Estructura y Función del Músculo Esquelético: Apuntes de Clase, Thesis of Aquaculture and Aquafarming

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Universidad

Salvadoreña Alberto

Masferrer

Clase 8. Músculo

Esquelético

Docente Dr. Ottoniel Sánchez

Facultad de Química y Farmacia

Universidad Salvadoreña Alberto Masferrer Clase 8. Músculo Esquelético Docente Dr. Ottoniel Sánchez Facultad de Química y Farmacia A. Introducción El músculo esquelético es uno de los tejidos más abundantes y dinámicos del cuerpo humano, constituyendo aproximadamente el 40% del peso corporal total. Este tejido altamente especializado es responsable de los movimientos voluntarios del cuerpo, el mantenimiento de la postura y la generación de calor corporal. Su capacidad única para convertir la energía química en energía mecánica lo convierte en un componente esencial del sistema locomotor. El músculo esquelético se caracteriza por su estructura jerárquica, que va desde las fibras musculares individuales hasta los fascículos y músculos completos. Cada fibra muscular es una célula multinucleada que contiene miofibrillas, las cuales están compuestas por unidades contráctiles llamadas sarcómeros. Los sarcómeros, a su vez, contienen filamentos de actina y miosina, cuya interacción es fundamental para la contracción muscular. La contracción del músculo esquelético es un proceso complejo que involucra una serie de eventos moleculares desencadenados por la estimulación nerviosa. Este proceso, conocido como acoplamiento excitación-contracción, implica la liberación de iones de calcio, la formación de puentes cruzados entre actina y miosina, y el deslizamiento de los filamentos, lo que resulta en el acortamiento del músculo. El músculo esquelético no solo es notable por su capacidad de contracción, sino también por su plasticidad. Puede adaptarse a diferentes demandas funcionales a través de cambios en su tamaño (hipertrofia o atrofia), en la composición de sus fibras y en sus propiedades metabólicas. Esta adaptabilidad es crucial para el rendimiento atlético, la rehabilitación después de lesiones y el mantenimiento de la salud general. El estudio del músculo esquelético es fundamental en múltiples campos de la medicina y la ciencia. En fisiología del ejercicio, comprender la función muscular es esencial para optimizar el rendimiento deportivo y diseñar programas de entrenamiento efectivos. En medicina rehabilitadora, el conocimiento de la estructura y función muscular es crucial para el tratamiento de lesiones y enfermedades musculoesqueléticas. En el campo de la bioingeniería, los principios de la contracción muscular inspiran el desarrollo de actuadores artificiales y prótesis avanzadas. Además, el músculo esquelético juega un papel importante en el metabolismo general del cuerpo. Es un sitio principal de utilización de glucosa y ácidos grasos, y su actividad influye significativamente en el gasto energético total del organismo. Por lo tanto, comprender la fisiología del músculo esquelético es también relevante para campos como la endocrinología y la medicina metabólica.

C. Desarrollo de la clase

1. Organización Estructural del Músculo Esquelético Nivel Macroscópico: - Músculo Completo: El músculo esquelético está formado por agrupaciones de fascículos. Cada músculo está envuelto por una capa de tejido conectivo denso denominada epimisio, que lo separa de los tejidos adyacentes y mantiene su estructura. Nivel Microscópico: - Fascículos: Dentro del músculo, los fascículos son conjuntos de fibras musculares, rodeados por una capa de tejido conectivo llamada perimisio. Este nivel organiza las fibras en agrupaciones que facilitan la contracción coordinada del músculo. Nivel Celular: - Fibras Musculares: Las fibras musculares, también conocidas como células musculares, son células multinucleadas alargadas que constituyen el tejido muscular. Cada fibra muscular está rodeada por una capa de tejido conectivo llamada endomisio, y contiene estructuras especializadas llamadas miofibrillas. Nivel Subcelular: - Miofibrillas: Las miofibrillas son longitudes cilíndricas de proteínas contráctiles dentro de las fibras musculares. Están organizadas en segmentos repetitivos llamados sarcómeros, que son la unidad básica de la contracción muscular. Nivel Molecular: - Sarcómeros: Los sarcómeros contienen filamentos de actina (filamentos delgados) y miosina (filamentos gruesos). La interacción entre estos filamentos es responsable de la contracción muscular. Los filamentos de actina y miosina se organizan de manera que se deslizan unos sobre otros durante la contracción, generando fuerza. Componentes Adicionales: - Endomisio: Capa de tejido conectivo que rodea individualmente cada fibra muscular, proporcionando soporte y nutrientes. - Perimisio: Capa de tejido conectivo que envuelve cada fascículo, brindando soporte y contención. - Epimisio: Capa de tejido conectivo que rodea el músculo completo, proporcionando una estructura robusta y protegiendo el músculo de lesiones.

