MÚSCULOS respiratorios accion y efecto

5/11/2018 MÚSCULOS respiratorios accion y efecto - slidepdf.com

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MÚSCULOSMÚSCULOS

RESPIRATORIOS

Coordinador

J. Gea Guiral

Editores

J.M. Pino García

F. García Río

PRESENTACIÓN

Dr. Joaquim Gea Guiral

Servei de Pneumologia Hospital del Mar

Barcelona

La presente monografía viene a reconocer los importantes avances habidos en las últimas

décadas

sobre la función que los músculos respiratorios juegan en la preservación de un adecuado

intercambio pul-monar de gases. Quiere llenar además un hueco importante en las obras

tradicionales de fisiología respi-ratoria, donde el papel de los músculos que generan el proceso

ventilatorio recibía un trato marginal. Hoy

sabemos que estos músculos no son una parte accesoria del sistema respiratorio, sino su

elemento activo

fundamental. Su contracción en condiciones adecuadas es la que genera el gradiente de

presiones que per-mitirá la entrada de aire en los pulmones, y por tanto su utilización en el

intercambio de gases.

Esta monografía recoge también en su contenido un punto fundamental en la evolución

reciente de

la fisiología respiratoria: la incorporación de elementos procedentes de la biología celular y

molecular,

que complementan las aproximaciones fisiológicas clásicas. Por tanto, la monografía se inicia

con un

capítulo que recoge las bases celulares y moleculares de la función muscular, tanto en

situación de nor-malidad como en presencia de enfermedades. Este capítulo se halla a cargo

de la Dra Esther Barreiro,

neumóloga que desarrolla su actividad en el Instituto Municipal de Investigaciones Médicas

(IMIM) de



Barcelona. Sus aportaciones científicas en el terreno de la homeostasis oxidación-reducción en

el mús-culo se han producido en un período relativamente corto de tiempo y, ciertamente, son

impresionantes.

Sigue el capítulo elaborado por el Dr Jaume Sauleda, médico adjunto de uno de nuestros ser-

vicios de neumología más prestigiosos, el que lidera el Dr Alvar Agustí en el Hospital SonDureta de

Palma de Mallorca. Aunque todavía joven, Jaume tiene ya una larga y reconocida trayectoria

en el

estudio de la estructura, metabolismo y función de los músculos respiratorios. A esta última

hace pre-cisamente referencia el título y contenido de su capítulo.

En tercer lugar disponemos de la contribución del Dr Mauricio Orozco-Levi, neumólogo espa-

ñol de origen colombiano, cuya senda profesional es una de las más prometedoras en el

campo de la

fisiología muscular ligada a las enfermedades respiratorias, que es justamente el título de su

capítu-lo. El mestizaje cultural es un valor importante en las sociedades avanzadas. En este

sentido,

Mauricio aporta elementos de dos grandes escuelas neumológicas en las que basó su

formación: la

española y la que lidera en Colombia el Dr Darío Maldonado.

El capítulo siguiente, dedicado a la función muscular en las enfermedades neuromusculares,

incide en unas entidades cuyo diagnóstico y manejo suelen estar a cargo de nuestros colegas

neuró-logos, pero cuya evaluación funcional y eventual soporte ventilatorios se hallan en el

ámbito neumo-lógico. Esta parte ha sido elaborada conjuntamente por el Dr Antoni Ferrer y la

Dra Mª José Masdeu,

ambos del Hospital de Sabadell (Corporació Parc Taulí). La trayectoria profesional del Dr Ferrer

se

inició con el estudio del intercambio pulmonar de gases con el Dr Robert Rodríguez-Rosín, para

adentrarse posteriormente en el área de los transtornos de la ventilación, sobre todo aquellos

ligados

al sueño. En esta tarea cuenta con la inestimable ayuda de la Dra Masdeu.

Vienen a continuación dos capítulos dedicados a la evaluación de la función muscular

respiratoria.

En primer lugar, el dedicado a la valoración de la fuerza. Es decir, de la propiedad relacionada

con obte-



ner el máximo rendimiento puntual del sistema contráctil. En el caso de los músculos

respiratorios, y ya

que no podemos evaluar la tensión que generan, determinamos la presión máxima que son

capaces de

desarrollar. Este capítulo ha sido desarrollado por el Dr William D-C Man y el Dr Michael

Polkey, jefe

éste último del laboratorio de función muscular respiratoria del Hospital Brompton de

Londres, y sin

duda uno de los jóvenes neumólogos europeos de más amplia proyección internacional.

Le sigue el capítulo que he tenido el honor de compartir con el Dr Alejandro Grassino,

neumólogo

canadiense de origen argentino; o si se prefiere, neumólogo argentino con ciudadanía

canadiense. Este

capítulo versa sobre la evaluación de la resistencia y reserva ante la fatiga de los músculos

respiratorios.

¿Qué decir sobre Alejandro?, profesor de todos nosotros y padre de muchos de los conceptos

y técnicas

que utilizamos hoy a diario en fisiología muscular respiratoria. Quede aquí explicito nuestro

homenaje.

Más adelante aparece el capítulo que, como reza su propio título, se halla dedicado a unos

gran-des desconocidos de la fisiología, los músculos espiratorios. Esta revisión se halla a cargo

de la Dra

Alba Ramírez-Sarmiento, cuya formación inicial como fisioterapéuta en Bogotá se completó en

nuestro país en el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la Universitat

Pompeu

Fabra, desarrollando una técnica que permite evaluar la resistencia de los músculosespiratorios.

El octavo capítulo se halla dedicado a toda una serie de técnicas que, sin ser habituales en los

laboratorios clínicos no especializados, sí deben ser conocidas por el neumólogo interesado en

la

función muscular. Estas técnicas se hallan todavía restringidas al campo de la investigación,

pero se

trabaja activamente en conseguir su traslado efectivo a la clínica. Afortunadamente tenemosen nues-tro entorno a una persona cuyo especial perfil de formación le permite adentrarse en



terrenos de físi-ca e ingeniería que no están vedados a otros neumólogos. Hablo naturalmente

del Dr José Antonio

Fiz, del Hospital Germans Trías i Pujol. Allí ha desarrollado, bajo la dirección del Dr Josep

Morera,

diferentes instrumentos que permiten la evaluación funcional respiratoria.

Establecidos ya los principios y las técnicas, faltaba llevarlas al mundo real, mostrándonos sus

ventajas, inconvenientes e indicaciones. ¿Quién mejor que la Dra Pilar Morales, del Hospital La

Fé

de Valencia, para llevar a cabo esta tarea?. Pilar ha trabajado intensamente en temas

metodológicos

ligados a la evaluación de la función muscular, y a ella debemos unos excelentes valores dereferen-cia para población mediterránea (o latina si se prefiere), que facilitan nuestro trabajo.

