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“Efecto de la desnutrición sobre la actividad contráctil del músculo esquelético Extensor Digitorum Longus (EDL) de la rata hembra (Rattus norvergicus)” TESIS QUE PARA OBTENER EL TITULO DE BIÓLOGO PRESENTA: SAID AARÓN CASTAÑEDA JIMÉNEZ TUTOR: Dra. Bertha Segura Alegría Tlalnepantla, Edo de México. 2010 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. ÍNDICE Dedicatorias……………………………………………………………………………………………………………………. 2 Agradecimientos……………………………………………………………………………………………………………. 3 Resumen……………………………………………………………………………………………………………………….. 5 Introducción…………………………………………………………………………………………………………………… 6 Desnutrición…………………………………………………………………………………………………………………… 7 Músculo esquelético………………………………………………………………………………… 9 Inervación y vascularización del músculo………………………………………………... 14 Tipos de Fibras Musculares………………………………………………………………………. 15 Desarrollo ontogenético del músculo esquelético …………………………………... 18 Ciclo hormonal en la rata hembra ………………………………………………………….. 19 Antecedentes …………………………………………………………………………………………………………….. 21 Objetivos…………………………………………………………………………………………………………………….. 24 Metodología………………………………………………………………………………………………………………. 25 Procedimientos quirúrgicos………………………………………………………………….. 25 Estimulación y registro………………………………………………………………………….. 26 Análisis de datos…………………………………………………………………………………... 28 Resultados………………………………………………………………………………………………………………… 28 Discusión………………………………………………………………………………………………………………….. 35 Conclusión………………………………………………………………………………………………………………… 39 Literatura Citada………………………………………………………………………………………………………. 40 Dedicatorias No lo puedo creer, por fin llegué al final de una meta que me propuse terminar, esa meta fue la de enriquecer mis conocimientos. Ahora termino mi licenciatura. Este logro estuvo lleno de contratiempos, esfuerzos y sacrificios. Fueron bastantes los obstáculos y los deseos de desistir en el camino. Pero fueron muchas las personas que estuvieron siempre ahí para darme la mano y apoyarme, para darme aliento y motivarme a seguir adelante. Les dedico este trabajo principalmente a ustedes: Papá y Mamá, que con sus sacrificios y oraciones me han llevado hasta donde estoy ahora. ¡Gracias por su apoyo! También le dedico este trabajo a mis queridos hermanos Omar, Luis y Juan los cuales siempre con sus ocurrencias, consejos y ayuda hicieron que los tropiezos que tuve durante el camino fueran a menos y se fueran rápido. Para finalizar quiero dedicarles este trabajo a todas las personas que han dejado su marca en mi vida sin importar que estén o no conmigo, una de esas personas muy sabias y a la cual le agradezco su cariño fue a mi Abuelito Tomas, que este en donde este, sé que me cuida y sé que estaría orgulloso de tener en la familia al primer científico. Agradecimientos A mi tutora Dra. Bertha Segura Alegría por su infinita paciencia y amistad y al Dr. Ismael Jiménez Estrada por su amabilidad y buen carisma hacia mi persona. CINVESTAV, las cuales me hicieron muy ameno el tiempo allí como lo es el Dr. Javier por aguantarme en todo este tiempo y brindarme su amistad al igual que José Carlos, a la Q.F.B Silvia, a Salvador y Azucena, los cuales sin sus disparates y ocurrencias no me hubiera sentido como en “familia” con ellos. instalaciones de vanguardia. Nonatzin, Cecilia y Rhode, además de mis amigos Xicoténcatl, Israel y Víctor al igual que a mis viejos amigos como lo son Annie May Ek y José Gilberto a los cuales les agradezco su valiosa amistad y apoyo durante el largo camino que es el pasar por la carrera de Biología. al Biol. Antonio Edmundo Cisneros Cisneros y al Biol. Hugo Jesús Castro Cortes, por las correcciones realizadas y su comprensión durante los trámites de titulación. Jesús, Eduardo, Antonio, Arturo, Ricardo, Santiago, Fernando, Mario, Roberto, Ericka, Cindy y Mary gracias a cada uno de ellos por su maravillosa amistad y su enorme afecto que me han demostrado, a todos ustedes les agradezco por ayudarme en aquellos momentos en los cuales me sentía incapaz de seguir en este camino, el cual el día de hoy, por fin concluyo. Los quiero a cada uno de ustedes Resumen: Se ha reportado que las deficiencias nutricionales provocan un retraso en el desarrollo postnatal del músculo EDL de la rata macho. Pero se carece de estudios sobre sus efectos de esta patología sobre las propiedades contráctiles de los músculos de las ratas hembras, posiblemente porque los cambios hormonales ocurridos durante el ciclo estral podrían influir sobre el patrón de contracción de éstos. Por tal razón el objetivo del presente trabajo es conocer el patrón contráctil del músculo extensor digitorum longus (EDL) de la rata hembra con 90 días de edad postnatal y en fase de estro (control y desnutridas). Nuestros resultados muestran que la desnutrición crónica no modifico la tensión desarrollada por el músculo EDL de las ratas hembras de 90 días de edad. Además, el tiempo de contracción, el tiempo medio de relajación y la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica, registrados en los músculos de animales desnutridos tampoco presentaron diferencias significativas con respecto a los mismos parámetros cuantificados en músculos de ratas control. Esto sugiere que el proceso adaptativo que se presenta en los músculos de contracción rápida de las hembras desnutridas, podrían estar encaminados a desarrollar de manera eficiente aquellas actividades asociadas a la crianza y al cuidado del nido y no a la competencia para defender el territorio, aparearse o huir de sus depredadores, como ha sido propuesto para los animales macho. Palabras clave: Desnutrición, Músculo esquelético, Ciclo estral. Summary: It was reported that nutritional deficiencies cause a delay in the postnatal development of male rats EDL muscle. But there are no studies on its effects on contractile properties of female muscle, probably because hormonal changes during the estrous cycle could influence the pattern of contraction of these. For this reason the aim of this paper is to know the extensor digitorum longus (EDL) muscle contractile pattern, in female rats (control and undernourished), with 90 days of postnatal age and estrus phase. Our results show that chronic undernutrition don`t modify EDL muscle tension (N/g muscle) of female rats with 90 days old. Contraction time, relaxation time and mechanical response, evoked by increase frequencies on undernourished muscles were similar comparative with muscles of control rats. This suggests that adaptive process occurring on contraction properties of undernourished females muscles, were different that reported for male muscles. Probably, because female activities are associated with raising and caring for the nest andnot competition to defend the territory, mate, or escape from predators, as it has been proposed for male animals. Keywords: undernutrition, skeletal muscle, estrous cycle. Introducción: Los alimentos proporcionan la energía y los nutrientes que el organismo necesita para estar sano, ya que ayudan a la conformación de éste tanto a nivel anatómico como funcional. Todos los nutrientes se obtienen mediante la ingesta de alimento ya sea que se consuman vegetales, granos, leche; así como las carnes, tanto blancas (peces, aves y mariscos) como rojas (res, cordero, etc.). Todos estos nutrientes son esenciales para mantener y fortalecer los huesos, los músculos y la piel. (Betanzos, 1999). Entre estos nutrientes se incluyen las proteínas, las cuales se encuentran en cada célula viva que conforma al organismo. Otro compuesto esencial son los carbohidratos, que el hígado descompone en glucosa y que el organismo utiliza como energía para las células, tejidos y órganos. (Betanzos, 1999). Por otro lado las grasas son una fuente de energía y ayudan al cuerpo a absorber las vitaminas. Su consumo es importante para un crecimiento y un desarrollo adecuado así como para mantener saludable al organismo. Otros elementos de la dieta, como vitaminas y