INTRODUCCIÓN. Ca ++ voltaje dependiente, que juegan un papel fundamental en la contracción muscular. El Ca ++

Transcripción

1 Cátedra de Fisiología I - Facultad de Medicina, U.A.E.M. Dr. David Martínez Duncker R. FIISIIOLOGÍÍA NEUROMUSCULAR 1 INTRODUCCIÓN Casi la mitad del peso del cuerpo humano está constituido por músculo. El 40 % de toda esta cantidad es músculo estriado (el otro 10% serán cardíaco y liso). Es el músculo estriado el que comúnmente conocemos como responsable del movimiento y de la fuerza. Será los músculos, con los huesos y articulaciones los que configuran el aparato locomotor. El Aparato Locomotor mantiene su función en base a la contracción de los músculos sobre los huesos y articulaciones. La principal función del Aparato Locomotor es por lo tanto el desplazamiento y la realización de un trabajo físico. Sin embargo, el músculo estriado no sólo asiste a la función principal del Aparto Locomotor, sino que en ocasiones toma un papel relevante en la producción de calor por el cuerpo humano. El músculo esquelético está unido a los huesos por medio de tendones. La estructura muscular está formada por fibras musculares, que son en realidad células musculares muy especializadas. Las fibras musculares o miocitos están rodeadas por una membrana de tejido conectivo, llamado ENDOMISIO. Las distintas células se agrupan así en un fascículo, rodeado éste por otra membrana, el PERIMISIO. Los distintos fascículos formarán ya el músculo como tal, envuelto en la membrana que se llama EPIMISIO. Las unidades constituyentes del músculo, los miocitos, se llaman fibras musculares. Estas fibras tienen algunas características especiales, que las distinguen de otros tipos celulares. Los miocitos, como células que son, comparten las estructuras propias de las células eucariotas, pero añadiéndoles características esenciales. Éstas las hacen tan peculiares que los miocitos son junto con las células nerviosas, las células del organismo más diferenciadas y más especializadas: La Membrana Plasmática (Sarcolema). Es la membrana plasmática de la fibra muscular. Tiene una capa externa rica en colágeno y polisacáridos, pero lo más destacado es la presencia de unas invaginaciones (Túbulos T) que penetran hasta el interior de la célula conectando con el Retículo Endoplasmático. El Retículo Endoplasmático (Retículo Sarcoplasmático). Posee numerosos canales de Ca ++ voltaje dependiente, que juegan un papel fundamental en la contracción muscular. El Ca ++ se mantiene en el interior, gracias a una proteína que lo secuestra, llamada calsecuestrina.

2 El Citoplasma (Sarcoplasma). Está totalmente cubierto de las denominadas Miofibrillas, son los armazones proteícos estructurales sobre los cuales las células se apoyan para contraerse en el esfuerzo muscular. Los Núcleos. Las fibras musculares son en realidad sincitios (varios núcleos). Los núcleos están dispuestos en la periferia de las fibras musculares, pegando a la membrana que las recubre (Endomisio). Los músculos son la parte activa del aparato locomotor ya que son capaces de generar movimiento. Un músculo en general se compone de un vientre muscular (en donde se encuentran las fibras musculares contráctiles, es la parte carnosa del músculo) y uno o dos tendones (uno de inserción y otro de origen, suele ser arbitrario cual de los dos extremos es el del origen o inserción). El vientre muscular está rodeado de un tejido fibroso que se llama fascia. Esto permite al músculo contraerse en una sola dirección. La contracción muscular es una de las propiedades de los músculos, ya sean esqueléticos, viscerales o cardíaco. Esta propiedad tiene un carácter protagónico en el campo de la actividad física dada su participación activa en el movimiento mecánico, lo cual evidencia la importancia que posee el conocimiento teórico sobre las particularidades de la contracción muscular para aquellos profesores o investigadores vinculados al estudio de las ciencias biológicas aplicadas al deporte o la educación física. Claassi iffi iccaacci ión porr ssu aacccci ión:: Agonistas: De esta manera se le denomina, al músculo más directamente involucrado en un movimiento realizado. Antagonistas: Son los capaces de detener o desacelerar un movimiento. Sinergista: Son los que indirectamente ayudan a que un movimiento se realice. Neutralizador: Son los que evitan movimientos no deseados. Estabilizador: Mantienen a un hueso fijo, para que los músculos involucrados puedan causar un movimiento deseado. Existen diversas formas de clasificación de la contracción muscular. Estas formas o nomenclaturas, están determinadas fundamentalmente por aspectos morfológicos, fisiológicos y biomecánicos. La bibliografía especializada concuerda en que existen dos formas de contracción muscular: 1.- La contracción dinámica y 2.- La contracción estática. 2 TM = Tensión Muscular, RE = Resistencia Externa.

3 3 CONTENIDO DE LAS MIOFIBRILLAS Dentro de las miofibrillas hay gránulos de glucógeno, mioglobina, lípidos, sustancias ricas en energía (fosfocreatina = CP) y proteínas contráctiles que forman parte de las manchas claras y oscuras. 1.- Las bandas claras tienen una línea más oscura o Z (proteína contráctil). El espacio entre dos líneas Z se denomina sarcómero y constituye la unidad funcional del tejido muscular. 2.- La línea H es una proteína contráctil. 3.- La banda I está compuesta de 3 proteínas: actina, troponina y tropomiosina. 4.- La banda A está compuesta de miosina. Proteínas contráctiles: 1.- Miosina: filamento grueso de la banda A. Proteína con dos cadenas polipeptídicas. Con diámetro de 150 micrómetros y longitud de 1.6 nanómetros. 2.- Actina, tropomiosina y troponina, son proteínas de contracción rápida y constituyen el filamento delgado.

