texto descriptivo y educativo acerca de la morfologia del musculo esqueletico, texto que puede ser utilizado para biologia celular o morfologia.

1. Las células que forman el músculo esquelético se denominan fibras musculares o
miofibras y son largas estructuras cilíndricas rodeadas por una membrana plasmática
llamada sarcolema. Las fibras musculares tienen entre 10 y 100 µm de diámetro y unos
pocos milímetros a centímetros de longitud; por ejemplo, el músculo sartorio tiene
fibras de 100 µm de diámetro y hasta de 20 cm de longitud. Cada fibra está rodeada por
una delgada capa de tejido conectivo llamada endomisio (membrana externa) y miles de
estas fibras envueltas por otra delgada capa de tejido conectivo llamada perimisio
forman un haz de fibras. Varios haces de grupos de fibras musculares se unen a un
tendón en cada extremo y son los llamados músculos, que están rodeados por una
membrana protectora llamada epimisio. Por ejemplo, el bíceps es uno de esos músculos.
Las fibras musculares pueden contener hasta varios miles de núcleos derivados de la
fusión de mioblastos durante la vida fetal y postnatal, y la mayor parte están localizados
en la periferia, debajo de la membrana externa. Las fibras musculares se componen de
miofibrillas, membranas y redes de citoesqueleto que anclan las fibrillas contráctiles al
sarcolema. Las miofibrillas están compuestas por unidades contráctiles repetidas
conocidas como sarcómeros y tal vez sean las estructuras macromoleculares mas
ordenadas en las células eucariotas (Gregorio y Antin, 2000).
Figura 1. Músculo esqueletico estriado. A. Diagrama del músculo bíceps mostrando su
unión al hueso y gran número de células musculares agrupadas en haces. B. Cada célula
muscular contiene miles de miofibrillas, formadas por filamentos delgados (actina) y
gruesos (miosina), que interactúan para producir el acortamiento del músculo, la
contracción.
El sarcómero está limitado en sus extremos por líneas-Z localizadas en la mitad de la
banda-I y contiene principalmente filamentos de actina. La miofibrilla consiste de
filamentos gruesos y delgados que forman un patrón de estriaciones (vista con el
microscópio de luz), con filamentos delgados de actina en direcciones opuestas que se
unen por dímeros de actina (Luther, 2000). Los polímeros de moléculas de mosina
forman la banda-A, oscura, que es bisectada por una región clara llamada banda-H,
cuyo mayor componente es creatinina cinasa y en cuyo centro se encuentra la línea-M.
En esta línea los filamentos gruesos se conectan a moléculas gigantes de titina, que
cubren la mitad del sarcómero, de línea-Z a línea-M y se cree que funcionan al mismo

2. tiempo como resorte y como regla para definir la longitud del sarcómero después de la
contracción (Gautel et al., 1999).
Los componentes primarios de las fibrillas de músculo esquelético son miosina y actina,
así como tropomiosina y troponina asociadas con la actina. Otras proteinas musculares,
como titina, neblina, α-actina y miomesina, son esenciales para regular el
espaciamiento, unión y alineación precisa de los miofilamentos. Estas proteinas
constituyen mas del 75% del total de proteinas de la fibra muscular.
Figura 2. Mecanismo de la contracción muscular. A. Los filamentos delgados (actina) se
deslizan sobre los filamentos gruesos (miosina) para producir el acortamiento del
sarcómero. B. Diagrama de las moléculas de actina mostrando el sitio de la
tropomiosina que se expone para la interacción con la actomiosina.
En el músculo esquelético la distrofina del sarcolema se asocia a otras proteinas para
formar un complejo que se cree une el citoesqueleto de actina a la matriz extracelular.
La función y sobrevivencia de la miofibrilla dependen de esa unión, que estabiliza el
sarcolema durante los ciclos repetidos de contracción y relajación, y trasmite la fuerza
generada en los sarcómeros a la matriz extracelular (Petrof et al., 1993). Las integrinas
(McDonald et al., 1995) y el complejo de glicoproteinas asociada a la distrofina (DGC)
ayudan a mantener ese anclaje. Los componentes de la DGC se han descrito con detalle
(Ohlendieck, 1996) y uno de sus componentes extracelulares, el β-distroglicano,
proporciona un eslabón físico entre la matriz extrcelular y el citoesqueleto intracelular.
La distribución precisa de la DGC en el sarcolema no se conoce, aunque la distrofina
está concentrada en el sarcolema de las fibras de músculos esqueléticos en hilos
orientados longitudinalmente y en las costámeras, que son regiones del sarcolema que
se sobreponen a las líneas-Z y -M. Probablemente la proteina responsable de coordinar
la distribución de proteinas en el sarcolema sea la misma actina (Williams y Bloch,
1999).

3. Figura 3. Proteinas estructurales del sistema de contracción del músculo. A. Diagrama
de los componentes de un sarcómero, filamentos gruesos de miosina (azul) con la
proteina titina para mantenerlos entre los filamentos delgados, y filamentos delgados de
actina (rojo) con proteinas unidas (nebulina, tropomodulina, tropomiosina y troponinas.
La distancia entre dos líneas-Z en reposo es alrededor de 2.5 µm.
<http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/Myosin%20II.htm> B. Proteinas de
la línea-Z, entre ellas actinina y vinculina.
Las proteinas estructurales del citoesqueleto que sostienen los filamentos intermedios,
como las proteinas vimentina, desmina y nestina, forman un eslabón físico que en los
músculos estriados conecta las subunidades contráctiles al sarcolema. Estos filamentos
pueden tener un papel importante en la organización celular durante la miogénesis, así
como en mantener la integridad estructural de las miofibras maduras, redistribuyendo el
estrés producido por la actividad contráctil (Vaittinen et al., 1999). En miofibras
maduras la expresión de vimentina es completamente 'down'-regulada, mientras que la
nestina, adyacente a la NMJ y la MTJ, se expresa a bajos niveles. A lo largo de la
maduración la expresión de desmina aumenta contínuamente y finalmente se acumula
en las márgenes de las líneas-Z, manteniendolas juntas a la membrana plasmática
(Lazarides, 1980; Tkuyasu et al., 1985).
A. Compartimentos membranales
La superficie de la fibra muscular consiste de una membrana plasmática (sarcolema) y
el sistema tubular-T, que aunque se contínuan, tienen una composición proteínica y
lipídica diferente. La membrana plasmática de la miofibra también tiene dos tipos de
áreas especializadas, la placa neuromuscular (neuromuscular junction, NMJ) y la unión
con el tendón (myotendon junction, MTJ).
1. El sarcolema
El sarcolema o membrana celular rodea el sarcoplasma o citoplasma de la fibra
muscular y como otras membranas celulares, puede mantener un potencial a través de
ella debido a la diferencia en la concentración de cargas positivas y negativas en el

