miércoles, 20 de octubre de 2010

Contracción Muscular: Base Molecular

Como sabemos, una de las características distintivas de los animales es su capacidad para realizar movimientos coordinados, para de esta manera poder explorar el entorno que les rodea.

En los grandes animales multicelulares, este movimiento es logrado mediante el uso e intervención de los músculos, los cuales constan de células que pueden modificar su longitud mediante procesos contráctiles y elásticos específicos.

El movimiento muscular se produce cuando se transfiere la energía química de las moléculas de nutrientes a los filamentos proteicos de cada fibra muscular y posteriormente se convierte en energía mecánica, la cual es fundamental para realizar los procesos antes mencionados.

Ahora, surge la pregunta: ¿Qué sería de nosotros, los seres humanos, si no tuviéramos músculos?

Para responder a la interrogante es importante considerar que el armazón óseo del cuerpo se sostiene erguido gracias a los músculos. Estos son los que se encargan de mantener la postura y movilizar al cuerpo. Así tenemos entonces que, de no existir los músculos, el esqueleto, pese a su aparente rigidez, se desmoronaría. Además, no podríamos desplazarnos ni hacer algún tipo de movimiento, pues el músculo es el elemento dinámico por excelencia.

En el ser humano, existen 3 variedades de músculos:
·         El músculo liso,
·         El músculo cardíaco y
·         El músculo esquelético

En esta oportunidad, se abordará el último tipo mencionado: el músculo esquelético.
  
MÚSCULO ESQUELÉTICO

Es un tipo de músculo estriado que se encarga de producir la fuerza necesaria para el movimiento del sistema esquelético durante la ejecución de un trabajo o ejercicio.

Está compuesto principalmente de células musculares estriadas y de tejido conjuntivo. La mayoría de los músculos esqueléticos se insertan en dos huesos que tienen una articulación movible entre ellos. En otras palabras, la mayor parte de los músculos se extienden desde un hueso hasta otro a través de una articulación. Además, uno de los dos huesos suele permaneces más estacionario que el otro durante un determinado movimiento.

Su unidad funcional de este músculo es la fibra muscular esquelética.
  
FIBRA MUSCULAR ESQUELÉTICA
 - Se forman en el embrión por la fusión de mioblastos.
- Es una célula muscular larga, con 10-100µm de diámetro y que puede medir varios centímetros de longitud.
- Presentan estriaciones transversales periódicas.
Estriaciones transversales

Dicha estriación es producto de la existencia de miofibrillas en el citoplasma.
Miofibrillas de las estriaciones

Estructura
Cada fibra muscular está envuelta por una membrana celular eléctricamente excitable, denominada “sarcolema”. El citoplasma recibe el nombre de “sarcoplasma”, y contiene haces de filamentos fuertemente empaquetados. Estos filamentos se denominan miofibrillas, compuestas por unas 20.000 unidades repetitivas llamadas “sarcómeros”.

Existe una forma especializada de retículo sarcoplásmico (RS) que envuelve a cada miofibrilla. El RS está formado por túbulos membranosos longitudinales, los cuales se disponen paralelos a las miofibrillas, y que finalizan en canales aplastados conocidos como cisternas terminales. El RS contiene gran cantidad de Ca+2. Por otra parte, el sarcolema de la fibra muscular presenta invaginaciones que forman el sistema de túbulos transversales o túbulos-t, que se disponen perpendicularmente a las miofibrillas. Al final de cada sarcómero hay una estructura de membranas denominada “triada”, formada por un túbulo-t y por una estructura base.

La contracción muscular esquelética se lleva a cabo por un estímulo nervioso, que genera un potencial de acción que se extiende por el sarcolema y a lo largo de la red de túbulos-t. La señal atraviesa la unión de la triada e induce la liberación de Ca+2 del retículo sarcoplásmico al sarcoplasma, el cual interacciona con los sarcómeros de la fibra muscular e induce a la contracción.
Estructura de la Fibra Muscular

CONTRACCIÓN MUSCULAR

Para contraerse, el músculo necesita de energía en forma de ATP. El ciclo de interacciones celulares es el siguiente:

Adhesión
La cabeza de la miosina tiene 2 lugares de unión: uno para el ATP y otro para la actina. Las cabezas de miosina se unen al ATP y lo descomponen en ADP+P (proceso que requiere Mg+2). El complejo se une a la actina.

