1. TEMA 2. Diferenciación celular. Organización funcional del cuerpo humano.
TEMA 3. Medio interno. Homeostasis. Mecanismos y sistemas de control.
TEMA 4. Compartimientos del organismo. Líquidos corporales.
TEMA 5. Funciones de las membranas celulares. Paso de sustancias. Mensajeros químicos. Receptores.
TEMA 6. Excitabilidad. Potenciales de membrana.
TEMA 7. Potencial de acción y teoría iónica del impulso nervioso.
TEMA 8. Conducción del impulso nervioso y fisiología general de las fibras nerviosas.
TEMA 9. Transmisión sináptica.
TEMA 10. Sinapsis colinérgicas y catecolaminérgicas. Otros tipos de sinapsis.
TEMA 11. Efectores. Excitación y contracción del músculo esquelético.
TEMA 12. Excitación y contracción del músculo liso. Músculo cardíaco.
TEMA 13. Organización funcional del sistema nervioso. Reflejos
TEMA 14. Sistema nervioso autónomo.
FISIOLOGÍA GENERAL
2. Tema 11-12. Excitación y contracción del
músculo esquelético, cardiaco y
liso.
1. Introducción.
2. Músculo esquelético.
2.1. Características.
2.2. Filamentos contráctiles.
2.3. Contracción muscular.
2.4. Unión neuromuscular.
2.5. Acoplamiento excitación-contracción.
2.6. Energética de la contracción muscular.
2.7. Mecánica de la contracción muscular.
2.8. Tipos de fibras musculares esqueléticas.
3. Músculo cardiaco.
4. Músculo liso.
3. 1. Introducción
• Tejido muscular: efectores con acción mecánica o motora
• Formado por células excitables y contráctiles. Tipos:
- Esquelético, unido a los huesos: responsable del movimiento
coordinado y voluntario
- Liso de las paredes de las vísceras (estómago, intestino, vasos
sanguíneos…): involuntario
- Cardiaco: estriado e involuntario
• El 40% del cuerpo es músculo esquelético, y otro 10% es liso y cardiaco
• Los principios básicos de excitación y contracción son aplicables a los tres.
4.
5. 2. Músculo esquelético: características
• Tejido muscular estriado rodeado de una
vaina de tejido conectivo (epimisio) que lo
inserta en los huesos (tendones).
• El músculo se divide en fascículos, y estos
en fibras rodeadas de membrana plasmática
con centenares o miles de miofibrillas que
contienen los filamentos contráctiles
(actina y miosina).
• Las estrías se deben a la disposición
organizada de filamentos gruesos (miosina) y
finos (actina).
• El sarcómero es la unidad contráctil del
músculo esquelético.
6. 2.1. Músculo esquelético: características
• Banda A: filamentos de miosina
solapados con los de actina
• Banda I: filamentos de actina que
parten del disco Z
• Banda H: filamentos de miosina
sin solapamiento con los de actina
Características fibra (célula)
muscular:
- Membrana plasmática = sarcolema
- Multinucleada
- Retículo endoplásmico muy
desarrollado (= sarcoplásmico)
- Gran cantidad de mitocondrias
7. • Filamentos gruesos compuestos por múltiples moléculas de miosina (200
o más).
• Formada por 2 cadenas pesadas formando una doble hélice (cola de la
molécula de miosina) y 4 cadenas ligeras (cabeza de miosina).
• La cabeza está separada de la hélice mediante un brazo flexible. El conjunto
cabeza-brazo se llama puente cruzado y participa directamente en la
contracción.
• La cabeza de miosina posee actividad ATPasa y puede unirse a la actina.
2.2. Filamentos contráctiles: miosina
8. • Filamentos finos constituidos por: doble hebra de actina,
tropomiosina y troponina.
• La tropomiosina se enrolla en espiral alrededor de la actina. En reposo
impide atracción entre los filamentos de actina y de miosina.
• La troponina (complejo de) se une a los lados de la tropomiosina. La
troponina I posee gran afinidad por la actina, la T por la tropomiosina y la C por
el calcio.
2.2. Filamentos contráctiles: actina
9. • = Disminución en la .
longitud de las fibras
individuales.
• Disminución en la
distancia entre los discos Z
sin acortamiento de las
bandas A.
• Las bandas I disminuyen
de longitud.
• La disminución de longitud
del sarcómero se debe al
deslizamiento de los
filamentos finos sobre y
entre los filamentos gruesos.
2.3. Contracción muscular
10. = Disminución en la longitud de los sarcómeros y por tanto de las
fibras musculares.
• Las bandas A no varían, mientras que las bandas I se estrechan.
2.3. Contracción muscular
11. • Troponina y tropomiosina regulan la unión de los
puentes actina-miosina.
• En reposo, la tropomiosina bloquea la unión de los
puentes cruzados a la actina.
• El desplazamiento de la tropomiosina requiere la
interacción de la troponina con Ca2+ liberado por el RS.