4. interior y exterior de la célula. El primer paso en el proceso que lleva a la contracción es
un cambio brusco en el potencial transmembrana, llamado potencial de acción.
Otra característica notable del sarcolema es que tiene numerosas caveolas, consideradas
como un tipo especializado de regiones lipídicas llamadas 'balsas', que contienen la
proteina caveolina-3, específica del músculo. En el músculo esquelético diferenciado la
caveolina-3 se asocia con los túbulos-T en desarrollo, pero en el músculo maduro está
restringida a las caveolas del sarcolema y ya no es detectable en las túbulos-T (Payton et
al., 1997). La localización exacta de caveolina-3 respecto a marcadores definidos de
superficie ha sido estudiada por Rahkila y colaboradores (2001), quienes encontraron
que el sarcolema del músculo parece ser un arreglo de áreas con balsas asociadas con
caveolina y áreas sin balsas, que forman un mosaico de dominios de túbulos-T, vacuolas
sarcolemales y dominios de β-distroglicanos.
2. El retículo sarcoplásmico
Donde un túbulo transverso encuentra una miofibrilla, el túbulo es rodeado de cerca por
la membrana del retículo sarcoplásmico (RS). Este es un complejo membranal similar al
retículo endoplásmico en otras células, pero en el músculo esquelético forma una red
tubular alrededor de cada miofibrilla. A cada lado del túbulo-T el retículo sarcoplásmico
se ensancha y forma una cámara llamada cisterna terminal, que se une al túbulo-T por
medio de una estructura conocida como 'pie'. La combinación de un par de cisternas
terminales y el tubulo transverso se denomina 'triada' y aunque sus membranas están
unidas, los contenidos líquidos están separados y son diferentes.
La concentración intracelular de iones calcio (Ca2+) se mantiene baja debido a 'bombas',
que los sacan cuando su concentración aumenta. Aunque las fibras de músculo
esquelético 'bombean' Ca2+ hacia afuera de la célula, también eliminan el calcio del
sarcoplasma transportándolo a la cisterna terminal del retículo sarcoplásmico. El
sarcoplasma de una fibra muscular en reposo contiene concentraciones de Ca2+
alrededor de 10-7 molar/litro y su concentración dentro de la cisterna terminal puede ser
hasta 1000 veces mayor; además, la cisterna contiene una proteina llamada
calsecuestrina, que une los iones calcio en forma reversible. Incluyendo tanto el calcio
libre como el calcio unido a otras moléculas, la concentración total de Ca2+ dentro de la
cisterna puede ser hasta 40,000 veces la del interior del sarcoplasma que la rodea.
Para que ocurra la interacción entre la actina y la miosina que produce la contracción,
debe haber calcio, que después de la contracción debe ser eliminado y la entrega y
eliminación de este ión se lleva a cabo por el trabajo combinado del sistema tubular-T y
el RS. El RS rodea las miofibrillas como un sistema de redes, una de ellas alrededor de
la banda-A y otra en la banda-I, y donde las dos redes se encuentran, en la unión de las
bandas-A e -I, el RS forma una cisterna. El RS controla el nivel de Ca2+ intracelular en
el músculo esquelético, almacenándolo y liberándolo. Inicialmente el retículo
sarcoplásmico se desarrolla como un retículo endoplásmico, pero conforme el músculo
se diferencía se enriquece con proteinas específicas (Volpe et al., 1992; Villa et al.,
1993). Tres proteinas purificadas inicialmente del retículo sarcoplásmico son, la ATPasa
de calcio (SERCA), calsecuestrina (CLQ) y el receptor a la rianodina (RyR). SERCA es
responsable de bombear calcio hacia la luz del RS durante la relajación, mientras CLQ
es la mas prominente de las proteinas intraluminales quelantes de calcio y entre ambas
aumentan la capacidad del RS para el calcio. La proteina del SR mas abundante fuera de

