Clase 3 -Biofisica 1- Biofisica Muscular

Vista previa del material en texto

Generalidades. 
• La biofísica muscular trata fundamentalmente sobre el 
musculo esquelético, estudia los aspectos, moleculares, 
eléctricos, mecánicos y energéticos. 
 
• Son órganos formados básicamente por tejido muscular, 
cuya función es de generar fuerza, a su vez esta puede 
traducirse en trabajo o en tensión. 
 
 
La contracción muscular puede dar como resultado: 
 
• Trabajo externo. 
 
• Postura al cuerpo. 
 
• Sostén contra la gravedad. 
 
• Producir calor. 
 
• ¨Transductor de energía química en energía mecánica.¨ 
 
 
• Convierte en fuerza el 25 a 30% de la energía consumida, el resto se 
transforma en calor. 
 
 
Tipos de tejido Muscular 
• Estriado esquelético 
• Estriado cardíaco 
• Liso visceral. 
Todos realizaran algún tipo de acción que se traducirá en trabajo mecánico 
Tipos de Tejido Muscular 
Tipo de 
Musculo 
Característica 
funcional 
Característica 
celular 
Transmisión 
de impulsos 
Esquelético Voluntario Estriada, 
filiforme, 
multinucleada 
Unión 
neuromuscular 
Cardiaco Involuntario Estriada, 
ramificada, 
uninucleada 
Discos 
intercalares 
Liso Involuntario Lisa, 
fusiforme, 
uninucleada 
Unión 
neuromuscular 
de célula a 
célula 
Clasificación del Musculo Esquelético 
Musculo Esquelético rápido 
 
• Se denomina también musculo blanco; su color es mas 
pálido por necesitar poco riego sanguíneo. 
 
• Su metabolismo es principalmente anaeróbico 
 
• Obtiene ATP por medio de la glucolisis. 
 
• Las fibras son de gran tamaño, con el retículo 
sarcoplasmático muy desarrollado. 
 
Musculo esquelético lento. 
• Llamado también musculo rojo, 
 
• Gran cantidad de mioglobina (proteína que almacena 
hierro, para la captación de oxigeno). 
 
• Posee metabolismo esencialmente aeróbico, con un 
gran numero de mitocondrias. 
 
• Las fibras son pequeñas y con abundante 
vascularización. 
-Fibras Lenta 
-Fibra Rápida 
Estructura del musculo esquelético. 
• Fibras Musculares: Haces paralelos de fibras musculares. Cada fibra es una célula muscular. 
 
• Epimisio: Es una capa fibrosa rodea y cubre al órgano muscular en conjunto. 
 
• Perimisio. Envolturas internas que rodea los haces o fascículos musculares. 
 
• Endomisio: Una delgada capa de tejido conectivo que rodea en sus extremos a cada célula o 
fibra muscular y se continua con la membrana celular ( Sarcolema). 
 
• Estas tres capas fibrosas se reúnen en los extremos y forman el tendón de inserción. 
 
• El tendón es de gran importancia, brinda apoyo para cuando el musculo se acorte ejerza 
fuerza sobre las estructuras. Función de palanca 
Si examinamos el corte transversal de un músculo esquelético observaremos que la 
masa del mismo está envuelta por un tejido conectivo elástico, resistente, llamado 
aponeurosis o fascia que se continúa con el tejido conectivo del tendón, mediante el 
cual se inserta al hueso. 
Fibras Menores de la célula Muscular 
Banda A Banda I Banda A Banda I 
Linea Z Linea Z 
La Miofibrilla 
Sarcomera 
La Miofibrilla y la Sarcómera. 
• La célula muscular esta formada por otras fibras 
menores, paralelas entre si, llamadas miofibrillas, estas 
presentas estriaciones transversales. 
 
• Se distinguen alternadamente franjas densas 
denominadas bandas A .Y se observa unas franjas mas 
claras llamadas bandas I. 
 
• En el centro de las bandas I, se observa unas líneas 
delgadas denominadas líneas Z. 
La Miofibrilla y la Sarcómera. 
• La sarcómera: unidad contráctil del musculo. Es el 
conjunto de estructura entre dos líneas Z. Tiene una 
longitud en reposo de aproximadamente 2 micras. 
 
• La miofibrilla: Esta compuesta por sarcomeras adosadas 
en serie una junta a otra. 
 
 
 
 
Fig.: Corte 
histológico de 
tejido 
muscular 
esquelético. 
Tejido muscular 
estriado 
(esquelético) 
Estriacion
es 
transversal
es 
Corte 
longitudinal 
Corte 
transversal 
Fibras 
musculares 
Miofilamentos de la sarcómera. 
• La Mayor densidad de la banda A se debe a que poseen 2 proteínas 
filamentos de actina y miosina. 
 
