UNIVERSIDAD NACIONAL

FACULTAD CIENCIAS DE LA SALUD

ESCUELA CIENCIAS DEL DEPORTE

MAESTRIA EN SALUD INTEGRAL Y MOVIMIENTO HUMANO

Fisiología Avanzada del Movimiento Humano

Tema: Mecánica de la contracción muscular

Profesor: M Sc. Juan Carlos Gutiérrez

Estudiantes:

Alejandra Delgado

Carolina Ruiz

Karla Solis

Marianela Obando

Nahida Andrawus

I Trimestre 2006

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Introducción

Los músculos son tejidos que permiten la movilización del cuerpo. Según Wilmore y

Costill (2001), existen tres tipos de músculos:

§ El liso

§ El cardiaco

§ El esquelético

Cada uno cumple funciones con diferentes directrices, permitiendo así el movimiento. Si

una persona o animal sufre algún daño en el tejido de alguno de estos músculos es probable

que se minimice su función.

El músculo liso se denomina involuntario puesto que su funcionamiento no depende

directamente de nuestra conciencia. Están ubicados en las paredes de la mayor parte de

vasos sanguíneos lo cual les permite contraerse o dilatarse con el propósito de regular el

flujo sanguíneo (Wilmore y Costill, 2001).

Los músculos esqueléticos denominados voluntarios unen y mueven el esqueleto. El

cuerpo humano contiene más de 215 parejas de este tipo de músculos. Por ejemplo, el dedo

pulgar cuenta con 9 músculos independientes (Wilmore y Costill, 2001).

El músculo cardiaco está ubicado en el corazón y abarca la mayor parte de la estructura. Se

controla así mismo mediante los sistemas nervioso y endocrino (Wilmore y Costill, 2001).

Como ya se sabe, el ejercicio requiere de los músculos para poder producir su movimiento,

pese a las diferencias plasmadas anteriormente su accionar es similar y se requieren en

conjunto para lograr esto y poder realizar actividad física.

El presente trabajo se desarrolla con el objetivo de ahondar en la temática de la contracción

muscular y su importancia radica en que los músculos que componen el cuerpo humano

constantemente se están contrayendo para realizar cualquier tipo de movimiento.

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Mecánica de la contracción muscular

Resulta imprescindible abordar en primera instancia ciertas definiciones que faciliten una

mejor comprensión de la mecánica de la contracción muscular, las cuales se detallan a

continuación.

Estructura muscular

Los músculos están compuestos en su exterior por tejido conectivo que según Álvarez

(2000), es un tejido denso que sirve como sostén. Sin embargo, en su interior, constan de

una serie de estructuras. Primeramente se encuentra el epimisio que rodea al músculo, al

cortar éste se ubica el perimisio que cubre fascículos que son pequeñas haces de fibras.

Finalmente se hallan las fibras musculares individuales, a su vez, cada una de estas está

cubierta por una vaina de tejido conectivo (Wilmore y Costill, 2001).

Al observar detalladamente una fibra muscular compuesta por varias miofribrillas que

abarcan su misma longitud, se ve que está rodeada por una membrana de plasma llamada

sarcolema que se funde con el tendón insertándose en el hueso. Dentro del sarcolema se

encuentra una sustancia similar a gelatina llamado sarcoplasma que contiene proteínas,

minerales, glucógeno, grasas disueltas y organelas.

Dentro del sarcoplasma también se encuentra una extensa estructura de túbulos

transversales (llamados Túbulos T) que pasan por entre las miofibrillas y permiten que los

impulsos nerviosos que recibe el sarcolema sean transmitidos a las miofibrillas individuales

compuestas por subunidades más pequeñas llamadas sarcómeros. Cada sarcómero es la

zona de la miofibrilla situada entre dos líneas Z. El sarcómero es considerado como la

unidad funcional contráctil del músculo estriado (Luttgens y Wells, 1982).

Las miofibrillas microscópicas, son elementos contráctiles, ordenadas de forma paralela

dentro de la fibra y formando bandas alternas oscuras y claras que le dan el aspecto estriado

a la fibra muscular. El microscopio electrónico ha mostrado que las estrías son un patrón de

repetición de bandas y líneas debido a una interdigitación de dos grupos de filamentos. Se

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ha postulado que estos filamentos de proteínas contráctiles, principalmente de actina y

miosina al ser estimuladas se deslizan entre sí. (Luttgens y Wells, 1982).