5. la unión túbulo-T-RS es SERCA, que normalmente está distribuída en elementos
tubulares rodeando la línea-Z y -M, así como en los elementos alineados con el eje
longitudinal de la miofibrilla (Williams y Bloh, 1999). En la luz del RS la proteina mas
abundante es CLQ (Jorgensen et al., 1977), un proteína ácida que une el calcio con
afinidad moderada y alta capacidad.
El extremo carboxilo de la CLQ es ácido y se une en forma específica al RS de la unión
(Nori et al., 1993), donde CLQ y RyR están acopladas en forma funcional. La triadina
es otra proteina de membrana, abundante en el RS de la unión, donde se colocaliza con
RyR y ancla la CLQ a la cara membranal que enfrenta la unión, mediando el
acoplamiento funcional entre el RyR y la CLQ en la luz del RS (Franzini-Armstrong et
al., 1987; Guo y Campbell, 1995).
La contracción muscular se inicia cuando los iones calcio almacenados en el retículo
sarcoplásmico son liberados, difunden y entran en contacto con las unidades contráctiles
individuales, las miofibrillas.
3. El sistema tubular transverso (STT)
Una fibra muscular esquelética puede ser muy larga, hasta de varios centímetros de
longitud, pero todas sus regiones deben contraerse simultáneamente, por lo que la señal
que inicia la contracción debe distribuirse rápidamente a lo largo y hacia el interior de la
célula. Para ello, la señal es propagada primero a lo largo del sarcolema y después
conducida por los túbulos transversos o túbulos-T, que son tubos estrechos contínuos
con el sarcolema que se extienen en ángulos rectos a la superficie celular. Los túbulos-T
están llenos de líquido exracelular y forman vías dentro de la fibra muscular. Como su
membrana tiene las mismas propiedades generales que el sarcolema, los potenciales de
acción son conducidos hasta llegar a la región de las triadas, donde se inicia el proceso
que acopla la excitación con la contracción. Aunque esta función de propagar
rápidamente los potenciales de acción en la membrana superficial es la mejor conocida,
los túbulos-T también pueden ser utilizados para llevar componentes del líquido
extracelular al interior de las fibras musculares.
Los túbulos-T forman una red contínua que corre transversalmente por varias
miofibrillas y las penetra a todos los niveles, siendo sistemas de membranas conectadas
con el sarcolema que mantienen una composición de lípidos y proteinas diferente a la
del sarcolema (Flucher, 1992; Parton et al., 1997). Algunos estudios han proporcionado
evidencias de que se originan como un compartimento tubular interno que después se
funde con la membrana del sarcolema (Flucher et al., 1993), aunque en otros estudios se
dice que se forman por la fusión repetida de caveolas, ayudadas por amphyphysina (Lee
et al., 2002). La caveolina-3, específica de músculo, puede ser requerida para generar la
composición única de proteinas y lípidos del sistema tubular-T (Parton et al., 1997) y la
amphiphysina II es esencial para su organización y morfología normal. La
amphiphysina II se colocaliza con la ankyrina y tiene un papel en anclar la ramificación
de los túbulos y en organizar sus componentes proteicos (Razzaq et al. 2001). Se ha
encontrado que las isoformas de ankyrina-1 se localizan en la línea-M, donde se unen a
oscurina, una interaccíon que puede proporcionar un eslabón directo entre el RS y las
miofibrillas (Bagnato et al., 2003).

6. Figura 4. A. Diagrama del reticulo sarcoplásmico, mostrando las cisternas terminales y
su relación cercana con los túbulos transversos (morado). B. Ciclo que inicia la
contracción; a la izquierda está la terminal nerviosa, que al liberar acetilcolina induce un
potencial de acción que viaja por la membrana superficial(flechas) e ingresa a los
túbulos transversos. Ahí estimula la liberación de calcio por parte del retículo
sarcoplásmico (verde) y este catión difunde a los miofilamentos para producir su
interacción y la contracción de la fibra muscular.
Los túbulos-T están localizados entre la cisterna terminal adyacente al RS, formando
una triada compuesta por dos cisternas terminales y el túbulo-T. Las uniones RS-túbulo-
T y sus asociaciones con miofibrillas se desarrollan en una serie de pasos consecutivos
(Flucher, 1992; Flucher et al., 1993), donde la formación de uniones entre los dos
sistemas membranales se hace en forma concurrente, iniciando cambios moleculares en
ambos sistemas de membranas (Takekura et al., 2000).
Cuando el potencial de acción nervioso llega a la membrana muscular, esta sufre una
depolarización que es trasmitida a las profundidades de la célula por las membranas del
sistema tubular-T. Cuando el potencial de acción de los túbulos es detectado por un
receptor a la dihidropiridina localizado en la unión del túbulo con la cisterna del retículo
sarcoplásmico, un mecanismo aún no dilucidado produce la apertura de los receptores a
la rianodina, que funcionan como canales para el calcio. Cuando estos canales se abren,
como la concentración de iones calcio dentro del RS es mucho mayor que en citosol de
la célula, estos iones salen de su depósito para iniciar el proceso de la interacción entre
los filamentos gruesos y delgados, la contracción muscular.
Esta serie de eventos es llamada el 'acoplamiento excitación-contracción' (e-c) y varias
proteinas específicamente localizadas en la unión RS-túbulo-T tienen papeles esenciales

7. en ellos. El receptor a la dihidropiridina (DHPR) en el túbulo-T detecta el voltaje a
través de la membrana y su activación produce la liberación de Ca2+ del RS (Flucher,
1992), mientras el canal de liberación RyR/Ca2+ está localizado en el RS de la unión y
es responsable de la liberación de Ca2+ de sus lugares de almacenamiento. Tanto el RyR
como el DHPR son necesarios para el desarrollado apropiado del músculo, aunque
ninguno de ellos lo es para el anclaje T-RS o la búsqueda y/o asociación de CLQ y
tradina en el RS de unión (Felder y Franzini-Armstrong, 2002).
B. El aparato contráctil
1. Los sarcómeros
Las miofibrillas son haces de filamentos gruesos y delgados organizados en unidades
funcionales repetitivas llamadas sarcómeros y como en reposo cada uno de ellos tiene
una longitud de 1.6-2.6 µm, una miofibrilla tiene aproximadamente 10,000 sarcómeros
de un extremo a otro. Los sarcómeros son las unidades funcionales mas pequeñas de la
fibra muscular y cada uno de ellos contiene filamentos gruesos, filamentos delgados,
proteinas que estabilizan la posición de los filamentos y proteinas que regulan las
interacciones entre los filamentos delgados y gruesos. Las interacciones entre los
filamentos gruesos y delgados de los sarcómeros son las responsables de la contracción
muscular.
La apariencia estriada de cada miofibrilla se debe a las diferencias en tamaño, densidad
y distribución de los filamentos gruesos y delgados. La estriación se forma alternando
bandas oscuras (bandas-A) y claras (bandas-I), cuyos nombres derivan de las palabras
anisotrópico e isotrópico y se refieren a la apariencia de las bandas cuando son vistas
con un microscopio de luz polarizada.
Figura 4. Diagrama animado del arreglo de miofibrillas en un músculo estriado en
reposo y su cambio durante la contracción.
a. La banda-A
Los filamentos gruesos están colocados en el centro del sarcómero, en la banda-A, cuya
longitud es igual a la longitud de un filamento grueso típico. Sin embargo, la banda-A
también incluye porciones de los filamentos delgados y tiene tres subdivisiones:
1. La línea-M. La porción central de cada filamento grueso se conecta con sus vecinos
por medio de proteinas en la línea-M, que ayudan a estabilizar sus posiciones.

