FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO I CONTRACCIÓN MUSCULAR

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1 FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO I CONTRACCIÓN MUSCULAR

2 ÍNDICE: FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO II U.D.I: CONTRACCIÓN MUSCULAR...3 Tema 1: Estructura del músculo esquelético...4 Tema 2: Contracción Relajación muscular...11 Página 2

3 UNIDAD DIDÁCTICA I: CONTRACCIÓN MUSCULAR Página 3

4 TEMA 1. ESTRUCTURA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO: Ha y 3 tipos de músculo: Liso, Cardiaco, y Esquelético (Estriado). Todos ellos son encargados del movimiento. Músculo Esquelético (estriado): Está estriado. Fibras longitudinales Contracción voluntaria Músculo Cardiaco: Está estriado. Fibras longitudinales. Contracción involuntaria. Tiene sistema nervioso propio. Músculo Liso: Músculo no estriado. Contracción involuntaria Tiene contracciones pausadas y cíclicas. (se estimula en patrón de ola). Nuestro estudio se centrará principalmente en el músculo esquelético (estriado). El músculo esquelético puede tener diferentes formas. Ésta depende mucho de la función que desempeñe. Página 4

5 COMPONENTES DEL MÚSCULO: ELEMENTOS NO MUSCULARES: Tejido conjuntivo: Principalmente formado por colágeno (proteína), que tiene como propósito unir los diferentes componentes musculares. Epimisio, Perimisio, Endomisio. *Curiosidad: con este tejido conjuntivo de los animales se hace la gelatina o los ositos de gominola. Elementos vasculares: Arterias y venas. Conductos linfáticos. Terminaciones nerviosas. ELEMENTOS MUSCULARES: Fibra muscular (Célula). Miofibrillas: Proteínas contráctiles. (Filamentos de Actina y Miosina) Proteínas reguladoras. (Troponina, Tropomiosina) Proteínas estructurales. Ayudan a mantener el músculo (líneas z) Sarcómero (unidad de contracción) Página 5

6 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA (FIBRA) MUSCULAR: SARCOLEMA: La membrana de la célula. Tiene invaginaciones (Túbulos T), que son como dobleces o agujeros para aumentar la superficie en contacto con las miofibrillas (de esta forma, el impulso nervioso se distribuye más rápido). Por éstos entran los capilares y el sistema linfático. NÚCLEOS: Tiene varios, repartidos a lo largo de la célula. Tener más de uno facilita la recuperación de la misma, ya que contienen la información genética de cómo debe ser la célula. Están situados cerca de la membrana para no comprimirse durante la contracción. RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO: El calcio (Ca²+) es imprescindible para la contracción muscular. La fibra tiene mucho, que se almacena en el retículo sarcoplasmático y lo libera en el sarcoplasma. El retículo rodea las miofibrillas. MITOCONDRIAS: Utilizan el oxígeno y el glucógeno para proporcionar la energía (ATP) necesaria para la contracción muscular. MIOFIBRILLAS: Están formadas por una sucesión de sarcómeros en serie. 6

7 SARCÓMERO: El músculo es una estructura muy ordenada, que se puede desordenar con una rotura, tras un entrenamiento muy intenso Hay microlesiones (desorden en los filamentos de actina y miosina), y esa parte del músculo deja de ser funcional. Cada filamento de actina está rodeado de 3 filamentos de miosina, y cada filamento de miosina por 6 filamentos de actina. MIOSINA: Tiene una cadena pesada y una cadena ligera (cabeza), y entre ellas puede haber un movimiento de flexión. Forma los filamentos gruesos con otras miosinas. Utilizando ATP puede unir su cabeza a la actina. ACTINA: Es una estructura globular que se une con otras en línea. Forma los filamentos finos. *Sobre la actina están las proteínas reguladoras (troponina y tropomiosina). LÍNEAS Z: Están formadas por proteínas estructurales, que mantienen la disposición tan ordenada. Página 7

