SISTEMA MUSCULAR-ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO-FISIOLOGA GALILEO 2010

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    21-Jun-2015

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Contiene las caractersticas morfofuncionales del sistema muscular de forma bastante detallada y asequible.

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Objetivos

Describir la organizacin del msculo y las caractersticas de las clulas del msculo esqueltico. Identificar los componentes estructurales del sarcmero. Resumir los eventos de la unin neuromuscular. Explicar los principales conceptos envueltos en la contraccin muscular y la produccin de tensin.

Objetivos (continuacin)

Describir como las fibras musculares obtienen la energa para la contraccin. Distinguir entre la contraccin aerobia y la anaerobia, tipos de fibras musculares y desempeo muscular. Identificar las diferencias entre los msculos esqueltico, cardaco y liso.

SECCIN 10-1 Tejido muscular y el Sistema Muscular

Tres tipos de msculos Esqueltico unido al hueso Cardaco encontrado en el corazn Liso reviste la pared de muchos rganos huecos y vasos sanguneos 3 Aspectos de clasificacion Localizacion Microscopia Control

Funciones del msculo esqueltico Produce el movimiento esqueltico Tendones y huesos

Mantiene postura y posicin corporal Tono muscular

Provee soporte a los tejidos blandos Sostiene y protge: 6 pack

Proteje entradas y salidas esfinteres

Mantiene temperatura corporal 1ra ley de TD

Almacenaje de nutrientes 1ra, 2da, 3ra fuentes de energia?

SECCIN 10-2 Anatoma del msculo esqueltico

Organizacin del tejido conjuntivo Tres capas de tejido conectivo: Epimisio: rodea al msculo: colageno/fascia:tc denso Separa el musculo de lo que lo rodea

Perimisio reviste al conjunto de fibras musculares (fascculo) - separa los fasciculos Abundante vascularizacion e inervacion

Endomisio cubre fibras musculares individuales Vascularizacion, inervacion directa, celulas satelites

Tendones y aponeurosis unen el msculo al hueso Suma de epi, peri, endoPLAY

Animation: Gross anatomy of skeletal muscle

Figura 10.1 Organizacin del msculo esqueltico

Organo: musculo Tejidos: Celulas: Organulos MacromoleculasFigure 10.1

Fibras del msculo esqueltico

Sarcolema (membrana celular) Con potencial transmembranal

Sarcoplasma (citoplasma) Retculo sarcoplsmico (RE modificado) Tbulos T - conecta sarcoplasma con sarcolema Miofibrillas - ayudan en la contraccin Trada un tbulo T intercalado entre sacos del retculo sarcoplsmico Sarcmeros arreglo regular de las miofibrillas

Figura 10.3 Estructura de la fibra del msculo esqueltico

Figure 10.3

Miofibrillas Filamentos finos y gruesos Actina Miosina Titina Se contraen Anclados a sarcolema interior Sarcolema exterior: fibras de colageno (tendones) Anclados a huesos PLT - si se acorta la miofibrilla: ..

Organizacin regular Sarcmeros arreglo regular de las miofibrillas a lo largo de la fibra muscular

Reticulo Sarcoplasmico Complejo membranoso parecido al ER liso Forma red tubular rodeando cada miofibrilla Forma cisterna terminal a cada lado de un tubulo T Triada: Tubulo T con sus dos cisternas terminales

Bombas de Ca+2 Remocion de Ca+2 del sarcoplasma a RS

Calsecuestrina Liga Ca+2 en la cisternas terminales Mantener [Ca+2] sarcoplasmica baja

Sarcomeros I Unidad funcional del tejido muscular Organizacion de los miofilamentos en forma repetitiva a lo largo de la miofibrilla (10,000/miofibrilla) Lugar de interaccion entre los filamentos finos y gruesos Contiene: Filamentos gruesos (miosina) Filamentos finos (actina) Proteinas estabilizadoras (titina) Proteinas reguladoras (troponina, tropomiosina) Patron de bandas (oscuras y claras) aparente dado por diferencias en tamano, densidad y distribucion