minerales, también son necesarios para crecer y desarrollarse adecuadamente, ya que participan en distintas funciones como la formación de hueso o la producción de hormonas, además de ayudar en la prevención de algunos problemas médicos (http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/dietaryproteins.html) En conjunto las proteínas, los carbohidratos, las grasas, las vitaminas, los minerales y el agua son esenciales para el buen funcionamiento y para el desarrollo ontogénico de cualquier organismo, incluyendo al ser humano. (Navarro, 2003) Desnutrición: Es bien conocido que si a un organismo se le suministra un aporte insuficiente de los nutrientes antes mencionados, durante su desarrollo embrionario o postnatal, éste presentará alteraciones anatómicas, funcionales y conductuales importantes (Goldspink y Ward, 1979; López y cols., 1982., Russell y cols., 1984 a,b; Morgane y cols., 1978, 1993). A cualquier forma de aporte nutrimental deficiente, ya sea de uno o varios de los nutrientes de la dieta, manteniendo constante e invariable el aporte de energía, se le da el nombre de “malnutrición”, mientras que a la ingestión insuficiente de la totalidad de los nutrientes (dieta hipocalórica), se le denomina “desnutrición” (Morgane y cols., 1978, 1993). Ambos tipos de deficiencia alimenticia son considerados como uno de los mayores problemas de salud mundial, debido a la gran cantidad de personas afectadas (Blakburn, 2001), sobre todo en los países en vías de desarrollo y en aquellos que presentan pobreza extrema, como es el caso de la India y algunos países africanos. La Organización Mundial de la Salud (OMS), ha estimado que alrededor de 480 millones de niños en la tierra sufren de desnutrición (Heike, 1998). En México las zonas con mayor nivel de desnutrición son aquellas habitadas por comunidades indígenas, así como las zonas de difícil acceso. La población más vulnerable es la infantil, ya que 12.7% de la población de niños menores de 5 años padece desnutrición, pero en las zonas rurales esta cifra se eleva al 20%. Esta población presenta una mortalidad alta, así como problemas motores o de coordinación (Encuesta Nacional de Salud y Nutrición, Ensanut, 2006). Por otra parte, el contar modelos experimentales que simulen la desnutrición o la malnutrición en organismos animales, nos permitirá comprender, prevenir, diagnosticar y tratar las patologías derivadas de las deficiencias nutricionales perinatales (Blakburn, 2001). Lo cual permitirá el desarrollo, no solo nuevas tecnologías que permitan incrementar tanto la producción como la calidad de los alimentos, sino también es imprescindible contar con líneas de investigación que permitan establecer con claridad los mecanismos o procesos fundamentales de los organismos que se vean afectados por este padecimiento, así como establecer los procedimientos clínicos o alimenticios que permitan mitigar o abatir los efectos de la desnutrición. Experimentalmente se han empleado numerosos modelos para producir malnutrición o desnutrición. Uno de los principales es el propuesto por Morgane y cols. (1978, 1993), ellos elaboraron y patentaron una dieta baja en proteínas (6% de caseína, contra 24% de la misma en una dieta balanceada) para provocar malnutrición, otros investigadores elaboran sus propias dietas deficientes en proteínas, carbohidratos, vitaminas, etc., pero éstas tienen el inconveniente de que al ser elaboradas artesanalmente, se contaminan con hongos y bacterias, provocando alteraciones no controladas sobre los animales experimentales. En el caso de las dietas hipocalóricas, también se han propuesto técnicas que reducen la cantidad de calorías proporcionadas a los organismos experimentales. Entre ellas Salas y Cintra (1973) separan de la madre (durante 12 horas) por día a la mitad de una camada de ratas recién nacidas (desde el día del nacimiento hasta el día 21 postnatal) con el objeto de limitarles el acceso al alimento, respecto de la otra mitad de la camada que permanece con la madre las 24 horas del día; este modelo provoca desnutrición en las crías separadas de la madre, pero tiene el inconveniente de que también de la interacción física con la madre y los hermanos y que solo puede utilizarse en la etapa neonatal, razones suficientes para que actualmente se encuentre casi totalmente desechada. Por otra parte, Segura (1993) provocó desnutrición incrementando el número de crías a 14 por camada (contra 8 o 9 de las camadas control), provocando síntomas claros de desnutrición como son disminución en el peso corporal, en el hematocrito y en la concentración de proteínas plasmáticas y albúmina, este modelo tiene el inconveniente de aumentar la competencia entre hermanos, de tal manera que algunas crías de la camada no presentan signos de desnutrición y esto reduce el número de organismos disponibles para el registro de la actividad contráctil del músculo esquelético. Este modelo de desnutrición, lo mismo que el propuesto por Salas y Cintra (1973), solo puede utilizarse en la etapa postnatal temprana y también ha caído en desuso. Chow y Lee (1964) propusieron una técnica para provocar desnutrición en la rata, que consiste en disminuir la cantidad de alimento proporcionado a la madre (durante los períodos de gestación y lactancia) y a las crías (después del destete), posteriormente Bedi y cols (1982) muestran que disminuyendo en 50% la cantidad de alimento proporcionado a las madres (durante la gestación y la lactancia) y a las crías a partir del destete; este modelo de desnutrición permite estudiar el efecto de la alimentación restringida desde la etapa de gestación hasta la edad adulta del organismo. Finalmente la restricción de alimento se ha extendido, en el caso de las futuras madres desnutridas, hasta tres semanas antes del apareamiento y en la descendencia de éstas a toda la vida (Segura y cols. 2001), lo cual simula las condiciones que privan en la especie humana, donde la desnutrición ocurre a través de toda la vida de los individuos. El Músculo Esquelético La palabra músculo procede del latín musculus que significa “ratón pequeño”. Los músculos pueden considerarse como los “motores” del organismo. Sus propiedades físicas y funcionales (excitabilidad, contractibilidad, elasticidad, extensibilidad, plasticidad; ver glosario), le permiten generar fuerza y efectuar movimiento. Los músculos esqueléticos se encuentran, en su mayor parte, asociados a los huesos (mediante los tendones, que representan un elemento elástico en serie) y su contracción está relacionada con el mantenimiento de la posturay con la movilidad de las articulaciones. La actividad del músculo esquelético está bajo el control del sistema nervioso somático y es voluntaria, esto significa que este tipo de músculo no se contrae espontáneamente. Los músculos estriados esqueléticos están constituidos por células alargadas: las fibras musculares. Éstas se organizan en fascículos, que se mantienen unidos mediante envolturas elásticas (el perimisio). Cada fascículo muscular está formado por un conjunto de fibras musculares y está rodeado por tejido conectivo (el endomisio). Cabe señalar que el tejido conectivo que rodea al músculo, a los fascículos y a las fibras musculares que lo constituyen actúa como un elemento elástico en serie y/o en paralelo con el elemento contráctil (constituido por las proteínas filamentosas, actina y miosina; ver más adelante). A diferencia de otras células del organismo, la célula muscular posee varios núcleos (multinucleada), ubicados en la periferia. Esta característica es el resultado de la fusión de numerosas células mononucleadas: los mioblastos (durante el desarrollo embrionario) y las células satélites (durante la etapa postnatal temprana). Cada fibra muscular está delimitada por una membrana (sarcolema); en el citoplasma (sarcoplasma) se localizan las miofibrillas, asociadas con la contracción muscular (Fig.1). Las miofibrillas presentan una estructura filamentosa