Boletín Asoc. esp. Entom. - Vol. / : páginas 221 - 229. Salamanca, noviembre, 1983 Evaluación de contracciones isotónicas e isométricas del músculo extensor tibial metatorácico de S'chistocerca gregaria (Forskal, 1775), y su variación con la temperatura J. Díaz Mayáns A. Núñcz Cachaza Palabras clave: Musculatura, temperatura. RESUMEN: Se han obtenido contracciones isotónicas e isométricas del músculo extensor tibial del ortóptero Schistocerca gregaria, y se ha estudiado la variación de su amplitud al modificar experimentalmente la temperatura. Los resultados obtenidos indican un efecto dedis minución de dicha amplitud al aumentar la temperatura. Dicho efecto es reversible mientras no se superen los 55 - 60 °C. SUMMARY: Isotonic and isometric contractions of the metathoracic ex tensor tibiae muscíe of Sohistooerca gregaria, have been achieved and the amplitude variation following experirnentally modified tempe_ rature has been studied. The results point a decrease effect of the amplitude with increasing temperature. Such an effect is reversible up to 55 - 60 °C. INTRODUCCIÓN: La temperatura es una variable que hay que mantener controla da en todos los estudios fisiológicos, dado que su variación afecta a la mayor parte de las reacciones biológicas. En los fenómenos de la contracción muscular y en lo que respec221 ta a la unión neurornuscular, la temperatura influye sobre la activ_i dad de membrana, comportamiento funcional de los elementos contrác- tiles de la musculatura, concentración de fluidos intra y extracelu lares ,... y tal vez de una forma más directa, sobre las interacciones entre el receptor y el neurotransmisor. En estudios con vertebrados, ANDERSON y STEVENS (1973)encuentran que la conductividad de los canales iónicos en la membrana subsinájD tica es relativamente constante y no se modifica al variar la tempe ratura , pero el tiempo medio de duración de la apertura de estos ca_ nales , varía considerablemente con la temperatura. Al disminuir la temperatura se transfiere una mayor carga total a través de la membrana de la placa motora y, consiguientemente, la despolarización aue ocasiona, se incrementa apreciablemente (KATZ y MILEDI, 1972) . En insectos, la temperatura influye sobre la fase de decaimiento de la corriente excitadora postsináptica. Su reducción causa un incremento en la duración de dicha fase (ANWYL y USHERWOOD, 1975). Por otra parte, la temperatura, junto con el fotoperiodo, influye decisivamente sobre la actividad esterásica en los ganglios ne_r viosos . BAUER (1976) , aporta datos de la influencia de la variación de la temperatura sobre la actividad colinesterásica en ganglios de Schistocerca gregaria. Además, en músculos de este mismo ortóptero, la vida media de los canales de membrana activados por el vector na tural neurotransmisor, y también por la aplicación externa de glutamato , se ve prolongada al disminuir la temperatura &NDERSON,GULLr CANDY y MILEDI, 1977). Con este trabajo se pretende estudiar las variaciones que tie — nen lugar en la amplitud de las contracciones, isotónicas e isomé— tricas , del músculo extensor tibial de la pata metatorácica del ortóptero Sohistocerca gregaria (Forskal, 1775), obtenidas por la es; timulación eléctrica de sus vías nerviosas motoras, al modificar ar- tificialmente la temperatura, y manteniendo al animal vivo y ente- ro durante las experiencias. MATERIAL Y MÉTODOS: Se utilizó el músculo extensor tibial de la pata metatoráci— ca de Schistoaeroa gregaria, cuyos individuos adultos, machos y con 222 pesos que oscilaban entre 1,4 y 1,8 g, procedían de una colonia pro pia que se mantiene en nuestro laboratorio. Para la obtención de la preparación experimental se utilizaron las técnicas descritas en trabajos anteriores (DÍAZ MAYANSst a I ,1980) En este caso se eliminó la cutícula ventral torácica con ob j_e to de acceder a los nervios motores N3 y N5 (HOYLE, 1964), y colocar sobre ellos los electrodos del estimulador, en tanto que el fémur metatorácico se mantuvo intacto. Las contracciones musculares, que se obtuvieron por la estimula^ ción eléctrica de dichas vías nerviosas, se registraron quimográf_i camente de modos isotónico e isométrico. Los animales se mantuvieron vivos y enteros durante nuestras ex periencias. Para evitar las posibles alteraciones que se pudiesen originar por la evaporación de los líquidos extracelulares que rodes an a las fibras del músculo objeto de estudio, se mantuvo permanentemente irrigada con líquido fisiológico —según la