Sistema Muscular

TEJIDO MUSCULAR ESQUELETICO Los músculos esqueléticos están asociados con los movimientos del cuerpo. Estos movimientos son el resultado de las características únicas de las células del músculo .

Comparación de las células: Esqueléticas. Cardiacas. Lisas. Las células contráctiles del cuerpo se pueden clasificar en tres grupos según su forma, numero, posición del núcleo, presencia de estriaciones y si están bajo el control voluntario o involuntario

MÚSCULO ESQUELÉTICO – Células alargadas. – Estriaciones transversales visibles.

Su control es voluntario Múltiples núcleos periféricos

Músculo cardiaco – Se encuentran en las paredes del corazón. – Fibras alargadas y cilíndricas. – Si presentan estriaciones transversales.

Su control es involuntario

–Presenta un único núcleo central

MÚSCULO LISO – Se encuentra en: • Paredes de las viseras, estomago, intestinos. – Células alargadas y cilíndricas. – Las fibras se ramifican y confunden. – No presenta estriaciones transversales.

Su control es involuntario

–Presenta un único núcleo central

Vista del músculo esquelético Aquí vemos las fibras del músculo esquelético unidas al humero y a la tibia por los tendones.

Estructura interna del músculo esquelético – El músculo esquelético esta formado por tejido conectivo y células contráctiles. • Todo el músculo esta cubierto por tejido conectivo externo formando una cubierta llamada epimisio. • El músculo esquelético esta hecho de fascículos (unión de células musculares individuales). • Cada fascículo esta cubierto por una capa de tejido conectivo llamada perimisio.

Características del músculo 1. Excitabilidad: Los músculos son capaces de recibir y responder a estímulos externos.

2. Contractilidad: los músculos tienen capacidad de acortamiento. 3. Extensibilidad: los músculos pueden ser estirados o dañados. 4. Elasticidad: habilidad del tejido muscular para retornar a la forma original después del estiramiento.

Funciones del músculo 1. Movimiento caminar, correr, latido o contracción cardiaca etc. 2. Mantenimiento de la postura. 3. Producción de calor es un mecanismo para conservar la temperatura corporal constante . 4. Protección corporal junto a los huesos protege órganos vitales. 5. Almacenamiento de fuentes energéticas como el glucógeno.

Fascículos

Perimisio

Epimisio

Nucleo

Fibra

Fascículos

Nucleo

Fibra

Perimisio

Epimisio

Fascículos

• Las tres capas de tejido conectivo unen las células del músculo, brindando fuerza y soporte a todo el músculo.

– Están situadas al final de los músculos y son continuación de los tendones.

Triada

Tabuló

Retículo Sarcoplasmico

Nucleo

Sarcolema

F i b r a

Miofibrilla

Mitocondria

Citoplasma

Cisterna Terminal

ESTRUCTURA DE LA MIOFRIBRILLA – Están compuestas por proteínas contráctiles individuales llamadas miofilamentos. – Hay dos tipos de miofilamentos: • Los filamentos delgados están compuestos básicamente por la proteína

actina.

• Los filamentos gruesos están compuestos por la proteína

miosina.

Actina Miofibrilla Miosina

LOCALIZACIÓN DE LOSMIOFILAMENTOS

La localización de los filamentos delgados gruesos forman bandas alternadas claras y obscuras (estriaciones a través de la miofibrilla).

• Para terminar todo el músculo se puede representar como una pirámide de subunidades 2. 3. 4. 5.

Fasiculo Células musculares Miofibrillas Miofilamentos

Músculo

Fascículo

Células Musculares Miofibrilla Miofilamento

Fascículo

Células Musculares

Miofibrilla

Miofilamento

RESUMEN – Los tres tipos de células musculares en el cuerpo son: estriadas, cardiacas y lisas – El músculo esquelético tiene tres capas de tejido conectivo: epimisio, perimisio, endomisio. – Las estriaciones de las células del músculo esquelético son formadas por la organización de las proteínas contráctiles llamadas filamentos gruesos y delgados

METABOLISMO DEL MUSCULO • La energía necesaria para la contracción del músculo esta dada por la ATP. Debido a que el músculo tiene una limitada cantidad de ATP, deben haber mecanismos encargados de sintetizar nueva ATP rápidamente para así permitir una continua actividad del músculo

Trabajo de la ATP En las células musculares la molécula de energía trifosfato de adenosina (ATP) juega un papel importante en la contracción del músculo, es utilizada por la célula para conducir un impulso nervioso, sintetizar proteínas, etc.