2. Estructura y Función del Sarcómero Componentes Principales: - Filamentos Gruesos (Miosina): Compuestos por moléculas de miosina que tienen cabezas capaces de unirse a los filamentos de actina y formar puentes cruzados, facilitando la contracción. - Filamentos Delgados (Actina, Tropomiosina, Troponina): Filamentos de actina están acompañados por proteínas reguladoras como la tropomiosina y la troponina, que controlan la interacción entre actina y miosina. - Línea Z: Delimita los bordes del sarcómero y ancla los filamentos de actina. Es el punto de unión para los filamentos delgados. - Banda M: Se encuentra en el centro del sarcómero y contiene las cabezas de miosina que se extienden hacia los filamentos de actina. - Banda H: Región central del sarcómero donde sólo se encuentran los filamentos gruesos de miosina, sin superposición con los filamentos delgados. - Banda I: Región que contiene únicamente filamentos delgados de actina y se encuentra a ambos lados de la línea Z. - Banda A: Región que abarca toda la longitud de los filamentos gruesos, incluyendo las zonas donde se superponen con los filamentos delgados.

8. Exposición de los Sitios de Unión de la Actina: Los sitios de unión de la actina quedan expuestos y disponibles para unirse a las cabezas de miosina.
9. Formación de Puentes Cruzados y Deslizamiento de Filamentos: Las cabezas de miosina se unen a los sitios de actina, formando puentes cruzados que permiten el deslizamiento de los filamentos de actina sobre los de miosina, produciendo contracción. Tipos de Fibras Musculares:

• Tipo I (Fibras de Contracción Lenta): Tienen una alta resistencia a la fatiga y dependen principalmente del metabolismo oxidativo para obtener energía.
• Tipo IIa (Fibras de Contracción Rápida Oxidativas): Ofrecen una resistencia moderada a la fatiga y utilizan tanto el metabolismo oxidativo como glucolítico.
• Tipo IIx (Fibras de Contracción Rápida Glucolíticas): Se fatigan rápidamente y dependen principalmente del metabolismo glucolítico. 5. Generación de Fuerza y Tipos de Contracciones Musculares Factores que Influyen en la Generación de Fuerza:
• Número de Unidades Motoras Reclutadas: Cuantas más unidades motoras (conjunto de una neurona motora y las fibras musculares que inerva) se recluten, mayor será la fuerza generada.
• Frecuencia de Estimulación: La velocidad a la cual se envían los impulsos eléctricos afecta la fuerza de contracción. Una mayor frecuencia puede resultar en una contracción más fuerte.
• Longitud Inicial del Músculo (Relación Longitud-Tensión): La fuerza generada por un músculo depende de su longitud inicial; existe una longitud óptima donde la fuerza máxima puede ser producida.