Cierra la serie el Dr Juan Bautista Gáldiz (Batxi para casi todos nosotros), con un capítulo dedi-

cado a la aplicación clínica de los conocimientos expuestos en los capítulos precedentes de la

mono-grafía. Batxi trabaja en el Hospital de Cruces, bajo la dirección de otra gran persona y

personalidad

de la neumología peninsular, el Dr Víctor Sobradillo. Allí Batxi ha desarrollado, entre otras

muchas

cosas, unos excelentes modelos animales para el estudio de la fisiopatología muscularrespiratoria.

Como se ve, los diferentes capítulos han sido escritos por un elenco de autores que engloba

desde personalidades históricas y relevantes en el ámbito de la fisiología de los músculos

respirato-rios, hasta profesionales más jóvenes, con un presente de consolidación y un futuro

prometedor en

este campo. Debemos felicitarnos además por el hecho que, como en tantas otras áreas de la

fisiolo-gía respiratoria, contamos con autores de lengua española de reconocido prestigio

fuera de nuestras

fronteras. En este sentido, muchos de los participantes en esta monografía lo han sido también

de

textos fisiológicos de difusión internacional. Sin embargo, ésto no nos ha llevado a excluir la

posi-bilidad de incorporar también a algún autor anglófono, cuando su investigación se halla

entre las más

relevantes en el ámbito de los músculos respiratorios.

Con todos estos componentes se ha construído la presente monografía, que pretende ser no

un



tratado de erudición más o menos desconectado del entorno clínico, sino una obra de

consulta, útil

para el neumólogo interesado en la comprensión, diagnóstico y tratamiento de la disfunción

muscu-lar ligada a las enfermedades respiratorias.

ÍNDICE

Presentación del Dr. Joaquim Gea Guiral

Capítulo 1. Bases celulares y moleculares de la función y la disfunción muscular ......

Esther Barreiro Portela.

Unidad de Investigación en Músculo y Aparato Respiratorio (URMAR)

Capítulo 2. Músculos respiratorios. Bases fisiológicas y fisiopatológicas ................

Dr. Jaume Sauleda Roig.

Hospital Universitari Son Dureta.

Capítulo 3. Los músculos respiratorios y periféricos en las enfermedades pulmonares ..

Dr. Mauricio Orozco-Levi.

Hospital del Mar.

Capítulo 4. Los músculos respiratorios en las enfermedades neuromusculares ........

Antoni Ferrer, Mª José Masdeu.

Hospital de Sabadell.

Capítulo 5. Evaluación de la fuerza muscular respiratoria ........................................

William D-C. Man, Michael I. Polkey. Dr Michael Polkey.

Royal Brompton Hospital.

Capítulo 6. Evaluación de la resistencia y fatiga de los músculos inspiratorios ........

Alejandro Grassino, Joaquim Gea.

Hospital del Mar.

Capítulo 7. Relevancia de los músculos espiratorios ..................................................

Alba L. Ramírez-Sarmiento.

Hospital del Mar.

Capítulo 8. Otras pruebas funcionales: técnicas neurofisiológicas, acelerómetros,



sonomicrometría y técnicas de imagen ....................................................

J.A. Fiz Fernández, J Morera Prat.

Hospital Universitario Germans Trias i Pujol de Badalona.

Capítulo 9. Interpretación de las pruebas de función muscular. Control de calidad ....

Pilar Morales Marín.

Hospital Universitario La Fe. Valencia.

Capítulo 10. Aplicación clínica de las pruebas de función muscular respiratoria ..........

Dr. Juan Bautista Gáldiz Iturri.

Hospital de Cruces.

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CAPÍTULO 1

BASES CELULARES Y MOLECULARES

DE LA FUNCIÓN Y LA DISFUNCIÓN

MUSCULAR

ESTHER BARREIRO PORTELA

Unidad de Investigación en Músculo y Aparato Respiratorio (URMAR),

Instituto Municipal de Investigaciones Médicas (IMIM), Barcelona

c/ Doctor Aiguader 80



08003 Barcelona

e-mail: [email protected]

INTRODUCCIÓN

El movimiento es esencial para la vida del ser humano y la de los animales. Ejemplos de

movimiento nos los ofrecen actividades como caminar, hablar, mirar, o respirar. Todas ellas

implican la existencia de contracciones musculares diversas, que a su vez originan diferen-tes

tamaños y formas de músculos. Las diferencias existentes entre los músculos respirato-rios y

los músculos esqueléticos de las extremidades están directamente relacionadas con la

función que ambos grupos deben ejercer. En este sentido, los músculos ventilatorios están

diseñados para vencer cargas resistivas y elásticas, que están sujetas tanto a un control

voluntario como involuntario. Además la longitud de reposo de los músculos respiratorios

viene establecida por el equilibrio existente entre las fuerzas de retracción elástica pulmo-nar

y las de expansión de la caja torácica (1,2). Cabe añadir que su función es esencial para

la vida, ya que han de contraerse rítmicamente y generar las presiones necesarias para la

ventilación a lo largo de toda la existencia del individuo (3). Por último, y basado en sus

acciones mecánicas, los músculos ventilatorios se clasifican en general en inspiratorios y

espiratorios. Estas acciones pueden ser llevadas a cabo por varios grupos de músculos, con

el fin de asegurar los medios por los cuales el aire puede ser movido eficazmente en cual-quier

situación, tanto fisiológica como fisiopatológica (4). El objetivo del presente capítulo

es resumir aquellos mecanismos, ya sean estructurales o moleculares, implicados en el pro-

ceso general de contracción muscular tanto en condiciones de normalidad como en la enfer-

medad.

BASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA FUNCIÓN Y LA DISFUNCIÓN MUSCULAR

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Fibra muscular

Todos los músculos esqueléticos están compuestos por fibras, cuya característica principal

es la presencia de estriaciones claras y oscuras alternadas. La zona clara se denomina banda-I y

la banda-A corresponde a la zona oscura. La línea-Z (o disco-Z) se define como aquélla

que atraviesa el centro de la banda-I, y la región comprendida entre dos líneas-Z se conoce

como sarcómera. La longitud de esta última es aproximadamente de 2.2 µm en la fibra rela-

jada (Figura 1).



Figura 1. Representación de la estructura de la miofibrilla en el músculo. Obsérvese la

disposición

de la sarcómera y sus diversos componentes.

Las miofibrillas son las estructuras que componen las fibras musculares, confiriéndoles

su capacidad de contracción y relajación. Estas miofibrillas contienen dos tipos de filamentos

de proteína, en concreto de actina y miosina, que se mantienen unidos ente ellos mediante

unos

puentes (cross-bridges), al tiempo que otras estructuras especializadas los sostienen a ellos.