composición de USHERWOOD y GRUNDFEST (1965)—la zona torácica desprovista de cutícula . Los cambios de temperatura se provocaron artificialmente acercando o alejando , de la preparación experimental, una fuente calorígena consistente en una lámpara de rayos I.R. Las variaciones de temperatura así provocadas, se midieron mediante un termómetro digital (Crison) y su correspondiente sonda termométrica, que se colocó lo más cerca posible de la preparación. Para realizar el estudio cuantitativo, se partió de una tempera tara inicial (ambiente) de 20°C, y se aumentó paulatinamente, de 5 en 5 grados, hasta alcanzar los 55°C. Para cada uno de estos valores de temperatura experimental, se obtuvieron series de 10 contrac: ciones del músculo extensor tibial evocadas neuralmente, midiéndose las amplitudes de las contracciones correspondientes a cada serie. Para superar el inconveniente que representa el hecho de que las amplitudes de les contracciones obtenidas en cada individuo dependen y varían en gran medida con las condiciones de montaje de cada preparación, se otorgó un valor 100 a la amplitud media que corres_ ponde, en cada experiencia, a la temperatura inicial de 20°C, y se calculó la amplitud porcentual correspondiente a cada una de las temperaturas superiores, referidas a la amplitud tipo aludida ante_ riormente. 223 FIGURA 1.- Efecto de la temperatura sobre las contrac_ clones isotónicas. a) Al aumentar la temperatura, la am_ plitud de las con_ tracciones disminuye progresivamente hasta que a los 60°C, aparecen contracciones potentes que destruyen la preparja ción. b) En este caso se superan los 65 °C Nótese la debilidad de las contra£ clones registradas . La temperat_u ra se aumentó de 5 en 5 grados cen_ tígrados. 20 20 60 30 40 50 °C 60 Por otra parte, se obtuvieron registros continuos de contracciones mientras se modificaba experimontalmente la temperatura, con objeto de estudiar el efecto producido sobre las contracciones por la velo cidad de incremento y decremento de la temperatura. RESULTADOS: En los registros de contracciones isotónicas se observa que el aumento paulatino de la temperatura produce un efecto disminuidor de la amplitud de las contracciones. Si se alcanzan temperaturas del orden de 6QOC, se producen unas contracciones bruscas, potentes y repetidas, que conducen a la destrucción de la preparación por desprendimiento de la pata a nivel de su articulación coxo-trocantérea (Figura la). En algunos casos se pudo alcanzar los 65°C y se obtuvieron contracciones muy débiles que se anularon totalmente al superar temperaturas de 70°C (Figura Ib). El efecto disminuidor de la amplitud de las contracciones regi_s iradas es totalmente reversible. Una vez alcanzados los 60°C, la am plitud de las contracciones es mínima, pero se recupera la amplitud 224 20 40 60 40 20 original disminuyendo la temperatura paulatinamente hasta volver a su valor original de 20°C {Figura 2}. En los registros de contracciones isométricas no se observan di ferencias respecto a las contracciones isotónicas (Figura 3).Sin em bargo la máxima temperatura que permite el registro de contracciones es de 55°C. Si se aumenta o se mantiene dicha temperatura, aparecen las típicas contracciones bruscas y potentes que anuncian la rotura de la preparación. En la Figura 4, aparecen representados los valores de amplitud de las contracciones correspondientes a cada una de las temperaturas experimentales, referidas a la amplitud de valor 100 para 20°C. 225 loci rn i ! _ T r ! -T i — T dr i i JC T ro II 25 20 35 40 45 ri? T !" 55 rí» j 35 40 45 ! ! í 1 u. 50 * 20 25 30 50 Ta. °C . En los registros isotónicos, y con los valores indicados, se rea lizó el test de la "t" de Student, cuyo resultado (Tabla 1}, indica que existen diferencias significativas en todos los casos excepto pa ra los valores correspondientes a 50 y 55°C, que son homogéneos (p> 0,05). Los resultados del test de la "t" de Student realizado con los valores correspondientes a los registros de contracciones iso- métricas (Tabla II), indican que existen diferencias significativas 25°C 30°C } t = 3'84; tí8-'0'01) = 3,35 < 3,84 — Signif. p < 0,01. 30°C 35°C } t = 3'4°; t'8*'0/01) = 3,35 < 3,40 — 35°C 40°C } t " 5 / 5 5 /- t(8;0,001)= 5,04 < 5,55 — 40°C 45°C }' fc = 4'29; t(8;0 f 0l) - 3,35 < 4,29 — 45°C 50°C 226 ^" ~ ^' ^ ' * 8;0,02) = 2,89 < 3,17 — Signif. p < 0,01. Signif. p < 0,001. Signif. p < 0,01. Signif. p < 0,02. 50°C1 55°C} L , _ fc = 1/16'' t(8;0,05) = 2,30 > 1 , 1 6 — No sig. p > 0,05. 