Sistema muscular

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Escuela Nacional de Danza Nellie y Gloria Campobello

Sistema muscular

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Casandra Medea Badillo Salas

1er año de Danza Española

Materia: Kinesiología I

Profesora: Soledad Echegoyen Monroy

2013

--> ResumenLos músculos estabilizan la posición del cuerpo, regulan el volumen de los órganos, generan calor , propulsan líquidos y sustancias nutritivas a través de diversos aparatos, gracias a ellos se realiza el movimiento corporal. Se explica la química que produce movimiento.

Tejido muscular esquelético
Se llama así porque la mayoría de estos músculos mueven huesos del esqueleto. El tejido muscular esquelético es estriado, trabaja principalmente en forma voluntaria, su actividad puede ser controlada de forma consciente por las neuronas que forman parte de la división somática del sistema nervioso. La mayoría se controla también, hasta cierto punto, en forma subconsciente, por ejemplo el diafragma.

Solo el corazón tiene tejido muscular cardiaco, este tipo de músculo también es estriado, su acción es involuntaria, se controla de forma inconsciente, el corazón late porque tiene un marcapaso que inicia cada contracción. La capacidad de generar este ritmo propio se denomina automatismo. Diversas hormonas y neurotransmisores pueden ajustar la frecuencia cardiaca acelerando o frenando al marcapaso.

El tejido muscular liso se encuentra en la pared de las estructuras huecas internas, como los vasos sanguíneos, las vías aéreas y gran parte de las vísceras de la cavidad abdominopelviana. También puede hallarse en la piel, asociado a los folículos pilosos.

Funciones del tejido muscular

1. Producir movimientos corporales
2. Estabilizar las posiciones corporales. Las contracciones del      tejido esquelético estabilizan las articulaciones y ayudan a mantener las posiciones corporales. Los músculos de la postura se contraen continuamente estando despiertos.
3. Almacenar y movilizar sustancias en el organismo. El almacenamiento se logra a través de la contracción sostenida de bandas anulares de músculo liso, llamados esfínteres, los cuales impiden la salida del contenido de un órgano hueco. Las contracciones del músculo cardiaco bombean sangre a través de los vasos sanguíneos del organismo, entre otras.
4. Generar calor. El tejido muscular, al contraerse, produce calor, este proceso se denomina termogénesis. La mayoría del calor generado por el músculo se utiliza para mantener la temperatura normal del organismo. Las contracciones involuntarias del músculo esquelético, conocidas como escalofríos, pueden aumentar la tasa de producción de calor.   

Propiedades del tejido muscular

1. Excitabilidad eléctrica una propiedad tanto del músculo como de las neuronas, es la capacidad de responder a ciertos estímulos produciendo señales eléctricas llamas potenciales de acción, que pueden viajar a lo largo de la membrana plasmática celular gracias a la presencia de canales regulados de voltaje específicos. Para las células musculares (miocitos), existen dos tipos principales de estímulos que activan los potenciales de acción: las señales eléctricas rítmicas automáticas que surgen del propio tejido muscular, como el marcapaso cardiaco y los estímulos químicos, como los neurotransmisores liberados por las neuronas, las hormonas transportadas en la sangre e incluso los cambio de pH locales.
2. Contractibilidad, es la capacidad del tejido muscular de contraerse enérgicamente tras ser estimulado por un potencial de acción. Cuando un músculo se contrae, genera tensión (fuerza de contracción) al atraer sus puntos de inserción. Si la tensión generada es lo suficientemente grande como para vencer la resistencia del objeto a moverse, el músculo se acorta dando lugar a la realización de un movimiento.
3. Extensibilidad, es la capacidad del tejido muscular de estirarse sin dañarse, permite al músculo contraerse con fuerza incluso estando elongado.
4. Elasticidad, es la capacidad del tejido muscular de volver a su longitud y forma originales tras la contracción o extensión.

Las neuronas encargadas de estimular al músculo esquelético se llaman neuronas motoras somáticas (motoneuronas). Cada una de ellas posee un largo axón que se extiende desde el encéfalo o la médula espinal hasta un conjunto de fibras musculares esqueléticas. (figura 1) Estos axones suelen ramificarse muchas veces, destinando cada una de los ramos a la inervación de una fibra.

 

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Figura 1. Estructura de la unión neuromuscular (UNM), la sinapsis entre una motoneurona somática y una fibra muscular esquelética. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana. 