Los filamentos de actina y miosina confieren al músculo su apariencia estriada. La banda-A


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Figura 2. Disposición y morfología de los filamentos gruesos y delgados de la fibra muscular.

contiene filamentos gruesos de miosina, mientras que los finos filamentos de actina están pre-

sentes en la banda-I. Aunque los filamentos delgados están constituídos fundamentalmente

por

actina contienen también otras proteínas, como la troponina, la tropomiosina y la nebulina. La

función de los discos-Z es unir todos los filamentos de actina, mientras que los de miosina se

unen en el centro de la banda-A. Mediante microscopía electrónica se ha podido demostrar

que

los filamentos de miosina presentan unas proyecciones que corresponden a los ya menciona-

dos puentes entre miofilamentos gruesos y finos (5) (Figura 2).

Estos puentes tienen como función propulsar los filamentos delgados (actina), mediante la

acción de las cabezas globulares de la miosina. Cada cabeza está formada por una cadena

pesa-da de miosina (MyHC), de unos 2.000 aminoácidos, con dos cadenas ligeras (MyLC)uniéndo-se a ella en el llamado cuello de la molécula (5) (Figura 3). Las cadenas ligeras tienen

una fun-ción reguladora de los movimientos de las cabezas globulares (5).


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Figura 3. En la parte superior puede verse el aspecto de un filamento grueso sarcomérico,

pudiendo

observarse la disposición de las moléculas de miosina. En la parte inferior se representa condetalle



la molécula de miosina, con las cabezas globulares y las diferentes cadenas pesadas y ligeras

que la

conforman.

Figura 4. Esquema del desplazamiento de los filamentos de actina sobre los de miosina,proceso

necesario para la contracción muscular. Los filamentos delgados (actina) se separan de las

cabezas

globulares de miosina mediante la hidrólisis de moléculas de ATP.


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La hidrólisis de la molécula de adenosín trifosfato (ATP) es necesaria para que se produz-ca la

liberación-desplazamiento de los filamentos de actina respecto de los de miosina, y por tanto,

la contracción muscular (Figura 4). La ausencia de ATP o la incapacidad de hidrolizarse en el

interior de la fibra muscular dan lugar a un estado de rigidez, que por ejemplo puede observar-

se tras la muerte.

A su vez, los filamentos delgados contienen por un lado entre unas 300-400 moléculas

de actina, que se unen entre sí mediante un proceso de polimerización que precisa de la pre-

sencia de un nucleótido. Este último puede ser tanto adenosín difosfato (ADP) como ATP.

Por otro lado, los filamentos delgados también están formados por tropomiosina, que cons-ta

de un doble hélice colocada en la superficie de los filamentos de actina, confiriéndoles

rigidez.


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La troponina es también otro de los componentes de los filamentos delgados, y se trata

de un complejo constituido por tres polipéptidos: el T, el I y el C. De entre ellos, la troponi-na T

se une a la tropomiosina y la troponina I a la actina, evitando su interacción con las

cabezas de miosina (efecto inhibitorio que durante la contracción muscular es vencido por

un incremento súbito del calcio citosólico). A su vez, la troponina C, que actúa como un

receptor de calcio, sufre un cambio de conformación que separa la tropomiosina de los fila-

mentos de actina, lo que permite la unión de éstos últimos a los puentes de miosina, y por

tanto provoca la contracción muscular (5) (Figura 5).



Figura 5. Representación de los diferentes componentes de los filamentos delgados. En la

parte

superior aparece la actina, cuya relación con las moléculas de tropomiosina y troponina puede

verse en la figura inferior izquierda. Por último, en la parte inferior derecha se hanrepresentado

con detalle los tres polipéptidos componentes de la troponina.

Tejido conectivo en el músculo

La presencia de este tejido es tan importante como la de las propias fibras musculares, ya

que sin él no sería posible la transmisión a los tendones y resto del sistema esquelético de

las fuerzas y movimientos generados en las fibras musculares. Este tejido conectivo está

mayoritariamente compuesto por fibras de colágeno inmunológicamente diferenciadas (I-IV).

El resto son fibras de elastina. Desde un punto de vista anatómico, el tejido conectivo

muscular consta de tres partes que a continuación se detallan: el epimisio, el perimisio y el

endomisio.

El epimisio es una capa especialmente dura que cubre toda la superficie del músculo y

lo separa de otros músculos. Consta de numerosas fibras de colágeno que conectan también

con el perimisio. La función de éste es dividir las fibras musculares en fascículos, constitu-

yendo el trazado para los grandes vasos y nervios del músculo. Finalmente el endomisio

recubre cada una de las fibras musculares, uniéndose a su vez al perimisio (5).

Desde un punto de vista funcional, el tejido conectivo cumple diversas funciones, entre

las que destaca el servir de sostén a las fibras musculares durante el desarrollo. Una vez fina-

lizado éste, el tejido conectivo contribuye a dar forma y estructura al músculo. Otra de sus

importantes funciones es la de distribuir las fuerzas de forma que el daño de las fibras mus-culares sea mínimo. Además la elasticidad de alguno de sus componentes fibrilares permi-ten

al músculo recuperar su forma cuando se libera de las fuerzas pasivas de estiramiento.

Por último el endomisio, a través de sus conexiones con las fibras musculares, trasmite al

tendón parte de las fuerzas de contracción (5).

Membranas en el músculo

Membrana basal: Se trata de una estructura fina, que consta de diferentes capas, con

estructura diversa y composición proteica especializada. Además de su función conjunta con



el endomisio y el plasmalema para servir de sostén a las fibras musculares, ejerce también

funciones enzimáticas y tróficas durante el desarrollo. Tanto la lámina basal como la reticu-lar

son componentes de la membrana basal. La primera de ellas consta a su vez de dos capas,

la lámina lúcida y la densa. El conjunto del plasmalema y las diferentes capas de la mem-branabasal se denomina sarcolema. Entre los componentes más importantes de la membra-na basal

se encuentran diversas proteínas como la acetilcolinesterasa, el colágeno, la fibro-nectina, la

laminina, la agrina, y diversos azúcares (glicosaminglicanos), como el ácido hia-lurónico y los

sulfatos de condroitina y heparina. Las funciones más importantes de la mem-brana basal

incluyen la transmisión sináptica, la unión de la fibra muscular al endomisio y

a las terminaciones nerviosas, y también la unión de los extremos de las fibras a los tendo-nes.

Además, la membrana basal tiene una función de soporte para el proceso de regenera-ción

muscular, al asegurar que las células satélite se multipliquen en el interior de la zona a

reparar. Por último, esta membrana contribuye también al proceso de regulación de la placa

neuromuscular (5).

Plasmalema: Es la membrana que contiene en su interior todos los elementos de la

célula muscular. Estos elementos pueden estar en solución acuosa, como es el caso de diver-

sos iones inorgánicos, azúcares, aminoácidos, péptidos y proteínas que constituyen el cito-sol.

El conjunto de organelos, filamentos y citosol constituye el citoplasma, conocido tam-bién

como sarcoplasma (5).