• En cambio la menor densidad de las bandas I se debe a que solo poseen 
filamentos de actina. 
 
Actina: tienen una longitud de 1 micra y se fijan en las líneas Z, a las que 
dan origen. En estado de reposo sus extremos no se tocan. Dejando una 
zona mas clara dentro de la banda A, llamada línea H.( Mas delgado y de 
menor peso molecular que la miosina) 
 
Miosina: tienen una longitud igual al ancho de la banda A, de 1,6 micras, 
ocupan la parte central de la sarcómera, sus extremos no tocan la línea Z. 
Están sostenidos por una proteína no filamentosa (titina), esta proteína 
regula la longitud de la sarcómera. 
Características moleculares de los filamentos contráctiles. 
Miosina: Formada por 6 cadenas polipeptidicas, 2 cadenas pesadas 
entrelazadas entre si que forma la cola (doble hélice). El extremo de 
cada una de estas cadenas se pliegan bilateralmente para formar la 
cabeza. 
 4 cadenas ligeras forman parte de la cabeza de miosina, ayudan 
a controlar la función durante la contracción. 
 
 
Actina: .( Mas delgado y de menor peso molecular que la miosina) 
están formados por actina, tropomiosina y troponina. 
Están enroscadas en una hélice de la misma manera que la molécula 
de miosina. 
Tropomiosina: Moléculas enrolladas en espiral, alrededor de la hélice 
actina. ¨ En reposo recubren los puntos activos de la hebra de actina¨ de 
modo que no se pueda producir la atracción entre filamento de actina y 
miosina. 
Troponina: complejo de 3 subunidades unidas entre si: 
Troponina I: Gran afinidad por la actina 
Troponina T: Gran afinidad por la Tropomiosina 
Troponina C: Gran afinidad por los iones calcio 
 
 
 
 
Unidad Motora.( Placa Motora) 
Unión neuromuscular. 
 
Las fibras del músculo esquelético están inervadas por fibras 
nerviosas mielinizadas grandes que se originan en las motoneuronas 
grandes de las astas anteriores de la médula espinal. 
 
Todas las fibras nerviosas, después de entrar en el vientre muscular, 
normalmente se ramifican y estimulan entre tres y varios cientos de fibras 
musculares esqueléticas. 
 
Cada terminación nerviosa forma una unión (Sinapsis), 
denominada unión neuromuscular, con la fibra muscular cerca 
de su punto medio. 
Unidad Motora.( Placa Motora) 
Unión neuromuscular 
• Es el conjunto formado por la fibra nerviosa y las fibras 
musculares a las que inerva. 
• La cantidad de fibras musculares incluidas en una unidad motora 
es determinante de la habilidad del musculo: 
• En los músculos más hábiles como los de las cuerdas vocales 
cada fibra nerviosa inerva solamente a dos o tres fibras 
musculares ( tres a cinco en los músculos oculares). 
• En los músculos torpes como los del tronco, una sola fibra 
nerviosa controla a miles de fibras musculares, motivo por el cual 
la respuesta es masiva y no graduada. 
Anatomía de la Placa Motora 
Partes : 
-Botón presináptica. (Neurona) 
-Hendidura Sináptica 
-Botón Postsinaptica (Musculo) 
Mecanismo de la contracción muscular. 
• 1.- Un potencial de acción viaja a lo largo del axón de una 
neurona motora hasta sus mismas terminaciones en las 
fibras musculares. 
• 2.- En cada terminación axonal se libera el neurotransmisor 
acetilcolina. 
• 3.- La acetilcolina actúa sobre una pequeña área del 
sarcolema abriendo múltiples canales de Na+ con puerta 
química. 
• 4.- Lo anterior provoca la entrada de grandes cantidades de 
Na+ al interior de la fibra muscular. Esto inicia un potencial 
de acción en la fibra muscular. 
• 5.- El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana 
sarcolémica de igual manera que viajan los potenciales de 
acción a lo largo de un axón. 
 
• 6.- El potencial de acción despolariza toda la membrana 
sarcolémica y gran parte de este fenómeno despolarizante se 
propaga también por la membrana de los túbulos T, 
despolarizándola, de forma que el potencial de acción se 
propague en profundidad dentrode la fibra muscular hasta las 
tríadas y cisternas del retículo sarcoplásmico. Como resultado, se 
abren en las membranas del retículo sarcoplásmico canales de 
Ca2+que liberan grandes cantidades de este ión, que estaban 
“secuestradas” en su interior. 
 