 

Los componentes más importantes de un músculo esquelético son las fibras musculares que lo constituyen. El diámetro de una fibra madura es de 10 a 100μm (un micrón es 10 ‾6 metros). La longitud normal se  ubica alrededor de los 10 cm, a pesar de que algunas alcanzan los 30 cm. Dado que cada fibra surge de la fusión de cientos de pequeñas células mesodérmicas llamadas mioblastos (fig. 2a). El número de miocitos se establece antes del nacimiento, y la mayor parte de ellos duran toda la vida.
El crecimiento muscular que tiene lugar tras el nacimiento, se produce principalmente por hipertrofia (híper- de hypér, por encima y t-rofia de trohpeé, nutrición), un amuento del tamaño de las fibras existentes, mas que por hiperplasia (híper- + - plasia, de plásis, formación), aumento de la cantidad de fibras. Durante la infancia, tanto la hormona de crecimiento humana como otras hormonas estimulan el incremento del tamaño de las fibras. La hormona testosterona promueve una hipertrofia aún mayor de las fibras. Pocos mioblastos persisten en el músculo esquelético como células satélite (Fig. 2 a). Estas células conservan la capacidad de fusionarse entre ellas o con fibras dañadas para regenerar las fibras musculares funcionales, sin embargo, el número de fibras musculares formadas no es suficiente para compensar pérdidas importantes de tejido por lesión o degeneración. En tales circunstancias el músculo esquelético experimenta fibrosis, un reemplazo de fibras por tejido fibroso cicatizal. Por este motivo, dicho tejido puede regenerarse, pero sólo hasta un determinado límite. En tales circunstancias el músculo esquelético experimenta fibrosis, un reemplazo de fibras por tejido fibroso cicatrizal. Por este motivo, dicho tejido puede regenerarse, pero sólo hasta un determinado límite.

 Figura 2. Organización microscópica del músculo esquelético. a) durante  el desarrollo embrionario, muchos mioblastos se fusionan para formar una fibra muscular esquelética. Al pasar esto, la fibra pierde la capacidad de realizar mitosis (división celular), no así las células satélite. b) y e) El sarcolema de la fibra encierra al sarcoplasma y a las miofibrillas, las cuales son estriadas.El retículo sarcoplasmático se envuelve alrededor de cada miofibrilla. Miles de túbulos transversos, llenos de líquido intersticial, se invaginan desde el sarcolema hacia el centro o de la fibra muscular. Una tríada es un túbulo transverso y las dos cisternas terminales del retículo que se disponen en sus extremos. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (Yaa EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana.

Sarcolema, túbulos transversos y sarcoplasma

Los múltiples núcleos de una fibra muscular esquelética se localizan justo debajo del sarcolema (sarco-, de sarkós, carne y lema, de lémma, vaina) la membrana plasmática de una célula muscular (Fig. 2 b,c). Miles de pequeñas invaginaciones del sarcolema, llamas túbulos transversales (túbulos T), penetran desde la superficie hacia el centro de cada fibra. Los túbulos T se abren al exterior, llenándose con el líquido intersticial. Los potenciales de acción musculares viajan a lo largo del sarcolema y a través  de los  túbulos T, extendiéndose por toda la fibra. Esta disposición asegura que el potencial de acción generado excite todas las porciones de la fibra aproximadamente en forma simultánea.
Dentro de sarcolema se encuentra el sarcoplasma, el citoplasma de la fibra. Éste posee una cantidad sustancial de glucógeno, una macromolécula compuesta por muchas moléculas de glucosa. El glucógeno puede ser  utilizado para la síntesis de ATP.  Además, el sarcoplasma posee una proteína denominada mioglobina. Esta proteína, que tan sólo se encuentra en el músculo, se combina con las moléculas de oxígeno que difunden hacia las fibras musculares desde el líquido intersticial. La mioglobina libera el oxígeno cuando la mitocondria lo requiere para la producción de ATP . Las mitocondrias se extienden en hileras a través de la fibra, estratégicamente cerca de las proteínas musculares que utilizan el ATP durante la contracción (Fig. 2 c).

Miofibrillas y retículo sarcoplasmático
A gran aumento, el sarcoplasma se presenta colmado de pequeños haces, estas estructuras son miofribrillas, los orgánulos contráctiles del músculo esquelético (Fig. 2 c). Su diámetro es de alrededor de 2μm y se extienden a lo largo de toda la fibra muscular. Sus prominentes estriaciones hacen que toda la fibra parezca estriada.
 Un sistema de sacos membranosos con contenido líquido llamado retículo sarcoplasmático o HRS. rodea cada miofribrilla (Fig. 2 c). Este complejo sistema es similar al retículo endoplasmático en las células no musculares del organismo. Las dilataciones seculares terminales del retículo sarcoplasmático, las cisternas terminales, abultan en los túbulos T de cada lado. Un  túbulo T y las dos cisternas terminales ubicadas en cada una de sus caras forman una tríada. En la fibra muscular en reposo, el retículo sarcoplasmático almacena iones de calcio ( Ca²⁺). La liberación de 