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Sistemas Tubulares

Retículo sarcoplásmico: Se trata de un sistema complejo de canales que rodea las mio-fibrillas

y discurre a lo largo de todo el músculo. Los diferentes canales correspondientes a

cada una de las miofibrillas se comunican entre sí mediante ramas laterales. Estos canales

se acortan y ensanchan durante la contracción muscular. La función del retículo sarcoplás-mico

es la de liberar calcio en el citosol, alrededor de las miofibrillas. Allí se combinará con

la troponina C para dar lugar a la contracción muscular. Esta finalizará en el momento en

que el calcio sea introducido de nuevo en el retículo sarcoplásmico. La membrana de esta

última estructura contiene por un lado canales liberadores de calcio (receptores de riaonodi-na), y por otro bombas ATPasas de calcio (5).



Sistema tubular transverso: Se trata de un conjunto de canales estrechos que rodean las

miofibrillas a intervalos regulares, discurriendo perpendiculares al eje mayor del músculo.

En las fibras de los mamíferos se han identificado dos zonas que contienen túbulos transver-

sos en cada una de las sarcómeras, son las bandas I y A. La función de estos túbulos es con-ducir impulsos desde la superficie al interior de la fibra muscular, favoreciendo la liberación

de calcio por el retículo sarcoplásmico (5).

Núcleos y mitocondrias

Las fibras musculares son células multinucleadas. En condiciones normales, sus núcleos se

encuentran dispersos a lo largo de la superficie interior del plasmalema. Aparte de los núcle-os

y los otros organelos ya descritos, las mitocondrias representan las estructuras principa-les del

citoplasma de las fibras. Estos organelos son los encargados de sintetizar el ATP pro-cedentetanto de los gránulos de glicógeno como de las gotitas lipidícas, que a su vez están

también presentes en el citoplasma de la fibra muscular (5).

Acoplamiento entre excitación y contracción

El mecanismo celular mediante el cual aumenta la concentración de calcio se conoce como

acoplamiento entre excitación y contracción, y se desarrolla en dos fases. En la primera se

despolarizan los túbulos T, mientras que en la segunda los iones de calcio difunden desde el

retículo sarcoplásmico a los miofilamentos. Este proceso se caracteriza porque señales quí-

micas o eléctricas se acoplan en la superficie de la membrana de la fibra muscular, dando

lugar a la liberación de calcio desde el retículo sarcoplásmico, lo que a su vez promueve la

interacción actina-miosina, con contracción de la fibra muscular. En este sentido, el calcio

actúa como mensajero secundario, es decir como intermediario entre el potencial de acción

y el aparato contráctil.

Composición fibrilar de los músculos

Los diferentes tipos de miosinas, y especialmente el componente de las isoformas de cade-nas

pesadas de miosina (MyHC), determinan la diversidad fenotípica fibrilar en los múscu-los. La

utilización de métodos diversos, como las técnicas histoquímicas de actividad

ATPasa fibrilar, la inmunohistoquímica con anticuerpos específicos para las diferentes iso-

formas de MyHC, y el análisis electroforético de las isoformas de MyHC en preparaciones

de fibra única, nos ha permitido avanzar en el conocimiento sobre los distintos fenotipos

fibrilares de los músculos. En general, estos métodos han puesto de manifiesto la existencia



de fibras que sólo contienen un determinado tipo de isoforma de MyHC (fibras llamadas

puras) o aquéllas que contienen dos o más isoformas (fibras híbridas). Según predomine un

tipo u otro de isoforma de MyHC, las fibras se clasifican en aquellas de contracción lenta o

de tipo I (compuestas por la isoforma MyHC-Iß) por un lado, y fibras de contracción rápi-da o

de tipos IIA, IIB, IID y IIX (compuestas respectivamente por MyHCIIa, MyHCIIb,

MyHCIId y MyHCIIx) por otro. Los seres humanos únicamente expresan las isoformas

MyHC-Iß, MyHCIIa y MyHCIIx. Los programas específicos de expresión genética que

definen los distintos tipos de fibras no sólo se limitan a regular las isoformas de MyHC, sino

que también pueden modular la expresión de otras proteínas como la tropomiosina, las tres

subunidades de troponina, la α-actinina y otras proteínas musculares dependientes de cal-cio.Dicha regulación no sólo es cualitativa, sino que las diversas proteínas del músculo pue-den

encontrarse en mayor o menor medida en un sólo tipo de fibra.

Transiciones de los distintos tipos de fibras

Las fibras musculares son estructuras dinámicas con capacidad para modificar su fenotipo

en respuesta a cambios en la actividad neuromuscular, modificaciones de la carga mecáni-ca,

alteraciones hormonales (p.e. de las hormonas tiroideas) y la edad. Los cambios produ-cidos a

nivel de las isoformas de las MyHC siguen un esquema de transiciones secuencia-les y

reversibles que va desde isoformas rápidas hasta isoformas lentas y viceversa. Estos

cambios están en relación tanto con las diferencias graduales en el coste energético de la

producción de fuerza muscular (6), como con el potencial de fosforilación de ATP de los

diversos tipos de fibras (7). Algunos ejemplos de estados de transición de las isoformas de

MyHC se detallan a continuación.

La actividad neuromuscular es importante para el establecimiento de fenotipos especí-ficos

musculares durante el desarrollo. En ausencia de inervación, los músculos de contrac-ciónrápida se convierten en lentos, y los de contracción lenta en rápidos, como resultado de

una disminución en las concentraciones relativas de MyHCI y MyHCIIb, lo que se acompa-ña de

un aumento en las MyHCIIa y MyHCIId.

La cantidad de carga mecánica a la que se ve sometido un músculo es otro de los factores

importantes que determinan su fenotipo final. Así los modelos de estimulación crónica de baja

frecuencia, el estiramiento, y la sobrecarga mecánica ocasionan transiciones de las isoformas

de



MyHC de tipo rápido a lento (8). Por el contrario, en los modelos caracterizados por una ausen-

cia de carga como la microgravedad, la suspensión o la inmovilización, los músculos lentos se

convierten en músculos rápidos, como resultado de la disminución de las fibras tipo I

correspon-diente a un descenso relativo en la concentración de la isoforma MyHCI (9),

acompañado de

incrementos en las proporciones de las isoformas MyHCIIa y MyHCIId (10) y MyHCIIb (11).

También algunas hormonas pueden modificar la composición fibrilar del músculo. Es

el caso de la testosterona, cuyos efectos están más relacionado con el dimorfismo sexual

existente en diversos músculos y en diferentes especies. Por otro lado, las hormonas tiroide-as

son las que tienen mayores efectos en el fenotipo fibrilar. Así, el hipotiroidismo genera

transiciones de fibras de tipo rápido a lento (12) mientras que el hipertiroidismo ejerce una

influencia que va en la dirección opuesta (13). Esto se corresponde con cambios en las iso-

formas homónimas de MyHC (14,15).