Figura 10.4 Estructura del sarcmero, Parte I

Figure 10.4

Sarcomeros II Bandas A - Oscuras (anisotropicas) (dArk) Al centro del sarcomero; los filamentos gruesos y parte de los finos Linea M - conecta parte central de los fg por proteinas estabilizadoras de la linea M, estabiliza la posicion de los fg Zona H - region clara a cada lado de M en sarcomero relajado, no contiene ff solo fg Zona de solapamiento - ff entre fg, cada fg rodeado por 3 fg, cada fg rodeado por 6 ff

Bandas I - Claras (isotropicas) (lIght)

Figura 10.5 Estructura del sarcmero, Parte II

Figure 10.5

Sarcomeros III Bandas I - Claras (isotropicas) (lIght) Contiene ff pero no fg Desde la banda A de un sarcomero hasta la banda A del siguiente Lineas Z - marca limites entre sarcomeros adyacentes Contiene actininas: conectan ff de sarcomeros vecinos Desde estas lineas salen los ff hacia la linea M en la zona de solape Titina - fibras elasticas desde fg hacia lugares en Z; estabilizadora de las posiciones de ff y fg; resistencia a estiramiento Triadas: en la zona de solapamiento= [Ca+2] Estrias; coneccion entre miofibrillas y filamentos intermedios con porcion interna de sarcolema

Figura 10.6 Niveles de organizacin funcional en la fibra del msculo esqueltico

Figure 10.6

Filamentos finos 6 nm x 1 um, 4 proteinas Actina-F - hebra enrollada de dos filas de G actina, globular, Nebulina - hebra que se extiende a lo largo de ActF entre las G y las mantiene unidas. G - tiene sitio activo para miosina

Tropomiosina Cubre el sitio activo en la actina-G, previen interaccion entre actina y miosina

Troponina - 3 subU globulares 1 con Tropom, otra con G, liga Ca+2 Se une a la actina-G y mantiene a la tropomiosina en su lugar

Filamentos gruesos

Fibras de miosina alrededor de un centro de titina 12 nm x 1.6 um, dos subU enrrolladas entre si Molculas de miosina poseen una cola alargada (hacia M) con una cabeza globular Las cabezas forman los puentes cruzados durante la contraccin muscular con los ff La interaccin entre la actina-G y la miosina es evitado por la tropomiosina durante el descanso Titina - centro en los gruesos, estira y recoil

Figura 10.7 Filamentos finos y gruesos

Figure 10.7

Teora del filamento deslizante

Explica la relacin entre los filamentos finos y gruesos durante la contraccin muscular Procesos ciclicos comienzan con la liberacin de Calcio del reticulo sarcoplasmatico Calcio se una a la troponina La troponina se mueve, moviendo a la tropomiosina y exponiendo el sitio activo en la actina La cabeza de miosina forma un puente cruzado y se dobla hacia la zona H El ATP permite la liberacin del puente cruzado

Figure 10.8 Cambios en la apariencia del sarcmero durante la contraccin de la fibra muscular

PLAY

Animation: Sliding filament theoryFigure 10.8

Quiz - 9/19/07-Paree las letras con las figuras1_______________ a) lineas Z se acercan b) Zona H mas grande c) Zona de solape aumenta d) relajamiento 2________________ e) banda I mas grande f) Zona de solape reducida g) Zona H reducida h) contraccion i) lineas Z se alejan

Figura 10.9 Contraccin en el msculo esquelticoTension - halon, contraccion Mueve el objeto hacia el origen de la tension vs Resistencia vs Compresion - empujon, Mueve el objeto alejandose del origen Musculos generan___Figure 10.9

Inervacion: Control Actividad Muscular Control Neural - union neuro muscular (mioneural) Terminal sinaptico (terninal de ramificaciones neuronales) Ach - neurotransmisor Hendidura sinaptica - espacio entre el terminal y la sarcolema Placa Terminal Motora - superficie con receptores AchE - degrada Ach

Inervacion: Control Actividad Muscular Paso 1 - Llega potencial de accion - impulso electrico Es un cambio en el potencial transmembranal

Paso 2 - Liberacion de Ach Cambio en permeabilidad - exocitosis de vesiculas de Ach

Paso 3 - Union de Ach en la placa terminal motora Receptores, permeabilidad a Na+ hacia el interior

