Mecnica de la contraccinmuscularESFUNO UTI: LocomotorDepto. BiofsicaFacultad de Medicina

Objetivo de la clase es:

Analizar algunos aspectos de la biofsica del msculo esqueltico que permitan entender la mecnica de la contraccin muscular.

Para ello trataremos sobre:

- Aspectos de su estructura anatmica.

- Aspectos de la estructura microscpica bsica y composicin qumica de la fibra muscular.

- La funcin de la unidad msculo-tendinosa.

B) Msculo liso

tejido formado por clulas delgadas ahusadas, miofibrillas paralelas al eje mayor, no estriaciones transversales- unitario (ej: paredes uterinas)- multiunitario (fibras independientes en cuanto a operacin) (ej: paredes de vasos sanguneos)

Funciones de los Msculos

-reserva energtica

- de proteccin (distribuyendo fuerzas y absorbiendo impactos)

- generar movimiento.

Las 2 ltimas son posibles por las propiedades de excitabilidad y contractilidad del tejido muscular.

Niveles de organizacin:

Sarcmero: unidad motora

Miosina:Actividad ATPasaInteraccin con Actina

Actina:Interaccin con miosinaPotencia ATPasa de Miosina

Complejo Troponina- Tropomiosina: Interaccin con calcio determina la Posibilidad de interaccinActina- Miosina

Estudio de las propiedades mecnicas del msculo:- Se realiza mediante la obtencin de la relacin tensin vs longitud.

- Se realiza con msculo aislado.

- Dispositivo experimental

a) Propiedades pasivas:

Ley de Hooke establece una relacin lineal entre fuerzay longitud.

Los materiales biolgicos no se ajustan al comportamiento establecido por la ley de Hooke.

Tensin (s ) = F/A Modulo elstico (E) = s/e e= deformacin

Relacin s vs L en un msculo aislado.

Regulacin de la contraccin se logra por cambios en: frecuencia intensidad

Diferentes tipos de cambios en tensin ante un estmulo:Sacudida simple ( 10 a 200 ms)

Sacudidas simples

Dependencia de la contraccin con la frecuencia de estimulacin Ttanos

Potencial de accin del msculo

Respuesta mecnica del msculo

Por qu la tensin o acortamiento desarrollada en una contraccintetnica es mayor que en una sacudida simple ?

Para estudiar la relacin tensin deformacin del msculoen actividad es necesario producir contracciones masivasy tetnicas.

Tipos de contraccin muscular:

Las manifestaciones de la contraccin pueden combinarsede diferentes maneras para dar lugar a contracciones isomtricas,isotnicas, auxotnicas y a poscarga.

Isomtrica. Isotnica.

Auxotnica. Poscarga.

c) Relacin entre tensin y velocidad de acortamiento:

Velocidad mxima de acortamiento es un valor terico y depende de la velocidad de hidrlisis de ATP.Es una relacin hiperblica.

Interpretacin de las curvas velocidad de acortamiento vs. Tensin

Velocidad mxima independiente de la longitud

*La velocidad de acortamiento depende de la tasa de los procesos bioqumicos.

*Al aumentar la velocidad disminuye en cada instante el nmero de unidades que han completado un ciclo y estn disponibles para ejercer traccin.

Preguntas1- Como se puede obtener la relacin tensin vs deformacin activa y como se puede explicar la forma de esa funcin.

2- Indique de que forma se puede regular la fuerza(tensin) ejercida por los msculos y explique por que la tensin durante una sacudida simple es menor que en una contraccin tetnica.

3- Que entiende por contraccin muscular y que tipos conoce.

4- Como cambia la velocidad mxima de acortamiento en funcin de la tensin ejercida durante el acortamiento de un msculo esqueltico y que informacin brinda esta funcin.