8 ELEMENTOS ELÁSTICOS DEL MÚSCULO: Tienen como función acumular energía potencial y proteger al músculo. Están compuestos de fibras de colágeno, elastina y reticulina. ELEMENTOS ELÁSTICOS EN SERIE: Tendones. Aponeurosis. Vainas. Discos Z. ELEMENTOS ELÁSTICOS EN PARALELO: Epimisio. Perimisio. Endomisio. Sarcolema. Página 8

9 TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES: Las fibras musculares pueden ser de dos tipos: Fibras Rápidas (Blancas): Mucha fuerza pero se fatigan rápido. Fibras lentas (Rojas): Menos fuerza, pero resistentes a la fatiga. Se ven más rojas ya que tienen más mioglobina (proteína encargada de transportar el oxígeno dentro de la célula muscular), que tiene mucho hierro y le da ese color. Normalmente, los humanos tenemos un 50% de rápidas y 50% de lentas. Aunque hay diferencias en la composición fibrilar: De un músculo a otro varía la composición (los músculos posturales tienen más fibras rojas) A nivel intramuscular, la proporción puede variar de un punto a otro del mismo músculo. El sexo también influye: las mujeres suelen tener mayor porcentaje de fibras rápidas. Con la edad, las fibras tienden a volverse lentas. La especialidad deportiva influye en la composición. El entrenamiento también puede cambiar esa composición (normalmente es más fácil pasar de rápidas a lentas). Entre un extremo y otro de una misma fibra muscular puede haber diferencias metabólicas, aunque la fibra sea de un solo tipo. Para conocer la composición fibrilar de un músculo, hay que hacer una biopsia muscular, y pruebas químicas (de tinción): La encima ATPasa pasa de ATP a ADP + Pi, por lo que, cuantas más encimas de este tipo tengan, más rápido podrán conseguir energía, y se considerará una fibra rápida. Al realizar la tinción para esta encima, las fibras rápidas se vuelven más oscuras. La encima SDH (Succinato deshidrogenasa) es utilizada en el ciclo de krebs, por lo que cuanto más tenga, consideraremos que la fibra es de tipo lento. Al realizar la tinción para esta encima, las fibras lentas se vuelven más oscuras. En realidad, no es tan claro que sean de uno u de otro tipo, ya que hay matices entre ellas. Página 9

10 PATRÓN DE ACTIVIDAD ELÉCTRICA: MORFOLOGÍA FTb FTa ST Color Blanco Blanco/Rojo Rojo Diámetro de la Fibra Intermedio Capilares / m² Intermedio Volumen mitocondrial Intermedio HISTOLÓGIA / BIOQUÍMICA IIB / FG IIA / FOG I / SO Miosina-ATPasa Capacidad de segregación de Ca²+ Intermedio / Capacidad Glucolítica Capacidad oxidativa Intermedio / FUNCIÓN Y CONTRACCIÓN FF (FT) FR (FT) S (ST) Velocidad de contracción Velocidad de relajación Resistencia a la fatiga Moderado / Fuerza de contracción Intermedio Página 10

11 TEMA 2. CONTRACCIÓN-RELAJACIÓN MUSCULAR: La contracción muscular se debe a que los filamentos de miosina unen sus cabezas a los centros activos de la actina y traccionan hacia el centro. Los sarcómeros se acortan. La suma de todos los sarcómeros hace que el músculo se contraiga. PROTEÍNAS CONTRÁCTILES: Actina: Forma los filamentos finos. Están unidos a las líneas z, por lo que cuando tiran de ellos, las paredes del sarcómero se acercan, comprimiéndolo. Tiene unos puntos, llamados centros activos, que son los lugares donde las cabezas de miosina pueden encajar. Miosina: Forma los filamentos gruesos. Cuándo los centros activos están libres, engancha las cabezas y tracciona de la actina. PROTEÍNAS REGULADORAS: Tropomiosina: Tiene forma de filamento. Se sitúa sobre las cadenas de actina, tapando los centros activos e impidiendo que la miosina se enganche a la actina. Troponina: Tiene 3 subunidades: TnC: Tiene afinidad por el calcio (Ca²+). TnI: Está unido a la actina. TnT: Está unido a la tropomiosina. Página 11