regular (los miofilamentos) que confieren a todo el músculo ese aspecto estriado que se observa al microscopio (Navarro, 2003). El sarcolema presenta finas invaginaciones tubulares, denominadas túbulos transversos (o túbulos T) que se distribuyen radialmente, desde el sarcolema hasta el centro de la fibra muscular (Fig. 1). La fibra muscular, posee un retículo sarcoplásmico (RS) liso especialmente desarrollado. Éste se extiende de tal modo, que termina en dos bolsas que rodean a cada túbulo T para formar una tríada. La tríada es la estructura que en respuesta a la llegada de un potencial de acción, permite la liberación del calcio almacenado en el RS. Este fenómeno, denominado acople excitación-contracción marca el inicio de la actividad contráctil en el músculo esquelético (Navarro, 2003). Figura 1. La unidad contráctil denominada sarcómero, contiene dos proteínas filamentosas, la actina (que constituye los filamentos delgados) y la miosina (presente en los filamentos gruesos). Las miofibrillas, parte fundamental de la fibra muscular, contienen una serie de unidades contráctiles llamadas sarcómeros. (Fig.1), cuya presencia se ha asociado con la alternancia de bandas oscuras (bandas A) y claras (bandas I), observadas al microscopio. Cada banda A es atravesada en la porción central por una región clara (zona H), mientras que en medio de la banda I se encuentra una zona más oscura (línea Z). La región de una miofibrilla incluida entre dos líneas Z sucesivas representa un sarcómero y representa la unidad contráctil o porción más pequeña de la fibra muscular que es capaz de contraerse (Navarro, 2003). A nivel molecular, las estrías observadas en las fibras musculares y en las miofibrillas están formadas por una disposición ordenada de dos tipos de filamentos proteínicos o miofilamentos. Los filamentos gruesos están formados por moléculas de miosina y los filamentos delgados, formados principalmente por actina. La contracción muscular inicia con la liberación de un neurotransmisor (acetil- colina), lo cual genera un potencial de acción, que es transmitido a lo largo de la fibra muscular y del sistema tubular T. En éste último se ha reportado la presencia de numerosos canales de Ca2+ del tipo L, también conocidos como receptores de dihidropiridina (DHPR, por sus siglas en inglés; dihydropyridine receptors), que son sensores de voltaje. El receptor de dihidropiridina se encuentra en estrecho contacto con el receptor de rianodina (RyR, por sus siglas en inglés; ryanodine receptor) localizado en el retículo sarcoplásmico, el cual es un canal de calcio, que en respuesta al potencial de acción, se abre liberando el calcio almacenado en el interior del retículo sarcoplásmico (fig. 2). Figura 2. El potencial de acción, provocado por la liberación de acetilcolina, viaja a través del sarcolema y de la membrana del TT. La llegada del potencial de acción es detectada por el DHPR, que al estar en estrecho contacto con el RyR provoca la salida del ión calcio, a través de este canal. El sarcoplasma contiene, además de los miofilamentos, otros organelos involucrados con la función muscular (mitocondrias), así como reservas importantes de mioglobina (principales proveedores de oxígeno en las células musculares con metabolismo aerobio) y de glucógeno (principal “combustible” de las fibras musculares con metabolismo anaerobio.) El calcio liberado eleva, de manera transitoria, la concentración de calcio libre ([Ca2+]i) en el sarcoplasma. Este ([Ca 2+]i), se une a la subunidad C del complejo troponina y esto promueve un movimiento de la tropomiosina que permite la formación cíclica de los puentes cruzados y el desarrollo de fuerza (Ashley y cols., 1991). Así mismo, la formación del puente cruzado provoca un movimiento de la cola de miosina, lo que cual produce el deslizamiento del filamento de actina (Fig.3). La magnitud de la concentración del calcio mioplasmico ([Ca2+]i) depende de la cantidad de este ión liberado del retículo sarcoplásmico y de numerosos amortiguadores intracelulares, entre ellos: la troponina C, la calmodulina y una bomba que lo recaptura hacia el retículo sarcoplásmico. Cabe señalar que la cabeza de miosina es muy afín al ATP y funciona como una poderosa ATPasa, de modo que en presencia de éste la cabeza de miosina se separa de la actina y sufre un nuevo movimiento, regresando a su posición original; esto provoca la relajación del músculo (figura 4; Geeves y cols., 2005). El ciclo contracción- relajación se repite, siempre que llegue una señal nerviosa a través del túbulo T y existan calcio y ATP en el medio. La relajación muscular ocurre como consecuencia de la recaptura del calcio hacia el interior del retículo sarcoplásmico, mediante la bomba de calcio. Figura 3.- Representación esquemática del ciclo contráctil en el músculo esquelético. El ciclo inicia con el complejo actina-miosina unido (paso 1); la unión del ATP a la cabeza de miosina provoca la disociación del complejo actina-miosina, así como el viraje de la cola de miosina (paso 2); posteriormente ocurre la hidrólisis del ATP y la unión del complejo miosina-ADP-Pi (paso 3). Finalrmente la cola de miosina efectúa un nuevo viraje seguido de la liberación del ADP (paso 4), lo cual marca el regreso al estado inicial del ciclo (paso 1). (modificado de Geeves y cols., 2005 ). Inervación y vascularización del músculo Los músculos esqueléticos son recorridos por vasos sanguíneos y fibras nerviosas. La vascularización, se realiza a través de las arterias y las venas. Las arterias proporcionan al tejido muscular los nutrientes y el oxígeno necesarios para su funcionamiento, en tanto que las venas siguen el camino inverso y transportan los residuos que proceden del trabajo muscular (ácido láctico, dióxido de carbono o CO2). La actividad del músculo esquelético depende de su inervación. A cada músculo esquelético entran una o dos ramas nerviosas, en estas se incluyen las fibras nerviosas aferentes que inervan los usos musculares (sensibles a cambios en la longitud muscular) y las del órgano tendinoso de Golgi (sensibles a cambios en la tensión del músculo), así como varias terminaciones nerviosas libres, algunas de las cuales se encuentran relacionadas con sensaciones dolorosas (Figura 4). En los mamíferos, la inervación motora está representada por fibras nerviosas provenientes de las motoneuronas gamma, que inervan a las fibras muscularesintrafusales y por fibras que se originan en las motoneuronas alfa e inervan a las fibras musculares extrafusales (Kandel y cols. 1997). Cada fibra muscular es inervada únicamente por una moto-neurona, pero ésta puede inervar a numerosas fibras musculares esqueléticas. Todas las fibras musculares inervadas por una moto-neurona se contraen en respuesta a la activación (potencial de acción) del axón motor. El conjunto de fibras musculares y el axón motor que las inerva constituyen la unidad funcional del sistema motor, el cual se denomina unidad motora (Liddell y Sherrington, 1925; Ver Figura 1). Cabe señalar que existen dos tipos de unidades motoras: a) aquellas formadas por motoneuronas que tienen una frecuencia de disparo relativamente baja e inervan a fibras musculares rojas o de contracción lenta y b) las constituidas por motoneuronas que disparan con frecuencia alta e inervan fibras musculares denominadas blancas o de contracción rápida (Burke y cols., 1974). Tipos de Fibras Musculares La irrigación y la inervación del músculo esquelético, se encuentran estrechamente relacionadas con las características contráctiles y el metabolismo de las fibras que lo constituyen. Figura 4. Receptores de longitud (huso muscular) y tensión (órgano tendinoso de Golgi) presentes en el musculo esquelético. Fibras de tipo I, de contracción lenta o fibras rojas son numerosas en los músculos de sacudida lenta. Estas fibras, de pequeño diámetro y muy vascularizadas, contienen escaso glucógeno y numerosas mitocondrias, debido a que presentan un