Energética de la contracción muscular
Cuando un músculo se contrae contra una carga realiza un trabajo. Esto significa que se transfiere energía desde el músculo hasta la carga externa para levantar un objeto hasta una mayor altura o para superar la resistencia al movimiento.
Tres fuentes de energía para la contracción muscular:
La mayor parte de la energía necesaria para la contracción muscular se utiliza para activar el mecanismo de cremallera mediante el cual los puentes cruzados tiran de los filamentos de actina, aunque son necesarias cantidades pequeñas para:
- 1) bombear iones calcio desde el sarcoplasma hacia el interior del retículo sarcoplásmico después de que haya finalizado la contracción
- 2) para bombear iones sodio y potasio a través de la membrana de la fibra muscular para mantener un entorno iónico adecuado para la propagación de los potenciales de acción de la fibra muscular.
Eficiencia de la contracción muscular:
La eficiencia de una máquina o de un motor se calcula como el porcentaje del aporte de energía que se convierte en trabajo en lugar de en calor. El porcentaje de aporte energético al músculo (la energía química de los nutrientes) que se puede convertir en trabajo, incluso en las mejores condiciones, es menor del 25%, y el resto se convierte en calor. La razón de esta baja eficiencia es que aproximadamente la mitad de la energía de los nutrientes se pierde durante la formación del ATP, y que incluso en este caso solo el 40-45% de la energía del propio ATP se puede convertir posteriormente en trabajo.
Características de la contracción de todo el músculo
Se pueden demostrar desencadenando espasmos musculares únicos.
- Las contracciones isométricas no acortan el músculo
- Las contracciones isotónicas lo acortan a una tensión constante
Pero la tensión del músculo permanece constante durante toda la contracción
En el sistema isométrico, el músculo se contrae contra un transductor de fuerza sin disminuir la longitud del músculo
En el sistema isotónico el músculo se acorta contra una carga fija, que se ilustra en la parte superior de la figura, que muestra un músculo que eleva un peso
El cuerpo humano tiene músculos esqueléticos de muchos tamaños, desde el pequeño músculo estapedio del oído medio, que mide solo algunos milímetros de longitud y aproximadamente 1 mm de diámetro, hasta el gran músculo cuádriceps, que tiene un tamaño medio millón de veces mayor que el estapedio. Además, las fibras pueden ser tan pequeñas como de 10 μm de diámetro o tan grandes como de 80 μm. Finalmente, la energética de la contracción muscular varía considerablemente de un músculo a otro. Por tanto, no es sorprendente que las características mecánicas de la contracción muscular difieran de unos músculos a otros.
Fibras musculares rápidas frente a lentas
todos los músculos del cuerpo están formados por una mezcla de las denominadas fibras musculares rápidas y lentas, con otras fibras intermedias entre estos dos extremos
Los músculos que reaccionan rápidamente, entre ellos el tibial anterior, están formados principalmente por fibras «rápidas», y solo tienen pequeñas cantidades de la variedad lenta
el sóleo, responden lentamente pero con una contracción prolongada están formados principalmente por fibras «lentas»
- Fibras lentas (tipo I, músculo rojo) Las características de las fibras lentas son las siguientes:
- 1. Las fibras son más pequeñas que las fibras rápidas.
- 2. Las fibras lentas están también inervadas por fibras nerviosas más pequeñas.
- 3. En comparación con las fibras rápidas, las fibras lentas tienen un sistema de vascularización más extenso y más capilares para aportar cantidades adicionales de oxígeno.
- 4. Las fibras lentas tienen números muy elevados de mitocondrias, también para mantener niveles elevados de metabolismo oxidativo.
- 5. Las fibras lentas contienen grandes cantidades de mioglobina, una proteína que contiene hierro y que es similar a la hemoglobina de los eritrocitos. La mioglobina se combina con el oxígeno y lo almacena hasta que sea necesario, lo cual acelera también notablemente el transporte de oxígeno hacia las mitocondrias. La mioglobina da al músculo lento un aspecto rojizo y el nombre de músculo rojo.
- Fibras rápidas (tipo II, músculo blanco) Las características de las fibras rápidas son:
- 1. Las fibras rápidas son grandes para obtener una gran fuerza de contracción.
- 2. Existe un retículo sarcoplásmico extenso para una liberación rápida de iones calcio al objeto de iniciar la contracción.