4 4 Los sarcómeros son las unidades de organización de las miofibrillas y además las unidades musculares de la contracción. Estas miofibrillas recorren longitudinalmente la célula. Su contracción promueve a su vez la contracción de la célula, que tendrá como fin la realización de un movimiento muscular. El sarcómero está limitado por los discos o bandas Z. El acercamiento de estas bandas en millares de fibras (contracción muscular) está ocasionado por un estímulo de origen nervioso de carácter voluntario en la mayoría de los casos.

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11 DMDR M.D.Ph.D. Tipo y clasificación del tono muscular. Para la ejecución de cualquier movimiento, es preciso la participación de los músculos del cuerpo; hace falta que unos se activen o aumenten su tensión y otros se inhiban o relajen su tensión. El Tono Es el estado de tensión permanente de los músculos de origen reflejo, variable, cuya misión tiende al ajuste de las posturas locales y de la actividad general. El tono tiene gran importancia en la adquisición de la conciencia de nuestro cuerpo, debido a las sensaciones propioceptivas.

12 12 Fisiología del tono. Tiene una base neurológica. Esta se encuentra en la musculatura estriada, que son los músculos de la vida de relación, encargados de asegurar el movimiento a los diferentes segmentos corporales. El músculo estriado es sensible al estiramiento. El tono depende de un arco que se establece a nivel de la médula. Sherrington demostró que el reflejo Miotatico es el responsable del tono. A Sherrington (1905) se le debe la primera descripción del stretch reflejo (o reflejo de estiramiento, o reflejo miotático), es decir, un reflejo de contracción muscular, en respuesta a un estiramiento de los receptores sensitivos propioceptivos del mismo músculo. Este reflejo es responsable del tono muscular normal (de descanso o de postura), cuyo mantenimiento y regulación son indispensables para la coordinación normal de todo movimiento, volitivo (vuluntario) o reflejo. Tipo de Tono: Según Wallon - Tono residual o músculo en reposo. - Tono ortoestático que asegura la posición del pie. - Tono de equilibración laberíntica. - Tono explosivo que responde a los movimiento de preparación. - Tono sostén que mantiene el músculo en el curso de ejecución de un acto. - Tono catatónico para la conservación de la actividad. Clasificación del tono según la intensidad: - Hipertonía. - Hipotonía. - Eutonía. CARACTERISTICAS UNIVERSALES DEL TEJIDO MUSCULAR Excitabilidad: Las células musculares pueden producir corrientes eléctricas. Contractibilidad: Las células musculares se pueden acortar. Extensibilidad: Las células musculares se pueden estirar. Elasticidad: Una vez estiradas, las células musculares recuperan su longitud original. COMUNICACIÓN NEURONAL A partir de la excitabilidad de las neuronas, que es su propiedad específica, se desencadenan distintos tipos de mecanismos que trascienden a la propia neurona y que establecen una clara comunicación entre las mismas. Esto es a lo que denominamos sinapsis, una región celular clara, concreta y muy estructurada definida por el mantenimiento de un espacio interneural, y cuyo significado final es el de la comunicación interneural a la que nos referimos en términos generales como sinapsis eléctrica y sinapsis química.

13 En el primer caso, se habla siempre de una comunicación excitatoria con la continuidad de la conducción de la excitabilidad o el impulso nervioso; en el segundo caso se habla de una comunicación excitatoria o inhibitoria mediada por una sustancia química que no es otra cosa que el neurotransmisor. Potencial de Membrana e Impulso Eléctrico 13 UNION NEUROMUSCULAR - DESCRIPCION La unión neuromuscular es básicamente el conjunto de un axón y una fibra muscular. El axón o terminal nerviosa adopta al final, en la zona de contacto con el músculo, una forma ovalada de unas 32 micras de amplitud. En esta zona final del axón se hallan mitocondrias y otros elementos que participan en la formación y almacenaje del neurotransmisor de la estimulación muscular: la acetilcolina. Al otro lado de la terminal axónica se encuentra la membrana celular de la fibra muscular. A esta zona se la denomina placa motora. La zona intermedia entre la terminal nerviosa y la placa motora se denomina hendidura sináptica. La forma de la placa motora es la de una depresión con pliegues y se debe a que debe adaptarse a la forma de la terminal nerviosa y por los pliegues consigue aumentar mucho su superficie. La fibra muscular tiene forma alargada y en su interior se encuentran varios núcleos y las estructuras encargadas de la contracción muscular: las miofibrillas. Las miofibrillas se encuentran formadas por unidades contráctiles básicas denominados sarcómeros. A su vez en el interior de cada sarcómero se encuentran unos filamentos proteicos inicialmente responsables de la contracción: la actina y la miosina, que se interdigitan longitudinalmente entre sí. Al deslizarse entre ellas producen acortamiento de la sarcómero y con ello la contracción muscular. Adyacentemente existen otras proteínas, la troponina y la tropomiosina, que actúan de reguladoras.