• Este desplazamiento muestra los puntos activos de la
actina.
• La ATPasa de la miosina hidroliza el ATP a ADP y Pi,
que se mantienen unidos a la cabeza.
• Puentes cruzados de miosina se unen a las moléculas
de actina.
• Las cabezas de miosina se inclinan al liberar el Pi,
provocando el deslizamiento sobre la actina (golpe de
fuerza). El ADP ha de ser sustituido por un nuevo ATP
para que la cabeza se separe de la actina
• Una vez finalizado el estímulo nervioso bombas de Ca2+
devuelven el catión al RS.
• Al separar El Ca2+
la tropomiosina vuelve a su sitio
cubriendo los puntos activos de la actina: relajación
2.3. Contracción muscular
12. Rigor mortis: sin el ATP producido por el metabolismo celular,
el ADP queda unido a la cabeza de miosina, y ésta queda
“enganchada” a la actina.
2.3. Contracción muscular
15. Sarcolema = membrana plasmática
Retículo sarcoplásmico = retículo endoplasmático especializado a
modo de cisternas donde se almacena Ca2+ : su concentración es muy baja en
el citoplasma.
Túbulos T = invaginaciones del sarcolema hacia el interior celular que
hacen llegar el potencial de acción a toda la fibra muscular
2.3. Contracción muscular: retículo sarcoplásmico
16. • El músculo esquelético está
inervado por grandes fibras
mielinizadas originadas en las
motoneuronas de la médula
espinal.
• Las fibras nerviosas se ramifican e
inervan entre 3 y varios cientos de
fibras musculares. En los
movimientos finos una motoneurona
inerva pocas fibras musculares.
• Unidad motora: conjunto de
fibras musculares inervadas por
una sola motoneurona.
• La unión neuromuscular, cerca del
punto medio de la fibra muscular, se
llama placa motora terminal.
2.4. Unión neuromuscular
17. 2.5. Acoplamiento excitación-contracción
• El potencial de acción generado en la placa motora terminal se
propaga por toda la fibra, y es conducido hacia el interios por los
túbulos T, que están en contacto con el RS.
• La despolarización abre canales de Ca+2
voltaje dependientes.
• El aumento del Ca+2
en el citoplasma activa la contracción muscular.
18. 1
Extremadamente rápida
Muy limitada (5- 8 s)
2
Muy rápida
Limitada
2-3 ATP/ glucosa
3
Lenta
Ilimitada
36 ATP/ glucosa
11
Extremadamente rápida
Muy limitada (5- 8 s)
22
Muy rápida
Limitada
2-3 ATP/ glucosa
33
Lenta
Ilimitada
36 ATP/ glucosa
2.6. Energética de la contracción muscular
La reserva de ATP de la fibra muscular apenas dura 1 segundo…
20. La fuerza de contracción puede aumentarse activando más motoneuronas
2.7. Mecánica de la contracción muscular
Contracción tetánica
(tetania): aumento de la
fuerza de contracción
mediante estimulación
repetida
21. •TIPO I LENTAS O ROJAS:
Isoenzima lenta de la miosina
Abundantes mitocondrias, mioglobina y
vascularización (gran capacidad
oxidativa)
Escaso glucógeno y escaso desarrollo del
retículo sarcoplásmico
Pequeño tamaño y muy resistentes a la
fatiga
• TIPO II RÁPIDAS O BLANCAS
Isoenzimas rápidas de la miosina
Escasas mitocondrias, mioglobina y
vascularización (escasa capacidad
oxidativa)
Abundante glucógeno y gran desarrollo
del RS
Mayor tamaño y menor resistencia a la
fatiga
-IIA. RESISTENTES A LA FATIGA
-IIB. RAPIDAMENTE FATIGABLES
TIPO I
TIPO IIA TIPO IIB
2.8. Tipos de fibras musculares esqueléticas
22. CABALLO
Labor 31 69
Fondista 79 21
24 76
Pura sangre 7 93
Velocista
TIPO I TIPO II
% DE FIBRAS
HOMBRE
50 50Sedentarios
2.8. Tipos de fibras musculares esqueléticas
23. 3. Músculo cardiaco
• Sincitio funcional: se comporta como si fuera una única célula
porque las fibras (células) están interconectadas por uniones
comunicantes (discos intercalares) que permiten una
despolarización (y contracción) sincronizada.
• En realidad hay dos sincitios: aurículas y ventrículos
24. • El nodo sinusal se despolariza
espontáneamente (automatismo
cardiaco), pero la velocidad depende
del SNA
• La despolarización se transmite a
las aurículas y después a los ventrículos
• El PA del músculo cardiaco es un
meseta (0.3s): 1º se abren canales
rápidos de Na+
y después los de Ca+2
más lentamente, permitiendo la
contracción sincronizada.
• Acoplamiento excitación-contracción:
la misma entrada de Ca+2
permite el
deslizamiento de los filamentos.
