina) forma-se a partir de aminoácidos

indispensáveis (metionina e fenilalanina, respectivamente) e poderão classificar-se como semi-

indispensáveis. No caso dos aminoácidos sintetizados a partir de intermediários do metabolismo

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da glicose (serina, glicina, alanina, aspartato, asparagina, glutamato, glutamina, prolina e arginina)

embora o esqueleto carbonado possa ser formado a partir da glicose, os grupos amina resultam

da transferência directa ou indirecta de grupos amina de outros aminoácidos para esses

intermediários. Normalmente a insuficiência de aminoácidos essenciais corresponde a uma

ingestão inadequada de proteínas. Para assegurar a manutenção da massa de proteínas deve-se

ingerir uma quantidade de aminoácidos adequada (50 g/dia, em média, no adulto saudável com

70 kg), para se repor todos os aminoácidos essenciais que se perderam. Tendo em conta as

necessidades mínimas de cada um dos aminoácidos indispensáveis foram inventadas proteínas

padrão: uma proteína padrão é uma proteína que, ingerida na quantidade mínima indispensável

para repor as perdas obrigatórias de aminoácidos totais, contém a quantidade mínima de cada

aminoácido indispensável para repor a perda individual de cada um destes aminoácidos.

Metabolismo dos lípidos

Os lípidos constituem uma fonte de energia armazenada (triglicerideos) no tecido adiposo, no

músculo esquelético e no plasma. Os triglicerideos são dissociados em ácidos gordos e glicerol,

durante a lipólise. Os ácidos gordos vão ser mobilizados para diversos tecidos do organismo,

incluindo o fígado, o tecido adiposo e o músculo esquelético. A mobilização dos ácidos gordos

provenientes do tecido adiposo depende da hidrólise dos triglicerideos nos adipócitos, sendo o

metabolismo nos adipócitos controlado pelo sistema nervoso central e pela acção hormonal. As

catecolaminas, a hormona do crescimento e os glicocorticóides são os principais responsáveis por

estimular a enzima lipase e, consequentemente, a lipólise, enquanto que a insulina inibe o

processo, estimulando a lipogénese. Contudo, nem todos os ácidos gordos mobilizados do tecido

adiposo entram na circulação, muitas vezes são esterificados como triglicerídeos e permanecem

no adipócito. Os triglicerídeos estão presentes em maior quantidade nas fibras musculares de

contracção lenta (fibras I) do que nas de contracção rápida (fibras II). A mobilização dos

triglicerídeos existentes no músculo está também dependente da adrenalina, que irá actuar sobre

as enzimas que participam na hidrólise, entre elas, a lipoproteína lipase (LPL) extracelular. Os

ácidos gordos no citoplasma encontram-se nos quilomícrons e nas lipoproteínas de muito baixa

densidade (VLDL), dado que são hidrofóbicos. Para entrarem na corrente sanguínea, precisam

estar ligados à albumina no plasma, devido à sua insolubilidade, por forma a evitar a formação de

micelas, as quais são capazes de agir como detergentes, causando danos celulares. Depois de

transportados, são oxidados em diferentes tecidos do organismo, como o fígado, os rins, o tecido

adiposo, o coração, e o músculo esquelético. No citoplasma os ácidos gordos são transportados

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para dentro das mitocôndrias (onde ocorre a oxidação), através da ligação à coenzima A (CoA),

transformando-se em acetil - CoA.

Nutrição

A nutrição constitui um conjunto de processos biológicos, que englobam a digestão, absorção,

e transformação dos nutrientes existentes nos alimentos. Trata-se de um processo não voluntário,

ao contrário da alimentação, um processo voluntário, influenciado sobretudo por factores sociais,

económicos e culturais.

O estado nutricional adequado é reflexo do equilíbrio entre a ingestão de alimentos e consumo

de energia necessária para as funções diárias do organismo. Se existir algum factor que interfira

nesse equilíbrio, o risco de desnutrição aumenta (Carvalho EB& Sales TRA, 1992). A desnutrição

pode ser primária ou secundária, dependendo da sua causa: i. alimentação quantitativa ou

qualitativamente insuficiente em calorias e nutrientes; ii. alimentação insuficiente devido ao

aumento das necessidades energéticas (exemplos: cancro, anorexia, intolerâncias alimentares,

digestão e absorção deficiente em nutrientes (Torun & Chew,1999).

