Neuromuscular Objetivos Estudiar el proceso de contracción muscular in vivo, y especialmente los fenómenos de sumación de estímulos o sumación de ondas, utilizando la metodologia experimental necesaria para obtener registros de la contracción muscular. Introducción Hay tres tipos de tejidos musculares: esquelético, cardíaco y liso. En esta práctica se estudiará el músculo esquelético que es el responsable de la locomoción animal. El músculo esquelético forma aproximadamente el 40% del peso corporal y está controlado de manera voluntaria y consciente por el sistema nervioso. Principios anatómicos y fisiológicos del músculo esquelético El músculo esquelético se estructura en fascículos compuestos de varios centenares de células musculares denominadas fibras por su aspecto cilíndrico y alargado (Fig. 1, 3). Cada fibra muscular está rodeada por un número variable de capilares sanguíneos (Fig. 1, 7) que proporcionan a la fibra el oxígeno necesario para realizar sus funciones metabólicas. Las fibras musculares son multinucleadas (Fig. 1, 4) y poseen en su interior paquetes de proteínas contráctiles que reciben el nombre de miofibrillas. La interacción entre los dos tipos principales de proteínas contráctiles (filamentos de actina y filamentos de miosina) es el hecho que, en último término, produce la contracción del músculo. Todas las fibras musculares están inervadas por neurofibrillas (Fig. 2, B:1) que son las ramificaciones de los axones de las fibras nerviosas motoras provenientes de la médula espinal. Al conjunto formado por un axón y las fibras musculares que inerva se le denomina unidad motora. Cada neurofibrilla termina en una placa motora (Fig. 2, A:1, B:4), donde se libera un neurotransmisor (la acetilcolina) que despolariza la membrana de la fibra muscular, excitando a la célula muscular. A través de un complejo sistema de comunicación intracelular, en la fibra muscular excitada se liberan iones Ca2+ desde el retículo sarcoplasmático al citoplasma, donde activan los filamentos de actina y miosina. La molécula de miosina hidroliza ATP gracias a la presencia de un enzima llamado miosina ATPasa, liberando energía química que será la responsable de que se acorte la fibra muscular y se produzca la contracción. Cuando el estímulo nervioso cesa, los iones Ca2+ vuelven al retículo sarcoplasmático y el músculo alcanza el estado de reposo. 1 de 5
Fuerza muscular y tipos de contracciones musculares La contracción muscular genera fuerza en un músculo. La fuerza ejercida en un músculo sobre una carga externa se denomina tensión muscular. Si la tensión desarrollada por un músculo es mayor que la fuerza externa ejercida en éste por la carga, el músculo se acorta. Si la fuerza ejercida por la carga (peso de la misma) es mayor o igual a la tensión muscular, el músculo no se acorta en su longitud total. Un músculo puede contraerse con o sin acortamiento, desarrollando tensión en ambos casos. Existen dos formas diferentes de medir la respuesta mecánica de la contracción muscular. En la denominada contracción isotónica, el músculo se acorta frente a una carga menor que la tensión muscular. Durante la contracción la tensión es constante e igual a la fuerza ejercida por la carga. En este tipo de contracción se mide la longitud del músculo (acortamiento). En la denominada contracción isométrica, el músculo actúa sobre un soporte muy rígido y se contrae sin que exista prácticamente acortamiento. En este caso se mide la tensión (fuerza) que ejerce el músculo. En una preparación neuromuscular, un estímulo eléctrico aislado sobre el nervio tiene como consecuencia una contracción muscular simple, y la fuerza ejercida es entonces función del número de unidades motoras activadas. Aumentando el voltaje del estímulo al nervio, aumenta el número de unidades motoras activas y, por lo tanto, el número de fibras musculares que se contraen. Vemos pues que la fuerza de la contracción puede 2 de 5