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La edad es otro de los factores importantes en la inducción de cambios en el fenotipo

muscular. En este sentido, el envejecimiento puede dar lugar a atrofia muscular y transicio-nes

de un fenotipo rápido a otro más lento (16). Sin embargo, algunos autores sostienen que

estos cambios serían mucho menores si se mantiene un adecuado nivel de actividad.

La motoneurona

Las motoneuronas son aquellas células encargadas de enviar los impulsos nerviosos (poten-

ciales de acción) al músculo para que éste se contraiga. Se trata de células de gran tamaño,

de localización en la substancia gris de la médula espinal, y de las cuales llegan unas cien a

cada músculo. Cada motoneurona está formada por un cuerpo o soma que contiene el núcleo

celular, y unos apéndices llamados dendritas y axón. Los primeros reciben información pro-

cedente de otras neuronas, y el segundo la transmite como mensaje único al músculo, en

forma de impulsos eléctricos. Los axones pueden además transportar mensajes químicos e

incluso organelos entre las motoneuronas y las fibras musculares (17).

La unión neuromuscular



Ésta es el área de contacto entre el axón y la fibra muscular. Se trata de una superficie de

pequeño tamaño pero altamente desarrollada, conocida también como sinapsis, donde la

excitación nerviosa se extiende desde el axón hacia la fibra muscular. La corriente que

pasa por el axón es insuficiente para estimular las fibras musculares y debe ser, por tanto,

amplificada. En este proceso interviene la liberación de acetilcolina por la terminación

nerviosa (18).

Formación del músculo

Una vez el ovocito ha sido fecundado se forman dos polos, llamados animal y vegetal, que

se distinguen por sus inclusiones citoplasmáticas irregulares. Las células del polo animal

darán lugar a la formación del ectodermo, mientras que la del polo vegetal constituirán el

endodermo. El huevo fertilizado se divide varias veces dando lugar a la blástula multicelu-lar.

En su zona ecuatorial las masas de células de los polos animal y vegetal entran en con-tacto, y

las segundas envían señales a las primeras, que darán lugar al desarrollo del meso-dermo. Las

células de la zona ecuatorial de la blástula, instruidas para ser mesodermo, se

ven influenciadas en su desarrollo posterior por sus posiciones en el eje dorsoventral. Así,

durante el período de gastrulación, las células dorsales darán lugar a la formación de la

notocorda y el músculo esquelético, mientras que las células ventrales constituirán las célu-las

sanguíneas y el mesénquima. Una parte de las células dorsales se dividirá en segmen-tos,

llamados somitas, de los que derivarán todos los futuros músculos del organismo. Sin

embargo, los somitas mesodérmicos también darán lugar a la formación de la columna ver-

tebral, las costillas y la dermis. La decisión de las células somíticas mesodérmicas para for-mar

músculo y no otros tejidos se produce gracias a la expresión de los principales genes

reguladores de la miogénesis (los codificadores de Myo D, miogenina, myf-5 y myf-6), de

los cuales el correspondiente a la miogenina es el más importante en esta fase del desarro-llo(19).

La proliferación de las células mesodérmicas dará lugar a la formación de mioblastos

tras la acción de diversos factores de crecimiento de tipo inductor. Entre otros, las activi-

nas, factor de crecimiento de los fibroblastos (FGF) y factor de crecimiento transformador-β

(TGF-β). El que los mioblastos permanezcan en fase proliferativa o se diferencien depen-derá

de las concentraciones locales de estos inductores, pero también de la expresión de los

genes llamados precoces (fos, myc y jun), y de la concentración relativa de las proteínas



codificadas por Myo D y los principales genes reguladores miogénicos. Los mioblastos se

dividen repetidamente por mitosis hasta que llegan a la denominada mitosis final, momen-to

en que se fusionan en los miotubos. Una vez se ha formado un miotubo, otros mioblas-tos se

irán añadiendo progresivamente a él (19). El citoplasma del miotubo aumentará de

tamaño y contendrá mayores cantidades de filamentos gruesos y finos (miosina y actina).

A medida que se vayan agrupando, los miofilamentos serán de mayor tamaño, constituyen-do

las miofibrillas. En estas podrán apreciarse ya las bandas-A e I y las líneas-Z. La prime-ra

proteína muscular que aparece en el desarrollo es la desmina, y le suceden la titina, la

actina específica del músculo, las cadenas pesadas de miosina y la nebulina. En esta fase

las mitocondrias son más numerosas y de mayor tamaño, y comienzan a formarse tanto el

retículo sarcoplásmico como el sistema tubular transverso. A medida que los miotubos

aumentan se forman más mioflamentos, y tanto el retículo sarcoplásmico como el sistema

tubular transverso estarán más diferenciados, dando lugar ya a la formación de las fibras

musculares (19). El primer paso en el desarrollo de los músculos de las extremidades es la

aparición de masas musculares en la propia raíz de la extremidad. Cada una de estas masas

se subdivide a su vez hasta dar lugar a la formación de músculos individuales. Cada uno

de éstos se unirá a una red de tejido conectivo, originado también en el mesodermo, que

constituirá los tendones, las fascias y las separaciones entre los diferentes fascículos mus-

culares (19).

La mayor parte del desarrollo muscular del organismo se llevará a cabo después del

nacimiento. En el ser humano en concreto, el vientre de los músculos crece unas 20 veces a

lo largo de la infancia y la pubertad. El crecimiento se produce de forma longitudinal, a tra-vés

de la formación de nuevas sarcómeras a nivel de los extremos del músculo en crecimien-to.

Este proceso está favorecido por mediadores como la hormona del crecimiento, la insu-lina yfactores mecánicos locales (19).

Fisiología del óxido nítrico y de las especies reactivas de oxígeno en el músculo

Tanto el óxido nítrico (NO) como las especies reactivas de oxígeno (ROS) modulan nume-rosos

aspectos de la fisiología del músculo esquelético. El NO endógeno disminuye la con-tracción

muscular mediante la inhibición de la liberación de calcio del retículo sarcoplásmi-co,

reduciendo la sensibilidad a este ión de los miofilamentos. Por el contrario las ROS, al

aumentar la sensibilidad al calcio de las fibras, tienen un efecto potenciador de la contrac-ción

muscular. A continuación se resumen los principales efectos de ambos tipos de molé-culas en



el músculo sano. En sección aparte se detallarán los efectos de esas mismas molé-culas en

diversas condiciones patológicas que afectan también al músculo esquelético.