metabolismo básicamente oxidativo. Las fibras I son resistentes a la fatiga, son inervadas por motoneuronas con baja frecuencia de disparo; se especializan en realizar ejercicios poco enérgicos y prolongados (mantenimiento de la postura; Navarro, 2003). Las Fibras de tipo IIb de contracción rápida se localizan en los músculos de sacudida rápida y se denominan también fibras de contracción rápida fatigables. Son de mayor diámetro, presentan pocas mitocondrias y están poco vascularizadas, pero contienen mucho glucógeno. Estas fibras, son inervadas por motoneuronas con frecuencia de disparo alta. Se fatigan rápidamente, pero son muy potentes (desarrollan tensión o fuerza). Su metabolismo es principalmente de tipo glucolítico (anaerobio). Fibras de tipo IIa, también llamadas de contracción rápida resistentes a la fatiga. Son fibras intermedias con metabolismo tanto glucolítico como oxidativo, su proporción varía según los músculos del organismo y el tipo de actividad realizada por cada individuo. De manera que la relación fibras lentas/rápidas puede modificarse en función del entrenamiento y/o el tipo de actividad realizada por el organismo. Numerosas fibras IIa o intermedias pueden transformarse en fibras del tipo I como consecuencia del ejercicio prolongado pero de intensidad moderada. En cambio, los ejercicios breves e intensos, de 30 segundos a 2 minutos, provocan la transformación de las fibras IIa hacia el tipo IIb (fibras rápidas; Navarro, 2003). La contracción muscular puede producirse experimentalmente mediante estímulos eléctricos aplicados directamente al músculo en estudio. La respuesta mecánica de éste a un solo estímulos eléctrico, se denomina sacudida simple y gráficamente presenta una fase inicial de contracción (incremento de la tensión) que ocurre rápidamente y que es seguido por una fase de relajación (caída de la tensión), tras la cual se restablece la tensión basal (fig. 5A). El tiempo necesario para alcanzar el pico de tensión, así como el tiempo requerido para que ésta decaiga hasta el 50% del máximo alcanzada al pico, permite hacer una clara diferenciación entre los músculos de sacudida rápida y los de sacudida lenta, debido a que en los primeros los parámetros antes señalados presentan valores menores (Fig. 5A). La respuesta mecánica a la estimulación repetitiva se caracteriza porque se suma, esto significa que si el músculo se estimula con una serie de pulsos de voltaje, éste se relaja después de la primera contracción, pero vuelve a contraerse al ser estimulado nuevamente; este desarrollo de tensión ante un nuevo estímulo ocurre aún cuando el segundo estímulo llegue antes de la relación total del músculo en estudio (fig. 5B y 5B´), de manera que mientras más alta sea la frecuencia de estimulación, mayor será la tensión desarrollada y menor el tiempo de separación entre las contracciones sucesivas. Incluso la actividad mecánica llega a registrarse como una curva hiperbólica continua; en este momento el músculo desarrolla la máxima fuerza que es capaz de ejercer y esta respuesta se denomina contracción tetánica (fig. 5C). Figura 5. Registro gráfico de la actividad contráctil del músculo esquelético del mamífero. A) Sacudida simple de un músculo rápido (a) y de un músculo lento (b). B y B´ respuesta del músculo a la estimulación con frecuencias crecientes. C) Contracción tetánica. Desarrollo ontogenético del músculo esquelético La célula muscular, que nace de la capa media del embrión (mesodermo), presenta varias fases durante su desarrollo. La primera se conoce como fase de los mioblastos, debido a la formación de células fusiformes que poseen un núcleo único. Éstos sufren una fusión, formando numerosos miotubos, que dan su nombre a esta fase (fase de los miotubos). Finalmente los miotubos se transforman en una fibra muscular madura durante la fase de diferenciación. Esta fase se caracteriza porque los múltiples núcleos de las fibras musculares (resultado de la fusión de los mioblastos) se transportan hacia la periferia (fig. 6). Durante la infancia y la pubertad, el crecimiento implica un aumento en el volumen muscular del cuerpo de aproximadamente 20 veces. El crecimiento del músculo después del nacimiento no depende de un aumento del número de las fibras musculares (alrededor de 250 millones), sino de un aumento de su diámetro (vinculado a la síntesis de nuevas miofibrillas) y de su longitud. Estas modificaciones dependen de factores nerviosos, mecánicos y hormonales (especialmente por las hormonas tiroideas; Navarro, 2003). Figura 6. Desarrollo ontogenético del músculo esquelético Ciclo hormonal en la rata hembra Las fases del desarrollo muscular, así como su función en general, también son producto de otras hormonas que ejercen una profunda influencia sobre la composición de las fibras musculares, estas hormonas son producidas durante la etapa reproductiva del organismo y su órgano blanco son las gónadas (ovarios y testículos). Uno de los principales efectos de éstas hormonas es en las hembras del mamífero, las cuales presentan el llamado ciclo estral (similar al ciclo menstrual de las hembras humanas; Fig. 7). El ciclo estral en las ratas hembra tiene una duración de entre 4 y 6 días; se divide en cuatro etapas: estro, metaestro, diestro y proestro. Cada una de estas etapas se caracteriza por cambios hormonales . Figura 7. Comparación de las diferentes fases menstruales y el ciclo estral con respecto a las hormonas presentes Durante la etapa de estro ocurre la ovulación y es en esta etapa cuando la hembra acepta al macho, lo cual aumenta la probabilidad de que ésta sea fecundada. En esta etapa se incrementa significativamente la cantidad de hormona luteinizante (LH), la citología exfoliativa se caracteriza por la presencia abundante de células cornificadas y flujos vaginales abundantes. La fase de meta-estro ocurre poco después de la ovulación. Se forma el cuerpo lúteo debido a la presencia de la hormona progesterona, la citología exfoliativa se caracteriza por la presencia de numerosos leucocitos y algunas células cornificadas. El diestro, es la más larga de las fases. La actividad del cuerpo lúteo maduro, que inició después de la ovulación, se incrementaconsiderablemente durante esta fase. Las hormonas progesterona y estrógeno incrementan su concentración; esta fase también se caracteriza porque la mucosa vaginal es delgada y la observación microscópica de un frotis vaginal muestra que los leucocitos son las células más abundantes. La fase denominada proestro, es una etapa de preparación, corresponde al periodo de crecimiento folicular, se inicia con la regresión del cuerpo lúteo y culmina con la aparición del estro. Se caracteriza por un incremento en la concentración de hormona folículo-estimulante (FSH) y por la presencia de células epiteliales nucleadas en el frotis vaginal. Éstas pueden presentarse aisladas o agregadas en placas (Palomar, 2005). A pesar de que es bien conocido el efecto de las hormonas sobre el dimorfismo sexual de los mamíferos, hasta el momento se carece de estudios sistemáticos que permitan conocer si las variaciones hormonales, ocurridas durante el ciclo estral de la rata hembra, provocan cambios en la actividad contráctil del músculo esquelético de ésta, especialmente cuando es sometida a dietas restringidas. Antecedentes Siendo el músculo esquelético el tejido más abundante (40% aproximadamente con respecto al peso total del organismo), así como la mayor reserva de proteínas en el cuerpo de los mamíferos, no es sorprendente que numerosos investigadores se hayan interesado en estudiar las alteraciones provocadas por una alimentación deficiente, en cantidad o en calidad, sobre éste. Desafortunadamente, es muy difícil estudiar los efectos provocados por la desnutrición sobre el ser humano, debido a la dificultad de separar las variables nutricionales de las condiciones de insalubridad (que provocan infecciones frecuentes) y de privación psicosocial (ocasionada