- 3. Están presentes grandes cantidades de enzimas glucolíticas para la liberación rápida de energía por el proceso glucolítico.
- 4. Las fibras rápidas tienen una vascularización menos extensa que las lentas, porque el metabolismo oxidativo tiene una importancia secundaria.
- 5. Las fibras rápidas tienen menos mitocondrias que las lentas, también porque el metabolismo oxidativo es secundario. Un déficit de mioglobina roja en el músculo rápido le da el nombre de músculo blanco.
Mecánica de la contracción del músculo esquelético
Todas las motoneuronas que salen de la médula espinal inervan múltiples fibras nerviosas y el número de fibras inervadas depende del tipo de músculo. Todas las fibras musculares que son inervadas por una única fibra nerviosa se denominan unidad motora.
Una cifra promedio para todos los músculos del cuerpo es cuestionable, aunque una buena estimación sería de aproximadamente 80 a 100 fibras musculares por unidad motora.
Máxima fuerza de contracción :
La máxima fuerza de contracción tetánica de un músculo que funciona a una longitud muscular normal es en promedio de entre 3 y 4 kg por centímetro cuadrado de músculo. Como un músculo cuádriceps puede tener hasta 100 cm2 de vientre muscular, se pueden aplicar hasta 360 kg de tensión al tendón rotuliano. Por tanto, se puede comprender fácilmente cómo es posible que los músculos arranquen los tendones de sus inserciones en el hueso.
Tono del músculo esquelético:
Incluso cuando los músculos están en reposo habitualmente hay una cierta cantidad de tensión, que se denomina tono muscular.
Estos impulsos nerviosos, a su vez, están controlados en parte por señales que se transmiten desde el encéfalo a las motoneuronas adecuadas del asta anterior de la médula espinal y en parte por señales que se originan en los husos musculares que están localizados en el propio músculo.
Fatiga muscular:
La contracción prolongada e intensa de un músculo da lugar al conocido estado de fatiga muscular. Algunos estudios llevados a cabo en atletas han mostrado que la fatiga muscular aumenta en una proporción casi directa a la velocidad de depleción del glucógeno del músculo. Por tanto, la fatiga se debe principalmente a la incapacidad de los procesos contráctiles y metabólicos de las fibras musculares de continuar generando el mismo trabajo.
Sistemas de palanca del cuerpo:
Los músculos actúan aplicando una tensión a sus puntos de inserción en los huesos, y los huesos a su vez forman varios tipos de sistemas de palanca
Remodelación del músculo para adaptarse a la función
Todos los músculos del cuerpo se modelan continuamente para adaptarse a las funciones que deben realizar. Se altera su diámetro, su longitud, su fuerza y su vascularización, e incluso se alteran, al menos ligeramente, los tipos de fibras musculares. Este proceso de remodelación con frecuencia es bastante rápido, y se produce en un plazo de pocas semanas
Hipertrofia y atrofia muscular:
- hipertrofia muscular:El aumento de la masa total de un músculo
- atrofia muscular: Cuando la masa total disminuye
Hiperplasia de las fibras musculares:
Este aumento del número de fibras se denomina hiperplasia de las fibras. Cuando aparece, el mecanismo es la división lineal de fibras que estaban previamente aumentadas de tamaño.
La denervación muscular provoca una rápida atrofia
Cuando un músculo pierde su inervación, ya no recibe las señales contráctiles que son necesarias para mantener el tamaño muscular normal. Por tanto, la atrofia comienza casi inmediatamente. Después de aproximadamente 2 meses también comienzan a aparecer cambios degenerativos en las fibras musculares.
El tejido fibroso que sustituye a las fibras musculares durante la atrofia por denervación también tiende a seguir acortándose durante muchos meses, lo que se denomina contractura
Recuperación de la contracción muscular en la poliomielitis: aparición de macrounidades motora
La formación de grandes unidades motoras reduce la fineza del control que se tiene sobre los músculos, aunque permite que los músculos recuperen grados variables de fuerza.
Rigidez cadavérica
Varias horas después de la muerte, todos los músculos del cuerpo entran en un estado de contractura denominado «rigidez cadavérica»; es decir, los músculos se contraen y se hacen rígidos, incluso sin potenciales de acción
Distrofia muscular
Las distrofias musculares comprenden varios trastornos hereditarios susceptibles de causar debilidad y degeneración progresiva de las fibras musculares, que son sustituidas por tejido graso y colágeno.
AVCE 