Óxido Nítrico (NO)

Es una molécula multifuncional sintetizada a partir del aminoácido l-arginina por las enzi-masconocidas como sintetasas del NO (NOS), de las cuales existen tres isoformas, la endo-telial

(eNOS), la neuronal (nNOS) y la inducible (iNOS). En el músculo esquéletico tanto


19


20

la eNOS como la nNOS se expresan de forma constitutiva, mientras que el gen de la iNOS

sólo se expresa en respuesta a determinados estímulos y condiciones. En estudios experi-

mentales se ha visto que la fuerza generada por diversos músculos, tanto respiratorios como

de las extremidades, estaba inversamente relacionada con los niveles de actividad de sus

enzimas NOS (20). Más concretamente, la nNOS es la isoforma que inhibe de forma predo-

minante la fuerza muscular (21). Otro de los efectos del NO en el músculo, que se ha obser-

vado en preparaciones experimentales, hace referencia a su capacidad de aumentar la velo-

cidad máxima de acortamiento de las fibras (22,23), que es una expresión de la velocidad de

interacción entre los miofilamentos de actina-miosina. También se ha demostrado que el NO

puede atenuar la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico, efecto que desaparce tras

la administración de inhibidores de las NOS (24).

Se ha visto, nuevamente a través de modelos experimentales, que el NO ejerce diver-sos

efectos en la fibra muscular en respuesta a determinados estímulos y condiciones. Así se

ha demostrado que la expresión de las isoformas eNOS y nNOS aumenta en el músculo ante

un ejercicio crónico y en respuesta a la estimulación eléctrica (25,26). Recientemente se ha

demostrado también que el entrenamiento muscular general induce un incremento en la

expresión y actividad musculares de las isoformas eNOS y nNOS. Este efecto se observó

sobre todo en el músculo gastrocnemio, y en menor proporción en el diafragma (27). Otro

de los aspectos interesantes de las funciones del NO en el músculo hace referencia al meta-

bolismo de la glucosa, habiéndose demostrado la existencia de una mayor actividad de las

isoformas eNOS e iNOS en respuesta a la insulina (28). Al mismo tiempo se ha visto que la



actividad de las NOS aumentaría el transporte de glucosa en el músculo sano (25). El NO

es una molécula que también está implicada en la respuesta vascular frente a estímulos como

las contracciones musculares, la hipoxia, y la oclusión de los propios vasos (29).

Concretamente se ha visto que el NO inhibe la vasoconstricción adrenérgica tipo α-2 duran-te

la contracción de las fibras de tipo II (20,30). Otra de las funciones del NO es la de regu-lar el

consumo de oxígeno en la mitocondria. Este NO procede tanto del interior de la fibra

muscular como del endotelio vascular adyacente (25), y dicha regulación es altamente

dependiente del flujo vascular (31). Por último cabe añadir que el NO parece estar también

implicado en los procesos de daño, regeneración y desarrollo musculares. Así se ha demos-

trado que moléculas donantes de NO inducen apoptosis en el músculo de la rata (32), y que

en el músculo dañado por aplastamiento se induce la expresión de la isoforma iNOS. El

retraso en esta inducción lleva a la aparición de rabdomiolisis y destrucción total de la fibras

musculares (33). En cuanto al proceso de diferenciación se sabe que la presencia de activi-dad

NOS en las fibras es precoz en el desarrollo embrionario, y que está altamente ligada a

la fase de diferenciación de los mioblastos.

Bioquímica del Óxido Nítrico (NO)

El NO es una molécula sin carga, pero que tiene un electrón desparejado en el último orbi-tal.Esta característica le confiere la capacidad de reaccionar solamente con aquellas molé-culas

que tengan también orbitales desparejados. Dado que la mayoría de moléculas contie-nen dos

electrones en su último orbital, el NO difunde por la mayoría de tejidos con escasa

reactividad, al menos a las concentraciones que son habituales in vivo. A pesar de su gran

capacidad de difusión por los tejidos, las reacciones que puede establecer el NO con otras

moléculas se pueden clasificar en tres grandes grupos, atendiendo a la velocidad de la reac-

ción. En primer lugar el NO puede actuar como molécula-señal, mediante activación de la

guanilato ciclasa (34). En segundo lugar, el NO puede ser destruido mediante reacción con

la oxihemoglobina de un eritrocito, formando nitrato (35). Por último, el NO puede trans-

formarse en peroxinitrito mediante la reacción con el anión superóxido, reacción que en

condiciones de normalidad está limitada por las concentraciones micromolares de las enzi-mas

superóxido dismutasas (SOD) en las células. Sin embargo, cuando las concentraciones

del NO alcanzan los niveles del micromolar en los tejidos, tal y como ocurre en procesos

inflamatorios, y dado que su velocidad de reacción es tres veces más rápida que la de las



superóxido dismutasas, el NO compite con éxito con éstas últimas por el anión superóxido,

dando lugar a la formación de una especie altamente reactiva llamada peroxinitrito (34).

Actualmente se considera que esta molécula es la mayor responsable de los efectos deleté-

reos del exceso de NO en los tejidos. Por tanto la formación de peroxinitrito será la conse-cuencia de un exceso de producción de NO y anión superóxido, condiciones prácticamente

invariables en los procesos inflamatorios (36).

Formación de nitrotirosina

La mayor parte de los efectos citotóxicos del NO se le atribuyen a su capacidad de producir

modificaciones covalentes con otras moléculas. El aminoácido 3-nitrotirosina es el metabo-lito

que ha cobrado recientemente mayor interés como marcador biológico de la formación

excesiva de NO en los tejidos. Así, en condiciones inflamatorias como la sepsis, se ha

demostrado la existencia de nitrotirosina en los músculos tanto ventilatorios como de las

extremidades (37-40). Miembros de nuestro grupo han demostrado en un estudio reciente

realizado en ratas (41), la presencia de ciertos niveles de nitrotirosina incluso en el múscu-lo

intacto. Además en ese mismo estudio se demostró que el incremento de nitrotirosina

inducido por la sepsis en el diafragma se limitó a las proteínas mitocondriales y de membra-na

(41): Este incremento fue a su vez dependiente del NO sintetizado por la isoforma iNOS

y no de la actividad de las isoformas nNOS o eNOS. Por último, en otro trabajo reciente de

nuestro grupo, donde se analizaron muestras musculares procedentes del cuádriceps de

pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), se demostró un aumento

en la formación local de 3-nitrotirosina respecto del grupo control (42).

Especies Reactivas de Oxígeno (ROS)

FUENTES MOLECULARES DE PRODUCCIÓN DE ROS

Cadena de trasporte mitocondrial: El primer paso en la reducción del oxígeno incluye

la reacción del oxígeno molecular con un radical semiquinona, para formar ubiquinona y

anión superóxido (43). La cadena de transporte de electrones reduce la mayor parte del oxí-

geno tras la adición de tres electrones a dichos aniones superóxido. Las moléculas perma-

necen unidas a la cadena de trasporte de electrones hasta ser definitivamente reducidas. Se

ha estimado que entre el 1 y el 5% de las moléculas de oxígeno escapan de la cadena de

transporte de electrones en forma de aniones superóxido, cuya velocidad de formación es



proporcional a la presión parcial de oxígeno en la mitocondria (43). Así, en las contraccio-nes

musculares intensas, la mayor utilización de oxígeno conllevará un incremento en la for-

mación de aniones superóxido. Si ésta última es muy elevada podría llegar a saturar los

mecanismos antioxidantes de la mitocondria, dando lugar a la liberación masiva de dichos


21


22

aniones hacia el citosol y otras estructuras de la fibra muscular, lo que ocasionaría daño

celular (44,45). De todo ésto se deduce que la mitocondria juega un papel central en la for-

mación de radicales libres de oxígeno en la contracción muscular.