por la ignorancia y las condiciones sociales adversas), así como de los factores genéticos y de los contaminantes ambientales (por ejemplo el plomo) que prevalecen en los países pobres (Sigman y cols., 1989; Brown y Pollit, 1996). Por tal razón, numerosos estudios de los efectos provocados por la desnutrición sobre la morfología y/o la función del sistema nervioso han sido efectuados en modelos animales, siendo la rata una de las especies más utilizadas. La rata albina, Rattus norvergicus, es un animal altricial, (al igual que el humano, nace inmaduro y completa su desarrollo en el periodo postnatal temprano), de fácil manejo y tiene un ciclo de vida corto, lo cual favorece el registro y el análisis de los efectos provocados por cierto tratamiento (en este caso, la deficiencia alimenticia), sobre las características anatómicas y/o las propiedades funcionales de cierto órgano o tejido en las diferentes etapas de la vida del animal. En la actualidad se cuenta con algunos estudios efectuados en animales macho, y en ellos se ha establecido que al alimentarlos con dietas deficientes, lo primero que se observa es una disminución en su peso corporal (Russell y cols., 1984b; Ihemelandu, 1985), y ésta ha sido asociada con la disminución en el diámetro, la longitud y el número de fibras musculares presentes en los músculos de los organismos desnutridos (Hegarty y Kim, 1981). Además se ha reportado que disminuye la proporción de fibras glucolíticas (de sacudida rápida) y aumenta el porcentaje de fibras oxidativas (de sacudida lenta; Russell y cols., 1984a y b; Ihemelandu, 1985). Además se ha mostrado que los músculos de sacudida rápida (pero no los de sacudida lenta), de animales alimentados con dietas deficientes, han mostrado un incremento en los tiempos de contracción y de relajación (Russell y cols., 1984b), así como en la fuerza desarrollada por gramo de tejido (Wareham y cols., 1982), por lo que se ha propuesto que la restricción alimenticia afecta principalmente a las fibras musculares con metabolismo glucolítico, esto es aquellas fibras que se contraen y se relajan con rapidez al ser estimulados por un pulso único de voltaje (Segura, 2003). En el cuanto del músculo esquelético de las hembras, la mayor parte de las investigaciones se han efectuado en humanos y están asociados con el desempeño de atletas de alto rendimiento. Por esta razón un alto porcentaje de los reportes están relacionados con la resistencia a la fatiga, encontrándose que los estrógenos tienen características antioxidantes que amortiguan la acción de las especies reactivas de oxígeno (ERO) y esto confiere a los músculos femeninos una mayor resistencia a la fatiga (Tiidus, 2000; Janse de Jonge, 2003). Además se ha reportado que los tiempos de contracción y de relajación, así como la fuerza máxima desarrollada por un grupo de mujeres, no se ven influenciados por la variación hormonal ocurrida durante el ciclo menstrual (Janse de Jonge, 2003). No obstante, no se cuenta con estudios formales que muestren el efecto que provocan los cambios hormonales ocurridos durante el ciclo uterino, sobre las propiedades contráctiles del músculo esquelético y menos aún sobre las alteraciones provocadas por una alimentación deficiente en cantidad (desnutrición) o en calidad (malnutrición) sobre la función contráctil de dicho músculo en animales hembra. Estudios morfológicos, también realizados en la rata como modelo experimental, muestran que los músculos de sacudida rápida son los más afectados por la restricción alimenticia tanto en machos como en hembras (Howells y cols., 1979; Mallinson y cols., 2007), pero los músculos de las hembras presentaron cierta resistencia a la desnutrición, ya que la reducción observada en el número total de fibras contenidas en el músculo Extensor Digitorum Longus (EDL), así como la disminución en la proporción de fibras de sacudida rápida y en el área de sección transversal de éstas fue menor que la encontrada en el mismo músculo de animales macho (Howells y cols., 1979). Estos resultados nos permiten suponer que los músculos de las hembras son más resistentes a las deficiencias alimentarias, que los de animales machos. En resumen, los hasta el momento han permitido establecer que: 1. La alimentación deficiente provoca mayores alteraciones sobre los músculos de contracción rápida, que sobre los de sacudida lenta (Segura, 2003). 2. Los músculos de contracción rápida de los organismos machos, presentaron mayores alteraciones, tanto morfológicas como funcionales, que los reportados para las ratas hembras. Por lo anterior, consideramos de sumo interés conocer los efectos provocados por la desnutrición sobre las propiedades contráctiles del músculo de sacudida rápida de la rata hembra, durante las diferentes fases del ciclo estral. Como parte inicial de este trabajo se considera pertinente realizar un estudio en hembras adultas que se encuentren en fase de estro, debido a que en esta etapa, la hembra está en condiciones de aparearse y su producción hormonal es intensa y probablemente es el momento de mayores diferencias, respecto del macho. Por tal razón nos hemos planteado los siguientes objetivos: Objetivos: Objetivo General: 1) Conocer las alteraciones causadas por la desnutrición, sobre el músculo extensor digitorum longus (EDL; de sacudida rápida) de la rata hembra de 90 días de edad postnatal. Objetivos Particulares: 1) Establecer las alteraciones causadas por la desnutrición sobre los pesos: corporal y del músculo EDL, en ratas hembra control y sometidas a restricción alimentaria. 2) Establecer las alteraciones provocadas por la desnutrición sobre la amplitud y el curso temporal de la sacudida simple del músculo EDL de ratas hembras. 3) Determinar si la desnutrición crónica altera la amplitud de la contracción tetánica del músculo EDL de la rata hembra. 4) Establecer el efecto de la desnutrición sobre la frecuencia de fusión de la contracción mecánica, del músculo EDL de la rata hembra. 5) Determinar si la desnutriciónprovoca alteraciones en el incremento de la tensión, durante la estimulación del músculo EDL con frecuencias crecientes. Metodología: Los experimentos fueron realizados en ratas adultas (Rattus norvergicus), de la cepa Wistar, cuyas madres (desde tres semanas antes del apareamiento) fueron agrupadas al azar en dos lotes: a) Grupo control. Este grupo de ratas y sus crías tuvieron libre acceso al agua y al alimento durante toda la fase experimental. b) Grupo desnutrido. Desde tres semanas previas al apareamiento y durante los períodos de gestación y lactancia se alimentó a las madres con el 50% de la cantidad de alimento que en promedio, ingerían las ratas control. A partir del destete (día 30 postnatal), las crías también fueron alimentadas con el 50% de la cantidad de alimento que en promedio, ingieren las crías control de edades semejantes (Bedi y cols. 1982). Cabe señalar que a todos los animales se les proporcionó agua ad libitum, y que el día del parto (día cero postnatal) todas las camadas se ajustaron a 9 crías. Procedimientos quirúrgicos. El registro de la actividad contráctil del músculo EDL de las crías control y desnutridas, se efectuó in vivo cuando estás alcanzaron los 90 días de edad post- natal. Los animales fueron anestesiados con uretano (1.6 g/kg de peso; Segura 2003), aplicado por vía intra-peritoneal. El músculo EDL fue expuesto mediante incisiones longitudinales en la piel de ambas extremidades posteriores y se identificó siguiendo las indicaciones anatómicas de Popesko y cols (1992), teniendo especial cuidado en mantener intacta la circulación sanguínea durante todo el experimento. El tendón localizado en la parte distal del músculo en estudio fue atado con un hilo resistente e indeformable a un miógrafo isométrico (Grass, FT 03B), conectado a un amplificador (Grass modelo RPS 107) y éste, a su vez a un osciloscopio (Tektronix modelo TDS 460A) y a una computadora en la cual los datos fueron