3. Músculo cardiaco
25. 6. Músculo liso
• Células mononucleadas, delgadas y fusiformes conectadas por
uniones gap: contracción sincronizada
• Controlado involuntariamente por el SNA
• Escasos RS y miosina y abundante actina, que se une a la
membrana y a los cuerpos densos, que pueden formar puentes
intercelulares
26. Clases de contracción del músculo liso
• FASICA CONTRACCIÓN RÁPIDA. Aparato
digestivo y genitourinario.
• TÓNICA CONTRACCIÓN PROLONGADA
(horas o días). Paredes de los vasos sanguíneos, vías
respiratorias y esfínteres.
Control de la contracción: nervioso (SNA),
hormonal y local
6. Músculo liso
Estructura del músculo esquelético El tejido conjuntivo de los tendones rodea al músculo en una vaina llamada epimisio. Esta cubierta externa se extiende hacia el interior y divide al músculo en fascículos o columnas, de forma que cada uno de esos fascículos se encuentra rodeado por su propia vaina de conjuntivo denominadas perimisio. La disección de un fascículo muscular nos revela que se encuentra constituido por numerosas fibras musculares o miofibrillas. Cada miofibrilla está rodeada por una membrana celular denominada sarcolema que a su vez está recubierta por una fina capa de conjuntivo llamada endomisio. De esta forma es muy fácil recordar la estructura de músculo como si fuera la célula muscular un cigarrillo que sed encuentra en un paquete de cigarros que a su vez se guarda en un cartón. Las células musculares poseen los mismos orgánulos que el resto de células del organismo, sin embargo poseen una diferencia respecto la mayoría de células del cuerpo. Son multinucleadas. Esta estructura se debe a que cada fibra muscular está formada por la unión de varios mioblastos embrionarios. Otra característica notable de las fibras musculares esqueléticas es su aspecto estriado al microscopio.
Podemos observar como al microscopio se ven unas bandas claras denominadas bandas I y unas bandas oscuras denominadas bandas A. Al microscopio electrónico en la parte media de las bandas I se observan unas líneas oscuras denominadas discos Z. El origen de las bandas radica en 2 tipos de filamentos unos gruesos, son los filamentos de miosina y dan lugar a la banda A y unos finos, filamentos de actina que dan lugar a la banda clara I. Detalladamente, desde el disco Z, el cual cruza toda la miofibrilla y también cruza de una miofibrilla a otra, parten filamentos de actina en ambas direcciones dando lugar a unas bandas claras. Estos filamentos de actina se intercalan y se solapan con los de miosina, dando lugar a las bandas oscuras A. Las regiones centrales más claras de las bandas A se denominan bandas H (de Helle, palabra alemana que significa brillante), así pues las banda H sólo contienen filamentos gruesos de miosina sin solapamiento con los filamentos finos. Cuando sólo hay miosina se recupera la apariencia clara hasta la región central de la miosina, lugar donde se establecen puentes entre las miosinas. Este aspecto estriado es típico tanto de músculo esquelético como de músculo cardíaco. La porción de la miofibrilla localizada entre dos discos Z se denomina sarcómero. Para no inducir a error se muestra, además de la visión lateral, una visión tridimensional de la miofibrilla. En cada miofibrilla existen numerosos sarcómeros fuera del plano de corte y de esta forma podemos observar los discos Z y que los filamentos finos que atraviesan estos discos Z rodean a los filamentos gruesos con una disposición hexagonal. Hacia el final del tema estudiaremos las características de la inervación muscular. Aquí únicamente me gustaría recalcar que cada fibra muscular estriada recibe una única terminación axónica procedente de una neurona motora somática. (DEFINIR CONCRETAMENTE UNIDAD MOTORA).
Los filamentos de miosina están compuestos por múltiples moléculas de miosina. Estas moléculas interaccionan con por uno de sus lados con los filamentos de actina. La molécula de miosina está formada por seis cadenas polipeptídicas, 2 cadenas pesadas de 200000 y cuatro cadenas ligeras de 20000. Las dos pesadas se enrollan en espiral para formar una doble hélice, denominada cola de la molécula de miosina. Un extremo de cada una de esas cadenas esta plegado en una estructura polipeptídica globulosa denominado cabeza de miosina. Así existen dos cabezas libres situadas una al lado de la otra en un extremo de la cadena de miosina. En estas cabezas se localizan las cadenas ligeras, 2 por cada cabeza y ayudan a controlar la función de la cabeza durante la contracción muscular. Un filamento de miosina está constituido por 200 o mas moléculas individuales de miosina, en la diapositiva se observa como se agrupan para formar el cuerpo del filamento. Cada cabeza se encuentra separada de la porción de hélice mediante un brazo. Al conjunto cabeza-brazo se le denomina puente cruzado. El puente cruzado es flexible y participa directamente en el proceso real de contracción. Se puede observar como en el centro de la fibra no existen cabezas de puente cruzado ya que se extienden alejándose de el centro. Además la fibra de miosina se retuerce sobre sí misma, de modo que cada par sucesivo de puentes cruzados está desplazado axialmente del conjunto previo en 120grados. Así se asegura que los puentes cruzados se extiendan en todas las direcciones alrededor del filamento. Otra característica de la cabeza de miosina es su actividad ATPasa, esencial como veremos para la contracción muscular.
