Músculos: biología celular e histología Prof. Bernal Gerardo Garro Mora

Tejido muscular: concepto Su característica es la contractibilidad. Es responsable del movimiento del cuerpo y sus órganos, así como el cambio de forma y tamaño de los mismos. La contracción de los músculos es causada por la función de los miofilamentos, que se dividen en filamentos gruesos y delgados. Los filamentos llenan el citoplasma celular (sarcoplasma) (sarcos: carne). Célula (fibra) muscular y algunos de sus componentes 2 fundamentales

Tejido muscular: filamentos Filamentos delgados: de actina. Los filamentos de actina fibrosa (Factina) se componen de actinas globulares (G-actina). Dimensiones: 7-8 nm diámetro; 1 µm longitud. Filamentos gruesos: de miosina II. Cada filamento tiene 200-300 moléculas de miosina, con las cabezas proyectadas hacia afuera de manera helicoidal. Dimensiones: 15 nm diámetro; 1.5 µm longitud. 3

Clasificación Músculos Estriado Liso Esquelético Cardiaco Visceral estriado Hay dos tipos principales de células musculares. Las que presentan estriaciones en el microscopio óptico y las que no las presentan (lisas). Subtipos de músculos estriados: 1. Esquelético: voluntario, mantiene la postura, permite el movimiento del esqueleto axial y apendicular y los movimientos oculares precisos. 2. Cardiaco: forma la pared del corazón o miocardio y la base de las venas que vacían en el corazón. 3. Visceral estriado: de igual estructura que el esquelético pero restringido a regiones suaves (lengua, esófago superior, parte lumbar del diafragma, faringe). Funcionan en el habla, tragado y respiración. 4

Músculo esquelético 5

En corte longitudinal a baja resolución se notan los fascículos, compuestos de células musculares (con diferentes anchos según el plano del corte). El epimisio es la capa de tejido conectivo que envuelva a toso el músculo (160X). 6

En los cortes con mayor magnificación se notan las estrías, que corresponden al arreglo de las proteínas contráctiles del sarcoplasma en sarcómeros. Las células musculares estriadas (fibras) son multinucleadas, con los núcleos inmediatamente colocados por debajo de la membrana celular (sarcolema). 360X. 7

Tres tipos de fibras o células musculares esqueléticas 1. Tipo I: fibras oxidativas lentas: fibras pequeñas, rojas en fresco, muchas mitocondrias y complejos de mioglobina y citocromo, de contracción lenta, muy resistentes a la fatiga pero con menos tensión (en los erectores largos de la espalda humana para mantener la postura erguida, en los músculos de las extremidades de mamífero y los pectorales de aves migratorias). Son abundantes en los músculos de atletas de alta resistencia como los corredores de maratón. En esta foto son las fibras más pequeñas intensamente teñidas con la reacción NADH- TR. 8

Tres tipos de fibras o células musculares esqueléticas 2. Tipo IIa: fibras oxidativas rápidas glicolíticas: De tamaño intermedio, múltiples mitocondrios y alto contenido de mioglobina. Altos contenidos de glucógeno y capacidad de glicólisis. Son unidades motoras rápidas, resistentes a la fatiga y producen alta tensión muscular. Se encuentran en altos números en atletas corredores de 400 y 800 mtsy nadadores de media distancia, por ejemplo. 9

Tres tipos de fibras o células musculares esqueléticas 3. Tipo IIb: fibras rápidas glicolíticas: De tamaño grande, poco contenido de mioglobina y color rosa en fresco. Poseen menos mitocondrios que los otros dos tipos. Almacenan gran cantidad de glucógeno. Son de contracción rápida pero tendientes a la fatiga, debido a la producción de lactato. Generan las contracciones pico de tensión muscular. La velocidad ATPasa de la miosina es mayor que en las otras fibras. Abundan en los dedos y los músculo extraoculares, donde hay alta inervación neuronal. Las hay en altos porcentajes en los físicoculturistas, levantadores de peso, corredores de distancias cortas. En la foto las fibras más grandes y menos coloreadas son fibras glicolíticas rápidas tipo Iib. 10