14 14 TRANSMISION NEUROMUSCULAR La finalidad del impulso axónico es la de conseguir llegar a la fibra muscular y producir la contracción de la misma. Para ello el potencial de acción axónico se convierte en señal química: la liberación de un neurotransmisor a la hendidura sináptica. Este neurotransmisor es la acetilcolina. La acetilcolina liberada a la hendidura llega hasta la superficie de la placa motora, donde interfiere con unos receptores especiales para este neurotransmisor. La unión acetilcolina-receptor produce una modificación del potencial de acción de membrana hasta conseguir uno que pueda ser transmitido a toda la membrana muscular. Lo que ocurre es una tranformación de un impulso químico en un impulso eléctrico. La acetilcolina sale de la terminal nerviosa por un mecanismo de exocitosis. Una vez en la hendidura recorre el espacio de esta hasta las zonas de apertura en la placa motora, que están enfrentadas a las de salida de la aceticolina en la terminal axónica (ver figura). La aceticolina se une entonces a los receptores de la palca motora. Para que esta no se perpetúe, en la hendidura existe una enzima encargada de degradar la acetilcolina: la acetilcolinesterasa. Esta enzima fragmenta la acetilcolina en colina y acetato. Estos metabolitos son captados por la terminal del axón que los reutiliza para sintetizar acetilcolina de nuevo. La unión de la acetilcolina al receptor de la placa motora puede ser en dos lugares, que son diferentes en afinidad y que va a definir también la afinidad de determinados agonistas y antagonistas de la acetilcolina. Se necesita que se unan dos moléculas de acetilcolina al los dos sitios del receptor para que el receptor adquiera una forma de canal en su interior y permita el trasiego de iones que van a permitir la modificación del potencial de acción. El tráfico de iones va a consistir en un paso de cationes sodio y calcio al interior y de potasio hacia fuera. El flujo más llamativo desde el punto de vista cuantitativo corresponde al sodio y al potasio. El potasio sigue un gradiente de concentración, mientras que el sodio toma un gradiente de concentración y eléctrico. El resultado es el aumento de la carga positiva en el lado interno de la membrana celular muscular. La apertura del receptor sigue un fenómeno llamado del "todo o nada". Quiere decir que cuando un número de receptores suficiente está abierto simultáneamente, se supera el umbral de despolarización de la placa motora y se desencadena el potencial de acción que se propaga al resto de la membrana muscular. CONTRACCION MUSCULAR Una vez que la placa motora se despolariza el potencial de acción recorre todo el sarcolema (membrana celular muscular). El potencial de acción de una fibra muscular se divide en varias fases (ver figura): Fase 0: es la fase de despolarización rápida, donde la entrada de iones Na + a través de los canales de Na + hace cambiar el potencial de -90 mv a +20mv. Fase 1: de repolarización temprana, por la entrada de iones Ca ++ a través de sus correspondientes canales. Fase 2: tiene forma de meseta, se produce por la salida lenta de los iones K + hacia el exterior de la célula a través de los canales (IKr). Fase 3: de repolarización rápida tardía, donde el paso de los iones K + está muy facilitado a través de otros canales de este ion (IKS). Fase 4: de reposo.

15 15 Se aduce al calcio la liberación de calcio adicional acumulado en el retículo sarcoplásmico. Este calcio difunde a los sarcómeros, es decir al conjunto de las proteínas contráctiles. Primero se une a la troponina y produce por ello un cambio en la conformación de la tropomiosina. esta modificación genera a su vez que la actina quede expuesta a la interacción de la miosina. Esta unión, en presencia de moléculas de ATP y de magnesio produce unos puentes cruzados (cross-bridge), que cambian de forma y que son capaces de deslizar a la actina sobre la miosina. Con esto se produce un acortamiento de los sarcómeros y por ende la contracción muscular. La relajación o recuperación de la posición inicial se produce por la rotura de estos puentes al girar., liberándose ADP. Durante la repolarización del sarcolema el retículo sarcoplásmico recupera el calcio gracias a un sistema de consumo de energía (ATP). Esto se verá con más detalle en la fisiopatología de la hipertermia maligna.

16 16 Fuentes de Energía para la Contracción Muscular FISIOLOGIA MUSCULAR 1. El potencial de acción viaja a lo largo de un nervio motor hasta sus terminaciones en las fibras musculares. 2. En cada terminación, el nervio secreta una pequeña cantidad de la sustancia neurotransmisora acetilcolina. 3. La acetilcolina actúa sobre una zona local de la membrana de la fibra muscular para abrir múltiples canales con puerta de acetilcolina en las moléculas proteicas de dicha membrana. 4. La apertura de los canales de acetilcolina permite que grandes cantidades de iones sodio fluyan al interior de la membrana de la fibra muscular en el punto de la terminación nerviosa. Esto inicia un potencial de acción en la fibra muscular. 5. El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular, de la misma manera que viajan los potenciales de acción a lo largo de las membranas de los nervios. 6. El potencial de acción despolariza la membrana de la fibra muscular y también viaja en profundidad dentro de la fibra muscular, donde hace que el retículo sarcoplásmico libere en las miofibrillas grandes cantidades de iones calcio que estaban almacenados en el retículo.

17 7. Los iones calcio inician fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y de miosina. haciendo que se deslicen entre si, lo cual constituye el proceso de contracción. 8. Transcurrida una fracción de segundo, los iones calcio son bombeados de nuevo al interior del retículo sarcoplásmico, donde permanecerán almacenados hasta Ia Ilegada de un nuevo potencial de acción al músculo; esta retirada de los iones de calcio de las miofibrillas hacen que cese la contracción muscular. MODELO MECÁNICO DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Se produce de la forma siguiente: 1º.- Se acorta el sarcómero por una disminución total de todo el sistema muscular (CONTRACCIÓN CONCÉNTRICA), o sin que se modifique la longitud (CONTRACCIÓN ISOMÉTRICA). 2º.- Una vez que cesa el estímulo nervioso (EFECTO CONTRÁCTIL), el músculo recupera su longitud inicial, siempre y cuando no haya fuerzas externas que lo impidan. 3º.- Si el sistema muscular es ESTIRADO o ELONGADO, se produce un alargamiento del conjunto de sus elementos que afecta tanto al sistema conjuntivo en paralelo, como al de serie. 4º.- Los movimientos que son necesarios para alcanzar una gran fuerza de impulsión, se consiguen mejor si existe un estiramiento previo. Mecanismo General de la Contracción Muscular 1. El potencial de acción viaja a lo largo de un nervio motor hasta sus terminaciones en las fibras musculares. 2. En cada terminación, el nervio secreta una pequeña cantidad de la sustancia neurotransmisora acetilcolina. 3. La acetilcolina actúa sobre una zona local de la membrana de la fibra muscular para abrir múltiples canales con puerta de acetilcolina en las moléculas pro teicas de dicha membrana. 4. La apertura de los canales de acetilcolina permite que grandes cantidades de iones sodio fluyan al interior de la membrana de la fibra muscular en el punto de la terminación nerviosa. Esto inicia un potencial de acción en la fibra muscular. 5. El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular, de la misma manera que viajan los potenciales de acción a lo largo de las membranas de los nervios. 6. El potencial de acción despolariza la membrana de la fibra muscular y también viaja en profundidad dentro de la fibra muscular, donde hace que el retículo sarcoplásmico libere en las miofibrillas grandes cantidades de iones calcio que estaba almacenado en el retículo. 7. Los iones calcio inician fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y de miosina haciendo que se deslicen entre si, lo cual constituye el proceso de contracción. 8. Transcurrida una fracción de segundo, los iones calcio son bombeados de nuevo al interior del retículo sarcoplásmico, donde permanecerán almacenados hasta la llegada un nuevo potencial de acción al músculo; esta retirada de los iones de calcio de las miofibrillas hacen que cese la contracción muscular. 17