-->Ca²⁺desde las cisternas terminales del retículo dispara la contracción muscular.

 filamentos y sarcómero

Dentro de las miofibrillas se encuentran estructuras más pequeñas denominadas filamentos (Fig. 2 c), los filamentos finos tienen 8nm de diámetro y entre 1-2 μm de longitud, y los filamentos gruesos tienen 16 nm de diámetro y entre  1-2 μm de longitud. Tanto los filamentos gruesos como los finos están directamente involucrados en el proceso contráctil, en general hay dos filamentos finos por cada filamento grueso en las regiones en las que ambos se superponen. Estos filamentos contenidos en las miofribrillas no se extienden a todo lo largo de la fibra muscular, en cambio se organizan en compartimientos llamados sarcómeros (-mero, de méros, parte), unidades funcionales básicas de una miofibrilla (Fig. 3 a). Regiones estrechas, de material denso en forma de placa, denominadas líneas z, separan un sacómero del siguiente.

Los filamentos gruesos y finos se superponen en mayor o menor medida, dependiendo de si el músculo está contraído, relajado o distendido. El patrón de superposición, consistente en una diversidad de zonas y bandas (denominadas 3b), da origen a las estriaciones que pueden verse tanto en cada miofibrilla como en las fibras completas. La oscura porción central del sarcómero es la banda A, que recorre toda la longitud de los filamentos gruesos (denominadas 3 b). Hacia los extremos de la banda A se encuentra una región de superposición, donde los filamentos finos y gruesos se disponen lado a lado. La banda I es una área clara y de menor densidad, que contiene la porción restante de los filamentos finos, pero no los gruesos (denominadas 3 b). Una línea o disco Z pasa por el centro de cada banda I. Una fina banda H en el centro de cada banda A contiene sólo filamentos gruesos. Las proteínas de sostén que soportan las filamentos gruesos en el medio de cada zona H forman la línea M, cuya denominación se debe a su ubicación medial en el sarcómero. La figura 4 expone la relación entre las zonas, bandas y líneas, como se ve en el microscopio electrónico.

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Figura 3. Disposición de los filamentos dentro de un sarcómero. Un sarcómero se extiende desde una línea Z hasta la siguiente. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana.

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Figura 4. Zonas y bandas características de un sarcómero. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana. 

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Proteínas musculares

Las miofibrillas se componen de tres tipos de proteínas

1. proteínas contráctiles, que generan la fuerza durante la contracción
2. proteínas reguladoras, que contribuyen a activar y desactivar el proceso contráctiles
3. proteínas estructurales, que mantienen a los filamentos gruesos y finos en alineación adecuada, dan a la miofibrilla elasticidad y extensibilidad, y unen las miofribillas al sarcolema y a la matriz extracelular.

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Las dos proteínas contráctiles del músculo son la miosina y actina, componentes principales de los filamentos gruesos y finos, respectivamente. La miosina actúa como la proteína motora de los tres tipos de tejido muscular, estas proteínas motoras son las encargadas de ejercer presión o traccionar diversas estructuras celulares para llevar a cabo el movimiento, tras convertir la energía química en forma de ATP en energía mecánica contráctil o productora de fuerza.

En el músculo esquelético, cada filamento grueso está formado por alrededor de 300 moléculas de miosina, la forma de cada una de ellas es similar a la de dos palos de golf enrollados entre sí (fig. 5 a).

La cola de la miosina (mangos de los palos) apunta hacia la línea M, ubicada en el centro del sarcómero, los extremos de las dos moléculas vecinas se ubican paralelamente uno del otro, formando un eje del filamento. Las dos proyecciones de cada molécula, en cambio, se denomina cabezas de miosina. Se dirigen hacia el exterior del eje siguiendo un patrón en espiral, extendiéndose cada una hacia alguno de los 6 filamentos finos que rodean al filamento grueso.

Los filamentos finos se anclan a los discos Z (fig 3 b). Su componente principal es la proteína actina. Moléculas de actina individuales se combinan entre sí para formar el filamento de actina, que se enrolla formando una hélice (fig. 5 b). En cada una, se localiza un sitio de unión a la miosina, al cual puede adherirse una cabeza de miosina. También componen el filamento fino cantidades menores de dos proteínas reguladoras, troponina y tropomiosina. En el músculo relajado, la unión de la miosina a la

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actina se encuentra bloqueada porque hebras de tropomiosina cubren los sitios de unión, Dichas hebras, a su vez, se mantienen en su lugar por medio de las moléculas de triponina.