Filamento de actina está constituido por actina, tropomiosina y troponina. Una doble hebra de filamento de actina se enrolla sobre sí misma en una hélice. Cada filamento de esta actina F de la doble hélice está compuesta por actina G polimerizada. Unida a cada una de las moléculas de actina G se encuentra una molécula de ADP. Se cree que estas moléculas de ADP son los sitios activos de los filamentos de actina con los que interactúan los puentes cruzados de los filamentos de miosina para producir la contracción muscular. Las moléculas de tropomiosina se enrollan en espiral alrededor de los lados de la hélice de actina F. En estado de reposo las moléculas de tropomiosina descansan sobre los sitios activos de las hebras de actina, por lo que no puede haber atracción entre los filamentos de actina y de miosina para producir la contracción. La troponina se encuentra unida a los lados de las moléculas de tropomiosina. En realidad son complejos de tres subunidades proteicas unidas de forma laxa, cada una de las cuales tiene un papel específico en el control de la contracción muscular. La troponina I posee gran afinidad por la actina, la T por la tropomiosina y la C por los iones calcio. Se cree que este complejo une la tropomiosina a la actina, y que la fuerte afinidad de la troponina por los iones calcio inicia el proceso de contracción. La relación lado a lado que existe entre los filamentos de actina y miosina no es fácil de mantener. Esto se logra mediante la acción de un gran número de moléculas filamentosas de una proteína llamada titina. La proteína titina es una de las proteínas más grandes del organismo (tiene un PM de 3000000). Debido a su naturaleza filamentosa es una proteína muy elástica por lo que actúa como armazón que reviste los filamentos de actina y miosina para construir la maquinaria contráctil de trabajo del sarcómero.
La contracción muscular produce una disminución en la longitud de sus fibras individuales. Este acortamiento se debe a la disminución de tamaño en las miofobrillas que por su parte está causada por la disminución en la distancia entre cada dos discos Z. En esta aproximación entre los discos Z, las bandas A no presentan un acortamiento, sino que se muestra una aproximación entre las bandas A y que las bandas I, que representan la distancia entre las bandas A de los sarcómeros, disminuyen de longitud. De todos modos y aunque se muestre una disminución de su longitud no se produce un acortamiento de la banda I. Podemos observar como el acortamiento de los sarcómeros se debe al deslizamiento de los filamentos finos sobre y entre los filamentos gruesos.
La contracción muscular produce una disminución en la longitud de sus fibras individuales. Este acortamiento se debe a la disminución de tamaño en las miofobrillas que por su parte está causada por la disminución en la distancia entre cada dos discos Z. En esta aproximación entre los discos Z, las bandas A no presentan un acortamiento, sino que se muestra una aproximación entre las bandas A y que las bandas I, que representan la distancia entre las bandas A de los sarcómeros, disminuyen de longitud. De todos modos y aunque se muestre una disminución de su longitud no se produce un acortamiento de la banda I. Podemos observar como el acortamiento de los sarcómeros se debe al deslizamiento de los filamentos finos sobre y entre los filamentos gruesos.
Este mecanismo de deslizamiento que se da en la contracción muscular se debe a la acción de los puentes cruzados que se proyectan desde la miosina hacia la actina. Como ya hemos indicado estos puentes cruzados se extienden desde el eje de los filamentos gruesos formando unos brazos que finalizan en las cabezas globulares. Recordar que cada miosina presenta dos cabezas globulares que sirven como puentes cruzados y que la orientación de las cabezas de miosina a cada lado de un sarcómero es opuesta a la de las cabezas del otro lado de manera que cuando las cabezas de miosina establecen puentes cruzados con la actina de cada lado del sarcómero tiran de la actina de cada lado hacia el centro. Se ha observado como la presencia de un filamento de actina pura, sin la presencia del complejo troponina-tropomiosina, se une de forma instantánea y fuertemente con las cabezas de las moléculas de miosina en presencia de iones magnesio y de ATP (ambos abundantes en la miofibrilla). Si a este filamento se le añade el complejo troponina-tropomiosina, esta unión no tiene lugar. Por lo que se cree que los sitios activos de unión de la actina normal en músculo relajado están inhibidos o recubiertos físicamente por el complejo troponina-tropomiosina. Por ello, en el músculo relajado, los sitios no se pueden unir a las