45°C 55°C} t K 6'25; t(8;0,001)= 5,04 < 6,25 — Signif. p < 0,001. 3Qo£} t = 3°.0C} t = 4í87; ^° C } 4U C t 45°C} t = 5'03; 45°C} t = 3 í 8 4 ; t(6;0,01) 3/53; t ( 6 ; 0 , 0 2 ) - 3 , 1 4 < 3,53 — Signif. p < 0 , 0 2 . t ( 6 ; 0 , 0 l ) - 3 , 7 0 < 4 , 8 7 — Signif. p < 0,01. - 6,21; t ( 6 ; 0 , 0 0 1 > = 5 , 9 5 < 6 , 2 1 — Signif. p < 0 , 0 0 1 t(6;0,002)= 5,20 < 5,03 — = 3,70 < 3,84 — Signif. p < 0,002. Signif. p < 0,01. para cada una de las temperaturas experimentales. En la Figura 5, se muestra un ejemplo de contracciones isotónicas que se registraron de un modo continuado —sin agrupar series de 10 contracciones— mientras se modificaba artificialmente la temperatura desde 35 hasta 60°C, justo cuando aparecen las típicas contracciones bruscas, momento en el que se disminuye la temperatura y se llega a 30°C. Como se puede observar, las fases de disminución y de recuperación de la amplitud de las contracciones, debido a la va riación de la temperatura, no son simétricas, dado que el tiempo de duración de ambas fases es distinto. Esto parece indicar un efecto no sólo de la temperatura, sino también del tiempo de duración de su variación. A la vista de los resultados obtenidos en nuestras experiencias parece claro que el aumento de la temperatura produce una disminución en la amplitud de las contracciones —tanto isotónicas como isométricas— del músculo extensor tibial, obtenidas por estimulación eléctrica de sus vías nerviosas motoras. Además, tal efecto es totalmente reversible mientras no se superen temperaturas del or den de 60°C (en registros isotónicos) o de 55°C (en registros isomé trieos). Las contracciones bruscas y potentes que aparecen cuando se al- 227 FIGURA 5.- Registro continuo de contracciones isotónicas mientras se varía experimentalrnente l a temperatura. Nótese que a mayor velocidad de v a r i a c i ó n de t e m p e r a t u r a , es más acusado el e f e c t o que produce sobre las contracciones. Se i n d i c a n las temperaturas inicial y final del proceso, el tiempo de duración de la variación de temperatura y las pendientes de las curvas envolven tes del registro. canzan dichas temperaturas, parecen indicar una pérdida de control de las f i b r a s musculares por parte de los axones motores. Nuestros resultados parecen estar de acuerdo con el hecho de que al elevar la temperatura disminuye el tiempo que los canales iónicos permanecen abiertos, produciéndose una despolarización más débil y por tanto una menor f u e r z a contráctil por parte del m ú s c u l o , a u n q u e no varíe la conductividad de la membrana (ANDERSON y STEVENS, 1 9 7 3 ) o decaiga levemente (ANDERSON, CULL-CANDY y M I L E D I , 1977). Parece claro que las temperaturas experimentales empleadas (con diferencias entre sí de 5°C) producen efectos c u a n t i t a t i v a m e n t e dis tintos sobre la amplitud de las contracciones registradas. Según nuestra técnica, y para la evaluación de contracciones dso tónicas, se pueden alcanzar los 55°C, mientras que en registros iso métricos el límite se encuentra en los 50°C. Esto puede ser debido a un mayor efecto de la temperatura sobre el mecanismo de la contracción en condiciones isométricas respecto a las isotónicas. De cual- quier modo, los a n á l i s i s estadísticos demuestran que en los regís— tros de contracciones isotónicas no se observan d i f e r e n c i a s s i g n i f i cativas entre la disminución provocada por temperaturas de 50°C y de 228 55°C {p < 0,05). Por ultimo, existe una relación entre la velocidad de incremento y decremento de la temperatura y el efecto que tales variaciones provocan en la amplitud de las contracciones, loque pa_ rece indicar la existencia de ulgún tipo de mecanismo de adaptación en el tiempo respecto a la variación de la temperatura. BIBLIOGRAFÍA: ANDERSON, C.R.; CULL-CANDY, S.G. y MILEDI, R.,1977. Poteñtial-depen dent transition temperature of ionic channels induced by glutamate in locust muscle. Nature . 268: 663-665. ANDERSON, C.R. y STEVENS ,C. F. , 1973. Voltage clarnp analysis of acetylcholine produced end-plate current fluctuations at frog neuromu_s cular junctions. J. Phi/siol. 235: 655-692. ANWIL, P. y USHERWOOD, P.N.R., 1975. Factors affecting the time cour se of decay of excitatory postsynaptic currents at a glutamate synapse. J. Physiol. 254: 46-47P. BAUER, H.C., 1976. Effects of photoperiod and temperature on the cho linesterase activity in the ganglia of Schistocerca gregaria. J. 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Valencia. 229