También se encuentra una red longitudinal de túbulos llamados retículos sarcoplasmásticos

que sirven como depósito para el calcio (Wilmore y Costill, 2001).

Figura N. 1. Estructura del músculo

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Propiedades del tejido muscular

Las propiedades del músculo estriado son: extensibilidad, elasticidad y contractibilidad. Las

dos primeras capacitan al músculo para estirarse como una banda elástica y volver de nuevo

a su longitud normal en reposo, cuando la fuerza de extensión se interrumpe (Luttgens y

Wells, 1982).

La contractibilidad es la característica que permite el acercamiento de las fibras entre sí. De

esta manera hay una diferencia entre la longitud máxima y mínima de una fibra muscular

conocida como amplitud de su acción (Luttgens y Wells, 1982).

Miofibrilla

El componente de la célula muscular es la miofibrilla. Esta contiene dos filamentos

proteicos fundamentales, uno más espeso denominado miosina y otro más delgado que

recibe el nombre de actina (Bowers y Fox, 1998)

Estas proteínas presentan una distribución geométrica en el músculo y otorga su apariencia

en bandas o estriadas y forman los componentes activos en el proceso contráctil y

representan el lugar de utilización de la energía, ósea facilitan la contracción muscular

(Bowers y Fox, 1998).

Sarcómero

Se lo define como la distancia entre dos “lineas Z” (Bowers y Fox, 1998).

El músculo se caracteriza por la presencia de zonas claras y oscuras que se alternan. La

banda I de un sarcómero está constituida sólo por filamentos de actina que se extienden

desde las líneas Z hacia el centro del sarcómero. La banda A está constituida por

filamentos de actina y de miosina (Bowers y Fox, 1998).

Las diminutas proyecciones que se extienden desde los filamentos de miosina hacia los

filamentos de actina reciben el nombre de puentes de miosina. Estas proyecciones son el

instrumento que hacen posible el acortamiento del músculo durante la contracción. Una

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zona en el centro de la banda A que está constituida principalmente por filamentos de

miosina, se denomina zona H. Durante la contracción, la zona H se volverá más pequeña o

desaparecerá a medida que la actina y la miosina se deslicen entre sí (Bowers y Fox, 1998).

Figura N. 2 Sarcómero

La contracción muscular

Según Jean Hanson y Hugo Huxley en la época de 1950, la contracción muscular debía ser

un proceso de plegamiento. Sin embargo, Hanson y Huxley propusieron que el músculo

esquelético se acorta durante la contracción debido a que sus filamentos gruesos y finos se

deslizan unos sobre otros. Su modelo es conocido como el mecanismo de deslizamientos de

los filamentos de la contracción muscular (Tórtora y Gabowski, 1998).

Durante la contracción muscular los puentes transversales de la miosina tiran de los

filamentos finos, haciendo que se deslicen hacia dentro en dirección a la zona H. Cuando

los puentes transversales tiran de los filamentos finos, éstos acaban por encontrarse en el

centro de la sarcómero (Tórtora y Gabowski, 1998).

A medida que los filamentos finos van deslizándose hacia dentro, los discos Z van

aproximándose entre ellos y la sarcómera se acorta, pero la longitud de los filamentos

gruesos y finos no cambia. El deslizamiento de los filamentos y el acortamiento de las

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sarcómeras determinan el acortamiento de la totalidad de la fibra muscular y, en último

termino, de todo el músculo (Tórtora y Gabowski, 1998).

Figura N.3. Deslizamiento de filamentos del sarcómero

El inicio del deslizamiento se debe a un aumento de la concentración de Ca 2+ en el

sarcoplasma, mientras que un descenso de dicha concentración interrumpe el proceso del

deslizamiento. Esto sucede cuando la fibra muscular está relajada la concentración de Ca en

el sarcoplasma es bajo. Ello se debe a que la membrana del retículo sarcoplamático

contiene bombas para el transporte activo del Ca 2+ , que eliminan el calcio del sarcoplasma

(Tortora y Gabowski, 1998).

Los iones de calcio liberados del retículo sarcoplasmático se combinan con troponina,

haciendo que cambie de forma, lo que hace que el complejo troponina­tropomiosina se

separe de los lugares de unión a la miosina que posee la actina (Tórtora y Gabowski, 1998).