Estructura de la trifosfato de adenosina (ATP) La ATP esta compuesta por nucleótidos de adenina con tres grupos adicionales de fosfato unidos por uniones de alta energía de fosfato

Nucleótidos de adenina

Alta energía

3 gropos de fosfato

Hidrólisis de la ATP – El potencial (guardado) de energía en la ATP es soltada cuando la unión terminal de alta energía es rota por una enzima hidrolitica – Los productos finales de la hidrólisis de la ATP son ADP, fosfato inorgánico y energía

fosfato inorgánico

Síntesis de deshidratacion de la ATP – Los productos finales de la ATP en la hidrólisis pueden ser combinados para formar nuevas moléculas de ATP – Formar ADP en ATP requiere una enzima sintética para que se forme la unión covalente de alta energía y para remover una molécula de agua (deshidratacion)

ATP como una cuenta de ahorros de energía – Cuando la ATP es formada por la sintesis de deshidratacion, es como dinero en el banco. La ATP puede ser llamada también energía bancaria, cuando las celulas del musculo hidrolizan ATP se libera energia, teniendo en cuenta que la energia puede ser gastado por el movimiento de los miofilamentos y el transporte de iones.

• Como una alcancía de cerdito. La ATP es limitada como las monedas en la alcancía. Las células del músculo solo tienen suficiente ATP para unos segundos durante el periodo activo de contracción.

Recuento de la síntesis de ATP – Cuando hay cantidades bajas de ATP, las células musculares usan tres procesos para sintetizar ATP adicional: • Hidrólisis del fosfato de creatina • Glicólisis • Ciclo de Krebs

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

Ciclo de kreds

•

Mientras que en las células del músculo el fosfato de creatina, debe buscar otro medio de energía glucosa

•

El fosfato de creatina es una fuente inmediata de energía para reconstruir el ATP El resultado de la fosforilación es un proceso hidrolitico que transfiere energía y un grupo fosfato a partir del fosfato de creatina en ADP, formando ATP La cantidad de fosfato de creatina es limitada y gastada rapidamente

• •

Glucosa

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

Ciclo de kreds

Medios de Glucosa – La glucosa es el medio mas importante de energía para sintetizar ATP. La glucosa es disponible para los músculos en dos medios: • La glucosa entra directamente a las células musculares desde la sangre • La glucosa es producida por la hidrólisis del glicogeno, encontrado en las células musculares

Glucosa Glicógeno

Glucosa

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

Ciclo de kreds

La glucosa se reduce a glicolisis Los productos finales de la glicolisis incluyen: 2 moléculas de ATP Ácido piruvato Glucosa Glicógeno

Glucosa

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

Acido piruvato

2 Ciclo de kreds

Camino anaeróbico – Cuando hay ausencia de oxigeno el ácido pirubato es convertido en ácido láctico – El ácido láctico es el producto final de la cadena anaeróbica – Cuando hay producción excesiva de ácido láctico se produce la fatiga muscular

Glucosa Glicógeno

Glucosa

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

O2

Acido láctico

Acido piruvato

2 Ciclo de kreds

Medios de oxigeno – El oxigeno esta disponible para las células musculares por dos medios diferentes: • El oxigeno entra directamente a las células musculares desde la sangre. • El oxigeno es guardado en la mioglobina (proteína de unión del oxigeno)

Camino aeróbico • Cuando hay oxigeno presente en la cadena aeróbica, esta continua formando: – Dióxido de carbono – Agua – 36 moléculas de ATP

O2

Glucosa Glicógeno

Glucosa

Acido piruvato

Glicólisis

Hidrólisis de Creatina fosfato

2

36

Ciclo de kreds

CO2

Mioglobina

Fabrica del fosfato de creatina • El fosfato de creatina usa un proceso llamado sustrato de fosforilacion para transferir energía y un grupo fosfato en ADP, formando ATP • La cantidad de fosfato de creatina es limitada y gastada rápidamente en ejercicios de calentamiento

Sustrato De fosforilación

Creatinina

Fabrica de la glicolisis • Por cada molécula de glucosa procesada el producto final de la glicólisis incluye: – 2 moléculas de ATP – 2 moléculas de ácido piruvato

Glucosa

Solo personal autorizado

PELIGRO Acido piruvato

Fabrica del camino anaeróbico • Durante condiciones anaeróbicas las células del músculo tienen un inadecuado contenido de oxigeno, causando que el ácido piruvato se convierta en ácido láctico • El exceso de ácido láctico produce la fatiga de los músculos