• Velocidad de Contracción (Relación Fuerza-Velocidad): A medida que la velocidad de contracción aumenta, la capacidad de generar fuerza disminuye. Tipos de Contracciones:
• Isométrica: El músculo desarrolla tensión sin cambiar de longitud, como cuando se sostiene un peso en una posición fija.
• Isotónica: El músculo cambia de longitud mientras mantiene una tensión constante. Se divide en: o Concéntrica: El músculo se acorta mientras desarrolla tensión, como en la fase de elevación de un curl de bíceps. o Excéntrica: El músculo se alarga mientras mantiene la tensión, como cuando se baja un peso de manera controlada. 6. Metabolismo Energético del Músculo Esquelético Fuentes de Energía:
• ATP Almacenado: El ATP es la principal fuente inmediata de energía para la contracción muscular.
• Fosfocreatina: La fosfocreatina proporciona un grupo fosfato para regenerar ATP durante cortos periodos de alta intensidad.
• Glucólisis Anaeróbica: Proporciona ATP rápidamente mediante la descomposición de glucosa sin necesidad de oxígeno, produciendo ácido láctico.
• Metabolismo Oxidativo: Utiliza carbohidratos y grasas para generar ATP en presencia de oxígeno, siendo más eficiente para actividades prolongadas. Sistemas Energéticos según la Duración e Intensidad del Ejercicio:
• Sistema de Fosfágenos (ATP-PC): Utilizado para ejercicios de alta intensidad y corta duración, como sprints o levantamientos pesados.
• Sistema Glucolítico: Adecuado para ejercicios de intensidad moderada-alta y duración media, como carreras de 400 metros.
• Sistema Oxidativo: Utilizado para ejercicios de baja intensidad y larga duración, como correr maratones. 7. Adaptaciones del Músculo Esquelético Al Entrenamiento:
• Hipertrofia Muscular: Aumento del tamaño de las fibras musculares debido a la sobrecarga progresiva.
• Aumento de la Densidad Capilar: Mejora del suministro de oxígeno y nutrientes a las fibras musculares.
• Aumento de la Densidad Mitocondrial: Incremento en el número de mitocondrias, mejorando la capacidad oxidativa.
• Cambios en la Composición de Tipos de Fibras: Adaptación a diferentes tipos de actividad física, como el aumento de fibras tipo I en entrenamientos de resistencia.

• Diseño de Programas de Entrenamiento y Rehabilitación: Creación de planes adaptados a las necesidades específicas del individuo para mejorar el rendimiento y recuperarse de lesiones.
• Prevención y Tratamiento de Lesiones Musculares: Implementación de estrategias para reducir el riesgo de lesiones y manejar las ya existentes.
• Optimización del Rendimiento Atlético: Mejora de la capacidad física y el rendimiento en actividades deportivas a través del entrenamiento especializado.
• Recuperación de la Función Muscular Después de Periodos de Inmovilización o Enfermedad: Rehabilitación para recuperar fuerza y movilidad tras períodos de inactividad o enfermedades que afectan los músculos.

D. Conclusión El estudio del músculo esquelético revela la asombrosa complejidad y eficiencia de uno de los sistemas más dinámicos del cuerpo humano. Desde su intrincada organización estructural hasta los sofisticados mecanismos moleculares que permiten la contracción, el músculo esquelético es un testimonio de la precisión y adaptabilidad de la biología humana. La comprensión detallada de la estructura y función del músculo esquelético tiene implicaciones profundas en múltiples campos de la medicina y la ciencia. En la medicina deportiva, este conocimiento es fundamental para optimizar el rendimiento atlético, prevenir lesiones y diseñar programas de entrenamiento efectivos. En la rehabilitación, entender los procesos de adaptación muscular es crucial para la recuperación de pacientes después de lesiones o períodos de inmovilización. Además, el papel del músculo esquelético va mucho más allá de la simple generación de movimiento. Su importancia en el metabolismo general del cuerpo, incluyendo la regulación de la glucosa y el gasto energético, lo convierte en un objetivo clave en el tratamiento de enfermedades metabólicas como la diabetes tipo 2 y la obesidad. La reciente identificación de las mioquinas, moléculas secretadas por el músculo que actúan como mensajeros endocrinos, ha abierto nuevas perspectivas sobre cómo el ejercicio físico puede influir en la salud general. El estudio de las patologías musculares, desde las distrofias genéticas hasta las lesiones por sobreuso, no solo es crucial para el desarrollo de tratamientos específicos, sino que también arroja luz sobre los mecanismos fundamentales de la función muscular. La investigación en este campo está llevando a terapias innovadoras, incluyendo la terapia génica para enfermedades musculares hereditarias y nuevos enfoques para combatir la sarcopenia asociada al envejecimiento. A medida que avanza la tecnología, el conocimiento sobre el músculo esquelético está encontrando aplicaciones en campos como la bioingeniería y la robótica. Los principios de la contracción muscular están inspirando el desarrollo de nuevos materiales y actuadores, con aplicaciones potenciales que van desde prótesis avanzadas hasta robots biomédicamente. El músculo esquelético, lejos de ser un simple "motor" del cuerpo, es un sistema complejo e integrado que juega un papel central en la salud y el rendimiento humano. Su estudio no solo es fascinante desde una perspectiva científica, sino que también tiene implicaciones prácticas cruciales en la medicina, el deporte y la tecnología. A medida que continuamos profundizando nuestro entendimiento de este tejido extraordinario, sin duda descubriremos nuevas formas de mejorar la salud, tratar enfermedades y potenciar las capacidades físicas humanas.