18 18 FIBRAS MUSCULARES RÁPIDAS Y FIBRAS MUSCULARES LENTAS Todo músculo del organismo esta compuesto por una mezcla de las denominadas fibra s musculares rápidas y lentas, junto con otras fibras graduadas entre estos dos extremos. Los músculos que reaccionan rápidamente están compuestos principalmente por fibras rápidas, con solo un pequeño numero de la variedad lenta. Y a la inversa, los músculos que responden lentamente pero con contracción prolongada están compuestos principalmente por fibras lentas. Las diferencias entre estos dos tipos de fibras son: Fibras rápidas: 1. Fibras mucho más grandes para una gran fuerza de contracción. 2. Extenso retículo sarcoplásmico para la liberación rápida de iones calcio para iniciar la contracción. 3. Grandes cantidades de enzimas glucolíticas para la liberación rápida de energía mediante el proceso glucolítico. 4. Menor aporte de sangre porque el metabolismo oxidativo tiene menos importancia. 5. Menor numero de mitocondrias, también porque el metabolismo oxidativo es secundario. Fibras lentas: 1. Fibras más pequeñas. 2. También inervadas por fibras nerviosas más pequeñas. 3. Sistema más amplio de vasos sanguíneos y capilares para proporcionar cantidades extra de oxigeno. 4. Número muy aumentado de mitocondrias, también para soportar niveles elevados de metabolismo oxidativo. 5. Las fibras contienen grandes cantidades de mioglobina, una proteína con hierro similar a la hemoglobina de los eritrocitos. La mioglobina se combina con el oxigeno y lo almacena hasta que es necesario; también acelera mucho el transporte de oxigeno hasta la mitocondria. La mioglobina proporciona al músculo lento un aspecto rojizo y el nombre de músculo rojo, mientras que el déficit de mioglobina roja en el músculo rápido hace que reciba el nombre de músculo blanco.

19 TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES. CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS, BIOQUIMICAS Y FISIOLOGICAS. 19 La función principal del músculo es el acortamiento productor de fuerza, cuya base funcional es la unidad motora. Una unidad motora es el conjunto formado por una motoneurona y las fibras musculares (de 5 a 500) que inerva. Todas las fibras de una unidad motora son morfológica, fisiológica y bioquímicamente iguales, pero fibras pertenecientes a distintas unidades motoras pueden ser diferentes en uno o varios aspectos. Aunque se han utilizado varios clasificaciones de fibras musculares, para humanos solo se utilizan actualmente dos que, además son perfectamente superponibles: La clasificación bioquímica en tipos: I y II, con tres subtipos IIa, IIb y IIc, La clasificación citológico/funcional en: Fibras de contracción lenta (que coinciden prácticamente en todo con las tipo I) y, Las de contracción rápida (coincidentes con las tipo II), subdivididas en rápidas a y b. Las características de estas fibras se pueden resumir en:

20 20 Utilizaremos la clasificación bioquímica en tipos I y II con sus correspondientes subtipos, y asumiremos como 100% cierta la equivalencia con la clasificación funcional. En la tabla superior observamos que los tipos extremos son el I y el IIb, aerobias, lentas, "débiles" pero infatigables las primeras, anaerobias, rápidas, "fuertes" pero por poco tiempo las segundas. Entre ambos tipos están los intermedios, IIa y IIc, con pocas diferencias (solo las concentraciones de ATP y de glucógeno los diferencian), pero no situadas a medio camino de los dos extremos, ya que tanto sus características metabólicas los incluyen, claramente en el grupo de los anerobios (tipo II). Aunque en muchos animales estas fibras se distribuyen de forma que cada músculo tiene casi en exclusiva un tipo de ellas, en el humano la mezcla se da en casi todos los músculos, aún con predominio de algún tipo en función a las necesidades de ese músculo en particular. Además, y dado un músculo concreto, la proporción de fibras de uno y otro tipo, varían de individuo a individuo. Es más, el empleo que un mismo individuo de a un músculo hace que varíe con el tiempo la proporción de fibras. Parece casi seguro que el entrenamiento específico, o la falta de uso, puede hacer variar la proporción de fibras, especialmente el aumento de tipo I y IIa a costa de IIc principalmente, con el entrenamiento aeróbico y al revés con el anaeróbico y con la falta de ejercicio. No podemos dejar de lado el componente genético en esta distribución, aunque conforme pasa el tiempo se le va dando menor importancia. Tampoco debemos olvidar que se heredan no solo los genes, sino con frecuencia las costumbres familiares, las costumbres, e incluso el medio ambiente, que pueden influir en este tipo de fenómenos, haciendo muy difícil de discriminar lo innato de lo adquirido. SUMACIÓN DE FRECUENCIA Y TETANIZACIÓN. Tetanización / contracción muscular: Consiste en la anulación de la capacidad de reacción muscular que impide la separación voluntaria del punto de contacto eléctrico. Se muestran los principios de la sumación de frecuencia y de la tetanización. Se observan las contracciones individuales que se producen una a continuación de otra con baja frecuencia de estimulación. Posteriormente, al aumentar la frecuencia, llega un punto en que cada nueva contracción se produce antes de concluida la precedente. En consecuencia, la segunda contracción se suma parcialmente a la primera, de modo que la fuerza total de contracción aumenta progresivamente al aumentar la frecuencia. Cuando ésta alcanza un nivel critico, las contracciones sucesivas son tan rápidas que literalmente se funden entre si, y la contracción parece ser totalmente uniforme y continua. A esto se denomina tetanización. A una frecuencia todavía algo mayor, la fuerza de contracción alcanza su máximo, de modo que el aumento adicional de frecuencia mas allá de este punto ya no actúa aumentando la fuerza contráctil.