Paso 4- Potencial de Accion en el sarcolema Placa > sarcolema > tubo T >

Paso 5- Retorno AChE vs Ach

Figura 10.10 Inervacin del msculo esqueltico

Figure 10.10a, b

Figura 10.10 Inervacin del msculo esqueltico

PLAY

Animation: Neuromuscular junctionFigure 10.10c

Exitacion-Contraccion: Acoplamiento Coneccion entre la generacion de un potencial de accion en el sarcolema y el comienzo de una contraccion muscular Ocurre en las triadas Implica liberacion de Ca2+ de las cisternas del RS (cambio en permeabilidad) Directo sobre zona solapamiento Troponina - cerradura Ca2+ - llave Tropomiosina

Figura 10.12 Ciclo de contraccinCa+2 se une a troponina . . . Comienza el ciclo Miosina - ATPasa - energizada ATP --> ADP + P Exposicion de sitios activos (Ca+2) Formacion Puentes Cruzados (entre dos miosinas) Pivote de Cabezas de Miosina (hacia la linea M, energizadas) Separacion Puentes Cruzados (llega otro ATP) Reactivacion de Miosina (ATP--> ADP + P; otra vez)Figure 10.12

Figura 10.12 Ciclo de contraccin

Figure 10.12

Figura 10.12 Ciclo de contraccin

Figure 10.12

Figura 10.12 Ciclo de contraccin

Figure 10.12

SECCIN 10-3 La contraccin del msculo esqueltico

Tensin

Se produce cuando los msculos se contraen Serie de pasos que comienza con la excitacin en la unin neuromuscular Liberacin de Calcio Interaccin entre los filamentos gruesos/finos Contraccin de la fibra muscular Tensin

Control de la actividad del msculo esqueltico ocurre en la unin neuromuscular

El potencial de accin llega al terminal sinptico de la neurona ACh es liberada en la hendidura sinptica ACh se una a los receptores en la membrana post sinptica Potencial de accin en el sarcolema PA en ________________resulta en PA en ______________

Excitacin/contraccin

El potencial de accin a travs de los tbulos T estimula la liberacion de calcio del reticulo sarcoplasmatico Inicia el ciclo de contraccin Unin Movimiento Liberacin Relajacin

Relajacin

La acetilcolinesterasa degrada la ACh Limita la duracin de la contraccin

Pasos en la contraccin del msculo esqueltico

SECCIN 10-4 Produccin de tensin

Produccin de tensin por las fibras musculares

La tensin depende en el nmero de puentes cruzados que se formen Principio del todo o nada: on/off Ca2+ se libera en todas las triadas: Fibras o estan relajadas o contraidas Tension (a nivel de una fibra) dependera de: Longitud de la fibra muscular al momento del estimulo Frecuencia del estimulo (afecta [Ca2+]

Figura 10.13 Efecto del largo del sarcmero sobre la tensin

Tension: afectada por relacion largo del sarcomero con posicion filamentos finos b) Max - finos no pasan del mas del centro del sarcomero

b) Permite la formacion del max numero de puentes c) Mayor Long - reduce zona de solape d)Menor Long - los finos no Figure 10.13 tienen a donde ir,cchocan con los del otro lado

Frecuencia de la Contraccion Tipos de Contracciones: Contraccin espasmdica Ciclo de contraccin, relajacin producida por un solo estimulo Duracion depende de: tipo de musculo, localizacion y ambiente externo e interno (ojo vs soleo) Miograma Latente - estimulo, potencial, Ca2+ Contraccion - tension: Ca2+, troponina, actina, puentes Relajacion - Ca2+, tropomiosina, actina

Figura 10.14 El espasmo y el desarrollo de tensin

Figure 10.14

Frecuencia de la Contraccion

Tipos de Contracciones: Treppe fenomeno de escalera Estimulos repetidos despues que la fase de relajacin se ha completado Contraccion genera tension ligeramente mayor Hasta 30-50 estimulos consecutivos aumentara Por aumento en [Ca2+] en el sarcoplasma pues el RS no le da tiempo de recogerlo

Figura 10.15 Efectos de estimulos repetidos

Figure 10.15

Efecto de estimulos repetidos: Sumacion y Tetanos

Estimulos repetidos antes que la fase de relajacin se haya completado Contracciones mas grandes ocurren Suma de ondas = un espasmo se le aade a otro, tiempo entre estimulos determina el fenomeno Ttanos incompleto = el msculo nunca se relaja por completo, aumenta la tension hasta cierto pico Ttanos completo = la fase de relajacin se eliminina