a) Unir el calcio b) Cubrir los sitios de unión de la actina c) Activar la ATPasa de la miosina d) Estimular la liberación de calcio

10. ¿Qué ocurre durante una contracción excéntrica? a) El músculo se acorta b) El músculo se alarga c) El músculo mantiene su longitud d) El músculo se relaja completamente
11. ¿Cuál de las siguientes NO es una función del músculo esquelético? a) Generación de movimiento b) Mantenimiento de la postura c) Producción de bilis d) Generación de calor
12. ¿Qué término describe el aumento del tamaño de las fibras musculares en respuesta al entrenamiento? a) Hiperplasia b) Hipertrofia c) Atrofia d) Metaplasia
13. ¿Cuál es el principal neurotransmisor en la unión neuromuscular? a) Dopamina b) Serotonina c) Acetilcolina d) Noradrenalina
14. ¿Qué estructura del sarcómero delimita su inicio y fin? a) Banda M b) Banda H c) Línea Z d) Banda A
15. ¿Cuál de las siguientes es una mioquina secretada por el músculo esquelético? a) Insulina b) Cortisol c) Interleucina-6 (IL-6) d) Tiroxina
16. ¿Qué enfermedad se caracteriza por la pérdida progresiva de masa muscular asociada al envejecimiento? a) Distrofia muscular de Duchenne b) Sarcopenia c) Miositis d) Rabdomiólisis
17. ¿Cuál es el principal sustrato energético para el músculo durante el ejercicio prolongado de baja intensidad? a) Glucógeno

b) Ácidos grasos c) Creatina fosfato d) Proteínas

18. ¿Qué tipo de fibra muscular tiene la mayor capacidad para la glucólisis anaeróbica? a) Tipo I b) Tipo IIa c) Tipo IIx d) Todas por igual
19. ¿Cuál de los siguientes NO es un componente del complejo troponina? a) Troponina C b) Troponina I c) Troponina T d) Troponina M
20. ¿Qué fenómeno describe la capacidad del músculo para generar más fuerza después de un estiramiento previo? a) Sumación temporal b) Sumación espacial c) Potenciación post-activación d) Tetanización

12. b) Hipertrofia Explicación: La hipertrofia es el aumento del tamaño de las fibras musculares como respuesta al entrenamiento de resistencia, en contraste con la atrofia, que es la disminución del tamaño.
13. c) Acetilcolina Explicación: La acetilcolina es el neurotransmisor principal en la unión neuromuscular, facilitando la transmisión del impulso nervioso a la fibra muscular.
14. c) Línea Z Explicación: La línea Z delimita los límites del sarcómero, y es donde se anclan los filamentos de actina.
15. c) Interleucina-6 (IL-6) Explicación: IL-6 es una mioquina liberada por el músculo esquelético durante el ejercicio, que tiene efectos en el metabolismo sistémico y la inflamación.
16. b) Sarcopenia Explicación: La sarcopenia es la pérdida progresiva de masa muscular y fuerza asociada al envejecimiento, afectando la movilidad y la calidad de vida.
17. b) Ácidos grasos Explicación: Durante el ejercicio prolongado de baja intensidad, como en maratones, los ácidos grasos son el principal sustrato energético utilizado por el músculo.
18. c) Tipo IIx Explicación: Las fibras musculares Tipo IIx tienen una alta capacidad para la glucólisis anaeróbica, permitiendo una rápida generación de energía durante esfuerzos intensos y cortos.
19. d) Troponina M Explicación: El complejo troponina consta de tres subunidades: Troponina C, Troponina I y Troponina T. No existe una troponina M.
20. c) Potenciación post-activación Explicación: La potenciación post-activación es un fenómeno donde la fuerza muscular aumenta temporalmente después de una contracción máxima previa, debido a la activación neuromuscular.