21 Esto ocurre porque en el sarcoplasma se mantiene entonces un número suficiente de iones calcio, incluso entre los potenciales de acción, de modo que se mantiene un estado contráctil completo sin permitir la relajación entre los potenciales de acción. 21 Rigor mortis: sin el ATP producido por el metabolismo celular, el ADP queda unido a la cabeza de miosina, y ésta queda enganchada a la actina.

22 22 Por qué es tan largo el potencial de acción del músculo cardíaco, por que hace una meseta y por que no la hace el músculo esquelético? Existen por lo menos dos diferencias importantes entre las propiedades de membrana de los músculos cardíaco y esquelético que explican el potencial de acción prolongado y la meseta del músculo cardíaco. En primer lugar, el potencial de acción del músculo esquelético es causado casi en su totalidad la apertura repentina de grandes cantidades de los denominados canales rápidos del sodio, que permiten que penetren en la fibra muscular esquelética cantidades ingentes de iones de sodio. Estos canales se denominan «rápidos» debido a que sólo permanecen abiertos unas pocas diezmilésimas de segundo, y se cierran bruscamente después. Cuando se produce este cierre, tiene lugar la repolarización, y más o menos una diezmilésima de segundo más tarde ha concluido el potencial de acción. En el miocardio por otro lado, el potencial de acción es causado por Ia apertura de dos tipos de canales: 1.- los mismos canales rápidos de sodio que en el músculo esquelético y 2.- otra población de los denominados canales lentos del calcio, denominados también canales del calcio y sodio. Esta segunda población difiere de los canales rápidos del sodio en que se abren más lentamente y, lo que es lo más importante, en que permanecen abiertos durante varias décimas de segundo.

23 Durante este tiempo. fluyen al interior de la fibra miocárdica grandes cantidades de iones de calcio y de sodio, y esto mantiene tan periodo de despolarización prolongado, que es la causa de la meseta del potencial de acción (Fase II). Además, los iones de calcio que entran en el músculo durante este potencial de acción desempeñan un papel importante en ayudar a estimular el proceso contráctil del músculo, lo que constituye otra diferencia entre el músculo cardíaco y el esquelético La segunda diferencia funcional importante entre el músculo cardíaco y el esquelético, que contribuye a explicar tanto el potencial de acción prolongado como la meseta, es la siguiente : Inmediatamente después del comienzo del potencial de acción, la permeabilidad de la membrana muscular para el potasio disminuye unas cinco veces, efecto que no se da en el músculo esquelético. Este descenso de la permeabilidad al potasio puede ser causado por la penetración de grandes cantidades de iones de calcio que acabamos de señalar. Independientemente de la causa, la disminución de la permeabilidad al potasio disminuye rápidamente la salida de iones de potasio durante la meseta del potencial de acción, y de este modo evita que el potencial vuelva a su nivel de reposo. Cuando, una vez transcurridos de 0.2 a 0.3 segundos se cierran los canales lentos de calcio y sodio, y cesa la penetración de iones de calcio y de sodio, la permeabilidad de la membrana para el potasio aumenta rápidamente. Esta pérdida rápida de potasio de la fibra hace que el potencial de membrana regrese a su nivel de reposo, terminando así el potencial de acción. CONTRACCIÓN RÁPIDA / CONTRACCIÓN LENTA La mas antigua clasificación de las fibras, musculares fue basada exclusivamente, en la apariencia general de los músculos esqueléticos ( músculos voluntarios con inserciones en las estructuras óseas y ocasionalmente en la piel, y que al ser estimulados causan el movimiento de parte del esqueleto ). Por ejemplo, al músculo soleo ( músculo grueso y ancho que se localiza en la región posterior de la pierna, debajo de los gemelos ), se le designo como músculo de fibras rojas, debido a su predominancia de fibras de contracción lenta, elevado contenido de mioglobina y bajo contenido en actomiosina, que le daba una coloración rojiza característica. Por otro lado, al músculo gastrocnemio ( músculo voluminoso y oval conocido como gemelo, que se localiza en la región posterior y superficial de la pierna, por encima del soleo ), se le considero como músculo de fibras blancas, debido a su predominancia de fibras de contracción rápida, bajo contenido de mioglobina y elevado contenido de actomiosina, que le daba una coloración pálida blanquecina ca racterística. La mioglobina es un pigmento rojizo que otorga el color característico a los músculos esqueléticos, siendo diferente de la hemoglobina pigmento que da color a la sangre y contenido en los hematíes de todos los vertebrados, por su mayor afinidad por el oxígeno y menor afinidad por el anhídrido carbónico. La mioglobina contiene hierro y actúa como un deposito de oxígeno dentro de las fibras musculares. La actomiosina es una sustancia contráctil de las fibras musculares constituida por la unión de dos proteínas: la actina y miosina. No obstante, mediante el empleo de sofisticados métodos histoquímicos (estudio químico de los tejidos organizados), la clasificación de las fibras musculares esqueléticas humanas fue ulteriormente basada en las propiedades enzimáticas presentes en las respectivas fibras. Las enzimas son complejos orgánicos que catalizan las reacciones bioquímicas. Con el fin de estandarizar la nomenclatura, correspondiente a la clasificación de las fibras musculares esqueléticas, se aplicaron las siguientes normativas: 23