Xantina Oxidasa. Otra de las fuentes de producción del anión superóxido en el músculo

es la reacción que convierte la hipoxantina en ácido úrico y xantina. Esta reacción se halla

catalizada por el enzima xantina oxidasa. Este sistema es el que contribuye principalmente a

la formación de anión superóxido en el músculo en los modelos de isquemia-reperfusión (46).

NADPH Oxidasa. Las células de origen mesodérmico y los leucocitos utilizan este

mecanismo como fuente de producción de ROS para la defensa contra agentes extraños.

Recientemente miembros de nuestro equipo han demostrado la existencia de este sistema en

la membrana de la célula muscular, así como su capacidad de producir anión superóxido

(47). La NADPH oxidasa cataliza la producción de dicho anión mediante la reducción de un

electrón del oxígeno molecular, utilizando NADPH o NADH como donantes del electrón

(48). Este sistema enzimático también está presente en otros tipos de células como las vas-

culares, las mesangiales, y las de la microglía.

Sistema microsomal P-450. Este sistema está implicado en la producción de aniones

superóxido especialmente en los casos de daño tisular ocasionado por administración exce-

siva de oxígeno y por algunos tipos de toxinas (43).

Productos del metabolismo del ácido araquidónico. La conversión de la molécula del

prostaglandina G2 a prostaglandina H2 durante el metabolismo del ácido araquidónico

puede también dar lugar a la liberación de radicales libres, sobre todo en el cerebro y duran-teperíodos de isquemia (49).



ROS Y CONTRACCIÓN MUSCULAR

A lo largo de la última década se ha puesto de manifiesto que la producción endógena de ROS

regula el proceso de contracción del músculo sano (50). Estas moléculas son sintetizadas nor-

malmente a bajas concentraciones en el músculo en reposo, siendo esenciales para la correc-ta generación de fuerza muscular (50). Sin embargo, sus niveles aumentan en respuesta a la

activación del músculo (50-52). En circunstancias normales, los niveles de ROS en el inte-rior

de la fibra muscular se mantienen bajos gracias a la acción de enzimas antioxidantes,

como las superóxido dismutasas antes mencionadas. Se ha podido demostrar además que la

reducción selectiva de las ROS tras la administración de catalasa o superóxido dismutasa da

lugar a una disminución de la fuerza muscular, que es reversible cuando se eliminan dichos

enzimas antioxidantes (53,54). Por el contrario, la exposición de las fibras musculares a nive-les

bajos de ROS conlleva un incremento de la fuerza contráctil (53,55). Estos hallazgos die-ron

lugar al establecimiento del llamado modelo homeostático de las ROS, propuesto por M.

Reid (51), en el que se describe el efecto bifásico de estas substancias sobre la fuerza de con-

tracción del músculo. En resumen, ciertos niveles de ROS están presentes en la fibra muscu-lar

y son necesarios para la correcta generación de fuerza. Cuando dichos niveles descienden

por debajo de los límites de normalidad, la capacidad de generar fuerza por parte del múscu-lo

también disminuye, al igual que lo haría en los casos de una producción excesiva de ROS

(tal y como ocurre en las contracciones intensas repetidas o en los propios procesos inflama-

torios). No obstante, debe recordarse que aumentos moderados de la cantidad de ROS en las

fibras conllevan un incremento en la fuerza contráctil del músculo.

ESTRUCTURAS DIANA DE LAS ROS EN EL MÚSCULO SANO

Las ROS potencian la contracción muscular mediante la facilitación de diversos procesos impli-

cados en ella, y actuando sobre determinadas estructuras diana. Las ROS ejercen uno de sus

efectos más importantes a nivel del retículo sarcoplásmico, aumentando la liberación de calcio

e inhibiendo la ATPasa dependiente de este ión, lo que da lugar a una mayor concentración de

calcio en la fibra durante las contracciones musculares. Otro efecto de las ROS está relaciona-

do con su capacidad para aumentar la sensibilidad al calcio de los propios miofilamentos.

EFECTOS DE LAS ROS EN EL MÚSCULO FATIGADO

Los mecanismos por los cuales las ROS contribuyen a la fatiga muscular no se hallan toda-vía

totalmente esclarecidos. Sin embargo, se ha propuesto que estructuras sarcolémicas rela-

cionadas con los procesos de excitación-contracción sean las probables dianas de las ROS



para la aparición de fatiga muscular. De entre dichas modificaciones, cabe destacar la inhi-

bición del sensor de voltaje de los túbulos t (56) y la oxidación de determinados grupos tiol

localizados junto a los canales de calcio del retículo sarcoplásmico (144), lo que aumenta la

liberación de dicho ión. Sin embargo, el desarrollo de fatiga de baja frecuencia durante un

ejercicio físico sostenido estaría más relacionado con la inhibición de la salida de calcio del

retículo sarcoplásmico (43,56). Otra de las estructuras diana de las ROS es la bomba ATPasa

dependiente de calcio del retículo sarcoplásmico, también como resultado de la oxidación

de sus grupos tiol (57,58). Además, existen otros mecanismos por los cuales las ROS afec-tarían

negativamente al músculo. Entre otros, la inhibición de la respiración mitocondrial y

de los gradientes transmitocondriales de calcio, la depleción de antioxidantes mitocondria-les

(59), y por último, la afectación de las proteínas contráctiles mediante la oxidación de

grupos sulfidrilo en sus cadenas (60). La contribución específica de cada uno de estos pro-

cesos a la aparición de fatiga muscular in vivo es todavía un tema en fase de investigación.

Además, debe tenerse en cuenta que la sensibilidad de cada una de las estructuras mencio-

nadas ante las ROS puede variar según el modelo experimental utilizado.

Estrés oxidativo en el músculo séptico y en el músculo de pacientes con EPOC

El estrés oxidativo se define como aquel estado en el que el exceso de producción de ROS no

es neutralizado por los antioxidantes celulares. Estos quedan por tanto “libres” en los tejidos,

pudiendo reaccionar con diferentes constituyentes celulares, modificando su estructura y/o

fun-ción. La forma más habitual y sencilla de estudiar los niveles de estrés oxidativo en los

tejidos

es mediante el empleo de diversos índices indirectos. Estos nos aportan información sobre los

tipos de modificaciones inducidas a nivel de proteínas, ADN o lípidos. Estas modificaciones se

definen respectivamente como oxidación proteica, del ADN y lipídica. No obstante cabe añadir

que las moléculas diana por excelencia de las ROS, incluido el peroxinitrito, son las proteínas.