12 CONTRACCIÓN: Se necesita Calcio (Ca²+) y energía (ATP) para producir la contracción muscular. El impulso nervioso hace que el calcio (retenido en el retículo sarcoplasmático) se libere dentro del músculo. Cuando el calcio se une a la TnC, este arrastra a la tropomiosina a un lado, dejando los centros activos libres, para que las cabezas de miosina encajen en estos. Una vez que se han juntado, se necesita energía para poder traccionar la cabeza de miosina. Se obtiene de romper ATP en ADP + Pi. RELAJACIÓN: Para guardar el calcio en el retículo sarcoplasmático, y por lo tanto relajar el músculo, hace falta energía (ATP). Se utiliza la encima CalcioATPasa (C⁸+ATPasa), que está en la membrana del retículo sarcoplasmático. *El rigor mortis aparece en los cadáveres cuando no hay energía para relajar el músculo. *En un proceso de fatiga, hay mucho calcio liberado para la contracción y no hay energía para recuperarlo. Para que la célula no pierda su composición química y sufra daños, las mitocondrias absorben parcialmente ese calcio, y estas dejan de hacer sus procesos (ciclo de krebs ). Página 12

13 TRANSMISIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO: La membrana celular es una membrana semipermeable (deja pasar algunas cosas y otras no). En estado normal (membrana polarizada), dentro de la célula hay potasio (K+), y Proteínas (con carga negativa) que se sitúan cerca de la membrana. Fuera de la membrana hay Sodio (Na+). Se puede considerar que la célula en estado normal (membrana polarizada) tiene un desequilibrio entre las cargas (diferencia de potencial). Por lo tanto, hay cierta energía potencial acumulada, ya que el sodio (Na+) tiene mucha afinidad por las proteínas, para entrar dentro de la célula y equilibrar las cargas. Ese sodio solamente entrará dentro de la célula cuando la membrana se abra. A su vez, el potasio (K+) sale fuera de la célula. POTENCIAL DE ACCIÓN: El potencial de acción es la onda de descarga eléctrica que viaja por la membrana en el músculo. El potencial de reposo es aproximadamente de -85 mv, en ese caso, decimos que la Membrana está polarizada. El Umbral de excitación es de -50mV, si el impulso eléctrico lo supera, se produce la despolarización de la membrana: Los Na+ entran dentro de la célula equilibrando las cargas (Fuera de la célula pasa a tener carga negativa debido a otras estructuras, no es que las proteínas negativas salgan fuera de la célula). El Potasio sale fuera de la célula. Inmediatamente después de la excitación, viene la fase de repolarización: Se gasta ATP para sacar el sodio (Na+) fuera de la célula y reabsorber el potasio (K+) y que la membrana vuelva a quedar polarizada. A este proceso se le llama Bomba Sodio Potasio. (Se sacan 3 Na+, y se absorben 2 K+). El impulso va viajando de forma muy localizada (el sodio entra y va saliendo como una ola), transmitiendo el impulso por toda la superficie de la célula. La transmisión del impulso nervioso se produce de forma similar tanto en la membrana de las neuronas, como en la membrana de la célula muscular. Página 13

14 La respuesta de la contracción muscular respecto al potencial de acción va con retraso, debido a que el potencial de acción debe entrar en los túbulos T, y que se debe liberar el calcio y desplazar la TnC. Al llegar al músculo, el potencial de acción llega a un punto, y desde ahí se reparte en todas direcciones. El impulso llega a los Túbulos T, donde se encuentra la Dihidropirina (DHP), que es el receptor del retículo sarcoplasmático. Cuando el impulso pasa por esa parte de la membrana, el receptor se excita y hace que el retículo sarcoplasmático libere el calcio (Ca²+). *El desequilibrio entre las cargas del músculo (falta de sodio o potasio), produce contracciones involuntarias, rampas, temblores Otra causa puede ser la falta de ATP para recuperar el calcio liberado. Página 14