24 La nomenclatura debería estar basada en las propiedades examinadas. La nomenclatura debería ser útil para aplicaciones practicas en situaciones experimentales. La nomenclatura debería resultar en una diferenciación clara y concisa, entre los distintos tipos y subtipos de fibras musculares. Estudios realizados directamente sobre las distintas unidades motoras de las fibras musculares condujeron a la conclusión de que las fibras musculares esqueléticas humanas, pueden ser clasificadas en dos grandes grupos básicos. Tales grupos corresponden a las fibras de contracción rápida (Tipo II, glucoliticas o fast twitch) y las fibras de contracción lenta (Tipo I, oxidativas o slow twitch). En ingles fast twitch y slow twitch significan contracción rápida y contracción lenta, respectivamente. Las fibras de contracción rápida requieren elevadas frecuencias de estimulación, para que se produzca una fusión tetánica completa (contracción muscular persistente), mientras que las fibras de contracción lenta tetanizan a bajas frecuencias de estimulación. Se han establecido claras relaciones entre las propiedades contráctiles de los dos tipos básicos de fibras musculares y sus características metabólicas y morfológicas. Tales descubrimientos han conducido hacia un mayor grado de especificidad en la clasificación de los dos tipos básicos de fibras. Ciertos estudios basados en biopsias musculares y análisis histoquímicos, han confirmado las diferencias en las actividades fisiológicas y metabólicas existentes entre tales fibras. En resumen, las fibras de contracción rápida (Tipo II) han demostrado ser reclutadas preferencialmente para actividades contráctiles característicamente rápidas o explosivas, de alta intensidad y breve duración. Tales fibras tienen una típica coloración pálida blanquecina, debido a su reducido contenido en mioglobina, al mismo tiempo que poseen una alta concentración y actividad, tanto de la enzima ATPasa-miosina, como de fosforilasas y demás enzimas anaeróbicas. Por otro lado, la concentración de enzimas aeróbicas en estas fibras es reducida y marcadamente inferior a la de las fibras de contracción lenta. Las fibras de contracción lenta (Tipo I) poseen características relativamente opuestas a las fibras de contracción rápida. Las fibras de contracción lenta son reclutadas, preferencialmente, para actividades contráctiles característicamente lentas o sostenidas, de reducida intensidad y prolongada duración. Tienen una coloración rojiza, debido a su alto contenido de mioglobina, al mismo tiempo que poseen una reducida concentración y actividad, tanto de la enzima ATPasa-miosina, como de fosforilasas y demás enzimas anaeróbicas. La concentración de enzimas anaeróbicas en estas fibras es relativamente baja, en comparación con las fibras de contracción rápida. Una reducida concentración y actividad de la encima ATPasa-miosina, fosforilasas y enzimas anaeróbicas, son características que tipifican a las fibras de contracción lenta. Ambos tipos de fibras musculares poseen un potencial metabólico variable según sus respectivas capacidades bioquímicas, para obtener energía de los sistemas anaeróbico y aeróbico. La ATPasa-miosina es una enzima que se localiza en las moléculas de miosina y que desdobla el adenosintrifosfato (ATP) a adenosindifosfato (ADP) con liberación de energía para la contracción muscular. Las fosforilasas son enzimas muy extendidas en la naturaleza que forman glucosa -1- fosfato del glucógeno y un fosfato orgánico. El metabolismo anaeróbico es un sistema de producción de energía celular en ausencia de oxígeno y corresponde al sistema metabólico predominante en las fibras de contracción rápida. 24

25 El metabolismo aeróbico es un sistema de producción de energía celular en presencia de oxígeno y corresponde al sistema metabólico predominante en las fibras de contracción lenta. Recientemente las fibras musculares esqueléticas han sido clasificadas en subtipos, estableciéndose los subgrupos II-B, II-A y II-C dentro de las fibras de contracción rápida (Tipo II), y I-B y I-A dentro de las fibras de contracción lenta (Tipo I). Según Carpenter y Karpati la subdivisión de las fibras de contracción lenta en I-B y I-A si bien ha sido lograda en humanos su utilidad practica permanece relativamente limitada. En sucesivos artículos estudiaremos las propiedades fisiológicas y metabólicas de estos subgrupos.- Elementos básicos de la Contracción Las fibras musculares se mueven mediante un mecanismo simple llamado el impulso de potencia donde la actina y la miosina forman lo que se llama un puente de enlace. Durante una contracción muscular, el calcio sale de un depósito especial conocido como retículo sarcoplásmico. Luego se une a otra proteína llamada troponina, que bajo condiciones de descanso bloquea la formación de puentes de enlace entre la actina y la miosina. Al recibir la señal del sistema nervioso, entra en acción el calcio y sale la troponina, proporcionando en lugar de actividad para que se unan los filamentos de proteína. Este emparejamiento de la actina y la miosina es la base del movimiento y resulta en un acortamiento del músculo. Para simplificar las cosas, piensen en movimientos de filamentos similares a remar en una barca; el filamento más fino (actina) se mueve y se agarra al filamento grueso (miosina). Estas proteínas se deslizan entre ellas, luego se sueltan y se produce otro golpe de movimiento o palada de remo. La desunión de la cabeza de la miosina de la actina se produce cuando el trifosfato de adenosina (ATP), fuente de la energía muscul ar, se une al complejo actina-miosina. El ATP se divide entonces y cede un fosfato. Esta emisión causa un impulso de energía y los músculos se contraen. Como nota de interés, diremos que aquí es donde la cretina proporciona fosfato adicional para recuperar el ATP, produciendo un exceso de potencial de energía y permitiendo que efectuemos unas contracciones musculares más largas e intensas. Que nos hace más grandes?. Pues bien, cuando entrenamos, las proteínas quedan dañadas (microtrauma ligero) y deben recuperarse. Pero nunca se recuperan hasta su estado original; de hecho hay más. Y como su número es más abundante, el músculo crece. Hipertrofia: porque el tamaño sí que importa El entrenamiento rompe filamentos de proteína muscular; cuando los rec uperamos son más, y acabamos aumentando un centímetro de brazo. Podríamos llamar a este proceso crecimiento; los científicos lo denominan hipertrofia. Este proceso se produce básicamente como respuesta al estrés, en este caso al producido por el entrenamie nto con pesas. Por ejemplo, en una flexión de brazo. Subimos el peso, en lo que se llama fase concéntrica donde se acorta el músculo. Luego lo bajamos de forma controlada, que es la fase excéntrica, donde el músculo se alarga. Estas contracciones, unidas a la tensión del peso, producen una serie de cambios bioquímicos dentro del músculo. Se daña su tejido; si pudiéramos observar nuestros músculos a través del microscopio después de entrenar, veríamos pequeños desgarros en las fibras, destrucciones que resultan a la larga en un recrecimiento de un músculo más fuerte y más grande. Parte del dolor experimentado después de entrenar (denominado agujetas de aparición tardía) se debe a esos microtraumatismos. Si queremos ser más grandes, necesitamos saber como entrenar para conseguir un daño tisular óptimo. También tenemos que saber como estructurar los días de descanso de 25