Anatomía general del músculo esquelético 11

Estructura de la célula (fibra) muscular esquelética 12

Estructura del sarcómero 13

Estructura del sarcómero Banda A (anisotrópica): es la banda obscura del sarcómero que cambia la dirección de la luz polarizada. Banda I (isotrópica): es la banda clara que no altera el plano de la luz polarizada. Disco Z (zwischenscheibe, entre discos): separa en dos la banda I. Banda H (hell, claro): región clara en medio de la banda A. Línea M (mitte, medio): línea densa en medio de la banda H. El sarcómero recorre de disco z a disco Z y como todos están en registro, las miofibrillas dan la apariencia estriada a la célula muscular. 14

Estructura del sarcómero Fotomicrografía electrónica de secciones de 3 fibras o células musculares en corte longitudinal. Se observa un núcleo en la periferia de una célula. Sr: sarcoplasma. S: sarcómeroentre discos Z. M. miofibrillas. 6500X. 15

Elementos moleculares del sarcómero Los filamentos delgados de actina van desde el disco Z hasta la banda H. Las secciones de dos sarcómeros juntos a ambos lados del disco Z contienen sólo filamentos de actina y constituyen la banda I. El disco Z contiene teletonina, talina, desmina, miotilina y filamina, y la α- actinina conecta a los filamentos de actina a esta matriz del disco Z. 16

Elementos moleculares del sarcómero Los filamentos finos tienen proteínas regulatorias asociadas la actina: Troponina Tropomiosina Tropomodulina Nebulina La actina G es pequeña (42 kda) y forma una doble hélice. La alfa-actinina del extremo + junto a la nebulina, unen a los filamentos de actina al disco Z. El extremo es cubierto por la tropomodulina y se proyecta hacia la línea M. Complejo de troponina. Es regulatorio. El componente TnCune calcio que lleva al cambio conformacional que lleva a la liberación de los sitios de unión de la miosina en la actina. 17

Elementos moleculares del sarcómero Tropomiosina: es una doble hélice de dos polipéptidos cuyos filamentos se acomodan en los surcos entre las actinas del filamento. Músculo en reposo: el complejo tropomiosinatroponina tapan los sitios de unión de la actina a la miosina. Troponina: es un complejo de tres unidades globulares. TnT se une a la tropomiosina, TnI a la actina y TnC al calcio. Tropomodulina: se une al extremo del filamento de actina y mantiene su tamaño. Nebulina: proteína no elástica que se une a los discos Z y recorre casi toda la extensión de los filamentos de actina excepto los extremos-. Estabiliza a los filamentos delgados. 18

Elementos moleculares del sarcómero Los filamentos gruesos se componen básicamente de miosina II. El ciclo de puentes de actomiosina permite el deslizamiento de los filamentos en el sarcómero. Cada miosina II tiene dos cadenas pesadas y 4 livianas. La región S1 son dos cabezas globulares conectados por los brazos (región S2) con una cola larga. Cada cabeza es un dominio motor de la cadena pesada con dos sitios: uno con actividad ATPasay otro para la actina. 19

Elementos moleculares del sarcómero En el músculo esquelético las moléculas de miosina II se acomodan cola con cola, con lo nuclean el filamento grueso. En las regiones donde no quedan cabezas globulares proyectándose hacia afuera (zona desnuda=, se unen las proteínas de la familia de la línea M, que unen entre sí a los filamentos gruesos. 20