cabezas de los filamentos de miosina para producir la contracción. Cada cabeza globular de miosina de un puente cruzado contiene un lugar de unión a ATP asociado de manera estrecha al lugar de unión a la actina. La actividad ATPasa de las cabezas de miosina activa a las misma mediante la degradación del ATP. El ADP y Pi generado quedan unidos a las cabezas de miosina hasta que se han unido a los sitios activos de unión de la actina. Cuando se establece el puente cruzado se libera el Pi y se produce una modificación de la configuración de la proteína de miosina causando un golpe de fuerza que tira de los filamentos finos hacia el centro de las bandas A. El ADP se libera cuando los puentes cruzados unen otra molécula de ATP al final del golpe de fuerza. La liberación de ADP por la unión de ATP es necesaria para que se rompa la unión establecida entre la actina y la miosina al final del golpe de fuerza. LA hidrólisis de esta molécula de ATP por la actividad ATPasa de la cabeza de miosina la activará de nuevo. Es muy importante el hecho que antes de que el puente cruzado se pueda unir a la actina la molécula de ATP debe ser hidrolizada y que para que el puente cruzado se libere de la actina debe unirse otra nueva molécula de ATP. Por ejemplo, en el caso de la rigidez cadavérica, tiene lugar debido a la ausencia de ATP cuando muere el músculo. Sin ATP, el ADP queda unido a los puentes cruzados y estos permanecen estrechamente unidos a la actina. Los puentes cruzados son muy cortos, por ello un único ciclo de contracción con golpe de fuerza de todos los puentes cruzados del músculo, sólo lo acorta en un 1% respecto a la situación de reposo. Sin embargo se ha observado como los músculos pueden llegar a presentar un acortamiento del 60%, por lo tanto es obvio que se debe repetir muchas veces los ciclos de contracción. Así que los puentes cruzados se separan de la aactina al final del golpe de fuerza, vuelven a presentar su conveniente orientación de reposo y se vuelven a unir a la actina para repetir el ciclo. Además, hay que pensar que durante la contracción muscular normal sólo están unidos una parte de los puentes cruzados en cada momento, es decir, no presentan un sincronismo como ocurre con los componentes de un equipo de remo, sino que se produce un estiramiento asincrónico como ocurre con la fuerza ejercida en una competición de estiramiento de cuerda o la fuerza ejercida por cuatro personas al empujar un coche se genera una fuerza constante pero no todos la aplican simultáneamente. Para que el músculo se relaje se debe impedir la unión de los puentes cruzados de la miosina a la actina. Se ha indicado anteriormente el papel que desempeña el complejo Troponina-tropomiosina como inhibidores de la unión a los sitios activos de la actina. La actina (actina F) es un polímero formado por unas 300-400 subunidades globulares (actina G) dispuestas en doble hélice. En el surco que queda entre la doble fila de monómeros de actina se dispone la tropomiosina. La troponina, con sus tres subunidades, actúa conjuntamente con la tropomiosina regulando la unión de los puentes cruzados. En el músculo relajado, la tropomiosina ocupa una posición en los filamentos finos que le permite bloquear físicamente la unión de los puentes cruzados a sus lugares específicos de fijación en la actina. Así para que los puentes cruzados de la miosina puedan unirse a la actina, se debe desplazar la tropomiosina. Este desplazamiento requiere la interacción de la troponina con Ca2+. En un músculo relajado, cuando la tropomiosina se encuentra bloqueando los sitios de unión de los puentes cruzados a la actina la concentración de Ca2+ en el sarcoplasma (citoplasma de la célula muscular) es muy baja. Al realizarse el estímulo sobre la célula muscular para que se contraiga se ponen en marcha diversos mecanismos que aumentan la concentración de ca2+ en el sarcoplasma. Parte de ese Ca2+ se une a la troponina lo cual origina un cambio conformacional que hace que la tropomiosina unida<a la troponina se desplacen y se expongan los sitios de unión de la actina a los puentes cruzados. Inmediatamente se produce esta unión, los golpes de fuerza y la contracción muscular. Así pues la posición de los complejos troponina-tropomiosina es ajustable, es decir, cuando el Ca2+ no está unido a la troponina, la tropomiosina permanece en una posición que inhibe la unión de los puentes cruzados a la actina y, por tanto, inhibe la contracción muscular. La unión de Ca2+ la troponina induce un cambio conformacional del complejo que expone los sitios activos de unión. Los ciclos de contracción que se generan pueden continuar siempre y cuando el Ca2+ permanezca unido a la troponina.