Produccion de tension: Unidad motora Tension generada por un musculo depende de: La tension producida por la fibras El Numero de fibras estimuladas

Unidades motoras Todos las fibras musculares que son inervadas por una neurona motora Control preciso del movimiento es determinado por el nmero y tamao de la unidad motora (inversamente) Reclutamiento

Tono muscular Contracciones parciales, no generan movimiento Estabiliza los huesos y las articulaciones Facilita reclutamiento, acelera metabolismo (energia en reposo)

Figura 10.17 Arreglo de la unidad motora en el msculo esqueltico

Figure 10.17

Contracciones Isomtricas Tensin aumenta, largo del msculo se mantiene constante , tension nunca sobrepasa la resistencia = no movimiento

Isotnicas Tensin permanece igual, largo del msculo cambia, porque se vence la resistencia = movimiento Concentricos eccentricos

La resistencia y la velocidad de contraccin estan inversamente relacionadas Retorno al largo de reposo se debe a los componentes elasticos, contraccin de grupos de msculos antagonistas y la gravedadPLAY

Animation: Whole Muscle Contraction

Figura 10.18 Contracciones isotnicas e isomtricas

Figure 10.18

ACCIN MUSCULAR: TIPOS Las acciones de los msculos pueden clasificarse en distintos tipos:

ISOTNICA CONCNTRICA: acerca los puntos de insercin del msculo EXCNTRICA: aleja los puntos de insercin ISOMTRICA (ESTTICA) : no hay cambio en la longitud ISOCINTICA TETNICAEn estas acciones el msculo siempre se contrae pero puede o no cambiar de longitud

ISOTNICA CONCNTRICA : es el tipo ms comn de contraccin. En ella el ejercicio se realiza con una carga constante, aunque la resistencia vara dependiendo del ngulo de la articulacin.

EXCNTRICA: el msculo genera fuerza pero se alarga. La fuerza externa supera a la del msculo. El movimiento est controlado . Ocurre por ejemplo cuando bajamos un peso. Los msculos son utilizados como freno Es frecuente en: Equitacin Bajar pendientes Esquiar No lo es: ciclismo, natacin.

ESTTICA : el msculo genera fuerza, pero su longitud permanece esttica. Tambin se llama isomtrica. Ocurre, por ej. , cuando sostenemos un peso. En este caso la miosina y la actina se unen, pero no hay movimiento.

Contracciones auxotnicas. se combinan contracciones isotnicas con contracciones isomtricas. Al iniciarse la contraccin, se acenta ms la parte isotnica, mientras que al final de la contraccin se acenta ms la isomtrica. ejemplo : trabajo con "extensores". El extensor se estira hasta un cierto punto, el msculo se contrae concntricamente, mantenemos unos segundos estticamente (isomtricamente) y luego volvemos a la posicin inicial con una contraccin en forma excntrica.

ISOCINTICA: significa movimiento constante, y se utiliza para describir un ejercicio dinmico sobre una articulacin en movimiento (ROM = range of motion) a velocidad constante. Slo se pueden hacer con aparatos especiales.

Figura 10.19 Resistencia y velocidad de la contraccin

PLAY

Animation: Skeletal muscle contraction

A mayor resistencia en el musculo, mas tarda y menos completa es la contraccionFigure 10.19

Contraccin muscular requiere grandes cantidades de energa ATP + Creatina --> ADP + Fosfato de Creatina Creatina fosfato libera energa almacenada para convertir ADP en ATP Fosfokinasa de creatina

El metabolismo aerobio provee la mayora (95%) del ATP necesario para la contraccin Aerobica - Krebs - 34 ATPs

En el pico de actividad, la gluclisis anaerobia es necesaria para generar ATP

Figura 10.20 Metabolismo muscularReposo: demanda baja de ATP -hay mucho O2, se produce ATP, exceso se almacena en CP -Actividad moderada: mas demanda de ATP -Mitocondria: ayuda en esta demanda, se consume mas ATP y mas O2,:metabolismo aerobico -Actividad Maxima: demanda enorme, mitocondria al maximo, O2 se acaba, solo da para 1/3, los otros 2/3 :glucolisis --> acido lacticoFigure 10.20

Figura 10.20 Metabolismo muscular

Figure 10.20

Uso de energa y los niveles de actividad muscular Produccin de energa y su uso son reflejos de la actividad muscular Actividad moderada Actividad explosiva