Elementos moleculares del sarcómero Proteínas accesorias que mantienen el alineamiento entre filamentos finos y gruesos: Titina: grande, abarca medio sarcómero. Va del disco Z y el extremo N del filamento de actina hacia la línea M y el extremo C del filamento grueso. Los resortes de titina hacen o ayudan al sarcómero a recobrar su longitud. Α-actinina: ancla a la actina al disco Z y se liga a la titina en esa región. Desmina: un filamento intermedio que forma una red que envuelve el sarcómero a la altura del disco Z. amarra a los discos entre sí y con la membrana celular mediante anquirina y estabiliza a las miofibrillas vecinas. Proteínas de la línea M: varias proteínas de unión a miosina que unen a los filamentos gruesos a nivel de la línea M y unen la titina a los filamentos gruesos. Ejemplos: miomesina, proteína M, oscurinay creatín-fosfatasa muscular (MM-CK). Proteína C de unión a miosina (MyBPC): participa en el ensamblaje y estabilización de los filamentos gruesos. Forma cadenas a ambos lados de la línea M e interactúa con la titina. Distrofina: proteína grande (427 kda), se piensa que interactúa con la laminina de la lámina basal (externa) del músculo, conectándola con la actina. Los defectos o ausencia de la distrofina se asocian con la distrofia muscular de Duchenne. Como la codifica el cromosoma X, sólo los hombres sufren de la distrofia de Duchenne. 21

Elementos moleculares del sarcómero 22

Distrofina 23

Distrofia muscular de Duchenne Muitas fibras numa distrofia mostram alterações ditas 'miopáticas'. Entre estas estão a presença de núcleos internos (não mais em posição subsarcolemal) e splittingou partição da fibra em duas ou mais através de uma fenda longitudinal. Isto acontece principalmente em fibras hipertróficas. 24

Distrofia muscular de Duchenne Além da fibrose, nota-se irregularidade no diâmetro das fibras musculares, havendo fibras desde atróficas até hipertróficas, isto é, maiores que as normais. As atróficas são provavelmente fibras cuja regeneração não foi bem sucedida ou que ficaram desnervadas. As hipertróficas estão 'tentantocompensar' a falta das demais (hipertrofia vicariante). 25

Distribución de la distrofina en un músculo sano (izquierda) y en uno con distrofia muscular de Duchenne (derecha). 26

Estructura de una fibra muscular estriada El retículo endoplásmico es denominado acá retículo sarcoplásmico. En la célula muscular, dos túbulos transversos (túbulos T) irrigan cada sarcómero. Son invaginaciones de la sacolemma. Los túbulos T llegan a la unión entre las bandas A e I. Se asocian con dos cisternas del retículo sarcoplásmico, que rodean a las miofibrillas. Juntos los tres se denominan una triada. La despolarización de la membrana del túbulo T termina permitiendo la liberación del calcio desde el retículo, lo que comienza la contracción. 27

Fisiología de la contracción muscular 28

Ciclo del puente de actomiosina Si se acaba el ATP la miosina queda unida al ADP y enganchada a la actina y se produce el rigor mortis 29

Unión neuromuscular 30

Unión neuromuscular 31

Huso muscular Propioreceptores: receptores que le informan al SNC sobre la posición y movimientos del cuerpo en el espacio. Existen propioreceptores encapsulados en el músculo, que perciben el estiramiento y tensión. Estos propioreceptores forman el huso muscular (muscle spindle), en todos los músculos esqueléticos. Se componen de dos tipos modificados de fibras nerviosas, inervadas por terminales neurales. 35

Huso muscular Las células del huso están rodeadas por una cápsula externa, un espacio lleno de líquido tisular y una cápsula interna. Las fibras del huso son de dos tipos: 1. fibras de cadena: tienen los núcleos en un arreglo lineal 2. fibras de la bolsa nuclear. Tienen los núcleos agregados en la región media. Huso típico: 2-4 fibras de bolsa + 6-8 fibras de cadena. 36

Huso muscular Dos tipos de fibras nerviosas aferentes inervan el huso: 1. fibras tipo Ia: tienen terminales espiraladas en torno a la región medial de los dos tipos de células del huso. 2. fibras tipo II: tienen terminaciones a manera de arreglo floral, entorno a la parte estriada de las células en bolsa. Las fibras γ son motoras 37

Huso muscular Corte transverso a través de un huso, donde se ven son racimos de células del huso dentro de la cápsula interna. 550X Componentes neurales del huso muscular 38