Como se ha indicado la contracción muscular se produce siempre y cuando se una a la troponina una cantidad suficiente de Ca2+, lo cual ocurre cuando en el sarcoplasma se alcanzan valores superiores a 10e-6M. Y por supuesto que para que se produzca la relajación muscular los niveles de Ca2+ en el sarcoplasma deben ser menores a dicha concentración. En la relajación muscular se transporta activamente el Ca2+ fuera del sarcoplasma hacia el retículo sarcoplásmico. El retículo sarcoplásmico es un tipo modificado de retículo endoplasmático constituido por cisternas y por conductos interconectados que rodean a cada miofibrilla en el interior de la célula muscular. Las cisternas terminales, la primera porción mencionada, están en contacto con los túbulos transversales o túbulos T, que corren a lo largo de las líneas Z que limitan el sarcómero. (Libro histología). Por tanto los túbulos T se encuentran separando las cisternas terminales. Entos estrechos túneles membranosos se forman a partir del sarcolema (membrana celular muscular) y muestran continuidad con el mismo. Así pues, los túbulos T se abren hacia el espacio extracelular a través de poros localizados en la superficie de la célula y tienen capacidad de conducir potenciales de acción. En la célula muscular relajada la mayor parte del Ca2+ permanece almacenado en las cisternas terminales. Cuando se produce la estimulación de la fibra muscular para que se contraiga ya sea en respuesta a una neurona motora in vivo o al efecto de un choque eléctrico in vitro, el Ca2+ almacenado se libera del retículo sarcoplásmico y puede unirse a la troponina. Al interrumpirse la estimulación de la fibra muscular el Ca2+ es devuelto al retículo sarcoplásmico mediante transporte activo.
Las fibras de músculo esquelético están inervadas por fibras nerviosas grandes y mielinizadas originadas en las grandes motoneuronas del asta anterior de la médula espinal. En el músculo cada fibra nerviosa se ramifica y puede estimular entre 3 y varios cientos de fibras musculares esqueléticas (así por ejemplo en el ojo hay una fibra nerviosa por cada fibra muscular, se precisa mucha precisión de movimiento; si un músculo no ha de realizar movimientos delicados la fibra nerviosa se encuentra muy ramificada). Cada terminación nerviosa establece una unión denominada unión neuromuscular localizada cerca del punto medio de la fibra muscular, en un punto que se ha denominado placa motora terminal, de este modo cuando le llega un potencial de acción se transmite en ambas direcciones hacia los extremos. Normalmente sólo existe una de estas uniones por fibra muscular (excepciones aprox un 2%). Antes de descubrirse el microscopio electrónico se aceptó que los axones al acercarse a la fibra muscular y antes de ramificarse en las ramas terminales, pierde su vaina de mielina. Las ramitas se acercan a la superficie de la fibra muscular únicamente cubiertas por la vaina de la células de schwann. Gracias al desarrollo tecnológico de la microscopía electrónica se pudieron observar muchos más detalles. Se observó una invaginación del sarcolema a la que se denominó canal o depresión sináptica y un espacio que separaba la fibra nerviosa de la muscular, es decir un espacio o hendidura sináptica. En el fondo del canal existen numerosos pliegues del sarcolema que aumentan la superficie de la célula muscular expuesta al neurotransmisor liberado por la fibra nerviosa, los cuales se denominan hendiduras subneurales. Además en el terminal nervioso se observaron muchas mitocondrias, indicativo de una elevada tasa metabólica, ya que suministran ATP, imprescindible para la síntesis de acetilcolina. La acetilcolina como se indicó en el tema anterior se sintetiza en el citoplasma del terminal y se absorbe rápidamente en las vesículas sinápticas. En la hendidura sináptica existen acetilcolinesterasas que hidrolizan la acetilcolina rápidamente tras ser liberadas de las vesículas. Como vimos en el tema anterior los receptores nicotinicos de acetilcolina son en realidad canales iónicos regulados por acetilcolina. De este modo cuando el potencial de acción de la fibra nerviosa llega al botón axónico se estimula la liberación de acetilcolina, la cual, mediante exocitosis es vertida a la hendidura sináptica. Parte de esa acetilcolina llegará a sus receptores en la célula muscular, localizados en las bocas de las hendiduras subneurales localizadas próximas a los llugares de liberación de acetilcolina. Como ya se indicó la unión de dos moléculas de acetilcolina abre el canal y se permite el paso de Na+, K+ y Ca2+, aunque el que entra mayoritariamente a favor de gradiente de concentración es el Na+. Los iones negativos no pasan por la existencia de cargas negativas en la boca del canal. La entrada de iones positivos origina un potencial postsináptico (potencial local) denominado potencial de la placa terminal, y se genera una despolarización que iniciará un potencial de acción que originará la contracción muscular.
En las células musculares los potenciales de acción pueden conducirse hacia el interior de las fibras a través de la membrana de los túbulos transversales. En los túbulos T los potenciales de acción dan lugar a la liberación de Ca2+ a partir del retículo sarcoplásmico. Como no existe una continuidad física entre el retículo sarcoplásmico y los túbulos T se cree que entre ambos debe existir un acoplamiento directo entre los canales Ca2+ voltaje dependientes a través de los cuales se libera el Ca2+.
Los extremos de los músculos esqueléticos se insertan en las estructuras óseas mediante los tendones, los cuales están constituidos por tejido conjuntivo muy resistente. La contracción muscular supone una disminución de tamaño del músculo y por tanto un estiramiento de los tendones y movimiento de las articulaciones las que se inserta. Se este modo tenemos que la contracción de músculos extensores incrementa el ángulo articular de los huesos en los que están fijados y la contracción de músculos flexores que da lugar a la disminución del ángulo de una articulación. El músculo agonista es el que desempeña la acción de movimiento, así en un movimiento de flexión el el músculo agonista es el flexor. El músculo que actúa sobre la misma articulación con acción opuesta se denomina antagonista, en este caso el antagonista del flexor será el extensor.