8. 2. La zona-H. En un sarcómero en reposo, la zona-H o banda-H es una región mas clara
a cada lado de la línea-M y contiene filamentos gruesos pero no filamentos delgados.
3. La zona de sobreposición. En esta zona los filamentos delgados están situados entre
los filamentos gruesos, de manera que cada filamento delgado está rodeado por tres
filamentos gruesos y cada filamento grueso por seis filamentos delgados.
b. La banda-I
Cada banda-I se extiende desde la banda-A de un sarcómero hasta la banda-A del
siguiente sarcómero y contiene filamentos delgados, pero no filamentos gruesos, con las
líneas-Z marcando la frontera entre sarcómeros adyacentes. Estas líneas-Z consisten de
proteinas llamadas 'conectinas', que interconectan los filamentos delgados de
sarcómeros adyacentes. Desde las líneas-Z en el extremo de cada sarcómero, los
filamentos delgados se extienden en la zona de sobreposición hacia la línea-M. Hilos de
una proteina llamada 'titina' se extienden desde la punta de los filamentos gruesos a los
sitios de unión en la línea-Z y ayudan a la fibra muscular a resistir el estiramiento, que
en otra forma trastornaría el arreglo de miofibrillas y el mecanismo de la contracción.
Cada sarcómero está rodeado por dos túbulos transversos y las triadas se localizan a
ambos lados de la línea-M, en la zona de sobreposición. Como resultado, los iones
calcio liberados por el retículo sarcoplásmico entran en las regiones donde los
filamentos delgados y gruesos interactúan.
Cada línea-Z está rodeada por una red de filamentos intermedios que interconectan
miofibrillas adyacentes y las mas cercanas al sarcolema se unen a sitios específicos en el
interior de la membrana. Debido a que las líneas-Z de todas las miofibrillas están
alineadas, la fibra muscular como un todo tiene una apariencia estriada, que como es
visible al microscópio de luz da al músculo esquelético su aparencia y clasificación de
estriado.
Ahora consideraremos la estructura molecular de los filamentos responsables de la
contracción muscular.
2. Los filamentos delgados
Un filamento delgado típico tiene 5-6 nm de diámetro y 1 µm de longitud, y está
formado por cuatro proteinas, actina-F, nebulina, tropomiosina y troponina.
La actina-F es un hilo torcido compuesto por dos hilos de 300-400 moléculas globulares
individuales de actina-G. Un hilo largo de nebulina es una espiral que se coloca a lo
largo del filamento de actina-F en el espacio entre los hilos de moléculas de actina-G y
mantiene juntos los hilos de actina-F. Conforme los filamentos delgados se desarrollan,
probablemente la longitud de la molécula de nebulina determina la longitud del hilo de
actina-F. Cada molécula de actina-G contiene un sitio activo que puede unirse a los
filamentos gruesos, en la misma forma como una molécula de sustrato se une a los sitios
activos de una enzima. En condiciones de reposo, el complejo troponina-tropomiosina
evita la unión de la miosina.

9. Una molécula de tropomiosina es una proteina con dos hilos que cubre siete sitios
activos y evita la interacción actina-miosina. En su región media está unida a una
molécula de troponina.
Una molécula de troponina consiste de tres subunidades globulares. Una subunidad se
une a la tropomiosina, manteniéndola junta como complejo troponina-tropomiosina,
mientras una segunda subunidad se une a la actina-G, manteniendo en posición el
complejo troponina-tropomiosina. La tercera subunidad tiene un receptor que une el ion
calcio, pero en un músculo en reposo las concentraciones intracelulares de Ca2+ son
muy bajas, por lo que el sitio se encuentra vacío.
Para que la contracción ocurra, la posición del complejo troponina-tropomiosina debe
cambiar, exponiendo los sitios activos de la actina-F, un cambio en posición que ocurre
cuando los iones Ca2+ se unen a receptores en las moléculas de troponina.
En cada extremo del sarcómero los filamentos delgados se unen a la línea-Z y aunque es
llamada línea porque se ve como una línea oscura en la superficie de la miofibrilla, en
cortes de sección se ve como una red abierta, por lo que también se le llama disco-Z.
3. Los filamentos gruesos
Los filamentos gruesos son de 10-12 nm de diámetro y 1.6 µm de longitud y cada uno
de ellos consiste de aproximadamente 500 moléculas de miosina arregladas en un par de
subunidades enrrolladas. La larga cola se une a otras moléculas de miosina en el
filamento grueso, mientras la cabeza está libre y sobresale hacia el filamento delgado
mas cercano; como durante la contracción interactúa con los filamentos delgados, se le
llama también 'puente cruzado'. La conexión entre la cabeza y la cola funciona cono un
gozne que permite a la cabeza pivotear en su base y cuando esto ocurre, se mueve hacia
dentro o fuera de la línea-M. Este pivoteo es la clave de la contracción muscular. Todas
las moléculas de miosina se arreglan con sus colas apuntando a la línea-M, pero la zona-
H incluye una región central donde no hay cabezas de miosina, aunque en otras regiones
las cabezas de miosina están arregladas en espiral, cada una enfrentando uno de los
filamentos delgados que la rodea.
Cada filamento grueso tiene un núcleo de la proteina titina. Así, a cada lado de la línea-
M hay un hilo de titina que se extiende a través de toda la longitud del filamento grueso
y continúa a través de la banda-I hasta la línea-Z de ese lado. Esa porción del hilo de
titina expuesta en la banda-I es muy elástica y después del estiramiento recupera su
longitud. A la longitud de reposo del sarcómero, los hilos de titina están completamente
relajados y se tensan solamente cuando alguna fuerza externa alarga el sarcómero.
C. Contracción muscular
Los iones calcio en contacto con los miofilamentos inician la interacción de las
proteinas que los forman, miosina y actina. En reposo estas proteinas tienen afinidad
natural una or la otra, pero no se pueden poner en contacto porque otras dos proteinas, la
troponina y la tropomiosina, se encuentran entrelazadas alrededor de ellas y lo evitan;
sin embargo, cuando llega el Ca2+ la forma del complejo troponina-tropomiosina cambia
y esto permite que la miosina y la actina se pongan en contacto.