A desnutrição induz a alterações na constituição do corpo e no seu normal funcionamento:

- perda muscular e de depósitos de gordura, provocando debilidade física;

- emagrecimento: peso inferior a 60% ou mais do peso ideal /normal;

- desaceleração, interrupção ou até mesmo involução do crescimento;

- alterações psíquicas e psicológicas;

- alterações do cabelo e da pele;

- alterações sanguíneas (anemia);

- alterações ósseas;

- alterações no sistema nervoso;

- alterações em diversos órgão e aparelhos (respiratório, imunológico, renal, cardíaco, hepático,

digestivo, etc.);

Existem várias formas de realizar a avaliação do estado nutricional, mas não existe uma

técnica padrão aceite por todos. Isto é, não existe uma técnica com elevada sensibilidade e

especificidade, provavelmente devido à complexidade das variações individuais na composição do

corpo. Os métodos usados actualmente passam por uma avaliação clínica (peso, altura e idade),

bioquímica, imunológica e metabólica.

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A avaliação nutricional visa verificar o estado nutricional, identificar pacientes de risco e dirigir o

tratamento. O desequilíbrio nutricional poderá estar relacionado com:

- redução do aporte de nutrientes;

- aumento nos requerimentos nutricionais;

- alteração na utilização de nutrientes;

A desnutrição ocorre quando as necessidades orgânicas não são satisfeitas pela dieta, e

podem surgir várias manifestações clínicas, directamente relacionadas com a intensidade e/ou

duração do défice, com a idade do hospedeiro, com a causa da doença e com a associação com

outras doenças nutricionais e infecciosas (Torun e Chew,1999)

O estado de desnutrição é um processo gradual, que se desenvolve ao longo do tempo, e que

leva a adaptações fisiológicas, metabólicas e até mesmo comportamentais. Existindo um aumento

da necessidade de nutrientes, o equilíbrio nutricional vai alterar-se no sentido de ser compatível

com a menor disponibilidade de nutrientes (Torun e Chew,1999), isto é, a diminuição da ingestão

alimentar é seguida pela diminuição do gasto energético, por forma a manter o equilíbrio

nutricional. O que acontece, por vezes, é que a diminuição do consumo energético não é

suficiente para compensar a diminuição da ingestão calórica, e aí, os lípidos presentes no tecido

adiposo vão ser mobilizados, diminuindo a quantidade deste tecido (Barac-Nieto et al,1978).

O metabolismo do glicogénio, não é o processo metabólico de primeira escolha para a obtenção

de energia, daí que a massa magra diminuía lentamente (Sheety,1984). Katzeff e os seus

colaboradores (1995) demonstraram que em apenas 28 dias de restrição calórica (50% da

ingestão alimentar), o peso dos músculos esqueléticos diminui, em relação ao peso total do corpo.

Além das alterações da constituição do corpo, a desnutrição também provoca outras alterações:

- diminuição da velocidade de crescimento e de desenvolvimento (Barac-Nieto e tal,1978 Spurr e

tal,1983);

- alterações no sistema nervoso (Torun e Chew,1999), endócrino e imunulógico;

- adaptações metabólicas (Russel et al, 1984; Dumas et al, 2004);

- redução da taxa metabólica basal;

- redução da temperatura corporal (Lane et al,2003; Rikke,2003);

- alterações das fibras musculares esqueléticas (Henriksson, 1992).

As principais alterações metabólicas encontradas nos estudos sobre a desnutrição, são: a

diminuição da expressão da fosfofrutoquinase (PFK) e da succinato desidronerase, enzimas da

via glicólitica e do ciclo de Krebs, respectivamente (Layman, et al, 1981;Russel et al,1984;

Bissonntte et al, 1997), a diminuição da actividade da cadeia respiratória (citocromo c oxidase), no

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músculo esquelético, e formação de NADPH pelo ciclo de Krebs, surgindo uma diminuição da

fosforilação oxidativa e uma alteração no consumo de oxigénio na mitocôndria (Fuge et al, 1968;

Layman et al, 1981; Matecki et al, 2002).

No estado desnutrido a quantidade de glicogénio mantém-se constante (Russel et al,1984),

mas a quantidade de lactato e piruvato aumentam (Russel et al,1984), devido a um aumento da

glicolíse e da neoglicogénese. Existe uma diminuição do ATP armazenado e um aumento do ADP

livre (Pichard et al 1988) e diminuição da creatina fosfato (Russel et al,1984).

Quanto ao metabolismo proteico há muitas controvérsias, existindo estudos que relatam uma

diminuição (Garlick et al, 1975; Russel et al,1984) e estudos revelam o seu aumento (Li &

Wassener,1984; Lowell et al, 1986). Henriksson(1990) afirmou que o metabolismo proteico ao

nível muscular aumenta com a desnutrição, contudo diminui com a continuidade da mesma.