26 manera que ese tejido pueda regenerarse óptimamente. El músculo necesita tiempo para recuperarse. Si entrenamos el mismo grupo dos días seguidos o no descansamos lo suficiente, podemos dañar el músculo por encima de su posibilidad inmediata de recuperación, lo que supone que nuestros progresos serán más lentos o incluso inexistentes. Damos aquí un nuevo axioma útil para todos: el dolor no equivale al progreso. Hiperplasia: la fuerza de los números La hipertrofia -o crecimiento muscular- es solamente una parte del desarrollo muscular. La otra se refiere a la división de la misma fibra muscular, que hace que se produzcan dos donde había una. Eso es la hiperplasia. El fenómeno de la división de las fibras musculares se ha observado en estudios animales, y los resultados son muy convincentes. Pero debido a ciertas limitaciones, esos mismos estudios no se pueden efectuar en seres humanos. Y por qué?.. Pues porque para hacer un estudio correcto sobre la hiperplasia hay que sacar la totalidad del músculo estudiado y contar todas sus fibras. Naturalmente, lo que faltan aquí son voluntarios. A pesar de la falta de evidencias directas que demuestren la existencia de la hiperplasia en los seres humanos, algunos dirían que existe al fijarse en los culturistas supermusculados. Aquí aparece una nueva cuestión: qué tamaño precisa una fibra muscular antes de que se divida?. Eso conduce a muchos expertos a pensar que la hiperplasia o incremento del número de fibras musculares, también existe en los grandes culturistas y otros atletas de potencia. El crecimiento muscular es un asunto de tiempo: A pesar de los avances tecnológicos que han incrementado la velocidad a la que podemos trabajar, como teléfonos celulares, faxes, ordenadores, internet, etc, el cuerpo humano sigue trabajando a su propio ritmo. A los pocos días de iniciar un programa de entrenamiento, un principiante puede haber aumentado suficiente fuerza como resultado de aprender a utilizar sus músculos más eficientemente. A medida que continuamos sobrecargando los músculos mediante el uso de pesos superiores, la maquinaria muscular recibe mensajes u órdenes que le dicen que se prepare para crecer. Esos segundos mensajeros que activan genes que inician la síntesis proteica, incluyen a las fosfolipasas, quinasas de la proteína y tirosina quinasa. 26

27 27 Rev Clin Esp 2002;202(9):

28 28 NEUROPATÍAS PERIFÉRICAS Son trastornos persistentes de las neuronas motoras de la médula espinal y el tallo encefálico, de las neuronas sensitivas primarias ó de las neuronas autonómicas periféricas; con manifestaciones clínicas, electrográficas y morfológicas, separadas ó asociadas, que denotan la afección axonal (periférica) ó de las estructuras de soporte ó de ambas.