La contracción muscular requiere de Ca 2+ y energía en forma de ATP (Adenosin

Trifostato). El ATP llega a los lugares de unión del ATP existentes en los puentes

transversales de la miosina. Una porción de cada cabeza de miosina actúa como una

ATPasa, enzima que divide el ATP en ADP + fósforo (P) mediante una reacción de

hidrólisis. Esta reacción transfiere energía desde el ATP a la cabeza de la miosina, incluso

antes de que inicie la contracción muscular. Los puentes transversales de la miosina se

encuentran en un estado activado. Cuando el nivel del Ca 2+ se eleva y la tropomiosina se

desliza y abandona su posición de bloqueo, estas cabezas de miosina activadazas se unen

espontáneamente a los lugares de unión de la miosina existentes en la actina. El cambio de

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forma que se produce cuando la miosina se une a la actina genera el golpe de potencia de la

contracción (Tórtora y Gabowski, 1998).

Durante el golpe de potencia de los puentes transversales de la miosina, giran hacia el

centro del sarcómero como los remos de un bote. Esta acción arrastra a los filamentos finos

sobre los filamentos gruesos hacia la zona H. Las cabezas de la miosina giran a medida que

van liberando el ADP (Adenosin Difosfato), (Tortora y Gabowski, 1998).

Una vez completado el golpe de potencia, el ATP se combina de nuevo con los lugares de

unión del ATP que poseen los puentes transversales de la miosina. Cuando esta unión se

produce, las cabezas de la miosina se separan de la actina. De nuevo se produce la

degradación del ATP, lo que proporciona energía a la cabeza de miosina, que recupera su

posición recta original, momento en el que vuelve a estar dispuesta para combinarse con

otro lugar de unión de la miosina del filamento fino que se encuentre en una posición más

alejada (Tórtora y Gabowski, 1998).

El ciclo se repite una y otra vez. Los puentes transversales de miosina se mantienen en

movimiento, hacia atrás y adelante con cada golpe de potencia, desplazando a los

filamentos finos hacia la zona H. (Tórtora y Gabowski, 1998).

Los golpes de potencia se repiten mientras exista ATP disponible y el nivel de Ca 2+ cerca

del filamento fino se mantenga alto (Tórtora y Gabowski, 1998).

Después de la contracción, dos cambios permiten que la fibra muscular vuelva a relajarse:

• La acelticolina (Ach) es rápidamente degradada por una enzima llamada

acelticolinesterasa (AchnE), ésta se encuentra en la hendidura sináptica. Cuando los

potenciales de acción cesan en la neurona motora, no se libera más Ach y la AchnE

degrada con rapidez la Ach ya existente en la hendidura sináptica. Con ello se

detiene la generación de potenciales de acción muscular y los canales de liberación

del Ca 2+ del retículo sarcoplásmatico se cierran. (Tortora y Gabowski, 1998).

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• En segundo lugar, las bombas de transporte activo del Ca 2+ eliminan con rapidez el

Ca 2+ existentes en el sarcoplasma pasándolo al interior del retículo sarcoplásmatico

(Tórtora y Gabowski, 1998).

Cuando el nivel de Ca 2+ cae en el sarcoplasma, el complejo tropomisina­troponina vuelve a

deslizarse sobre los lugares de unión de la miosina existentes en la actina, lo que impide

que los puentes transversales de la miosina se unan a la actina, de forma que los filamentos

finos recuperan su posición relajada (Tórtora y Gabowski, 1998).

La teoría del filamento deslizante en la contracción muscular según Bowers y Fox, no se

conoce plenamente el mecanismo implicado en el desplazamiento. Sin embargo, existe un

consenso bastante amplio sobre el hecho de que al producirse la estimulación de un

músculo los puentes de miosina forman un tipo de unión con sitios seleccionados en los

filamentos de actina (Bowers y Fox, 1998).

Este proceso de acoplamiento algunas veces denominado formación de actomiosina,

dependen de la presencia de iones de calcio. Una vez fijados, los puentes giran de tal

manera que los filamentos de actina son atraídos sobre la miosina y hacia el centro del

sarcomero. Durante este proceso el ATP es degradado a ADP y a P, el músculo se acorta y

se desarrolla tensión. Cuando la estimulación se detiene el músculo se relaja y regresa a su

estado de reposo (Bowers y Fox, 1998).

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Figura N.4. Mecánica de la contracción

Ley del todo o nada

Para que un músculo se contraiga es necesario que se genere un potencial de acción, es

decir que se “acumule ”la suficiente energía para que se dé da contracción. Esto sucede a

partir de los ­70 miliVoltios, estos es porque el interior de la membrana celular está cargada

con iones negativos. Conforme se va acercando al umbral propio de la célula muscular (­70

mV) las probabilidades que se de la contracción son mayores. Si llega a este, se contrae, y

si el estímulo se mantiene, la contracción se mantiene; pero por el contrario, si no se da,

este no se contrae. Es por eso que se dice que responde a la Ley del todo o nada (Ganong,

1998).