Glucosa

Solo personal autorizado

PELIGRO Acido piruvato

Transformador Acido láctica

Conversión a Acetil CoA • • •

Si hay oxigeno disponible, las células pueden tener una respiración aeróbica De otro modo cuando hay conversión de ácido piruvato en ácido láctico. El ácido láctico entra en la mitocondria donde es convertido en Acetil CoA

Acido piruvato Transformador Acido láctico

Mitocondria

Acetil CoA

Fabrica de la respiración aeróbica • Dentro de la mitocondria la Acetil CoA se separa y ocurre el ciclo de Krebs. Transfiriendo la energía en ATP Acetil CoA

Mitocondria

O2 Transformador

O2 Ciclo de kreds

CO2

Glucosa

Solo personal autorizado

PELIGRO

Acido piruvato

Sustrato de fosforilación

Creatinina

Mitocondria

Transformador Acetil CoA

O2 Ciclo de kreds O2

CO2

1 ATP

2 ATP

36 ATP

Hidrólisis del Fosfato de creatinina

Glicólisis

Ciclo de kreds

RECUPERANDO Y DESCANSANDO Cuando se termina un periodo de ejercicio, los músculos reanudan la energía gastada – Este proceso es conocido como deuda de oxigeno.

• • • •

El acido lactico presente en el citoplasma es nuevamente convertido en acido piruvato, el cual entra a el ciclo de krebs produciendo ATP El ATP es usada por la creatina para formar nueva fosfato de creatina El glicogeno es sintetizado desde moléculas de glucosa El oxigeno adicional se une a la mioglobina Glucosa Glicógeno

Glucosa

Acido láctico Acido piruvato Acetil CoA

Hidrólisis de Creatina fosfato

Ciclo de kreds Mioglobina

Creatinina

• Variaciones metabólicas de los diferentes tipos de fibras musculares. • Porque nuestro cuerpo usa los músculos para infinidad de actividades . • Diferentes tipos de fibras musculares usan alternativas para sintetizar ATP, los cuales son reflejados en su estructura celular.

Blancas Rojas Un corte de un músculo esquelético muestra dos grandes tipos de células musculares las cuales se diferencian en tamaño y coloración.

Estas diferencias estructurales se relacionan con su forma de metabolismo.

FIBRAS MUSCULARES – Mas grandes en diametro. – Color claro debido a su reducido contenido de mioglobina . – Pocos capilares a su alrededor. – Contienen pocas mitocondrias. – Alto contenido de glicogeno.

• Las fibras musculares blancas utilizan el proceso de glicólisis para sintetizar ATP. Como estas células tienen poca mioglobina y capilares, solo una pequeña cantidad de oxigeno es disponible. • Recordemos que el proceso de glicolisis no necesita oxigeno

Metabolismo de las fibras musculares blancas – Los músculos con muchas fibras blancas están disponibles para actividades que requieren rapidez y fuerza por una corta duración. – Casi siempre usan la glicólisis, la cual sintetiza ATP rápidamente. – Tienen mucha energía debido a su alto contenido de miofilamentos (diámetro mas largo). – Se fatigan rápidamente, debido a el alto contenido de acido lactico y poco contenido de glicogeno.

FIBRAS MUSCULARES – Son la mitad en tamaño de las fibras musculares blancas. – Color rojo oscuro debido a su alto contenido de mioglobina. – Muchos capilares a su alrededor. – Numerosas mitocondrias. – Poco contenido de glicogeno..

• Para sintetizar ATP las fibras musculares rojas utilizan el ciclo de Krebs, el cual necesita oxigeno y mitocondrias. • El oxigeno viene de su alto contenido de mioglobina y capilares • El oxigeno se distribuye rápidamente a través de estas pequeñas células • Debido a que tienen deficiencia de glicógeno, ellas no dependen de la glucosa para su energía – Ellas metabolizán acidos grasos, que se descomponen en Aceti CoA que entra a el ciclo de Krebs

Metabolismo de las fibras musculares rojas – Los músculos con alta cantidad de fibras musculares rojas están diseñados para realizar actividades de resistencia y de continua contracción. – Utilizan el ciclo de Krebs para sintetizar ATP. – Son mas resistentes a la fatiga y son de alta resistencia.