capturados y almacenados para su posterior análisis (fig. 5). Para evitar la aparición de artefactos de índole mecánico durante los registros, tanto la pelvis como la parte distal de la tibia fueron fijadas firmemente a la tabla de disección, con alfileres de acero inoxidable. Los músculos se mantuvieron en un ambiente húmedo mediante el goteo constante de solución Hartmann (cloruro de sodio, 600g; cloruro de potasio, 0.030g; cloruro de calcio dihidratado, 0.020g; lactato de sodio, 0.310g; agua inyectable, 100ml), la temperatura del animal se mantuvo constante mediante calor radiante, durante todo el experimento. Es conveniente aclarar que para que las fibras musculares puedan desarrollar tensión sobre una articulación, es necesario que los elementos elásticos en serie y en paralelo que los unen al hueso (tendones que lo unen al hueso y tejido conectivo que lo rodea, respectivamente), estén parcial o totalmente estirados (Hill, 1938; Huxley y Niedergerke, 1954; Huxley y Hanson, 1954). Para estirar a los elementos elásticos antes mencionados y así evitar que su presencia enmascare la actividad del elemento contráctil, es necesario llevar al músculo en estudio a distintas longitudes, alrededor de aquella que el éste tiene cuando se encuentra en reposo y está unido al hueso (longitud de reposo). Cuando el músculo se encuentra a cada una de estas longitudes, éste se estimula con un pulso de voltaje (de intensidad supramáxima) y se cuantifica la tensión desarrollada a cada una de tales longitudes. La longitud óptima es aquella a la cual el músculo en estudio, desarrolla la máxima tensión; esto es aquella a la que se obtiene el pico de contracción más alto. Con base en lo anterior, todos experimentos reportados en este trabajo se realizaron con el músculo mantenido a su longitud óptima. Estimulación y registro. Para provocar la sacudida simple y la respuesta tetánica del músculo bajo estudio, se utilizó un par de electrodos de estimulación que se colocaron sobre la superficie de éste y se aplicarón pulsos eléctricos únicos o trenes de pulsos con frecuencias crecientes (1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 y 100 Hz) durante tres segundos (West y cols., 1999; Park y cols., 2003). Como ya se mencionó, las respuestas contráctiles antes señaladas fueron capturadas y almacenadas en una computadora y posteriormente fueron analizadas mediante el programa WaveStar. Este programa cuenta con cursores, verticales y horizontales, que permiten medir la duración y la amplitud de la fuerza desarrollada por el músculo en estudio (fig. 8). Figura 8. La actividad contráctil del músculo EDL fue provocada mediante pulsos de corriente de intensidad supramáxima, aplicados a dicho músculo mediante un par de electrodos (E). La frecuencia de estimulación, así como la intensidad y duración fueron se controlaron, mediante un generador de pulsos (G) y una unidad aisladora (UA), respectivamente. La actividad mecánica del músculo en estudio se registró a través de un miógrafo isométrico (M), conectado a un osciloscopio y a una computadora (C), en la cual se almacenaron los datos para su posterior análisis. Cabe señalar que para poder registrar la tensión desarrollada por los elementos contráctiles, fue necesario que los elementos elásticos en serie y en paralelo que los unen al hueso (tendones) o que los rodean (tejido conectivo), estuvieran parcialmente estirados (Barclay, 1996; Huxley, 2007; Kernell, 2000); por tal razón, antes de iniciar el registro de la tensión desarrollada por el músculo en estudio, éste fue estirado hasta encontrar la longitud óptima, esto es, aquella a la cual el músculo desarrolló su tensión máxima durante una sacudida simple. Tal longitud óptima se mantuvo durante todo el experimento. Al finalizar los registros de la mecánica muscular, el músculo en estudio fue separado del animal, (previamente sacrificado mediante dislocación cervical) y pesado (peso húmedo) con el objeto de calcular posteriormente la tensión por gramo de tejido. Análisis de datos. Después de los experimentos se determinaron los siguientes parámetros de las respuestas contráctiles: a) tiempo al pico, b) tiempo medio de relajación, c) frecuencia de fusión de la respuesta contráctil, d) tensión al pico de la sacudida simple, e) tensión máxima desarrollada durante la contracción tetánica, f) tensión desarrollada en respuesta a la estimulación con frecuencias crecientes. Los datos obtenidos se sometieron a una prueba estadística de t de Student, con el objeto de determinar las posibles diferencias entre los grupos control y desnutrido (Mckillup, 2006). Resultados Nuestros resultados muestran que las ratas hembras sometidas a desnutrición crónica presentaron una disminución significativa en los pesos corporal y del músculo EDL, comparativamente con las ratas control (figura 9A y B). También la longitud de dicho músculo se redujo significativamente (figura 9C). La disminución registrada en las dimensiones (peso y longitud) de los músculos de animales desnutridos podría ser ocasionada por la incapacidad de éstos, para sintetizar proteínas (Dwyer y cols., 1995), o bien porque la relación síntesis/degradación de proteínas se ve alterada con el objeto de incorporar dichas elementos musculares a vías metabólicas relacionadas con el metabolismo energético del animal (Fiorotto y cols., 2000). Por lo anterior es posible proponer que cuando el organismo es sometido desnutrición crónica, emplea fuentes alternas para obtener energía y una de ellas es la incorporación de las proteínas musculares al metabolismo del animal, en lugar de utilizarlas para aumentar la masa muscular. Figura 9. La desnutrición crónica reduce significativamente el peso corporal (A) y del músculo EDL (B). La longitud del músculo también se redujo significativamente (C). Cada barra es el promedio de 13 animales, los asteriscos indicandiferencias estadísticamente significativas (t de Student, p<0.01). TENSIÓN DESARROLLADA DURANTE LA SACUDIDA SIMPLE Y LA CONTRACCIÓN TETÁNICA. La fuerza generada por un músculo completo depende de su tamaño y de su peso (los músculos de mayor tamaño y peso desarrollarán más tensión que aquellos de menores dimensiones), esto dificulta la comparación entre la tensión desarrollada por músculos de diferentes dimensiones; por lo que en el presente trabajo se normalizó la tensión desarrollada por los músculos de animales control y desnutridos con respecto a un gramo de peso húmedo. Los resultados obtenidos muestran que tanto durante la sacudida simple como durante la contracción tetánica (figura 10A y B) el músculo EDL de ratas hembras desnutridas con 90 días de edad postnatal, desarrollan la misma tensión por gramo de tejido que las hembras alimentadas con una dieta balanceada. Esto significa que los músculos rápidos de animales alimentados con dietas deficientes cumplen cabalmente con su función, a pesar de que presentan un peso y una longitud inferior a los de animales control. No obstante, los mecanismos bioquímicos y/o moleculares asociados a este proceso de adaptación aún no son conocidos, aunque este resultado nos permite suponer que en términos generales estos no se encuentran alterados en las hembras. Figura 10. El músculo EDL de ratas hembras desnutridas crónicamente desarrolla la misma tensión (N/g de músculo; t de Student; p>0.05) que el mismo músculo de ratas control, a pesar de tener menor peso y longitud. Cada barra representa el promedio de 13 animales. Por otro lado, nuestros resultados difieren de lo reportado por otros autores quienes encuentran que las ratas macho adultas, alimentadas con dietas hipocalóricas, desarrollan mayor tensión/g de tejido húmedo que los animales control y proponen que los animales desnutridos compensan la disminución en el tamaño y la longitud muscular volviendo más eficiente su actividad contráctil (Wareham y cols, 1982, Martínez-Pantoja, 2001; Sampedro, datos no publicados). Este proceso de adaptación, permitirá