Rotación
El ADP y el P, son liberados por la miosina a la vez que las cabezas de ésta cambian de conformación molecular: Se doblan formando un ángulo diferente y arrastrando los filamentos delgados de actina. Esta tracción es ejercida en sentido opuesto en los dos extremos del filamento de miosina. La región de superposición de los filamentos aumenta, de manera que se produce más acortamiento del sarcómero.

Separación
La actina y la miosina continúan unidas formando un complejo estable hasta que una nueva molécula de ATP se une a las cabezas de miosina.

Durante la contracción muscular, este ciclo puede repetirse entre 30 a 100 veces en un segundo. Otra manera de explicarlo y representarlo sería mediante la siguiente forma:
Contracción Muscular
·         Al inicio del ciclo, la cabeza de la miosina, que carece de un nucleótido unido, se encuentra estrechamente unida al filamento de actina (estado I).
·        La unión de ATP a la cabeza de la miosina, reduce la afinidad de la cabeza de la miosina por la actina (estado II).
·        La hidrólisis parcial del ATP (durante la cual ADP y Pi permanecen unidos a la miosina), activa la cabeza de la miosina, la que experimenta un cambio conformacional y se desplaza respecto del filamento fino (estado III).
·       La miosina activada contacta a una molécula de actina y se une a ella produciéndose la liberación de Pi (estado IV).
·       Una vez unida a actina, la cabeza de la miosina experimenta un nuevo cambio conformacional que se traduce en un desplazamiento del filamento fino y en la liberación de ADP (estado V). De esta manera, cada cabeza de miosina se desplaza hacia el extremo (+) del filamento fino adyacente. Mientras la concentración de Ca++ sea alta y exista ATP disponible, los ciclos de formación de puentes actina-miosina continúan y el sarcómero continúa contrayéndose

Conclusiones
·         El músculo es un elemento fundamental e indispensable para el movimiento humano, pues es la fuente dinámica del organismo por excelencia.
·        La unidad funcional del músculo esquelético es la fibra esquelética. Es así que podemos hablar de la siguiente cadena: Si no hay fibra, no funciona músculo; y si no funciona el músculo, no hay movimiento.
·        La contracción muscular comprende varios procesos fundamentales para que este se lleve a cabo. En otras palabras hablamos de una conversión de energía química a energía mecánica muscular.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
·         Nigel Palastanga,Derek Field,Roger Soames. Anatomy and human movement: Structure and fuction. 5ª Edición. Londres, Inglaterra: Butterworth Heinemann Inc, 2006. 717 p. ISBN: 0-7506-8814-9
·         Gary A. Thibodeau, Kevin T. Patton. Estructura y función del cuerpo humano. 13ª Edición. España: Elsevier, 2008. 553 p. ISBN: 8480863552.
·        Julia M. Lash, W. Michael Sherman. Función del músculo esquelético y adaptaciones al entrenamiento. En: American College of Sports Medicine. Manual de Consulta para el Control de la Prescripción de Ejercicio. Barcelona: Editorial Paidotribo, 2000. p. 107 – 110.
·        Gillian Pocock. Fisiología Humana: La Base de la Medicina. 2ª Edición. Barcelona: Editorial Masson, 2005. 715 p. ISBN: 84-548-1479-6.
·        Amando Garrido Pertierra, José María Teijón Rivera. Estructura molecular del músculo. En: Teijón, José María / Vv.Aa. Fundamentos de bioquímica metabólica. Madrid, España: Editorial Tébar S.L., 2006. p. 383 – 384.
·        Abraham L. Kierszenbaum. Tejido Muscular. En: Histología y biología celular: Introducción a la anatomía patológica. 2ª Edición. Barcelona, España: Elsevier S.L., 2008. p. 197 – 204.
·        Luis Palacios Raufast Josefina Blasco Mínguez Teresa Pagés Costas Vicente Alfaro González. Bases moleculares de la contracción muscular. En: Fisiología Animal. Barcelona, España: Ediciones Universitat de Barcelona, 2005. p. 88

REFERENCIAS LINKOGRÁFICAS
·         “Tejido muscular esquelético”
   “Fibras musculares esqueléticas”
  “Estructura de la fibra muscular”
 “Bases moleculares de la contracción muscular”

Elaborado por: Toro, Carlos; Miñano, Edward & Sulca, Luis.
Estudiante de Medicina Humana de la Universidad de San Martín de Porres
Chiclayo - Perú