Comparación de los músculos en dos animales. Todos los músculos contienen una mezcla de 2 tipos de fibras Un canino que corre rápido va a necesitar mas fibras blancas. Un león que corre detrás de su presa necesita mas fibras rojas ya que son mas resistentes a la fatiga.

LA UNION NEUROMUSCULAR • Las células del músculo esquelético se contraen como resultado de impulsos de las neuronas motoras. • El lugar donde la neurona motora estimula el músculo es llamada la unión neuromuscular .

TRABAJO DE LA NEURONA MOTORA – Las células del músculo esquelético son eléctricamente separadas una de otra por el endomisio. – Para que haya contracción de las células del músculo esquelético, cada célula debe ser estimulada por un proceso de la neurona motora. Unión neuromuscular

Endomicio

Neurona motora

Célula muscular

Llegada del potencial de acción a el axon terminal – Cuando el potencial de acción llega a el axon terminal, el voltaje cambia y la membrana se abre . – El voltaje regula los canales de calcio, permitiendo que los iones de calcio entren a el axon terminal .

Membrana

Iones calcio

+ -

Fusión de las vesículas sinápticas Los iones de calcio causan que las vesículas sinápticas se fusionen con la membrana del axon terminal

Iones calcio

Salida de la Acetil CoA Iones calcio

– El neurotransmisor Acetil CoA contenido en las vesículas es liberado por la exositosis entrando a la terminación sináptica. – Adicionalmente los iones de calcio son bombeados fuera del axon terminal.

Vesículas

Acetil CoA

La Acetil CoA se une a los receptores Esto causa que los canales se abran, permitiendo la infusión de iones de sodio y la liberación de una pequeña cantidad de iones de potasio.

Acetil CoA

terminación sináptica Canal iónico Ion de potasio

Ion de sodio Receptor Acetil CoA

Célula muscular

Separacion de la Acetil CoA –

Después de un corto periodo de tiempo la Acetil CoA se aleja de su receptor y el canal iónico se cierra.

–

La Acetil CoA es separada por la encima acetilcolinesterasa

Propagación del potencial de acción

La despolarización de la terminación motora inicia un potencial de acción el cual se propaga a través del sarcolema en todas las direcciones y por los túmulos T

Liberación de calcio de la cisterna terminal El potencial de acción causa la liberación de iones de calcio desde la cisterna terminal hasta el citoplasma.

Contracción de la célula muscular • Los iones de calcio producen la contracción de la célula muscular

CONTRACCION DE LAS UNIDADES MOTORAS

La contracción del músculo esquelético es el resultado de la actividad de los grupos de las células musculares llamadas unidades motoras

La unidad motora Es el número de fibras musculares inervadas por una neurona

Interneurona Nervio espinal

Neurona Motora A

Unión neuromuscular

Neurona motora B

Pequeñas unidades motoras producen movimientos precisos.

Unidades motoras pequeñas, que contienen pocas cantidades de células musculares, son encontradas donde movimientos precisos son necesitados, como en los músculos del ojo.

Largas unidades motoras producen movimientos bruscos. – Ej. El movimiento de la pierna tiene unidades motoras largas en donde una pequeña neurona esta conectada a varias células musculares.

• Si el nervio motor que conecta la medula espinal a un músculo es cortado o lastimado, el músculo pierde el todo y se vuelve flácido • Hasta que el nervio fue cortado, este estimulaba el músculo produciendo contracción pequeñas y bajas por las unidades motoras

TEORIA DEL FILAMENTO DESLIZANTE • La contracción de la célula muscular ocurre cuando los filamentos delgados se deslizan pasando a los filamentos gruesos. Durante la contracción el sarcomero se acorta y los filamentos delgados y gruesos se juntan en una mayor proporción.

MOLECULAS PARTICIPANTES Miosina

Troponina

Actina

Troponiosina

Iones de calcio

Tubulo T Cisterna Terminal Axon terminal

Neurona Motora Filamento Grueso

Filamento delgado

SARCOMERO

Miosina En las células del músculo esquelético las moléculas de miosina se unen para formar los filamentos gruesos.

Molécula de miosina – La forma de una molécula individual de miosina se parece a un palo de golf con dos cabezas. – La cabeza tiene la habilidad de moverse de adelante hacia atrás. – Cuando la cabeza de la miosina se mueve es cuando se produce la contracción.

2 Colas

Cabeza

La molécula de miosina con cabeza curva y cola recta.