10. Figura 5. A. La Troponina (Tn) como molécula interruptora miofibrilar Ca21, cuya
organización troponina-tropomiosina-actina está de acuerdo con Gagné y cols. La TnC
se muestra en azul para el dominio NH2 y rosa para el dominio COOH. TnI se muestra
en rojo (dominio terminal-NH2), café (dominio terminal COOH) y amarillo (región
inhibidora). TnT está en verde, la miosina en verde (miosina-S1), rojo (cadena ligera
esencial) y amarillo (cadena ligera regulaadora) en la representación con palitos. La
tropomiosina se muestra en azul ligero y azul oscuro. Notese que sólo la TnC, miosina y
tropomiosina están representadas por su estructura conocida, mientras las estructuras de
TnT y TnI son modelos. Los monomeros de actina están representados por esferas
blancas. a. Organización del músculo en el estado relajado. El dominio COOH de TnC
está unido a Mg21. El dominio de la terminal NH2 de TnI está anclado sobre el dominio
COOH de TnC, mientras la región inhibitoria y el dominio de la terminal-COOH de TnI
hacen contacto con la actina y la tropomiosina. Esta organización mantiene el filamento
delgado en una conformación que evita que la miosina interactúe con la actina. b.
Organización después que dos Ca21 se unen al dominio NH2 de TnC que, a su vez,
interactúan con TnI. Entonces la región inhibitoria y el dominio COOH de TnI son
liberados de la actina. Esto lleva a una conformación del filamento delgado que permite
la formación adecuada del complejo actomiosina y ya puede ocurrir el 'paleo' (no
mostrado aquí) que desliza en filamento delgado hacia la derecha. (Berchtold et al.,
2000). B. Animación del movimiento que hacen las cabezas de miosina para deslizar el
filamento delgado (hecho con actina, tropomiosina y troponina) sobre el grueso (hecho
con miosina). Nótese que la cabeza sólo puede unirse al filamento delgado de actina
(bolas color naranja) cuando el sitio de unión en la tropomiosina (filamento azul) es

11. expuesto por el movimiento del complejo de troponina (formado por tres subunidades,
troponina-T (que se une a la tropomiosina), troponina-C (que es el sitio de unión para el
Ca2+) y troponina-I (que inhibe [bloquea] el sitio de unión en la actina), facilitado por la
unión del ión calcio (en realidad cuatro iones Ca2+) con la troponina-C. Después, el ATP
proporciona la energía para que la cabeza se separe del filamento delgado y avance al
siguiente punto de unión.
La forma de la molécula de miosina es muy compleja, con un tallo largo que al final
tiene cabezas globulares que se unen a su porción mayor. Una sola molécula de miosina
tiene numerosas cabezas, que como son flexibles, permiten el movimiento en la
longitud de la molécula de actina. Este movimiento puede ser visto un poco como el de
una lancha con varios remos, que se desconectan del sitio de unión en la actina después
de un golpe y regresan a su orientación original para unirse a otro sitio de unión un poco
mas adelante del filamento de actina. Este proceso desliza el filamento de actina a lo
largo del filamento de miosina, un mecanismo que se conoce como 'deslizamiento de
los miofilamentos'.
La energía para el deslizamiento de los filamentos proviene de las moléculas de ATP,
pero también se requiere energía para detener el proceso de la contracción muscular. La
contracción se detiene cuando el Ca2+ es eliminado de la inmediata vecindad de los
miofilamentos, lo que ocurre porque la membrana del sistema retículo sarcoplásmico
tiene 'bombas' que utilizan ATP para transportarlo a su interior. Cuando el calcio es
eliminado, la troponina-tropomiosina recupera su posición inhibitoria entre las
moléculas de actina y de miosina.
Es importante indicar que todo eso ocurre en grupos de fibras musculares, que junto con
un axón motor forman una unidad motora. Cuando se requiere la contracción muscular
para un ejercicio, no se activan todas las unidades motoras y la mayor parte de los
movimientos utlizan solamente una fracción de la potencia total del músculo. El sistema
nervioso motor controla y gradúa la intensidad de la contracción muscular, 'reclutando'
un número variable de unidades motoras y es posible que incluso durante las
contracciones que producen un acortamiento máximo del músculo, no se recluten todas
las unidades motoras.
En esta página hemos simplificado la descripción de los eventos que llevan a la
contracción del músculo esquelético y hay otras proteinas involucradas que no sólo se
conocen bien, sino que tienen importancia médica porque sus alteraciones resultan en
enfermedades musculares bien conocidas (i.e., distrofia muscular). Por ello las hemos
colocado en una sección diferente que puede encontrarse aquí.
D. Aprovisionamiento de energía
Las células no almacenan grandes cantidades de ATP porque una vez que se inicia la
contracción muscular lo pueden generar muy rápidamente. Hay tres fuentes primarias
del ATP que, en órden de utilización, son: el fosfato de creatinina (creatine phosphate,
CP), la glicólisis anaeróbica y la fosforilación oxidativa.
La energía deriva de la ruptura de la unión del fosfato terminal de la molécula de ATP,
que entonces queda como ADP (difosfato de adenosina). El fosfato de creatinina
convierte el ADP en ATP, donando un fosfato en presencia de la enzima creatinina-

12. cinasa (creatine kinase, CK) o creatina-fosfocinasa (creatine phosphokinase, CPK). La
reacción de la CP con el ADP para formar ATP es muy rápida, pero este no dura mucho
tiempo porque la célula no almacena grandes cantidades de CP; sin embargo, durante
contraccioness cortas de gran intensidad la CP sirve como la mayor fuente de energía.
Esta forma de generación de energía es llamada aláctica anaeróbica, porque no produce
lactato ni requiere oxígeno y es de gran importancia durante los deportes que requieren
explosiones de potencia, como la carrera de 100 metros planos.
Figura 7. Esquema de los mecanismos bioquímicos del músculo para la obtención de
energía. A. Músculo en reposo. B. Músculo durante una contracción.
Tan pronto como se inicia la contracción también empieza el proceso de glicólisis,
llamado anaeróbico porque no requiere oxígeno y aunque en el corto plazo no
proporciona tanta energía como el CP, su contribución puede durar unos 30-60
segundos. El sustrato para la generación de energía durante la glicólisis es
proporcionado por el glicógeno almacenado en el músculo y posiblemente por algo de
glucosa sanguínea. Como producto final de la glicólisis anaeróbica pura se forma ácido
láctico y si se forma mucho, puede bajar el pH de la célula hasta el punto en que se
detenga en metabolismo. El mayor sustrato para la glicólisis anaeróbica es el glicógeno,
de manera que para no limitar los músculos a un trabajo intenso pero de poca duración,
después de un ejercicio intenso y antes de otro se requiere del almacenamiento de
glicógeno.
La virtualmente infinita cantidad de energía proviene del proceso de fosforilación
oxidativa, aunque las cantidades de energía que produce este proceso no son tan altas
como las de la glicolisis, por lo que los eventos aeróbicos como el maratón se corren a