**Las clulas del tejido muscular reciben el nombre de fibras y se clasifica segn su apariencia microscpica (estriaciones) en msculo estriado y msculo liso. A su vez, existen dos tipos de msculo estriado: esqueltico y cardaco.*En el msculo liso unitario el impulso nervioso llega a una clula, de ella se propaga a las dems, contrayndose como un todo.En el multiunitario, el impulso llega a casa fibra, y las contracciones son graduadas, no como un todo.**Los msculos son rganos que cumplen la funcin de reserva (es una de las principales fuentes de produccin de calor), de proteccin, y tienen la capacidad de generar movimiento (a travs de las contracciones, el movimiento puede ser global(locomocin) as como de sus partes). Fibra muscular contiene en sarcoplasma estructuras denominadas miofibrillas, constituidas por miofilamentos, cuya disposicin proporciona una imagen estriada transversalmente. Los miofilamentos son protenas (actina:delgado; miosina: grueso), adems hay otras protenas (titina, complejo de troponinas, tropomiosina)**Los filamentos se distribuyen de distinta forma en las miofibrillas, formando bandas. En las bandas claras slo hay filamentos finos o delgados, y en las bandas oscuras se superponen los filamentos finos y gruesos.*Complejo de troponinas: Tt: se une a la tropomiosina, Tc: une Ca, Ti: en ausencia de Ca tapa el sitio de unin de la actina con la miosina.*El estudio de las propiedades pasivas del msculo se realiza con el msculo en reposo, y de ellas podemos obtener el comportamiento elstico del mismo. La elasticidad trata sobre las relaciones existentes entre las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo y sus variaciones geomtricas. Si se aplica una fuerza de traccin sobre un extremo de un cuerpo, mientras otro extremo est fijo, sufrir cambios de longitud, que dentro de ciertos lmites ese alargamiento obedece la ley de Hooke (pendiente de la curva lineal: mdulo de Young). Slo los slidos perfectamente elsticos se ajustan a la ley de Hooke. El mdulo de Young es un valor que determina cuan elstico es determinado material.*Diagrama longitud-tensin de un msculo en reposo. Indicar longitud de msculo aislado en reposo (cuando no se le aplica ninguna fuerza), esta no es la longitud que tiene el msculo en reposo en el organismo, ya que en esas condiciones est sometido a una pequea tensin.El msculo no obedece la Ley de Hooke, ya que los incrementos de tensin necesarios para producir iguales variaciones de longitud se tornan mayores a medida que la longitud aumenta. En msculo no tiene un valor cte de E (mdulo de Young). *El acortamiento del msculo se produce gracias al deslizamiento de los filamentos finos respecto a los gruesos, de forma que stos ltimos conservan constante su longitud durante todo el proceso. El deslizamiento se produce por la interaccin entre las molculas de actina y miosina.La energa para la contraccin muscular procede de la hidrlisis de ATP, cuyas fuentes pueden ser variadas.Acoplamiento E-C: el PA que se origina superficialmente es conducido al interior de la fibra a travs del sistema de tbulos T. La despolarizacin es sensada por los DHPR (canales de calcio voltaje dependiente)y stos activan los RyR (canales de calcio del RS) por interaccin protena-protena. Esto genera la liberacin de Ca+2 desde RS hacia el citoplasma, aumentando su concentracin en l, y luego que se une a TnC ocurre la contraccin. La contraccin es muy poco dependiente de Ca+2 extracelular. La recaptacin de Ca+2 hacia RS ocurre con gasto de ATP.A) Triadas, B) Triadas y diadas, C) Tbulo dilatado con dos cisternasEl trabajo realizado en la contraccin requiere de energa, sta es obtenida por la hidrlisis de ATP, catalizada por miosina y activada por actina. Lymn y Taylor esquematizaron el ciclo de intermediarios bioqumicos para la reaccin de ATPasa en solucin y sus correspondientes estados estructurales asociados. Se distinguen 4 complejos.En cada ciclo se produce la hidrlisas de 1 ATP, el golpe de fuerza se corresponde con la liberacin de Pi.*Si estimula el msculo por medio de electrodos, ste se contrae bruscamente y se relaja enseguida. Este proceso recibe el nombre de Sacudida Simple. Dura entre 10 y 200 ms, segn el msculo que se trate y condiciones experimentales (temperatura fundamentalmente). Con estmulos de mayor intensidad se reclutan ms fibras y por tanto mayor es la tensin desarrollada.*Notar que los eventos elctricos ocurren previo a los cambios mecnicos (PA---Respuesta mecnica).Si antes de que se relaje totalmente se aplica un segundo estmulo, se produce una nueva contraccin. Dependiendo de la frecuencia con que se aplican los estmulos, se obtienen distintas respuestas (ttanos incompleto). Si se aumenta la frecuencia suficientemente como para que no se alcance la relajacin, se obtiene una respuesta que se caracteriza por tener una meseta (respuesta sostenida), Ttanos completo. Notar las diferencias en tensin generadas por una SS y un Ttanos.**Respuesta: porque durante el ttanos, el elemento contrctil llega a estirar el elemento elstico en serie, hasta ejercer toda la tensin de que es capaz, ya que dispone de ms tiempo. (modelo elemento elstico-elemento contrctil).Tensin total: es la suma de tensin que ejerce el mecanismo contrctil ms la propia elasticidad del msculo en reposo.Tensin activa: resta de curvas. Representa tensin contrctil. El msculo ejerce su tensin mxima cuando se halla en las cercanas de la longitud de reposo Lo, y decrece tanto a longitudes mayores como menores. Coherente con la teora de filamentos deslizantes (decrece el nmero de puentes cruzados que se pueden formar y ejercer traccin). Notar que cuando el msculo se estira en reposo, las bandas A no cambian sus dimensiones, mientras que las bandas I y H se alargan y se achican, como consecuencia de del desplazamiento de los filamentos finos sobre los gruesos. *La relacin velocidad de acortamiento-carga, constituye una de las propiedades importantes de los Elementos contrctiles, ya que indica que contrariamente a lo que ocurre en un elemento elstico simple, la fibra muscular es capaz de ajustar su fuerza contrctil y por ende su gasto energtico de acuerdo a la velocidad de acortamiento. La curva es un segmento de hiprbola cuyas asntotas estn ms all de los ejes. La misma demuestra que la velocidad de acortamiento disminuye exponencialmente con la carga. El mximo valor de velocidad se corresponde con carga 0 y representa una medida del ciclaje de los puentes cruzados. Esto est avalado por el hecho de los valores de Vmx se correlacionan con la velocidad mxima de hidrlisis de ATP en los sistemas contrctiles. A su vez, esto implica que el valor de velocidad mxima es independiente del nmero de puentes cruzados, o sea no depende de la longitud del sarcmer*La velocidad mxima es independiente de la longitud del mismo msculo, pero vara para diferentes msculos de un mismo animal (ejemplificar en grfico).