 

-->Figura 5. Estructura de los filamentos gruesos y finos. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana.

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Además de las proteínas contráctiles y reguladoras, el músculo posee alrededor de una docena de proteínas estructurales, que contribuyen a la disposición lineal, estabilidad, elasticidad y extensibilidad de las miofibrillas. Entre ellas se incluyen algunas de gran importancia, como titina, miomesina, nebluna y distofina. La titina (de titán, gigante) es la tercera proteína más abundante en el tejido muscular esquelético (después de la actinia y la miocina). Su nombre refleja su gran tamaño, con un peso molécular de 3 millones de daltons, la titina es 50 veces más grande que cualquier proteína promedio. /Cada una de sus moléculas abarca medio sarcómero, desde una línea Z a una línea M (fig. 3 b), una distancia entre 1 y 2μm en el músculo relajado. La titina ancla un filamento gruso y la línea Z y a la línea M, estabilizando su posición. La porción de la molécula que se extiende desde la línea Z hasta el inicio del filamento grueso es muy elástica. Dado que se puede estirar hasta por lo menos cuatro veces su longitud en relajación, la titina desempeña un papel fundamental en la elasticidad y extensibilidad de las miofibrillas, probablemente también ayuda al sarcómero a retornar a su longitud inicial tras su contracción o estiramiento, impide su sobreextensión, y mantiene la localización central de las bandas A.

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Las moléculas de la proteína miomesina forman la línea M, éstas se unen a la titina y conectan los filamentos gruesos adyacentes entre sí. La nebulina es una larga proteína no elástica que envuelve cada filamento fino en toda su longitud, ayuda a anclar los filamentos finos a las líneas Z y a regular su longitud durante el desarrollo. La distrofina es una proteína del citoesqueleto que une los filamentos finos del sarcómero a las proteínas integrales de membrana del sarcolema, las cuales se adhieren, a su vez, a proteínas del tejido conectivo de la matriz extracelular que rodea a las fibras musculares. La función de la distrofina y ciertas proteínas asociadas a ella es reforzar el sarcolema y contribuir a la transmisión de la tensión generada por los sarcómeros hacia los tendones.

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Contracción y relajación de las fibras musculares esqueléticas

Mecanismo de deslizamiento de los filamentos

La contracción muscular se lleva a cabo gracias a que las cabezas de la miosina se adhieren y “caminan” a lo largo de los filamentos finos en ambos lados del sarcómero, atrayéndolos progresivamente hacia la línea M, (fig. 6). Como resultado, se desliza hacia el interior, encontrándose en el centro del sarcómero. Este movimiento puede llegar al punto de provocar la superposición de sus extremos internos (fig. 6c). El deslizamiento de los filamentos finos provocan el acercamiento de las líneas Z y, por ende, el acortamiento del sarcómero, no obstante, las longitudes de los filamentos finos y gruesos en forma individual no varían. El acortamiento de los sarcómeros provoca el acortamiento de toda la fibra muscular y, de esta manera , de la totalidad del músculo.

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Figura 6. Mecanismos de deslizamiento de los filamentos en la contracción muscular, como sucede en dos sarcómeros adyacentes. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana.

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Ciclo contráctil

Al inicio de la contracción, el retículo sarcoplasmático libera iones de calcio (Ca²⁺) hacia el cortisol, allí se unen a la troponina, lo que provoca la separación de los complejos troponina-tropomiosina, separándolos de los sitos de unión a la miosina de la molécula de actina, una vez que éstos sitos se “liberan”, el ciclo contráctil-la secuencia repetida de fenómenos que da origen al deslizamiento de los filamentos-comienza. El ciclo contráctil consta de cuatro etapas (fig. 7)

1. Hidrólisis de ATP. La cabeza de la miosina posee un sitio de unión al ATP y una ATPasa, enzima que hidroliza el ATP a ADP y un grupo fosfato. Esta reacción reorienta y caga de energía a la cabeza de miosina. Nótese que los productos de la hidrólisis del ATP-ADP y un grupo fostato-siguen adheridos a la miosina.
2. Acoplamiento de la miosina a la ctina para formar puentes cruzados. La cabeza de miosina, cargada de energía, se adhiere al sito de unión a la miosina de la actina y libera el grupo fosfato previamente hidrolizado. Cuando se produce esta unión entre miosina y actina durante la contracción, se refiere a ellas como puentes cruzados o puedes de unión.
3. fase de deslizamiento. Tras la formación de los puentes, se lleva a cabo la fase de deslizamiento, durante ella el sito del puente cruzado rota y libera ADP. La fuerza se genera con la rotación de dicho puente hacia el centro del sarcómero, deslizando a los filamentos finos sobre los gruesos, hacia la línea M.
4. Desacoplamiento de la miosina de la actina. Finalizando el movimiento, los puentes permanecen firmemente acoplados a la actina hasta que se les une otra molécula de ATP. La unión del ATP a su respectivo sitio de unión en la cabeza de miosina hace que ésta se desacople de la actina.

