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IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular Introducción • Las células que forman el tejido muscular son alargadas y están muy diferenciadas (fibra muscular). • Lo que vulgarmente se denomina músculo, se corresponderealmente con un grupo de fibras musculares, unidas mediante tejidoconjuntivo, a través del cual llegan los vasos sanguíneos y las terminaciones nerviosas. • La masa muscular viene a representar de un 35% a un 50% del peso corporal y en general, las mujeres tienen menor masa muscular que los hombres. • La fuerza muscular refleja la función primordial del músculo; cambiar energía química en forma de ATP, por energía mecánica, para generar fuerza, realizar un trabajo y producir movimiento. Actúan en la locomoción, en la mímica, en la postura, en actividades viscerales, en el bombeo de sangre y en la producción de calor. TIPOS DE TEJIDO MUSCULAR Existen tres tipos de tejido muscular: A. Tejido muscular liso. • Está estimulado por el sistema nervioso vegetativo, que provoca una contracción lenta e involuntaria (contracciones lentas y continuas). Por tanto, puede realizar funciones incluso sin que seamos conscientes de ello, por ejemplo, mientras dormimos. • Se encuentra en las paredes de las estructuras internas huecas, como los vasos sanguíneos, el estómago, los intestinos, la vejiga urinaria y el útero, así como en la mayor parte de los órganos abdominales. B. Tejido muscular cardíaco • Constituye una variedad del tejido muscular esquelético, destinado a desarrollar una función específica: mantener el latido cardíaco desde las primeras fases del desarrollo embrionario hasta la muerte. Está formado por células fusiformes, sin estriaciones transversales. Son células pequeñas y alargadas con un único núcleo en posición central. Posee filamentos de actina y miosina pero su disposición no es muy ordenada. IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular • Las fibras musculares que lo forman son mononucleadas y está determinado por un marcapasos intrínseco situado en la propia pared cardiaca. • Su estructura permite que todas las células actúen como una unidad, lo que es necesario para el correcto bombeo de la sangre. Su funcionamiento, así como la intensidad y frecuencia del latido, están controlados por el sistema nervioso. Su contracción es involuntaria. c. Tejido muscular esquelético Recibe este nombre porque se inserta, fundamentalmente, en los huesos y es el responsable de los movimientos del esqueleto, aunque también se puede denominar como tejido estriado, dado que si se estudia a través del microscopio pueden verse bandas oscuras y claras alternándose, este aspecto estriado se debe a la distribución regular de las unidades básicas de contracción (los sarcómeros) y a la disposición en los mismos de los filamentos gruesos de miosina y los filamentos delgados de actina. Estructura macroscópica IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular • El epimisio, perimisio y endomisio se continúan y proporcionan fibras de colágeno comunes al tejido conjuntivo que unen los músculos a otras estructuras, como los huesos u otros músculos: los tendones y/o aponeurosis (los cuales, a su vez, se continúan por el revestimiento fibroso del hueso; el periostio). • Las diversas vainas de tejido conjuntivo se funden con el tendón en una forma que determinan la función y el espacio. • En el músculo también penetran los nervios que provocan la excitación y el inicio de la contracción, a través de las “motoneuronas”. El conjunto de motoneurona y fibras musculares inervadas por ella constituyen la unidad funcional denominada “unidad motriz”. Estructura microscópica • Las fibras musculares tienen forma cilíndrica y son alargadas, variando su longitud de milímetros y hasta de 20 o 30 cm (en el sartorio) La célula muscular es • multinucleada, presentando a veces varios centenares de núcleos en una única célula. • Otros elementos de la célula son: el sarcolema, las miofibrillas y el sarcómero. • El sarcolema o membrana plasmática; similar a la célula normal. En algunos lugares el sarcolema posee túneles, que son mecanismos activos de transporte (sistema “sarco tubular” o sistema de “túbulos T”) • Las miofibrillas están suspendidas en el sarcoplasma (citoplasma), compuesto por todos los elementos intracelulares usuales. El líquido del sarcoplasma contiene grandes cantidades de potasio, magnesio, fosfato, gotas de glucógeno, de grasa, proteínas enzimáticas, etc. • También hay un gran número de mitocondrias situadas entre las miofibrillas y paralelamente a ellas, situación que indica la necesidad que tienen las miofibrillas que se contraen de grandes cantidades de ATP producido por las mitocondrias (recordemos que las mitocondrias son las centrales de energía de la célula, en ellas se produce la energía aeróbica, que es el 95% de la energía que utilizamos). Con la utilización del microscopio electrónico se ve que cada célula contiene varios centenares o millares de miofibrillas. Cada miofibrilla a su vez tiene unos 1500 filamentos proteicos de actina y miosina IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular La unidad funcional de la miofibrilla es el Sarcómero, que es la distancia que hay entre dos líneas z y que presenta la propiedad de contraerse cuando se estimula. Adyacentes a las líneas z está el sistema tubular (sistema T). La excitación de un músculo entra en la miofibrilla a través de este sistema tubular. Es un sistema de cañerías que provee de combustible al músculo. Estructura de los filamentos Cuatro proteínas ensamblan los componentes básicos de la fibra muscular. Ninguna de las proteínas es contráctil por sí misma. • El filamento grueso, la miosina, se parece a un palo de golf con