15 TIPOS DE CONTRACCIONES: DINÁMICAS: (Hay movimiento) Contracción concéntrica: Hay acortamiento del músculo. Heterotónica: La tensión va cambiando a lo largo del movimiento. Es lo normal, ya que la tensión depende del grado que estén formando las palancas de movimiento en ese instante. Isotónica: La tensión es la misma durante todo el recorrido. Normalmente se hace con máquinas especiales. Contracción excéntrica: Alargamiento del conjunto muscular. La tensión muscular aumenta. Hay menor gasto energético, el músculo tiene la función de dar estabilidad articular (hacer de tope para proteger la articulación). Hay más riesgo de lesión muscular, ya que las uniones de actina y miosina se van soltando (arrancando). ESTÁTICAS: (No hay movimiento) Contracción isométrica: No hay trabajo (no hay movimiento de las palancas óseas). El músculo se acorta y los elementos elásticos se alargan, por lo que hay más tensión que en la contracción concéntrica. La irrigación no es la adecuada, ya que los capilares se quedan comprimidos. *Gasta más energía la contracción dinámica, ya que al relajar el músculo también gasta ATP (no estamos hablando de percepción del esfuerzo). *La fuerza máxima se consigue con el sarcómero en reposo o ligeramente alargado (20%) FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FUERZA DE CONTRACCIÓN: Factores biomecánicos. Factores fisiológicos. Estado metabólico. Otros factores: edad, sexo Página 15

16 UNIDAD DIDÁCTICA II: FISIOLOGÍA DE LAS NEURONAS Página 16

17 TEMA 3. EXCITABILIDAD Y NEURONA: ESTRUCTURA DE LA NEURONA: Las neuronas tienen todos los orgánulos de las células, pero tienen una forma peculiar. Podemos diferenciar 3 partes principales: Dendritas: Pequeñas ramificaciones de la célula que se conectan con la parte terminal del axón de otras neuronas. Cuerpo celular: Es la zona más ancha de la neurona, en esta parte se encuentra el núcleo. Axón: Es la rama más larga de la neurona. En su extremo tiene unas ramificaciones (terminales del axón) que conectan con otras neuronas por las dendritas (o en algunos casos especiales directamente al axón). El axón está formado por filamentos de actina, que cumplen una función estructural (no contráctil). Algunas neuronas están recubiertas por vainas de mielina (sobre todo las neuronas motoras, aunque también las hay en el SNC), que aíslan el axón. El potencial de acción (transmisión del impulso nervioso), entra por las dendritas, recorre el cuerpo celular y el axón, y sale por los terminales del axón a la siguiente neurona. Página 17

18 El potencial de acción se transmite como hemos explicado para las células musculares. Cuanto mayor es el diámetro de la neurona, más rápido se transmite el impulso nervioso. Cuando se trata de una neurona mielinizada, la mielina hace de aislante del axón, por lo que los impulsos saltan de una zona a otra, y no tienen que recorrer tanta distancia. Con esto se consigue reducir el tiempo de transmisión del estímulo. Página 18

19 TEMA 4. TRANSMISIÓN SINÁPTICA: La sinápsis es la conexión entre las neuronas. Entre neuronas no hay contacto (no se tocan), existe un espacio sináptico (Ramón y Cajal). La información entre neurona y neurona salta gracias a los neurotransmisores (moléculas químicas). Los neurotransmisores son fabricados y almacenados en las vesículas sinápticas (en el axón terminal). El neurotransmisor se libera cuando el potencial de acción llega al axón terminal. Entonces, se une al receptor específico de la membrana postsináptica (en la siguiente neurona), y provoca la despolarización de la membrana, transmitiendo el potencial de acción. Una vez que el neurotransmisor estimula la siguiente neurona, una parte se destruye y otra se reabsorbe. *en situaciones de mucha fatiga, se pueden acabar los neurotransmisores, y la transmisión entre neurona y neurona disminuye. Se han descrito más de 50 tipos de neurotransmisor. Moléculas de acción rápida: (se destruyen al momento) Acetilcolina. Noradrenalina, adrenalina. Neuropéptidos de acción lenta: (se quedan unidos al receptor un tiempo) Dopamina. Página 19