13. un paso considerablemente mas lento que los 400 metros planos. Los sustratos para el
metabolismo oxidativo son principalmente la glucosa y las grasas (ácidos grasos libres,
no colesterol), aunque las proteinas también pueden ser fuente de energía por medio de
conversiones intermedias a glucosa, precursores de la glucosa o ácidos grasos libres.
Como la grasa puede metabolizarse aeróbicamene, la mayor parte de los humanos bien
nutridos tienen un aprovisionamiento virtualmente infinito de energía para el ejercicio
de baja intensidad y la limitación en estos casos se debe a una disminución del sustrato,
aunque la deplesión del glicógeno muscular también puede resultar en fatiga durante los
eventos aeróbicos.
E. Unidad motora
Cada fibra muscular es controlada por el cerebro por medio de un nervio motor y
contribuye a la produción de fuerza. Un nervio motor puede tener decenas, cientos y aún
miles de ramificaciones que terminan en fibras musculares diferentes y junto con todas
las que inerva, constituyen una unidad motora. Por ejemplo, el músculo recto anterior
del muslo, uno de los cuatro músculos que forman el cuadríceps, puede contener hasta 1
millón de fibras musculares controladas por alrededor de 1,000 nervios motores, lo que
en promedio corresponde a alrededor de 1,000 fibras musculares en cada unidad motora.
Figura 8. Diagrama ilustrando unidades
motoras. a. Una sola unidad motora, formada
por una motoneurona y cinco fibras
musculares. b. Dos unidades motoras; una con
cuatro fibras musculares (verde) y otra con
tres fibras (morado).
Figura 9. Una unidad motora de músculo esquelético formada
por una motoneurona (con tres ramas axónicas) y tres fibras
musculares.
El tipo de fibras musculares que forman una unidad motora siempre es homogéneo, por
lo que consiste totalmente en fibras de tipo I (sacudida lenta) o fibras de tipo II
(sacudida rápida). Sin embargo, como cada músculo tiene una combinación de unidades
motoras lentas y rápidas, la composición del músculo completo es heterogénea.

14. F. Unión neuromuscular
Un músculo es controlado por una motoneurona, cuyo axón llega a la región llamada
sinápsis, donde ambas células se acercan a una distancia de aproximadamente 200 nm.
Cuando la motoneurona se activa manda un impulso eléctrico (potencial de acción) a lo
largo del axón, que en su extremo libera una molécula llamada neurotrasmisor, la
acetilcolina.
Cada miofibrilla está inervada por el axón de las neuronas motoras de la médula espinal
o del tallo cerebral y responde a la llegada de potenciales de acción. Una sola
motoneurona puede hacer contaco con decenas y hasta miles de miofibrillas, pero en los
humanos cada una de ellas está inervada por sólo el axón terminal de una neurona. La
estructura especializada en el sitio de contacto entre las ramas terminales del axón y el
músculo se llama placa motora o unión neuromuscular (neuromuscular junction, NMJ)
y ahí la membrana tiene profundos pliegues que aumentan el área receptora (Ishikawa y
Shimada, 1982). Generalmente la NMJ está localizada en el tercio medio de la miofibra.
Las fibras nerviosas no solamente indican a las células musculares el momento de la
contracción, sino que también ejercen una influencia trófica sobre ellas, lo que es
necesario para mantener su integridad estructural. La característica de la NMJ es su alta
concentración de receptores a la acetilcolina y de varias proteinas asociadas, así como
de las mRNAs que las codifican (Ralston et al., 1997).
Figura 9. Diagrama de la sinapsis, llamada placa neuromuscular, entre un nervio y un
músculo. A. Diagrama de la inervación del axón. B. Zona de acercamiento (placa
neuromuscular) entre el axón y el músculo. C. Microfotografía de dos placas
neuromusculares.
La acetilcolina liberada en la terminal nerviosa se une a receptores específicos en la
membrana de la célula muscular y esto inicia un potencial de acción en el músculo.
Poco después una enzima, la acetilcolinesterasa, descompone la acetilcolina para
terminar la influencia nerviosa, ya que el músculo solamente genera un potencial de
acción cada vez que el nervio es activado.