que los animales machos puedan competir (por alimento, espacio, pareja, etc.) y sobrevivir en un medio adverso (Fiorotto y cols., 2000, Martínez-Pantoja 2001). Para las ratas hembra en cambio, el desarrollo de fuerza no parece ser tan importante como para los animales machos, ya que como puede observarse en la figura 11, los machos control de 90 días de edad postnatal, desarrollan mayor fuerza por gramo de tejido que las hembras de la misma edad. Figura 11. Las ratas macho control, de 90 días de edad postnatal (datos tomados de Sampedro, comunicación personal), desarrollan mayor tensión (N/g de tejido), que los animales hembra de la misma edad (Sampedro-Mejía, datos no publicados). CARACTERÍSITCAS CONTRÁCTILES DEL MÚSCULO EDL: A) Tiempos de contracción y de relajación El registro mecánico de una sacudida simple isométrica, muestra un incremento rápido en la tensión, seguido de una fase de relajación más lenta, tras la cual se restablece la tensión inicial. Comparativamente con el breve curso temporal del potencial de acción (entre 1 y 3 ms), el tiempo necesario para efectuar una sacudida muscular es muy grande (entre 10 y 100 ms, dependiendo del tipo de músculo). Esto se debe a la presencia de los tendones y otros elementos elásticos, cuya resistencia debe ser vencida por los elementos contráctiles (Kernell, 2000), así como al tiempo requerido para recapturar al ión calcio hacia el interior del retículo sarcoplásmico. Esta característica de la contracción muscular provoca que durante la estimulación repetitiva, cada fibra muscular sea activada de nueva cuenta, antes de que ésta se relaje completamente. Dependiendo de la frecuencia de estimulación, la fuerza producida por cada una de las sacudidas individuales se sumará hasta alcanzar una meseta. Esta forma de respuesta a la estimulación eléctrica repetitiva se denomina contracción tetánica o tétanos. Durante una contracción tetánica, el músculo desarrolla su fuerza máxima, debido a que cada fibra muscular presenta el número máximo de puentes cruzados que las miofibrillas son capaces de formar (Kernell, 2006). Si consideramos que cada músculo esquelético está constituido por una mezcla de fibras musculares con diferentes características contráctiles (de sacudida rápida o de sacudida lenta), es evidente que la velocidad de contracción de un músculo completo refleja en forma indirecta el número y la proporción del tipo de fibras que contiene. En ratas adultas, el músculo extensor digitorum longus (EDL) tiene una mayor proporción de fibras del tipo II y por lo tanto se contrae y relaja más rápidamente que los músculos posturales de sacudida lenta, como el soleo, que tienen una mayor proporción de fibras tipo I, (Kandel y cols., 1997); por esta razón, en el presente trabajo cuantificamos el tiempo al pico y el tiempo medio de relajación durante una sacudida simple, así como la frecuencia a la cual se fusiona la respuesta mecánica durante la estimulación repetitiva, en la rata hembra, de 90 días en fase de estro. Figura 12. El músculo EDL de ratas hembra desnutridas crónicamente presenta un incremento en los tiempos de contracción (A) y relajación (B) así como en la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica (C). n= 13 animales Nuestros resultados muestran, que el tiempo requerido para alcanzar la tensión máxima (figura 12A), así como el tiempo medio de relajación (figura 12B) durante una sacudida simple y la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica (figura 12C), tienden a ser mayores para los músculos de animales desnutridos; sin embargo estos cambios no son estadísticamente significativos, esto nos permite sugerir que el músculo EDL de las ratas hembra, desnutridas crónicamente no alteró significativamente la proporción de fibras de sacudida rápida y de sacudida lenta, respecto al mismo músculo de animales control., Este resultado, difiere de lo reportado por otros autores (Wareham y cols, 1982, Martínez-Pantoja, 2001, Bissonnette y Jeejeebhoy, 1998), quienes encuentran que los músculos rápidos (como el EDL) de animales machos, alimentados con dietas deficientes, presentan una mayor proporción de fibras de sacudida lenta. Estos autores también reportan que los músculos de contracción lenta (como el soleo), no presentan cambios significativos en los animales desnutridos, comparativamente con los organismos control y sugieren que las dietas deficientes afectan especialmente a las fibras de sacudida lenta. Los mecanismos bioquímicos y/o metabólicos asociados a las alteraciones reportadas para los músculos de sacudida rápida, se desconocen hasta el momento. B) Respuesta a frecuencias crecientes de estimulación Por otra parte, la respuesta del músculo en estudio a la estimulación con frecuencias crecientes muestra que el desarrollo de tensión es semejante en las hembras control y en las desnutridas crónicamente (figura 13), ya que ambos lotes incrementan rápidamente la fuerza (N/g de tejido) desarrollada en respuesta al aumento en la frecuencia de estimulación, alcanzando el máximo a los 40 Hz; y a pesar de que el aumento en la tensión desarrollada bajo este patrón de estimulación es menor en las ratas desnutridas que en los organismos control, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre ambas curvas (ANOVA simple p>0.05). Figura 13. En respuesta a la estimulación con frecuencias crecientes, el músculo EDL (de sacudida rápida) incrementa gradualmente la tensión desarrollada, hasta alcanzar un máximo a los 40Hz. Los músculos de las hembras control tienden a desarrollar más tensión que los de los organismos crónicamente, pero este incremento carece de significancia estadística (ANOVA simple; p>0.05).Cada punto representa el promediode 10 músculos, las barras verticales indican el error estándar. En resumen, nuestros resultados muestran que la desnutrición crónica no modificó las características contráctiles del músculo EDL ni durante una sacudida simple (tiempos de contracción y de relajación), ni al ser estimulado con frecuencias crecientes (frecuencia de fusión e incremento de la tensión en función de la frecuencia de estimulación) en las ratas hembras de 90 días de edad postnatal, en fase de estro y difieren de lo reportado para las ratas macho de la misma edad y condición, donde se ha reportado que los organismos desnutridos desarrollan más tensión/g de tejido en comparación con las ratas control. Discusión Es bien sabido que el músculo esquelético es el tejido más abundante del cuerpo de los vertebrados, ya que corresponde a casi el 40% del peso total del organismo. Así mismo, este tejido representa la mayor parte de las reservas proteínicas de estos animales; por este motivo numerosos investigadores han mostrado interés en estudiar las alteraciones provocadas por una alimentación deficiente sobre las características morfológicas y sobre las propiedades contráctiles del músculo esquelético de los mamíferos. Uno de los cambios más evidentes en los animales alimentados con dietas deficientes es una notable disminución en su peso corporal, como se muestra en la figura 9A. Este mismo resultado ha sido reportado por otros autores (Russell y cols., 1984; Ihemelandu, 1985) quienes lo han asociado con un decremento en el diámetro y en la longitud de las fibras musculares que constituyen el músculo de los organismos desnutridos (Hegarty y Kim, 1981). Cabe señalar que los autores antes señalados realizaron sus experimentos en ratas machos y que sus hallazgos coinciden con los reportados en esta tesis, utilizando ratas hembras (en fase de estro, con 90 días de edad postnatal). Así mismo, estos resultados podrían indicar que la desnutrición crónica altera la relación síntesis/degradación de proteínas, ya sea porque provoca una disminución en la síntesis o un bien porque en los animales desnutridos se incrementa la degradación de las proteínas musculares (Fiorotto y cols., 2000), con el objeto de incorporar dichos elementos musculares a vías metabólicas, relacionadas con el metabolismo energético de los animales. Por otra parte, los organismos experimentales no presentaron malformaciones debido a la reducción de la longitud y grosor de sus tejidos musculares, sino que son una versión a escala de los organismos controles los cuales fueron alimentados normalmente (figura 14). La relación peso muscular (PM)/ peso corporal (PC) multiplicada por 100, nos permite conocer la proporción del peso total del animal, aportado por el músculo en estudio. En el caso de las hembras adultas (fase de estro), esta relación es estadísticamente igual (t de Student, p>0.05, n=13) para los animales control y desnutridos y esto corrobora que el cuerpo de las hembras control disminuye proporcionalmente la magnitud de sus componentes, respecto de los organismos control. Figura 14.