A lo largo de la década de los 90 son diversos los estudios que han puesto de manifiesto

la contribución de las ROS a la disfunción diafragmática en animales sépticos. Así Shindoh et

al (61,62) fueron los primeros investigadores que describieron tal relación tras observar que la

administración de antioxidantes disminuía la formación de malondialdehido (índice de estrés

oxidativo), mejorando la disfunción contráctil de los diafragmas sépticos en hamsters. Peralta



et al (63) a su vez, demostraron que mediante la administración previa de antioxidantes podía

reducirse el aumento de los niveles de ROS en los músculos de animales sépticos. El mismo


23


24

equipo investigador demostró posteriormente que la aparición de estrés oxidativo en los mús-

culos de animales sépticos es precoz, dando lugar a una inhibición de la respiración mitocon-

drial y a la inactivación de enzimas antioxidantes (64). Por su parte, Supinski et al (65) demos-

traron que el estrés oxidativo está implicado en la disfunción contráctil tanto de los músculos

ventilatorios como de los de las extremidades. En otro estudio, el mismo grupo de investiga-

dores concluyó que los radicales libres oxigenados juegan un papel central en la alteración de

las proteínas contráctiles del diafragma en animales sépticos (66,67).

En la misma línea de razonamiento, observaciones procedentes del estudio de Taille et

al (68) y otras más recientes de nuestro grupo han puesto de manifiesto que las ROS están

probablemente implicadas en la disfunción contráctil del diafragma de la rata. En efecto, la

administración de un inhibidor selectivo de la actividad hemooxigenasa (enzima con propie-dades antioxidantes), empeora todavía más la ya disminuida fuerza de contracción del mús-

culo en el animal séptico (69). Otras observaciones todavía no publicadas de nuestro equi-po

hacen referencia a la identificación de las proteínas que han sufrido modificaciones

estructurales como consecuencia del exceso de ROS en el diafragma de ratas sépticas. Estas

proteínas incluyen algunas implicadas en la glicolisis o en la producción del ATP, proteinas

reguladoras del metabolismo del dióxido de carbono y proteínas contráctiles. En este mismo

estudio también pudimos observar un claro incremento de la formación de grupos carboni-lo(índice de oxidación proteica) en los diafragmas sépticos respecto de los controles.

Respecto de la Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC), estudios recientes

han revelado la existencia de niveles aumentados de estrés oxidativo (oxidación proteica) en

el cuádriceps (42) y en los diafragmas de los pacientes con enfermedad grave. Es interesan-te

destacar que en el caso del diafragma, el nivel de estrés oxidatico correlacionó con la fun-ción

del propio músculo.

Citoquinas y Músculo



Diversas citoquinas, como el factor de necrosis tumoral-alfa (TNF-α), la interleuquina (IL) -1

beta (IL-1β), la IL-6 y el interferon-g parecen estar implicadas en la pérdida de peso y dis-

función muscular presentes en diversas enfermedades respiratorias crónicas, como la fibrosis

quística y la propia EPOC. La eventual pérdida de peso de los pacientes que padecen estas

entidades se ha atribuído a la existencia de un estado de inflamación crónica, que a su vez

condicionaría una respuesta catabólica sostenida. Concretamente en los pacientes con EPOC

se ha observado un incremento de los niveles de citoquinas proinflamatorias en sangre peri-

férica (70-73). Recientemente se ha demostrado que las fibras musculares tienen también

capacidad de sintetizar niveles elevados de citoquinas (74-77), que mediante sus efectos auto-

crinos o paracrinos actuarían como mediadores endógenos de las modificaciones que sufre el

músculo. Por otra parte, el TNF-α estaría implicado en diversos procesos catabólicos del

músculo, como son el envejecimiento (78), la caquexia cancerosa (79,80), el rechazo post-

transplante (81), la insuficiencia cardíaca crónica (82), el síndrome de inmunodeficiencia

humana adquirida (SIDA) (83) y la propia EPOC (84). El TNF-α estaría probablemente

implicado de forma específica en la disfunción muscular, tanto a través de la pérdida de masa

muscular (74), como por tener un efecto directo sobre la fuerza contráctil. Datos recientes

(85,86) parecen demostrar que niveles periféricos elevados de TNF-α se asocian a disfunción

muscular, probablemente mediante el desarrollo de estrés oxidativo, independientemente de

si se producen o no cambios fenotípicos relevantes en el propio músculo.

En el caso concreto de la disfunción de los músculos respiratorios que aparece en

pacientes con EPOC, cabe reseñar el papel de los factores mecánicos derivados de los cam-bios

geométricos del tórax, consecuencia a su vez de la presencia de hiperinsuflación pul-monar.

Así, datos recientes de nuestro grupo (observaciones no publicadas) han puesto de

manifiesto un aumento en la expresión de los genes que codifican la expresión de TNF-α e

IL-6 en el músculo intercostal externo de pacientes con EPOC. Además los niveles de expre-

sión del gen de la IL-6 correlacionaron con la gravedad de la enfermedad pulmonar, expre-sada

a través del volumen espiratorio máximo en el primer segundo (FEV1

). Estudios

recientes han demostrado que contracciones musculares fisiológicas inducen la expresión de

IL-6, que aumenta además en respuesta a reducciones en el nivel de glicógeno (87). Esto se



explica porque el glicógeno actuaría como un sensor energético que contribuiría al mante-

nimiento de la homeostasis durante períodos de cambio en las demandas metabólicas (88).

Probablemente el incremento de expresión de la IL-6 observado en nuestro estudio se expli-

que como mecanismo adaptativo del músculo ventilatorio para mejor soportar las demandas

energéticas aumentadas inherentes a la presencia de EPOC. Por último, la citoquina proin-

flamatoria IL-1 es una substancia catabólica implicada también en la disfunción muscular,

probablemente mediante el desarrollo de estrés oxidativo (89).


25

Figura 6. Esquema de la interacción entre las citoquinas inflamatorias y el estrés oxidativo en el

músculo esquelético.


26

CONCLUSIONES

El músculo esquelético es una compleja estructura, cuya función principal, la contracción

muscular, se desarrolla y regula mediante un considerable número de estructuras y mecanis-

mos que deben ejercer sus acciones de forma coordinada. La ausencia de alguna de dichas

estructuras o el fallo en la puesta en funcionamiento de los mecanismos reguladores conlle-

van el desarrollo de disfunción muscular. La contracción muscular defectuosa ocasiona a su

vez cambios en la sintomatología de los pacientes. Estos cambios se relacionarán sobre todo

con la disminución en la tolerancia al ejercicio o la incapacidad de desempeñar ciertos movi-

mientos de la vida cotidiana.

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MÚSCULOS respiratorios accion y efecto

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