• 7.- Los iones Ca2+ se combinan con el complejo de la troponina 
originando fuerzas de atracción entre, los filamentos de actina y 
miosina, haciendo que se deslicen entre sí, constituyendo esto el 
proceso de contracción muscular. 
 
• 8.- Fracciones de milisegundos después, los Ca2+ son 
“bombeados” de nuevo al interior del retículo sarcoplásmico 
donde quedarán almacenados hasta la llegada de otro potencial 
de acción al músculo; la retirada del Ca2+de las miofibrillas al 
retículo provoca la terminación de la contracción muscular. 
 
MECANISMO ÍNTIMO DE LA CONTRACCIÓN 
MUSCULAR 
Aquí podemos observar la mayor parte de los eventos secuenciales señalados desde el 1 al 6 en la 
diapositiva anterior. Nótese que la onda despolarizante del potencial de acción que llega por el axón 
motor al sarcolema, ocasiona liberación de acetilcolina y ésta, a su vez, origina otro potencial de acción 
en el sarcolema, que se propaga, como indican las flechas, por toda su extensión, incluyendo la 
membrana de los túbulos T, que no son más que una extensión del sarcolema hacia adentro. La 
despolarización del túbulo T, provoca salida de Ca2+del retículo sarcoplásmico, el cual cae “como una 
lluvia” sobre las miofibrillas y especialmente sobre los Miofilamentos de actina. 
Axón de 
motoneurona 
Acetilcolin
a 
La liberación de acetilcolina en la 
placa neuromuscular ocasiona un 
potencial de acción que se propaga 
desde aquí por toda la membrana 
sarcolémica. 
Etapas del mecanismo de trinquete, 
• 1- Una molécula de ATP Se une a la miosina. Esto modifica la afinidad entre 
actina y miosina y ambos filamentos comienzan a separarse 
• 2- Inmediatamente después el ATP comienza a desdoblarse, pero sin 
separarse totalmente el ADP del Pi fosforo inorgánico. La energía química 
almacenada aun no es liberada. 
• 3- La cabeza del puente cruzado recupera su forma y su posición anterior y 
se une a un sitio en la actina. La unión es débil 
• 4-El ATP se desdobla completamente ADP + PI, el PI fosforo inorgánico se 
libera y en este estado la unión entre actina y miosina es fuerte. Se libera la 
energía del ATP 
• 5- Se expulsa el ADP, que había estado alojado en una cavidad denominada 
bolsillo metabólico y se produce el golpe activo que mueve el filamento de 
actina otro paso hacia el centro de la sarcómera 
• 6- Una molécula de ATP se une a la miosina. Actina y miosina se separan por 
la adición de una nueva molécula de ATP y se repite el ciclo. 
 
Papel del calcio en la contracción 
muscular 
• En el mecanismo químico de la contracción el aumento del 
ion calcio en la sarcómera permite la combinación actina 
miosina de la siguiente manera: 
• Existe un complejo troponina- tropomiosina adosado al 
filamento de actina, uno de sus componentes la 
tropomiosina, obstruye físicamente la unión actina miosina: 
los iones calcio se unen a la troponina C y el complejo 
troponina tropomiosina se deforma dejando interferir con la 
unión actina-miosina. Para que se produzca la contracción la 
concentración citosólica de calcio debe pasar 10-7 moles por 
litro a 10-4 M/l UN AUMENTO DE MIL VECES- 
• La relajación ocurre cuando el ion calcio es transportado 
activamente a las vesículas del retículo sarcoplasmico, 
proceso en el cual se consume ATP 
 
Papel del ATP en la contracción 
muscular. 
• Durante una serie de ciclos del mecanismo de trinquete la 
actina y la miosina se separan y vuelven a unirse una y otra 
vez. Cada uno de estos dos estados posibles se relaciona con 
uno de estos complejos: 
• Miosina + ATP= Filamentos separados 
• Miosina + ADP + PI = filamentos unidos 
• La existencia de un complejo ADP + Pi en el bolsillo 
metabólico del ATP, al mismo tiempo que permite la unión 
fuerte entre actina y miosina, significa la liberación de 
energía que es utilizada para el golpe de fuerza que cambia 
la configuración de la cabeza de miosina que se desplaza 
aproximadamente 45º 
 
Fenómenos eléctricos de la 
contracción muscular. 
• Los fenómenos eléctricos que intervienen en la 
contracción del musculo esquelético son similares a los 
que se producen en la fibra nerviosa. 
• El potencial de membrana en reposo en el musculo 
esquelético es de -90mv 
• El potencial de acción dura 2 a 4 milisegundos 
incluyendo la repolarización. 
• La velocidad de conducción de este potencial de acción 
a lo largo de toda la fibra es de 5m/s 
 