29 29 MIOCARDIO: El impulso cardíaco se origina en el nódulo sinoauricular (marcapasos cardíaco efectivo) y, a través de un sistema de fibras especializadas que constituyen sólo una pequeña parte de la masa muscular cardiaca, se desplaza por las aurículas, haciéndolo en primer lugar por la derecha. Ello es consecuencia de la ubicación de este nódulo: en la unión de la vena cava superior con la misma. En su marcha normal, el impulso se dirigirá al nódulo auriculoventricular, y luego al haz de His que, con sus ramas derecha e izquierda se distribuirá por el endocardio -por la red de Purkinje- sobre ambos ventrículos. Las corrientes iónicas de cada uno de estos sectores tendrán características particulares: dos canales dependientes del calcio y otro del Na +. Las fibras que rodean a los nódulos se manifiestan con "respuestas lentas" (Ca ++ - dependientes), mientras que en el resto del corazón lo hacen con "respuestas rápidas" (Na + -dependientes). Un mecanismo de acoplamiento excitación-contracción facilita que la despolarización de la membrana celular active la contracción muscular. En ese proceso interviene la regulación de la concentración intracelular del calcio y su interacción con las proteínas contráctiles. Este proceso depende de una compleja variedad de canales, intercambiadores y bombas de la membrana citoplasmática en relación con organelas citoplasmáticas que rodean a esas proteínas. La fibra cardiaca responde al potencial de acción que determina su contracción de una manera muy distinta al músculo esquelético, lo que asegura un período refractario, es decir un intervalo durante el cual éstas no pueden volver a ser excitadas. Ello impide su tetanización, es decir que vuelva a ser reexcitada antes de haber finalizado su contracción, lo que generaría la detención de su trabajo como bomba impulsante-aspirante. En efecto, el potencial eléctrico tiene una duración casi tan prolongada como la contracción, mientras que en el músculo esquelético actúa sólo a modo de "disparador". La refractariedad no es similar en todas las regiones del corazón: alcanza su máximo valor a la altura del nódulo auriculoventricular y de la red de Purkinje (protege de esta forma al ventrículo de estímulos precoces) y es menor en el nódulo sinoauricular. Estas diferencias le otorgan un comportamiento dinámico que incrementa las frecuencias lentas y viceversa y es la explicación de que un estímulo supraventricular prematuro pueda alcanzar el sistema His-Purkinje pero lo halle en período refractario. La velocidad de conducción del impulso en sentido longitudinal (paralela al sentido de las fibras) es de tres a cinco veces más rápida que en sentido transversal. Este comportamiento de la fibra cardíaca ha sido denominado anisotropía. Varias razones anatómicas han sido encontradas para este hecho que, paradójicamente, determina que un estímulo prematuro se bloquee más rápidamente en sentido longitudinal que transversal. Otros hechos fisiológicos particulares, destacados por los investigadores de los trastornos de la conducción, muestran que la activación del ventrículo izquierdo es anterior a la del derecho y que la activación del septum posterior precede a la del anterior. La onda P (primera onda positiva) que representa la sístole eléctrica auricular, grafica la difusión del estímulo eléctrico desde el nódulo sinusal a las aurículas. El recorrido horizontal isoeléctrico de P a Q representa el período que necesita el estímulo para pasar de las aurículas a los ventrículos recorriendo el sistema de conducción. Esta etapa es de reposo eléctrico, pues el estímulo recorre su vía sin excitar las fibras musculares. La difusión del estímulo de la musculatura ventricular está representada por el conjunto de ondas QRS. El recorrido ST es el registro del período en el que los ventrículos están totalmente excitados. En este período, en el corazón no ocurre ninguna variación eléctrica, siendo la excitación difusa pero estática. La onda T registra la relajación de los ventrículos con su regreso al estado de reposo.

30 30 LA ULTRAESTRUCTURA CARDÍACA: Alrededor de las tres cuartas partes del miocardio ventricular están formadas por células musculares estriadas (miocitos), normalmente de 17 a 25 m de diámetro y 60 a 140 m de longitud. Cada fibra contiene múltiples estriaciones transversales en forma de varilla (miofibrillas) que recorren toda su longitud y que, a su vez, están formadas por estructuras que se repiten de forma seriada, los sarcómeros. El citoplasma entre las miofibrillas contiene otros elementos celulares, como el núcleo (único y central), numerosas mitocondrias y el sistema de membranas intracelulares, el retículo sarcoplásmico. Mecanismo simplificado de cuatro pasos para la relajación y contracción del músculo cardíaco. Cuando el músculo está relajado (parte superior izquierda), el ATP unido al puente de miosina disocia los filamentos gruesos y finos. Primer paso: la hidrólisis del ATP unido a la miosina por acción de ATPasa de la cabeza de la miosina transfiere la energía química del nucleótido al puente activado (parte superior derecha). Si la concentración citosólica de Ca2+ es baja, como ocurre en el músculo relajado, no puede continuar la reacción porque la tropomiosina y el complejo de troponina del filamento fino no permiten que los lugares activos de la actina interaccionen con los puentes. Por eso, aunque los puentes acumulan energía, no interaccionan con la actina. Segundo paso: una vez que la unión entre el Ca2+ y la troponina C expone los sitios activos del filamento fino, la actina interacciona con los puentes de miosina para formar un complejo activo (parte inferior), en el que la energía derivada del ATP se almacena en el puente unido a la actina, cuya orientación derecha todavía no ha cambiado. Tercer paso: el músculo se contrae cuando el ADP se disocia del puente; este paso origina la formación del complejo rígido con poca energía (parte inferior izquierda), porque la energía química derivada de la hidrólisis del ATP se consume en el trabajo mecánico (el movimiento en hilera del puente). Cuarto paso: el músculo retorna a su estado de reposo y el ciclo termina cuando una nueva molécula de ATP se une al complejo rígido y disocia el puente del filamento fino. Este ciclo persiste hasta que se disocia el calcio de la troponina C del filamento fino, que explica la vuelta al estado de reposo de las proteínas contráctiles y la acumulación de energía del puente. La actina tiene un peso molecular de El filamento fino está formado por una doble hélice de dos cadenas de moléculas de actina enrolladas formando una molécula más grande, la tropomiosina, que actúa de esqueleto para el filamento fino. Un grupo de estas proteínas reguladoras, las troponinas C, I y T se hallan espaciadas en intervalos regulares sobre este filamento. A diferencia de la miosina, la actina carece de actividad enzimática intrínseca, pero sí tiene la capacidad de combinarse de forma reversible con la miosina en presencia de trifosfato de adenosina (adenosineatp) y Ca2+. Este último activa la ATPasa de la miosina que, a su vez, actúa sobre el triphosphate, ATP, la fuente energética necesaria para la contracción, ocasionando su degradación. En el músculo relajado, esta interacción es inhibida por la tropomiosina. La titina es una proteína miofibrilar grande y flexible que conecta la miosina con la línea Z. Se cree que su estiramiento contribuye a la elasticidad del corazón. El retículo sarcoplásmico (RS), es una red compleja de conductos intracelulares anastomosados que rodea las miofibrillas. Consiste en una serie de túbulos dispuestos longitudinalmente y provistos de membrana que se encuentran estrechamente unidos a la superficie de los sarcómeros, pero no poseen relación directa con el exterior celular. Sin embargo, muy relacionados desde los puntos de vista estructural y funcional con el RS están los túbulos transversales o sistema T, formado por invaginaciones tubulares del sarcolema que se extienden al interior de la fibra miocárdica a lo largo de las líneas Z, es decir, hacia los extremos de los sarcómeros.