Huso muscular del músculo gastrocnemico, 612X. 39

Huso muscular Cuando el músculo se estira, las neuronas aferentes llevan información de la longitud del músculo y velocidad del estiramiento, al SNC. El sistema nervioso vuelve el músculo a la normalidad. Del SNC (médula y cerebro) llegan al huso neuronas motoras gamma de dos tipos: 1. γ-d (dinámicas): inervan durante la fase dinámica del estiramiento 2-γ-S (estáticas): inervan durante la fase estática del movimiento, cuando no hay estiramiento. Órganos de Golgi de los tendones: son receptores encapsulados similares que se hallan en los tendones y responden al estiramiento muscular y controlan la fuerza de contracción mediante fibras nerviosas de tipo Ib. 40

Órgano de Golgi (huso del tendón). Conejo. Ácido fórmico-cloruro de oro, 162X. 41

Músculo del miocardio 42

Músculo cardiaco Tipos celulares constituyentes del corazón 43

Músculo cardiaco Las células cardiacas tienen los mismos arreglos de sarcómeros que las esqueléticas. Se diferencias por los discos intercalares, que son especializaciones en los sitios de unión célula-célula. Los discos intercalares cruzan el tejido cardiaco de forma longitudinal. Una célula cardiaca puede unirse a dos o más, formando fibras ramificadas. 45

Músculo cardiaco Las células cardiacas tienen un núcleo en posición central. Las miofibrillas rodean al núcleo dejando un espacio juxtanuclear, donde además se concentran las organelas (mitocondrios, aparato de Golgi y gránulos de glicógeno y del pigmento lipofuscina). Los túbulos T son más grandes que los del músculo esquelético y acá se ubican sobre el disco Z. El retículo sarcoplásmico forma diadas (y no triadas), de forma anastomósica, con el túbulo T. 46

Músculo cardiaco Corte longitudinal del miocardio. Las flechas marcan los discos intercalares. Las células muestran una estructura ramificada. Humano, 360X. 47

Las mitocondrias y los gránulos de glicógeno se ubican en las cercanías de las miofibrillas. Los discos intercalares tienen superficies componentes transversales y laterales. Las uniones adherentes son las principales especializaciones del componente transversal del disco intercalar (que es la superficie que se tiene con HE y mantiene a las células unidas extremo a extremo, formando la fibra cardiaca funcional). Esta especialización se denomina fascia adherens y es semejante a la zonula adherens epitelial. Desmosomas (macula adherens) unen a cada célula con la siguiente. Están presentes en los componentes transversales y laterales. 49

Músculo cardiaco Los conexones forman uniones comunicantes y son el principal componentes especializado de la superficie lateral del disco intercalar. Los conexones le permiten al corazón comportarse como un sincitio, pese a que las células mantienen integridad estructural. La ubicación de las uniones comunicantes en el componente lateral es estratégica: permite que estén protegidas contra el estrés mecánico que causa la contracción cardiaca. 50

Contracción en la célula del miocardio 1. la despolarización pasa desde las células de Purkinje a los miocitos. 2. la despolarización abre los canales de Na+ de las membranas de los miocitos y el sodio entra. 3. la despolarización desciende por los túbulos T. 4. las proteínas sensibles al voltaje DHSR de los túbulos dejan entrar calcio. 51

Contracción en la célula del miocardio 5. el aumento del Ca2+ en el citosol abre los canales de liberación de calcio de rianodina del retículo sarcoplásmico (RyR2) 6. aumenta rápidamente la concentración de calcio en el sarcoplasma celular. 7. el calcio se une a la troponina. 8. se inicia el ciclo de los puentes de actomiosina. El calcio es concentrado de nuevo en las cisternas terminales del retículo sarcoplásmico, siendo capturado por la calsequestrina. 52

Células cardiacas, ventrículo derecho, mono, 32 000X. 53

Dos células de miocardio en su sitio de unión mediante el disco intercalar (30 000X). GJ. Gap junction FA: fascia adherens(zonula adherens) SR: retículo sarcoplásmico MA: macula adherens (desmosoma) 54