15. Una vez que la membrana muscular ha sido excitada genera su propia corriente eléctrica
para producir un potencial de acción muscular, que no solamente se propaga a lo largo
de la fibra, sino que también penetra en su interior viajando en el sistema tubular-T.
Cuando el potencial de acción pasa por las regiones donde estos túbulos enfrentan la
cisterna del sistema retículo sarcoplásmico se produce la liberación de iones calcio, que
al ponerse en contacto con la maquinaria contráctil inician la contracción muscular
G. Unión músculo-tendón
La unión músculo-tendón (MTJ) es una interface entre el músculo y el tendón,
morfológicamente especializada para trasmitir al tendón las fuerzas contráctiles
generadas por las miofibrillas activas. En esta región la fibra muscular termina
abruptamente, aguzándose y mandando proyecciones citoplásmicas longitudinales e
invaginaciones como dedos que se entrelazan con las fibras de colágeno del tendón.
Esas prolongaciones y pliegues aumentan el área de la interface al menos por un órden
de magnitud sobre el área de sección de la fibra muscular y también aseguran que el
estrés aplicado a la interface ocurra principalmente como 'rozamiento' (Williams et al.,
1980).
Estructuralmente, la MTJ tiene varios componentes, filamentos de actina que se
extienden desde la última banda-A, proteinas que unen los haces de filamentos de actina
al sarcolema, proteinas transmembranales que se unen a componentes extracelulares, la
lámina exerna y otras proteinas que la unen a la matriz rica en fibrillas de colágeno
fuera de ella. Las evidencias apoyan el punto de vista de que las fibras del músculo
esquelético tienen dos sistemas paralelos para unir las proteinas estructurales intra- y
extracelulares, el sistema distrofina-DPG (Bao et al., 1993) y el sistema de integrinas α-
7 β-1 (Trotter, 2002). Sin embargo, también la desmina puede trasmitir fuerza desde los
generadores de fuerza miofibrilares a la superficie muscular y al MTJ (Lieber et al.,
2002).
H. Regulación de la fuerza muscular
Para regular la fuerza que produce un solo músculo el cerebro combina dos mecanismos
de control, el reclutamiento y la frecuencia de activación. En el primer caso, las
unidades motoras que forman un músculo no se reclutan al azar, sino de acuerdo a su
tamaño; esto es, las unidades musculares pequeñas (pocas fibras musculares) son
inervadas por motoneuronas pequeñas y tienen un umbral de activación bajo, de manera
que son reclutadas primero. Después, conforme un ejercicio requiere mas fuerza se
reclutan las unidades motoras mas grandes y esto tiene un gran significado funcional,
porque cuando el requerimiento de fuerza es bajo pero la demanda de control es alta
(como al escribir, tocar el piano, etc.), el reclutamiento de sólo unas pocas fibras
musculares proporciona la posibilidad de un control fino. En cambio, cuando se necesita
mas fuerza, la contribución de cada unidad motora a la producción total de fuerza se
hace mayor. También es importante saber que las unidades motoras pequeñas son
generalmente unidades lentas, mientras las unidades motoras grandes están compuestas
de fibras de sacudida rápida.
El segundo mecanismo de regulación de la fuerza es la frecuencia de generación de los
potentiales de acción por parte de la motoneurona y una unidad motora tiene un gran
espectro de frecuencias. Las unidades lentas operan en un intervalo de frecuencia mas

16. bajo que las unidades mas rápidas y dentro de ese intervalo, la fuerza generada por una
unidad motora aumenta con el aumento en la frecuencia de disparo. Así, cuando un
potencial de acción nervioso llega a la fibra muscular antes que esta se haya relajado
completamente de la contracción previa, se produce una suma en la fuerza de
contracción. Por medio de este mecanismo la frecuencia de disparo de la motoneurona
afecta la fuerza muscular generada por cada unidad motora.
Figura 10. Diagrama ilustrando el reclutamiento de unidades motoras dependiendo de la
fuerza requerida para hacer un ejercicio. Si el ejercicio sólo requiere una intensidad
débil se reclutan unidades motoras tipo I (sacudida lenta), pero si se aumenta la
intensidad del ejercicio se reclutarán además unidades tipo IIa (sacudida rápida). Si se
requiriera todavía mayor intensidad se reclutarán unidades tipo IIb, que ayudarán a las
unidades tipo IIa y tipo I. Por lo tanto, las unidades tipo I estarán siempre activadas
durante un ejercicio, sin importar su intensidad.
Las relaciones entre el patrón de disparo de la motoneurona y la intensidad del ejercicio
son tales, que durante un ejercicio de baja intensidad, como caminar o correr
lentamente, se utilizan selectivamente las fibras de sacudida lenta porque tienen un
umbral mas bajo para el reclutamiento. Sin embargo, si bruscamente aumentamos el
paso hasta llegar a la carrera, se reclutan las unidades rápidas mas grandes. En general,
conforme aumenta la intensidad del ejercicio en cualquier músculo, aumenta la
contribución de las fibras rápidas.
Para un músculo la intensidad del ejercicio se traduce en fuerza por contracción y
frecuencia de contracciones por minuto, y el reclutamiento de las unidades motoras se
regula por la fuerza requerida. En un músculo que ha estado en reposo se recluta el
número de unidades motoras suficiente para proporcionar la fuerza requerida, lo que

17. inicialmente puede ser obtenido con pocas o ninguna unidad motora rápida. Sin
embargo, conforme las unidades lentas se fatigan y dejan de producir fuerza, el sistema
nervioso trata de mantener la fuerza requerida reclutando las unidades rápidas. Como la
misma producción de fuerza en un músculo fatigado requiere mas unidades motoras, se
reclutan las unidades motoras rápidas, fatigables. Así, debido al aumento en el lactato
producido por el reclutamiento tardío de unidades rápidas, la fatiga se acelera hacia el
final de periodos largos o severos de ejercicio.
I. Fibras musculares
1. Tipos
Aunque todas las miofibras esqueléticas tienen la misma organización básica, usando
criterios estructurales, contráctiles y metabólicos, así como sus patrones expresión
genética, se pueden describir dos tipos de fibras, que se clasifican como de sacudida
lenta o rápida (Hughes, 1998). Las fibras oxidativas, rojas y de sacudida lenta (tipo I),
están involucradas en eventos contráctiles tónicos, sostenidos y mantienen una
concentración de Ca2+ en niveles relativamenta altos (100-300 mM). En contraste, las
fibras glicolíticas, blancas y de sacudida rápida (tipo II), se usan para descargas de
contracciones bruscas y se caracterizan por transientes de Ca2+ breves y de gran
amplitud, con bajos niveles de Ca2+ (<50 nM).
Las propiedades de las fibras musculares esqueléticas dependen del patrón de
estimulación neuronal, de manera que una gran actividad de las motoneuronas tónicas
promueve el fenotipo de fibras lentas, mientras las descargas poco frecuentes de las
motoneuronas resultan en fibras rápidas (Olson y Williams, 2000). Cuando se compara
la estructura de las miofibras de tipo II con las de tipo I, estas tienden a ser mas
estrechas, con bandas Z y M mas anchas, tienen mas glicógeno y su sarcoplasma es mas
rico en mitocondrias. La base molecular para la diversidad funcional de las miofibras es
la expresión de isoformas específicas de la mayor parte de las proteinas involucradas en
la contracción y relajación muscular. La clasificación de las miofibras está basada en la
velocidad de contracción y otras propiedades fisiológicas, pero está de acuerdo
principalmente con las isoformas específicas de la miosina de cadena pesada (MyHCl;
Schaffino y Reggiano, 1996; Halston et al., 2001).
Los detalles morfológicos varían en diferentes fibras musculares y los músculos
esqueléticos responden a cambios en las demandas fisiológicas remodelando la
arquitectura de las fibras individuales. Cuando los músculos se mantiene a longitudes
anormalmente largas o cortas, se añaden o eliminan sarcómeros y cuando las fibras
musculares funcionan contra cargas anormalmente pesadas o ligeras, se añaden o
eliminan filamentos (Trotter, 2002), lo que lleva a cambios en la masa de tejido.
También pueden cambiar las relaciones espaciales entre las células musculares y otros
componentes del tejido y la expresión genética puede ser reprogramada para alterar las
propiedades metabólicas y contráctiles especializadas de las miofibrillas (Olson y
Willims, 2000).
No todas las fibras que componen los músculos esqueléticos son iguales y cuando se
estimulan en forma repetida, algunas son mas resistentes que otras (fatiga se refiere a
una disminución en la fuerza generada por el músculo o la unidad motora cuando se
estimula). Además, las unidades motoras resistentes a la fatiga tienden a contraerse en