La estructura del músculo cardíaco es bastante parecida al del músculo esquelético: también son células estriadas, contiene sarcómeros que contienen filamentos finos de actina y filamentos gruesos de miosina. Igual que en el esquelético el acortamiento del sarcómero cardíaco se produce por un mecanismo de deslizamiento de los filamentos y las líneas Z se aproximan entre sí. Una diferencia llamativa es que el músculo cardíaco parece un sincitio, es decir, una única célula multinucleada formada por muchas fusiones, con ramificaciones y fibras de interconexión. Sin embargo, no es un auténtico sincitio, ya que son células interconectadas entre sí. La célula miocárdica tiene una estructura tubular y está unida a la adyacente por uniones comunicantes o sinapsis eléctricas. Estas uniones están en los extremos de las células. Estas líneas entre los miocitos se llaman discos intercalares. En los discos intercalares hay uniones comunicantes con conductancias elevadas. Estas uniones están formadas por conexones, estructuras hexagonales que conectan el citosol de las células adyacentes. Este tipo de estructura hace que el miocardios e comporte como una unidad funcional y que todas sus células se contraigan a la vez. A diferencia del musculo esquelético que producen contracciones graduales según el número de céulas estimuladas, el miocardio se contrae totalmente cada vez. Es decir, sí que funciona como un sincitio, ya que se produce una onda de despolarización seguida por la contracción de aurículas y ventrículos (RESPUESTA DE TODO O NADA) cuando se aplica un estímulo superior al umbral. En realidad se compone de 2 sincitios: el sincitio auricular que constituye las paredes de las 2 aurículas, y el ventricular que constituye el de los 2 ventrículos. Esta división de la masa muscular cardiaca en 2 sincitios permite que se contraigan un poco antes las aurículas que los ventrículos, lo cual es de mucha importancia para el correcto funcionamiento de la bomba cardiaca. Otra diferencia con el músculo esuelético es que contiene un gran número de mitocondrias (sarcosomas). El esquelético tiene pocas mitocondrias y puede realizar un metabolismo anaerobio y generar una importante deuda de oxígeno. El cardiaco necesita más mitocondrias y no puede generar deuda de oxígeno. Por eso está dotado de un importante riego capilar (aprox 1 capilar/fibra). Otra diferencia importante con el músculo esquelético es que éste necesita de estimulación externa por parte de los nervios motores para generar potenciales de acción y el cardiaco puede producir potenciales de acción de manera automática, que se originan en un grupo de células llamadas marcapasos. Sin embargo, la velocidad de despolarización y por tanto, la frecuencia del latido cardiaco se regulan por el SNA.
Lo que se ha comprobado experimentalmente es que cuando se extirpa el corazón de una rana éste sigue latiendo mientras los miocitos sigan vivos. Esta actividad automática se llama automatismo. Experimentos con células aisladas y con pacientes con cardiopatías han demostrado que hay células que tienen actividad marcapasos y pueden originar potenciales de acción. Estas células son las del nódulo sinoauricular o nódulo SA. Este nódulo se encuentra en la aurícula derecha cerca de la desembocadura a la vena cava superior. Lo que ocurre en este nódulo es que sus céulas durante el periodo de diástole tiene una despolarización espontánea llamada potencial marcapasos, de manera que el potencial pasa de -60 mV gradualmente a -40 mV. Se debe a la apertura primero de canales lentos de calcio y luego otros rápidos que son los que generan el potencial de acción que se da a partir de -40 mV, ayudados tb por canales de sodio regulados por voltaje. La repolarización se da por apertura de canales potasio. Hay otras regiones con capacidad marcapasos como son el haz auriculoventricular, pero la despolarización es menor, por lo que son estimuladas antes por potenciales procedentes del nódulo SA que por potenciales marcapasos originados por ellos mismos. Si el flujo del potencial se interrumpe entre el nódulo SA y estas zonas, entonces sí que generan potenciales marcapasos y se llaman foco ectópico. Cuando llega el potencial desde el nódulo SA las células miocárdicas producen sus propios potenciales de acción. En la figura vemos el potencial de acción que se puede registrar en el músculo ventricular. En cada latido el potencial pasa de -85 mV a +20 mV. Tras la espiga o punta inicial la membrana permanece despolarizada durante 0,2 seg aproximadamente en el musc auricular y 0,3 seg en el ventricular haciendo una meseta, que va seguida de una terminación de la misma por una rápida repolarización. La presencia de esta meseta hace que la contracción del músculo cardiaco dure hasta 15 veces más que la del esquelético. Esta meseta se produce porque se abren los canales rápidos de sodio (igual que en el músculo esquelético) y después se abren los canales lentos de calcio y sodio que se abren más