20 La neurona motora que conecta con el músculo se llama Neurona motora terminal o Motoneurona. Se conecta con el músculo en la Placa motora. La placa motora es la unión de la neurona motora y el músculo: el conjunto de la membrana presináptica (de la neurona motora terminal), y la membrana postsináptica (del músculo), que tiene invaginaciones para aumentar la zona en contacto. Para estimular la membrana muscular, se debe llegar a una estimulación mínima (umbral), si no, no se llega a crear el potencial de acción. Dicho de otra forma, debe haber una cantidad mínima de neurotransmisores estimulando los receptores de la placa motora. Los neurotransmisores se pueden ir acumulando en el espacio sináptico (con una diferencia de microsegundos) hasta que se suma una cantidad suficiente para la estimulación (efecto de sumación). Página 20

21 TEMA 5. UNIDADES MOTORAS: Una unidad motora es el conjunto de la neurona motora terminal y todas las fibras musculares que enerva. La neurona tiene ramificaciones, cada terminación va a una fibra (placa motora). Las fibras que enerva tienen características metabólicas similares, y están repartidas por el músculo (para que al hacer fuerza, sea mucha o poca, sea siempre en la misma dirección). Un músculo tiene muchas unidades motoras. Cuantas más unidades motoras se activen, más fuerza realiza el músculo. Cuanto mayor sea la unidad motora (enerva más fibras), más fuerza genera. En los dedos, las unidades motoras son pequeñas (enerva pocas fibras), para permitir un grado alto de precisión en los movimientos. *Los músculos pueden hacer mucha más fuerza de la que hacen: si se activan todas las unidades motoras a la vez, podríamos romper tendones, huesos Por ejemplo, la mandíbula podría ejercer más de 600kg de fuerza, lo que rompería dientes y mandíbula. Solo se puede llegar a estos extremos en situaciones límite (vida o muerte). Tenemos mecanismos de protección en músculos y tendones que nos limitan la fuerza que generamos (con el entrenamiento se pierde parte de esta sensibilidad). Los veremos más adelante. Página 21

22 FRECUENCIA DE ESTIMULACIÓN: La frecuencia de estimulación es la cantidad de veces que pasa el potencial de acción al músculo por segundo. Se mide en Hercios (Hz). Se dan dos efectos sumatorios debido a la frecuencia de estimulación: SUMACIÓN ESPACIAL Fenómeno de facilitación: La estimulación repetitiva a baja frecuencia resulta en una contracción cada vez más grande. A frecuencias altas, las fibras tienen poco tiempo de relajación. Si aumentamos mucho la frecuencia, a nivel visual parece que solo sea un estímulo, pero son muchos seguidos (efecto Tetania) SUMACIÓN ASINCRÓNICA: Coordinación neuromuscular. Cuando unas unidades motoras se van fatigando, se activan otras para poder mantener el trabajo más tiempo. Por ejemplo: mantener el codo flexionado a 90º con un peso. El patrón de estimulación impuesto a la neurona (frecuencia y cantidad de impulsos) determina el tipo de fibra que enerva, y por lo tanto, el tipo de unidad motora. La neurona, por lo tanto es la que causa que una fibra muscular sea lenta o rápida: TAMAÑO DE LA NEURONA Pequeña Mediana Grande (DIÁMETRO) UNIDAD MOTORA S FR FF FRECUENCIA (Hz) IMPULSOS (en 24h) TIEMPO DE ACTIVIDAD (en 24h) 22 35% 1,6 5% 0,04 0,22% Esto se ha demostrado intercambiando quirúrgicamente un nervio de una fibra lenta con otra rápida. La fibra lenta pasa a ser rápida y viceversa. Cambiando el patrón de estimulación con electrodos, se puede cambiar el tipo de fibra. La neurona pasa de rápida a lenta, porque suele estimularse mucho durante el día, y hay mucho calcio por el sarcoplasma. El calcio entra dentro del núcleo de la célula y se une al ADN para modificar sus características. Página 22

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