La posición lineal de la cola permite el movimiento vertical para que durante el cruzamiento el filamento delgado se pueda unir a la actina

UNIÓN DEL ATP EN LA MIOSINA – El cruzamiento tiene dos importantes regiones especificas • unión específica de ATP, una molécula alta en energía

– Observe la posición del cruzamiento, que es llamado conformación de baja energía MIOSINA

CRUZAMIENTO CON ENERGÍA – La unión de ATP transfiere energía al entrecruzamiento de miosina a medida que el ATP se hidroliza en ADP y fosfato inorgánico.

LA ACTINA SE UNE EN LA MIOSINA – La segunda unión en el entrecruzamiento de la miosina tiene una atracción fuerte para unirse a la actina .

Actina – La actina es el mayor componente del filamento delgado. – La porción de actina en el filamento delgado esta compuesta por subunidades de actina enrolladas en una cadena doble y helicoidal. – Cada subunidad de actina tiene un sitio especifico de unión en el cual el entrecruzamiento de miosina se une.

1subunidad de actina 2 porciones de actina en el filamento delgado

3 sitio de unión para el entrecruzamiento de miosina

TROPOMIOSINA – La proteína regula la tropomiosina también forma parte del filamento delgado. – La tropomiosina se envuelve entre la actina. 1subunidad de actina

Tropomiosina

TROPONINA – Para la unión de la miosina a la molécula de tropomiosina se tiene que mover a un lado. – La troponina se junta y se localiza entre la tropomiosina. 1subunidad de actina

Troponina

Tropomiosina

IONES DE CALCIO – Después del potencial de acción, los iones de calcio son soltados desde la cisterna terminal y se unen a la troponina. Esto causa un cambio en el compuesto de tropomiosina-troponina, causando que la tropomiosina se aleje de los sitios de unión Cisterna terminal

CICLO DE ENTRECRUZAMIENTO

Seis pasos para el proceso de entrecruzamiento 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Infusión de calcio, exponiendo los sitios de unión en la actina. La unión de miosina a la actina. El poder de entrecruzamiento que causa el deslizamiento de los filamentos delgados. La unión del ATP al entrecruzamiento, que resulta en desconectar la miosina del entrecruzamiento. Hidrólisis del ATP,que conlleva a una carga de energía y del entrecruzamiento. El transporte de iones de calcio devuelta a el retículo sarcoplasmico.

Paso 1 exposición de los sitios de unión en la actina – El potencial de acción libera iones de calcio de la cisterna terminal del retículo sarcoplasmico. – Los iones de calcio flotan en el citoplasma y se unen a la troponina. – Este cambio expone los sitios de unión de la actina.

Paso 2 unión de la miosina a la actina Cuando el sitio de unión en la actina es expuesto se le puede unir la cabeza de la proteina miosina

Paso 3 movimiento de la cabeza de la miosina. – La unión de la miosina a la actina trae un cambio en la conformación de la miosina (cabeza), como resultado se libera ADP y fosfato inorgánico. – Al mismo tiempo la cabeza se levanta, tirando el filamento delgado hacia adentro y hacia delante del centro del sarcomero.

Paso 4. una molécula de ATP se une a la cabeza de la actina.

ATP

Paso 5 reposicionando y cargando la cabeza de la molécula – La liberación de la cabeza de actina hace que se una la hidrólisis del ATP en ADP y Pi – El ATP es transmitido a la cabeza de la miosina, la cual se devuelve a su conformación inicial de alta energía. ATP

Paso 6 remoción de los iones de calcio – El calcio es transportado activamente desde la cisterna hasta el retículo sarcoplasmico mediante bombas iónicas.

Bombas de calcio – Un transporte activo de calcio incluye bombas iónicas especializadas en la membrana del retículo sarcoplasmico . – Estas bombas deben recibir energía del ATP .

CONTRACCION DE TODO EL MUSCULO La contracción de todo el músculo muestra variaciones en el desarrollo de la tensión. Ej. El mismo músculo puede levantar una papa frita o levantar una caja de seis gaseosas litro

INTEGRACION CLINICA La reducción del calcio sanguíneo produce la TETANIA HIPOCALCEMICA, ya que los poros de la membrana muscular quedan abiertos sin Ca++, lo que facilita el ingreso de Na y por lo tanto la despolarización continuada.

Los organofosforados bloquean la acetilcolinesterasa y así la acetilcolina ejerce sostenidamente su acción despolarizadora en la sinapsis colinérgica, lo que conlleva a hiperactividad parasimpática y una tetanización del músculo estriado esquelético.