18. forma mas bien lenta, comparadas con aquellas que se fatigan mas rápidamente. Así, las
fibras musculares lentas se fatigan rápidamente y tienen sacudidadas lentas, mientras las
fibras musculares rápidas se fatigan rápidamente y tienen sacudidas rápidas, lo que se
muestra en la Figura X.
Figura 11. Diferencias relativas en la duración de una sacudida simple y la fuerza
generada por fibras musculares rápidas y lentas.
2. Clasificación histórica
La clasificación de las fibras musculares no es tan simple como se ilustra en la Figura
X, ya que sus propiedades funcionales, desarrollo de fuerza máxima, velocidad de
contracción, resistencia a la fatiga, capacidades oxidativas y glocolíticas, y actividades
ATPásicas de la actina-miosina, caen en un amplio espectro. Sin embargo, a pesar de
esa complejidad es posible dividirlas en pocos grupos. Así, basados en las propiedades
contráctiles de las unidades motoras (fuerza, velocidad y fatigabilidad), Burke y
colaboradores (1973) las separaron en cuatro tipos; además, algunas pruebas
histoquímicas permitieron identificar cuatro tipos de fibras que parecían correlacionarse
con esa descripción básica.
Sin embargo, nosotros estamos interesados solamente en tres de esos tipos e
ignoraremos por ahora el grupo llamado 'intermedio', que contiene aquellas fibras cuyas
características no corresponden claramente a ninguno de los otros tres grupos. Estos
tipos de fibras son las lentas (tipo I) y las rápidas (tipos IIA y IIB).
3. Fibras lentas (tipo I)
Este es el tipo mas característico de fibra, ya que todas tienen diámetros pequeños,
sacudidas de larga duración, fuerza máxima de poca amplitud y una gran resistencia a la
fatiga (Tabla I). Desde el punto de vista bioquímico, tienen un gran contenido de
enzimas oxidativas, con pocos marcadores glicolíticos y baja actividad ATPásica.
Contienen grandes cantidades de mioglobina que puede ayudarles a amortiguar los
niveles de oxígeno durante periodos de ejercicio extremo y su pequeño diámetro puede
ser una adaptación para permitir la difusión rápida del oxígeno y bióxido de carbono.
Estas fibras se han llamado lentas u oxidativas lentas.
4. Fibras rápidas (tipo II)
Sobre la base de su resistencia a la fatiga, las fibras musculares rápidas pueden dividirse
en dos grupos, A y B.
Las fibras del grupo A también son llamadas de tipo IIa y son poco frecuentes en el
humano. Tienen sacudidas rápidas de corta duración, son relativamente resistentes a la
fatiga (Tabla I) y tienden a tener altas concentraciones de enzimas oxidativas y
glicolíticas, así como una actividad ATPásica alta. Se han llamado Resistentes Rápidas
(Fast Resistant, FR) u Oxidativas-Glicolíticas Rápidas (Fast Oxidative-Glycolytic,
FOG).
Generalmente las fibras del grupo B son llamadas tipo IIb y tienen sacudidas muy
rápidas de corta duración, que en comparación con las fibras de tipo I generan una gran

19. fuerza, aunque no pueden mantenerla durante mas de unas pocas contracciones. Si son
estimuladas por periodos largos de tiempo su tensión activa disminuye y el músculo
muestra fatiga (Tabla I). Tienen tazas ATPásicas altas (por ello las velocidades rápidas
de la sacudida), actividades glicolíticas altas y capacidad oxidativa baja. También tienen
poca hemolobina (por lo que se ven de color claro), una densidad baja de mitocondrias y
tienden a una densidad baja de capilares. Estas fibras también se han llamado Fatigables
Rápidas (Fast Fatigable, FF) o Glicolíticas Rápidas (Fast Glycolytic, FG).
Tabla I. Comparación de las principales propiedades de los dos tipos de unidades
motoras histoquímicamente diferentes
5. ¿Qué determina el tipo de fibra muscular?
Al nacimiento la mayor parte de los músculos están compuestos por músculos lentos (de
tipo I) y es durante la maduración que se llega a la proporción final de músculos rápidos
y lentos. Por ello, es probable que el tipo de fibra muscular sea determinado por la
inervación y aunque puede haber efectos tróficos del nervio mismo (quizá un compuesto
antigénico), parece que el patrón de actividad tiene una gran influencia en la
determinación de muchas de las propiedades características del músculo.

20. Si un músculo lento (cuyo nervio motor generalmente dispara a baja frecuencias durante
largos periodos de tiempo) es estimulado en el laboratorio con descargas de alta
frecuencia (semejante a las que se observan en las fibras rápidas), empieza a mostrar
muchas de las propiedades de las fibras rápidas. Mas aún, si se denerva un músculo
lento y después se reinerva con un axón motor rápido (como el que inerva las fibras
rápidas), sus fibras llegan a mostrar todas las características de las fibras rápidas.