ser aumentada mediante la suma de varias unidades motoras. Se llega al límite cuando están activadas todas las unidades motoras. Se produce suma temporal aumentando la frecuencia del estímulo. En lugar de una contracción simple, se obtienen así una serie de contracciones tan rápidas que cada contracción empieza antes de que haya terminado la contracción precedente. De esta forma, el músculo se acorta progresivamente. Cuando los estímulos son bastante próximos unos de otros, se produce una contracción continua (tetania). La frecuencia mínima de estimulación necesaria para producir una contracción sostenida es la frecuencia de tetanización; este valor varía según los distintos músculos. Metodología Anestesiar el animal con uretano por via intraperitoneal (ver 1ª práctica Con el animal tendido supino en el lugar de trabajo, se practica una incisión en la piel, paralela al fémur, a unos dos centímetros de la base de la cola. Retraer la piel. Se verá una estría paralela y posterior al fémur, que corre entre los dos músculos: el bíceps femoralis y el vastus lateralis. Profundizando en la estría por separación de los músculos se expone el nervio ciático, que puede ser fácilmente aislado en un buen tramo. Pasar un lazo a su alrededor y ocluir la herida con un algodón empapado en salino. Liberar el tendón de Aquiles. Liberar el músculo gastrocnemio de la piel de la musculatura superficial de forma que pueda contraerse con libertad. Deberán cortarse 3 de 5
todos los nervios a excepción del ciático. Pinzar el tendón. Pasar el hilo por la polea y atar el extremo al transductor. Montar los electrodos en el nervio procurando que no hagan contacto con el músculo. Material Material quirúrgico: pinzas, tijeras, hilo, algodón, salino Polígrafo Transductor de fuerza Electrodos de estimulación Estímulo umbral Ajustar el estimulador a impulsos de 0.1 V y la amplitud o duración del estímulo a 1 ms. Dar al nervio una descarga simple. Si el músculo no reponde, estimular a voltajes crecientes hasta conseguir una respuesta mínima. El estímulo que produce esta respuesta se denomina estímulo umbral. Suma de estímulos Una vez determinado el estímulo umbral, disminuir el voltaje ligeramente, de manera que un único estímulo no produzca respuesta (estímulo subumbral). Seleccionar una frecuencia de 40-50 impulsos/segundo. Aplicar estímulos durante un tiempo breve (3-4 segundos). Puede ser necesario repetir la operación para obtener una contracción. Téngase en cuenta que la contracción que se producirá será mínima. Respuesta a estímulos Trabajar a una velocidad del papel lenta. Partiendo del estímulo umbral, incrementar el voltaje y aplicar dos o tres descargas consecutivas después de cada incremento. Repetir esta operación hasta producir una contracción máxima, que se consigue cuando posteriores incrementos de voltaje no producen contracciones más fuertes. 4 de 5
Estimar la intensidad de las contracciones midiendo la longitud (en mm.) de los picos generados. Suma de ondas Con una preparación semejante a la del primer apartado, pero con una velocidad del papel más alta para que no se solapen las contracciones en el registro, producir inicialmente estímulos múltiples a razón de 10 estímulos/segundo. Ir incrementando la frecuencia hasta alcanzar una tetania completa. Fatiga En primer lugar debe sacrificarse al animal mediante una sobredosis de anestesia. Se escoge una velocidad de papel muy lenta. Con el mismo tipo de preparación, producir estímulos múltiples a razón de 10 estímulos/segundo. El voltaje debe ser el adecuado para producir contracciones máximas. Estimular hasta que el músculo esté completamente fatigado (no se produzcan contracciones). Una vez producida la fatiga, estimular directamente el músculo con los electrodos para determinar si se trata de fatiga sináptica (agotamiento del neurotransmisor) o fatiga bioquímica (agotamiento de substrato energético o de ATP). RESULTADOS: PRÁCTICAS NEUROMUSCULAR 1. Cómo modula el músculo la cantidad de fuerza que desarrolla en cada contracción? 2. Porqué un estímulo subumbral de alta frecuencia provoca contracciones del músculo, cuando el mismo estímulo aislado no produce ninguna respuesta? 3. Qué ocurre con la fuerza desarrollada por el músculo cuando se da un tren de estímulos? Porqué? 4. Cómo determinarias si la fatiga muscular se da por agotamiento del neurotransmisor o por agotamiento de ATP? 5 de 5