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Figura 7. el ciclo contráctil. Los sarcómeros ejercen fuerza y se acortan a través de ciclos repetitivos durante los cuales las cabezas de miosina se acoplan a la actina (puentes cruzados), rotan y se desacoplan. Imagen obtenida de Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana. 

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El ciclo contráctil se repite cuando la ATPasa de la miosina hidroliza las moléculas de ATP recientemente unidas y continúa mientras hay ATP disponible y otros niveles de Ca²⁺. En la cercanía del filamento grueso permanecen lo suficientemente alto. Los puentes siguen rotando hacia atrás y adelante con cada fase de deslizamiento, atrayendo a los filamentos finos a la línea M. Cada uno de los 600 puentes presentes en un filamento grueso se acoplan y desacoplan alrededor de 5 veces por segundo. En un instante dado, algunas cabezas de miosina están acopladas a la actina, formado puentes cruzados y generando fuerza, mientras que otras se encuentran desacopladas, alistándose para volver a unirse.

La contracción muscular se parece a trotar en una cinta, un pie (puente cruzado) empuja la cinta (filamento fino) hacia atrás (hacia la línea M), después se apoya el otro pie, realizando un segundo empuje, la cinta (filamento fino) se mueve entonces lentamente mientras el corredor (filamento grueso) se desplaza a un paso constante. Cada puente “camina” progresivamente a lo largo de un filamento fino acercándose a la línea Z con cada paso, mientras que los filamentos se desplazan hacia la línea Z con cada paso, mientras que los filamentos se desplazan hacia la línea M. De esta manera, al igual que las piernas del corredor, los puentes necesitan un suministro constante de energía para segur su marcha -¡una molécula de ATP por cada ciclo contráctil!-.

A medida que dicho ciclo continúa, el movimiento de los puentes provee la fuerza que acerca a los discos Z entre sí y el sarcómero se acorta. Durante la contracción muscular máxima la distancia entre dos discos Z se reduce a la mitad de la correspondiente al reposo. Los discos Z, subsiguientemente, tiran de los sarcómeros vecinos, contrayendo la totalidad de la fibra. Algunos componentes del músculo son elásticos, se estiran ligeramente antes de transferir la tensión generada por el deslizamiento de los filamentos. Los componentes elásticos comprende moléculas de titina, el tejido conectivo que rodea a las fibras y los tendones que fijan el músculo al hueso. A medida que las células del tejido muscular esquelético se acortan, tiran primero de las cubiertas de tejido conectivo y de los tendones. Una vez que éstos están tirantes, la tensión se transmite a los huecos en los que se inserta el músculo. El resultado es el movimiento de una parte del cuerpo.

Justificación

Entender todo lo relacionado al movimiento corporal humano, es básico para un futuro profesor de danza, en este trabajo se explica que los músculos son responsables del movimiento, y lo necesario para que este se produzca una parte necesaria es la energía. Conocer que hay dos tipos de movimiento, voluntario e involuntario, a partir de este conocimiento podemos concientizar los movimientos, sabiendo que son a voluntad.

Objetivo

• Comparar las funciones y propiedades características de los tres tipos de tejido muscular.
• Distinguir entre filamentos gruesos y finos.
• Esbozar las etapas involucradas en el mecanismo de deslizamiento de las fibras durante la contracción muscular.
• Describir cómo surgen los potenciales de acción en la placa neuromuscular.

Discusión y conclusiones

Los huesos se pueden ver como el sistema de palancas y el armazón o esqueleto del cuerpo, pero no se pueden mover por si solos, se necesitan músculos y no solo esto además relajación y contracción de estos últimos, nuestra fuerza refleja la función primordial del músculo que es la transformación de energía química en energía mecánica para generar fuerza, trabajo y realizar movimiento, los músculos representan entre un 40 y un 50 % del peso corporal total de un adulto, la ciencia que estudia los músculos se llama miología.

Bibliografía

Moore, Dalley II. 2006. ANATOMÍA con orientación clínica (quinta edición). EDITORIAL MEDICA panamericana.

Tortora, Derrickson. 2006. Principios de anatomía y Fisiología (11a EDICIÓN). EDITORIAL MEDICA panamericana.