Partindo do pressuposto que há um aumento do metabolismo proteico, este está, provavelmente,

relacionado com a modificação dos tipos de fibras musculares, como demonstrado no estudo de

Russel et al (1984), pois a desnutrição provoca uma diminuição do número de fibras musculares

do tipo 2, assim como uma diminuição do seu diâmetro e um aumento da relação entre as fibras

do tipo 1/2. Sabe-se que a desnutrição induz á diminuição da massa e força muscular no músculo

esquelético.

Alterações musculares patológicas

Diversas alterações patológicas podem atingir o tecido muscular, mas a mais frequente é

sarcopenia (do Grego, "pobreza de carne"), perda de massa e força muscular relacionada com o

envelhecimento. Cerca de um terço da massa muscular perde-se com a idade (cerca de 1% ao

ano, a partir dos 65 anos de idade). Essa perda de massa reduz a força muscular. A sarcopenia é

um importante indicador de fragilidade, ligada a redução do equilíbrio, perda de agilidade, quedas

e fracturas. A perda da força muscular resulta numa dificuldade da manutenção da estabilidade

(equilíbrio estático e ou dinâmico), tornando a marcha cada vez mais incerta, o que pode resultar

em quedas. Eventos estes, que podem causar grandes prejuízos a um sistema osteomuscular

enfraquecido pela senescência. Este fenómeno pode ser comparado à osteoporose, que também

é uma doença relacionada com a idade e se refere à perda de massa óssea. A sarcopenia não é

uma doença, mas sim uma consequência natural do processo de envelhecimento do ser humano,

directamente relacionado com as interacções com o meio ambiente. A sarcopenia pode ser

evitada e até mesmo revertida com uma alimentação equilibrada, uma vida psicologicamente

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saudável e com a prática de actividades ou exercícios físicos de maneira consciente e com

acompanhamento profissional.

Uma outra alteração muscular patológica é a caquexia, associada a casos extremos de má

nutrição. A palavra caquexia deriva do grego, ―kakos‖ que significa mau e de ―hexis‖ que significa

condição. A caquexia é traduzida pela perda de peso principalmente à custa de tecido não

adiposo, e por um índice de massa magra inferior a 16 Kg/m2 no homem e 15 Kg/m2 na mulher e

geralmente com um índice de massa corporal inferior a 21Kg/m2. Traduz-se por perda de peso,

atrofia muscular, fadiga, fraqueza e perda de apetite, ou seja, é uma desnutrição aguda. A causa

da caquexia pode ser uma neoplasia, uma sepsis grave ou numa doença pulmonar obstrutiva

crónica, entre outras patologias. A caquexia neoplásica é responsável pela morte de cerca de

25% dos doentes do foro oncológico. Nestes doentes a caquexia atinge não só o músculo

esquelético, mas também os músculos lisos causando, por isso, alterações funcionais em vários

órgãos. A caquexia neoplásica leva ao aumento da proteólise em cerca de 40% dos casos, ao

aumento da glicólise e da neoglicogénese com aumento do Ciclo de Cori

Motivação e Objectivos

O facto de haver no Instituto de Patologia Experimental um número razoável de estudos sobre

os músculos, o que é um tecido com grande interesse para a clínica dentária, levou procurar fazer

um pequeno levantamento sobre estes estudos.

Tratando-se de um tema complexo e de actualização constante, pareceu-nos oportuna fazer

um levantamento de alguns casos de ensaios experimentais do Instituto de Patologia

Experimental e, reflectir para estudos no futuro, com particular incidência para os músculo

mastigadores.

Ensaios Experimentais

O Instituto de Patologia Experimental (IPE) tem desenvolvido vários estudos sobre os

músculos, nomeadamente o músculo esquelético e cardíaco em várias situações, nomeadamente

de má nutrição e quadros associados, como é o caso do treino físico e consumo de anfetaminas e

álcool, em modelos que usam o rato Wistar.

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Os quadros de má nutrição foram induzidos no Instituto pela modificação da dieta, passando

para uma dieta hipocalórica e enriquecida em fibra ou uma dieta padrão de rato modificada com

falta de nutrientes.

No Instituto tem sido frequente a manipulação de dietas para rato, nomeadamente substituindo

parte desta por uma mistura previamente definida. Também tem sido usado a definição de dietas

a partir de pratos cozinhados (dieta mediterrânica, sardinha assada, por exemplo) ou dietas

enriquecidas com alguns ―componentes‖ da alimentação humana (óleo de palma, azeite)

Tabela I – resumo das principais dietas produzidas no IPE.