- La relación (PM)/ (PC) * 100, muestra una relación isométrica entre el peso total de la rata hembra con respecto al peso corporal de la misma (t de Student, p>0.05) Cada barra es el promedio de 13 animales, las líneas verticales representan el error estándar. Sin embargo, las características contráctiles registradas en el músculo rápido de las ratas hembra, sometidas crónicamente a dietas deficientes, son distintas a las reportadas para los machos, ya que las primeras desarrollaron la misma tensión por gramo de tejido, tanto durante la sacudida simple como durante la contracción tetánica, que las hembras control de la misma edad y en la misma fase del ciclo estral. Esto contrasta con lo reportado por otros investigadores (Wareham y cols.,1982; Martínez-Pantoja, 2001), quienes encuentran que en los machos desnutridos, de diferentes edades postnatales, existe un incremento en la fuerza desarrollada por gramo de tejido, lo cual ha sido interpretado como un mecanismo de adaptación que permitirá al músculo rápido de los machos desnutridos cumplir correctamente con su función, a pesar de tener un peso y una longitud significativamente menor que de los músculos de animales alimentados con dietas balanceadas (Segura, 2003). No obstante, los resultados obtenidos para el músculo EDL de hembras desnutridas crónicamente nos permiten sugerir que éstas no presentan el mismo mecanismo de adaptación que los machos; ya que estos deben competir por alimento, por territorio o por pareja. En tanto que para las hembras posiblemente, sea más importante preservar el nido o alimentar a las crías, y esta situación nos permite suponer que estos organismos deben presentar adaptaciones que les permitan sostener una posición fija durante tiempos prolongados más que realizar movimientos rápidos. Esto significa que las hembras alimentadas con dietas restringidas, podrían presentar modificaciones encaminadas a mantener la contracción de sus músculos por períodos prolongados (sin experimentar fatiga), que a desarrollar gran cantidad de fuerza. En este sentido, se ha reportado que las hembras adultas, alimentadas con dietas balanceadas, presentan mayor resistencia a la fatiga que los machos de la misma edad y alimentados con dietas similares, debido a que los estrógenos actúan como poderosos antioxidantes que permiten sostener la tensión muscular por largos períodos de tiempo. Este resultado nos permite suponer que los mecanismos de adaptación ocurridos en las hembras sometidas a restricción alimentaria deben encaminarse a sostener la actividad mecánica de sus músculos, sin experimentar fatiga y nos lleva a proponer la realización de estudios de tipo histo-químico que nos permitirán conocer si la desnutrición provoca una redistribución en el tipo de fibras musculares (rápidas, lentas e intermedias), como se ha reportado en la rata macho (Ruíz-Rosado, 2008). También es necesario efectuar el registro de la actividad mecánica asociada con la generación de fatiga muscular, con el objeto de establecer si los músculos rápidos de las ratas hembra son más resistentes a la fatiga que los músculos de los machos y si alimentación crónica con dietas deficientes, provoca una disminución en la fatiga muscular tanto en machos (Ruíz-Rosado, 2008) como en hembras. Por otra parte, tanto en los estudios realizado en rata macho (Wareham y cols., 1982; Martínez-Pantoja, 2001; Bissonnette y Jeejeebhoy, 1998), como en los reportados en este trabajo para la rata hembra, se muestra que el tiempo de contracción, el tiempo medio de relajación y la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica son estadísticamente iguales en los grupos control y desnutrido. Estos resultados no guardan relación con los reportes de tipo histoquímico o inmunohistoquímico en los que se muestra un incremento en la proporción de fibras con metabolismo oxidativo (de sacudida lenta, no fatigables) y/o con metabolismo glucolítico-oxidativo (rápidas resistentes a la fatiga), en los músculos de organismos desnutridos (Ruíz-Rosado, 2008), ya que esta redistribución del tipo de fibras presentes en los músculos rápidos de animales (machos o hembras) desnutridos, provocaría un incremento en el tiempo medio de relajación, una disminución en la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica y probablemente un aumento en el tiempo al pico. Todo lo anterior nos plantea la necesidad de realizar estudios de tipo bioquímico o metabólico, que conjuntamente con los registros de actividad mecánica y las observaciones morfológicas, permitirán conocer los mecanismos bioquímicos o moleculares asociados a este proceso de adaptación ocurridos en los músculos esqueléticos de los organismos desnutrido. Conclusiones 1. La desnutrición crónica provocala disminución en el peso corporal de las ratas hembras de 90 días de edad postnatal, en fase de estro, comparativamente con el registrado en ratas hembras control de la misma edad y en la misma fase del ciclo estral. 2. El peso y la longitud del músculo EDL de las ratas hembras (90 días de edad, en fase de estro), alimentadas crónicamente con dietas deficientes, decrecen significativamente con respecto a los organismos control (misma edad y misma fase del ciclo estral) 3. La desnutrición crónica no modificó la tensión (N/g tejido húmedo) desarrollada durante la sacudida simple o la contracción tetánica, por el músculo EDL de ratas hembras (adultas, en fase de estro) 4. El tiempo al pico y el tiempo medio de relajación, de la sacudida simple, no se modificaron en las hembras alimentadas crónicamente con dietas deficientes, con respecto a los organismos control. 5. La frecuencia de fusión de la respuesta mecánica es similar para el músculo EDL (de sacudida rápida) de ratas hembra control y desnutridas crónicamente. 6. La desnutrición crónica, tampoco modifica la frecuencia de fusión de la respuesta mecánica del músculo EDL de la rata hembra, en fase de estro. 7. El incremento de tensión, en respuesta a la estimulación con frecuencias crecientes, no mostró diferencias significativas en el músculo EDL de ratas hembra desnutridas con respecto a las controles. 8. En resumen, las ratas hembras adultas (desnutridas crónicamente), presentan mecanismos adaptativos distintos a los del macho, ya que para ellas no es necesario optimizar la fuerza desarrollada por gramo de tejido. 9. Lo anterior nos permite plantear la necesidad de diseñar experimentos que aporten información sobre la resistencia a la fatiga, en los músculos de contracción rápida de las ratas hembras alimentadas crónicamente con dietas deficientes. Literatura Citada Barclay CJ. 1996, Mechanical efficiency and fatigue of fast and slow muscle of the mouse. J Physiol. 497 (pt 3): 781 - 794. Bedi KS, Birzgalis AR, Mahon, M, Smarte JL y Wareham AC. 1982. Early undernutrition in rats. 1: Quantitative histology from underfed young and refed adult animals. Br. J. Nutr. 47: 417-431. Betanzos F, A.1999, “Alteraciones Producidas por la desnutrición en la mecánica contráctil de los músculos Tibial (Rápido) y Gastrocnemio (Mixto) de la rata Joven”. 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