una “cabeza” y un largo eje o “cola”. Las cabezas se proyectan hacia los filamentos delgados, y estos puentes cruzados constituyen los únicos vínculos estructurales y mecánicos entre el filamento grueso y delgado. • El filamento delgado, la actina, incorpora a las otras tres proteínas: la actina, la troponina y la tropomiosina. Este filamento presenta la forma de una doble hélice. IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular • Las moléculas de troponina y tropomiosina desempeñan una función en el establecimiento y ruptura de los contactos entre los filamentos grueso y delgado durante la contracción. • Resumen del proceso de contracción muscular En reposo: • Ninguno de los puentes cruzados se fija a los filamentos de actina. En el músculo en reposo, la tropomiosina bloquea los sitios de actina, que de otro modo reaccionarían con los puentes cruzados. Excitación: • 1. El nervio motor estimula el músculo, y el potencial de acción propagado despolariza la membrana celular muscular. Existe entonces una difusión hacia el interior del potencial de acción a lo largo del sistema T. • 2. Este fenómeno tornará permeable la membrana del retículo sarcoplasmático al calcio. En reposo, el sarcoplasma que rodea las miofibrillas se encuentra casi libre de calcio. Las reservas del retículo sarcoplasmático emiten con rapidez iones de calcio, que se ligan a la troponina del filamento delgado. Contracción: • 3. Esta unión del calcio a la troponina provoca un cambio en el complejo troponina-tropomiosina-actina, que elimina la inhibición para que se produzca una interacción entre la cabeza de la miosina y la actina. Así pues la actina reacciona con la miosina. • 4. Las cabezas de las moléculas de miosina se desplazan hacia fuera y perpendicularmente desde el núcleo del filamento grueso hacia el filamento de actina y se fijan. • 5. Las cabezas experimentan un cambio de conformación que consume energía, de tal manera que los filamentos cruzados modifican sus relaciones angulares con respecto al eje de núcleo de miosina: los filamentos de actina son desplazados a lo largo de la miosina. • 6. El ATP se hidroliza y el ADP y el fosfato libre dejarán los sitios de ligadura sobre la cabeza de miosina. Relajación: • 7. La cabeza de miosina toma nuevas porciones de ATP, que disocia con rapidez la actina de la miosina. La troponina libera calcio, que se traslada a través de la membrana ingresando de nuevo en el retículo sarcoplasmático. Este transporte consume energía y requiere una hidrólisis del ATP (un ATP para el transporte de dos calcios). La tropomiosina cambia de nuevo su posición con respecto a las subunidades de actina e inhibe a esta última de interactuar con los filamentos cruzados. Estos entrecruzamientos de filamentos, a su vez, regresan a su conformación habitual. Tipos de fibras musculares • No todas las fibras musculares son iguales • El tiempo de contracción es uno de los factores que se han utilizado para su diferenciación – Fibras de contracción rápida – Fibras de contracción lenta IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular Fibras de contracción rápida (glucolíticas, fibras blancas, fibras tipo II) • Más importantes en actividades que requieren contracciones breves y explosivas (saltos, lanzamientos, chutes, velocidad, halterofilia...) • Mejor dotadas para contraerse bajo condiciones donde el suministro de oxígeno está limitado – Niveles altos de miosín-ATPasa – Mayor actividad de glucogeno fosforilasa y fosfofructoquinasa (enzimas que contolan en metabolismo del glucógeno y del paso de glucosa a ácido láctico) • son de diámetro mayor que las fibras de contracción lenta. • poseen menor cantidad de mioglobina y un número menor de mitocondrias que se disponen, de preferencia, entre las miofibrillas, a nivel de la banda I. En este tipo de fibras la línea Z es mas delgada que en las fibras rojas. • Se fatigan más rápidamente. Fibras de contracción lenta (oxidativas, rojas, tipo I) • son de diámetro más pequeño • contienen gran cantidad de mioglobina y numerosas mitocondrias, que se disponen en filas entre las miofibrillas y en acúmulos por debajo del sarcolema Fibras intermedias • Las fibras intermedias presentan características intermedias entre las otras 2 variedades de fibras, pero superficialmente se asemejan más a las fibras rojas. Poseen un número de mitocondrias equivalente al de las fibras rojas, pero su línea Z es delgada como en las fibras blancas. • FIBRAS RÁPIDAS FIBRAS LENTAS *Alta capacidad aeróbica *Baja capacidad aerobia * Alta capacidad glucolítica (ácido * Baja capacidad glucolítica (ácido láctico) láctico) * Baja densidad capilar * Alta densidad capilar * Pequeña fuerza de contracción * Gran fuerza de contracción * Baja fatigabilidad * Alta fatigabilidad * Mayor % en los atletas que se dedican a * Mayor % en los atletas que no se actividades de resistencia dedican a pruebas de resistencia IES CONSELLERIA 1º Grado Superior Fundamentos biológicos Estructura y funcionamiento de la fibra muscular Tipos de fibra y rendimiento deportivo • En los humanos el abanico de mezcla de tipos de fibras es extenso • De media, en personas desentrenadas el % de fibras lentas es de 38%-46% (muslos-hombros) • Campeones de fondo, han dada valores de hasta el 75% de fibras lentas en los músculos de sus piernas. • Campeones en velocidad han dado valores de el 75% de fibras rápidas en los músculos de sus piernas. • El entrenamiento puede incidir en las características de la musculatura: remeros presentan mayor cantidad de fibras lentas en los músculos de sus brazos en comparación con población no entrenada.... Etc) Puede tener que ver el comportamiento de las fibras mixtas) • Motivación, destreza, biotipo, dedicación... Son factores muy importantes a tener en cuenta