lentamente y permanecen abiertos más tiempo. Durante este tiempo fluyen al interior de la fibra cardiaca grandes cantidades de Na y de Ca y esto mantiene un periodo de despolarización prolongado que es la causa de la meseta del potencial de acción. Otra de las causas por las que se produce el potencial de acción en meseta es porque inmediatamente después de su comienzo la permeabilidad de la membrana por el potasio disminuye unas cinco veces, efecto que no se da en el musc esquelético. Esto se produce por la entrada de Ca. Así, disminuye la salida de K y así evita que vuelva al potencial de reposo. Cuando una vez transcurridos 0,2 o 0,3 seg se cierran los canales lentos de calcio y sodio, la permeabilidad de la membrana para el potasio aumenta rápidamente y así el potencial regresa a ser el de reposo, terminando así el potencial de acción. La despolarización de las células miocárdicas causa la apertura de canales de Ca regulados por voltaje en el sarcolema o memb plasmática. La entgrada de Ca a su vez provoca la apertura de más canales Ca en el retículo sarcoplásmico y esto aumenta muchísimo la concentración de calcio en el citosol. Hasta aquí es igualk que en el esquelético, pero hay una diferencia fundamental y es que además de estas 2 fuentes de Ca en el miocardio hay otra y es que también se produce salida de Ca desde el túbulo T. Sin esta salido no se produciría contracción, ya que el retículo no está suficientemente desarrollado y sin embargo, los túbulos T tienen hasta 5 veces mayor diámetro que en el esquelético. El correcto funcionamiento de la contracción del corazón depende tambiénb de la concentración de Ca extracelular. Esto se debe a que los túbulos T se abren al exterior y están en contacto con el líquido extracelular constantementeEntonces es cuando el Ca se une a la troponina y comienza la contraccón. Luego se repolariza al bajar la concentración de calcio debido a su expulsión al exterior de la célula por intercambiador Na+-Ca2+ o al interior del retículo sarcoplásmico y se relaja. Debido a que las células miocárdicas tienen periodos refractarios largos, no pueden volver a estimularse de nuevo. Este periodo se corresponde al de duración de la contracción o del potencial de acción y por tanto, para que se pueda volver a contraer se ha de relajar primero necesariamente.
El músculo lisos está formado por células uninucleadas, delgadas y fusiformes. Llegan a tener longitudes de 10 um en los vasos sanguíneos hasta 500 um en el útero y diámetros de 2 a 10 um. En la actividad funcional de las vísceras intervienen el músculo liso y el Sistema nervioso autónomo y por lo tanto, la contracción de este músculo es involuntaria. El músculo lisos aparece en: aparato circulatorio, respiratorio, digestivo, genitourinario, ojos, entre otros y va a ser muy importante en medicina ya que está implicado en muchas enfermedades como asma, aterosclerosis e hipertensión. El músculo liso tiene una estructura muy distinta al esquelético. No contiene sarcómeros y muy poca miosina (actina/miosina=15:1), por lo que está compuesto fundamentalmente pos actina. Los filamentos finos son largos y se unen a la membrana plasmática de la célula muscular lisa o a estrucutras sarcoplásmicas proteicas llamadas cuerpos densos formados por alfa-actinina, análogas a los discos Z. Algunos cuerpos densos también se unen entre sí por puentes intercelulares de proteína. La fuerza de contracción se transmite de una célula a otra fundamentalmente por estos enlaces.
Así como la mayor parte de los músculos esqueléticos se contraen y se relajan rápidamente, los músculos lisos se pueden contraer de una forma fásica parecida al esquelético o tónica, que es una contracción más prolongada, que a veces dura horas o incluso días. En una contracción fásica el músculo liso al contraerse puede provocar el vaciamiento de una víscera al aumentar su presión. En una contracción tónica se contrae isométricamente largos periodos de tiempo con el fin de mantener las dimensiones del órgano. La mayoría de los músculos lisos del digestivo y genitourinario son fásicos: normalmente se encuentran relajados o rítmicamente activos. Por el contrario, los músculos lisos de las paredes de los vasos, de vías respiratorias y esfínteres suelen ser tónicas, es decir, siempre tienen cierto grado de contracción. El control y la coordinación del músculo depende de: su inervación intrínseca y extrínseca, la irrigación que aporta los nutrientes y hormonas y las uniones que permiten las interacciones eléctricas, químicas y mecánicas. La acción del neurotransmisor depende del tipo de receptor que haya expresado la célula muscular. Por ejemplo, la noradrenalina podrá excitar o inhibir un músculo (contraer o relajar). Estas respuestas distintas permiten una regulación coordinada en el organismo. De todas formas el músculo lisos puede contraerse a pesar de no tener inervación extrínseca. Se debe a que puede contraerse en respuesta a hormonas o a procesos neurales intrínsecos.