Fibras musculares de contracción lenta y de contracción rápida

En el cuerpo humano, las fibras musculares no son iguales; un mismo músculo puede tener

dos tipos diferentes, a saber fibras de contracción lenta (ST, en inglés Show­twich) y de

contracción rápida (FT, en inglés fast­twich).

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Las fibras de contracción lenta necesitan 110 ms para alcanzar su tensión cuando son

estimuladas, mientras que las fibras de contracción rápida alcanzan su máxima tensión en

aproximadamente 50 ms.

Las fibras FT se clasifican en FTa (Contracción rápido de tipo a), las FTb de contracción

rápida de tipo b y las FTc. Las diferencias no se comprenden del todo, pero se cree que las

más utilizadas son las FTa y las que se usan con menos frecuencia son las FTc.

Características de las fibras ST y FT

Las fibras de contracción lenta y rápida se denominan de esta forma por su velocidad de

acción que el resultado de diferentes formas de miosina ATPasa que es la enzima que libera

la energía para producir la contracción, por lo que las fibras FT disponen de energía más

rápido que las ST.

Las FT tienen un retículo sarcoplamático más desarrollado que las otras y son las neuronas

las que parecen determinar la diferencia entre estas.

Tabla N. 1. Tipos de fibras musculares Clasificación de las fibras

Sistema 1 Contracción lenta Contracción rápida a Contracción rápida b

Sistema 2 Tipo I Tipo IIa Tipo IIb

Sistema 3 OL GOR G

Característica

Capacidad oxidativa Alta Moderadamente alta Baja

Capacidad glucolítica Baja Alta La más alta

Velocidad contráctil Lenta Rápida Rápida

Resistencia a fatiga Alta Moderada Baja

Fuerza de unidad motora Baja Alta Alta Fuente: Wilmore y Costill, 2001; pag 35.

Es importante rescatar que las fibras de contracción lenta se caracteriza por tener una

elevada resistencia aeróbica por lo que se movilizan con más frecuencia durante las pruebas

de resistencia de baja intensidad, como por ejemplo una maratón.

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Las fibras de contracción rápida sirven para rendir anaeróbicamente por lo que se fatigan

más fácilmente. Por ejemplo: las carreras de una milla.

Cuando una persona envejece, los músculos pierden fibras rápidas y se incrementa el

porcentaje de fibras de contracción lenta (Wilmore y Costill, 2001).

Figura N.5 Uso de las diferentes fibras musculares según tensión

Conclusión

Para poder llevar a cabo la mecánica de la contracción muscular se requieren una serie de

estructuras que conjuntamente unifican sus funciones y características para realizar el

movimiento.

A si mismo, el cuerpo va a necesitar sustancias que provean energía o que participen en el

proceso para obtenerla, como el fósforo para producir el ATP (Adenosin Trifosfato) que

será la forma de energía a utilizar.

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A la vez se requieren de otros nutrientes, en esto mencionamos minerales como el calcio

considerado como indispensable para lograr la contracción muscular.

Además el organismo tiene en sus músculos diferentes tipos de fibras que se complementan

para realizar la actividad física, y cada una se utilizará de acuerdo al tipo de actividad física,

ya sea aeróbica o anaeróbica.

Como se mencionó en un principio, una lesión en algún componente estructural que

conforma la mecánica de la contracción muscular es posible que limite de alguna manera la

capacidad del movimiento.

Bibliografía

Alvarez, Juan. (2000). Diccionario Mosby. Medicina, Enfermería y Ciencias de la Salud.

Quinta Edición. Harcourt España. Madrid.

Bowers Richard, Fox Edgard. (1998). Fisiología del Deporte. Tercera Edición. Editorial

Panamericana. México.

Ganong, William. (1998). Fisiología Médica. Décimo sexta Edición. Editorial El Manual

Moderno. México.

Luttgens Kathryn, Wells Katharine. (1982) Kinesiología Bases Científicas del

Movimiento Humano. Sétima Edición. España.

Tortora Gerard, Grabowski Sandra. (1998). Principios de Anatomía y Fisiología. Sétima

Edición. España.

Wilmore R y Costill, D. (2001). Fisiología del Esfuerzo y del Deporte. Cuarta Edición.

Editorial Paidotribo. Barcelona.