Dieta padrão de rato Dieta padrão de coelho manteiga sacarose

dieta A — + — —

dieta B 50% — — 50%

dieta C — 50% — 50%

dieta D 50% — 25% 25%

Os estudos efectuados com dietas modificados foram feitos em ratos a partir dos 30 dias de

idade por um tempo mínimo de um mês e máximo de seus meses. Em todos os casos foi

estudada a curva de crescimento ponderal ao longo do estudo.

Além da manipulação da alimentação foram feitos estudos com outros protocolos por vezes

associados a alterações na nutrição e treino físico. Estes protocolos corresponderam a:

— administração subcutânea de anfetaminas em dose única ou repetida ao longo de um trinta

dias (3 mg/Kg por via subcutânea em cada administração, e vezes por semana);

— treino físico em passadeira controlada por computador;

— treino físico de natação diária;

— consumo de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) ou de sol. aquosa de álcool a simular bebida

alcoólica;

— administração de vinho sem álcool.

Os estudos foram sempre concluídos com a necrópsia dos animais, sendo efectuado o

hemograma no momento da necrópsia. A necrópsia estudou o hábito externo e interno, fazendo a

avaliação histológica dos órgãos vitais e daqueles que apresentavam alterações macroscópicas.

Com os dados da necrópsia foi sempre determinado o índice de Lee e parâmetros alométricos do

pulmão, rim e fígado. Foram igualmente objecto de estudo: músculos mastigadores, músculos

intercostais, músculos da pata posterior e diafragma.

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Em alguns estudos foi feita também a avaliação ecocardiográfica e o estudo histológico do

nervo ciático. Nestes ensaios experimentais foi ainda usada a metabolómica como ferramenta

para avaliação molecular funcional dos tecidos.

Figura 17. Músculo cardíaco de um animal submetido à administração de anfetaminas durante um período de

30 dias. Observam-se imagens de miocitólise. H&E, 100 X no original (foto IPE).

Figuras 18. Exame ecocardiográfico num modelo experimental (foto IPE)

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Figuras 19. Ecocardiograma de rato, num animal do grupo controlo (foto IPE).

Figura 20. H & E músculo gastrocnémio de um animal submetido a ração padrão e treino. (Foto IPE)

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Figura 21. Histoquímica de ATPases a pH 9,4 em músculo gastrocnémio de um animal submetido a ração

padrão e treino. (Foto IPE)

Figura 22. Nervo ciático de animais submetidos a alcoolismo e consumo de anfetaminas, com alterações

degenerativas (A&T, 200 x no original). (Foto IPE)

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Figura 23. Nervo ciático de animais submetidos a alcoolismo, com alterações degenerativas. (A&T, 100 x no

original) (Foto IPE)

Figura 24. Gráfica de uma amostra de masseter esquerdo de rato de um grupo controlo submetida a estudo

metabolómico (Foto IPE, Dr. Rodrigo Farinha)

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Os estudo efectuados, de que procurámos fazer aqui um pequeno resumo foram objecto de

comunicações científicas em congressos nacionais e internacionais, de publicações científica e de

várias teses de mestrado.

Permitem-nos estes estudos tirar desde já algumas conclusões e fazer algumas considerações

que sumariamos:

1º:: é possível estabelecer bons modelos experimentais para o estudo da alimentação /

desnutrição;

2º:: os estudos experimentais permitem perceber que as alterações da nutrição têm

repercussões diferentes em função da idade;

3:: os músculos são bastante atingido com a nutrição insuficiente;

4:: alguns hábitos alimentares (alcoolismo) podem causar lesões aos nervos periféricos o que

faz suspeitar que possa causar alterações nos nervos motores dos músculos.

Neste momento estão em curso estudos relativos ao envelhecimento e alterações moleculares

e funcionais dos músculos, com particular relevância para os músculos mastigadores. Estudos

que envolvem a metabolómica e a genómica, que nos parecem ferramentas muito promissoras

para a avaliação morfo-funcional dos tecidos em situações normais e patológicas.

Está também a ser desenvolvido um estudo sobre desnutrição e músculos, em que estamos

envolvidos. Trata-se de um estudo em que os animais são submetidos a uma dieta carenciada,

sendo feita avaliação morfológica, funcional e molecular de vários grupos musculares. A avaliação

morfológica é feita por histologia e Histoquímica, a avaliação funcional por electromiografia e a

avaliação molecular por metabolómica e genómica.

Será tentada estabelecer uma correlação entre as alterações que se verificam nos seguinte

grupos musculares:

I:: músculos mastigadores – masseter e temporal

II:: músculos relacionados com a respiração — intercostais e diafragma

III:: músculo relacionados com a marca — gastrocnémio

IV:: músculo cardíaco.

É de salientar ainda que estes estudos decorreram e decorrem num ambiente equipa

multidisciplinar e em rede com diversas instituições.

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