Excitación del musculo esquelético. 
• El musculo esquelético recibe los impulsos nerviosos por medio de un 
tipo especial de sinapsis denominado unión neuromuscular. 
• Cada una de estas uniones consiste en una terminación nerviosa que 
termina junto a una fibra muscular existiendo entre ambas un espacio o 
hendidura. 
• La fibra nerviosa libera en la hendidura el Neurotransmisor acetilcolina, 
el cual va a unirse a moléculas proteicas destinadas a combinarse 
específicamente con la acetilcolina (receptores) 
• La unión de acetilcolina al receptor genera un potencial de acción en la 
fibra muscular, la cual responde posteriormente con la contracción. 
• Una vez que ha actuado la acetilcolina debe ser destruida para evitar 
una contracción permanente. Moléculas de enzima de 
acetilcolinesterasa. 
 
Periodo refractario absoluto 
• En el potencial de acción dura 2 a 3 milisegundos en la 
contracción muscular dura el tiempo de la contracción. 
• La imposibilidad de generar potencial de acción es 
absoluta. 
 
•Periodo refractario relativo: 
• Es el periodo en el cual el musculo o la fibra nerviosa 
puede responder a un nuevo estimulo, pero este debe 
ser de intensidad mayor que el umbral. 
 
Ley del todo o nada. 
• Es el principio por el cual una fibra nerviosa o muscular 
una despolarización se propaga a lo largo de toda la 
fibra o no lo hace en absoluto. Se extiende esta ley a la 
unidad motora y al musculo cardiaco 
 
Fenómenos mecánicos de la 
contracción muscular. 
Sacudida muscular. 
• La respuesta del musculo en forma de contracción seguida 
de relajación se denomina sacudida muscular. Se inicia 2 
milisegundos después de haberse iniciado el potencial de 
acción del musculo, momento en el cual la repolarización 
está comenzando. La duración de la sacudida muscular 
depende del tipo rápido o lento de cada musculo. 
• Las fibras rápidas de los músculos hábiles presentan 
sacudidas breves como 7,5 milisegundos, mientras que las 
fibras lentas como la de los músculos torpes pero fuertes 
pueden ser tan prolongadas como 100 milisegundos. En 
general la duración de la contracción de los músculos 
voluntarios permite contracciones musculares con una 
frecuencia de hasta 50 por segundo. 
 
Tipos de Contracción Muscular 
Contracción Isométrica: no se observa ningún acortamiento en el musculo, el 
acortamiento inicial de la sarcomera es compensado por el alargamiento del 
elemento elástico. Constituye un trabajo interno. 
Contracción Isotónica: hay acortamiento del musculo, hay trabajo externo, 
donde se desplaza una carga, de esta manera la tensión permanece igual. 
Contracción Auxotonica: es una combinación de ambos, a medida que se va 
acortando el musculo aumenta la tensión, la carga se desplaza con dificultad 
creciente. 
Fenómeno de Escalera 
A medida que aumenta la intensidad del estimulo, el musculo experimenta 
una excitación mayor. Es decir mas fibras se van sumando a mayor 
estimulación 
Suma de efectos. 
• Cuando se aplica un nuevo estimulo supra umbral al 
musculo al comenzar la relajación se obtiene una 
respuesta mayor. Esto se debe a la disponibilidad de 
calcio en la sarcómera. 
Tetanizacion 
Si se aplican estímulos con frecuencia cada vez mayor al musculo, este ya no 
llegara a relajarse, y quedara en un estado de contracciónsostenida con la 
máxima de fuerza de contracción posible, esta contracción acabara cuando el 
musculo se fatigue o finalice la estimulación. Se requiere de 30 a 50 estímulos 
por segundo. 
Fatiga 
• La repetición prolongada de estímulos, aunque sean de 
intensidad constante y permitan la relajación, conducirá 
a la incapacidad de seguir contrayéndose, debido al 
consumo de glucógeno. 
Electromiografía 
• La electromiografía es el registro del patrón de actividad 
eléctrica del musculo. El registro se obtiene utilizando 
electrodos externos o superficiales (electromiografía 
global), o insertando en el musculo un electrodo de 
aguja (electromiografía intersticial), puede practicarse 
tanto durante la contracción muscular como durante el 
reposo. 
 
• Guillermo A. Mico. Biofísica para ciencias de la 
salud. Editorial EFACIM – EDUNA – 2da Edición - 
2012 
• Parisi, Mario. Temas de Biofísica. Editorial Mc.Graw-
Hill-Interamericana. 
BIOFISICA I 51 
BIBLIOGRAFIA