Fatiga Muscular: Msculos pierden la capacidad de contraccin Agotan reservas metabolicas y energeticas Suplido circulatorio Niveles de oxigenacion pH sanguineo en rango normal

Periodo de recuperacin

Comienza inmediatamente despues que la actividad termina Remocion y reciclaje de acido lactico Aerobico

Deuda de oxgeno (consumo de oxgeno excesivo despues del ejercicio) Cantidad de oxgeno requerido durante el periodo de reposo para reponer el msculo a su condicin normal En musculo y en higado

Desempeno muscular (performance)Se mide en terminos de: Fuerza - cantidad de tension que puede producir Resistencia - tiempo que puede trabjar

Determinado por: Tipos de fibras (Tabla 10-3) Condicion fisica

Fibras rapidas Fibras lentas Fibras intermedias

Fibras rpidas (Blancas)

Dimetro mas grande Contienen miofibrillas agrupadas densamente Relativamente pocos mitocondrios -fatiga rapida Mucho glucogeno Producen contracciones rapidas, poderosas y de corta duracin

Figura 10.21 Fibras rapidas versus lentas

Figure 10.21

Fibras lentas (Rojas) Mitad del dimetro que las fibras rapidas Se tardan tres veces mas tiempo para contraerse despues del estimulo Mitocondrios abundantes Red extensa de capilares Alta concentracin de mioglobina Se puede contraer por largos periodos de tiempo

Fibras intermedias

Similar a las fibras rapidas Poca mioglobina

Mayor resistencia a la fatiga Mas vascularidad

Comparacin entre los tipos de fibras musculares

PropiedadesColor Miosina-ATPasa Velocidad Contraccin mitocondrias Fuente ATP Ret. Sarcop Vascularizacin capilar Mioglobina Glucgeno Dimetro fibra Actividad principal Fatiga Ejercicio Rojo

Tipo IEscasa Lenta (>110 ms) Abundantes Oxidacin Poco abundante Abundante Alta Bajo Pequeo Mentenimiento Postura Lenta resistencia

Tipo II aRojo Alta Rpida Abundantes Oxidacin Intermedio Abundante Alta Medio Intermedio Contracciones medias Intermedia 1500 m

Tipo IIbBlanco Alta Rpida (50 ms) Escasas Gluclisis Muy bundante Escasa Baja Alto Grande Contracciones intensas rpida 100 m

Rendimiento muscular y la distribucin de fibras musculares Msculos palidos dominados por fibras rapidas se llaman msculos blancos Msculos oscuros dominados por fibras lentas y mioglobina se llaman msculos rojos Entrenamiento puede llevar a la hipertrofia del msculo estimulado (modificacion del balance entre fibras) Epigenesis

SECCIN 10-7 Tejido muscular cardaco

Caractersticas estructurales del msculo cardaco

Encontrado solo en el corazn Clulas musculares cardacas son pequeas Un ncleo localizado en el centro Tbulo T cortos y anchos, no triadas Dependen del metabolismo aerobio: continuo

Discos intercalados donde las membranas se unen una con otra Gap junctions y desmosomas Comunicacion: mecanica, quimica, electrica

Figura 10.22 Tejido muscular cardaco

Figure 10.22

Caractersticas funcionales del tejido muscular cardaco

Estimulacion intrinseca, automaticidad Contracciones mas duraderas que la del msculo esqueltico No exhiben suma de ondas Contracciones tetanicas no son posible, ocurren pero no son eficientes

SECCIN 10-8 Tejido muscular liso

Caractersticas estructurales del msculo liso

No estriado No poseen sarcmeros Filamentos finos anclados a cuerpos densos

Involuntarios

Figura 10.23 Tejido muscular liso

Figure 10.23

Al finalizar debe estar familiarizado con: La organizacin del msculo y las caractersticas de las clulas del msculo esqueltico. Los componentes estructurales del sarcmero. Los eventos de la unin neuromuscular. Los principales conceptos envueltos en la contraccin muscular y la produccin de tensin. Como las fibras musculares obtienen la energa para la contraccin. La contraccin aerobia y la anaerobia, tipos de fibras musculares y desempeo muscular. Las diferencias entre los msculos esqueltivo, cardiaco y liso.

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