Universidad de Puerto Rico en Aguadilla

Capítulo 10 – Sistema Muscular

Biol 3791 – Biología Humana III

Jesús Lee-B

orges, PhD

; José A. C

ardé, PhD

Departamento de Ciencias Naturales

Objetivos

• Describir la organización del músculo y las características de las células del músculo esquelético.

• Identificar los componentes estructurales del sarcómero.

• Resumir los eventos de la unión neuromuscular.

• Explicar los principales conceptos envueltos en la contracción muscular y la producción de tensión.

Objetivos (continuación)

• Describir como las fibras musculares obtienen la energía para la contracción.

• Distinguir entre la contracción aerobia y la anaerobia, tipos de fibras musculares y desempeño muscular.

• Identificar las diferencias entre los músculos esquelético, cardíaco y liso.

SECCIÓN 10-1 Tejido muscular y el Sistema Muscular

• Produce el movimiento esqueletal• Tendones y huesos

• Mantiene postura y posición corporal• Tono muscular

• Provee soporte a los tejidos blandos• Sostiene y protege: 6 pack

• Proteje entradas y salidas• esfínteres

• Mantiene temperatura corporal• 1ra ley de TD

• Almacenaje de nutrientes• 1ra, 2da, 3ra fuentes de energía?

Funciones del músculo esquelético

• Esquelético – unido al hueso

• Cardíaco – encontrado en el corazón

• Visceral – reviste la pared de muchos órganos huecos y vasos sanguíneos

• 3 Aspectos de clasificación• Localización

• Microscopía

• Control

• …

Tres tipos de músculos

SECCIÓN 10-2 Anatomía del músculo esquelético

• Tres capas de tejido conectivo:

• Epimisio: rodea al músculo: colageno/fascia:tc denso• Separa el musculo de lo que lo rodea

• Perimisio reviste al conjunto de fibras musculares (fascículo) - separa los fasciculos• Abundante vascularizacion e inervacion

• Endomisio cubre fibras musculares individuales• Vascularizacion, inervacion directa, celulas satelites

• Tendones y aponeurosis unen el músculo al hueso• Suma de epi, peri, endo

Organización del tejido conjuntivo

Animation: Gross anatomy of skeletal musclePLAY

Figure 10.1

Figura 10.1 Organización del músculo esquelético

Organo: musculo

Tejidos:

-

-

-

Celulas:

Organulos

Macromoleculas

• Sarcolema (membrana celular) • Con potencial transmembranal

• Sarcoplasma (citoplasma)

• Retículo sarcoplásmico (RE modificado)

• Túbulos T - conecta sarcoplasma con sarcolema

• Miofibrillas - ayudan en la contracción

• Tríada – un túbulo T intercalado entre sacos del retículo sarcoplásmico

• Sarcómeros – arreglo regular de las miofibrillas

Fibras del músculo esquelético

Figure 10.3

Figura 10.3 Estructura de la fibra del músculo esquelético

• Filamentos finos y gruesos• Actina

• Miosina

• Titina

• Se contraen

• Anclados a sarcolema interior• Sarcolema exterior: fibras de colageno (tendones)

• Anclados a huesos

• PLT - si se acorta la miofibrilla: ..

• Organización regular• Sarcómeros – arreglo regular de las miofibrillas a lo largo de

la fibra muscular

Miofibrillas

• Complejo membranoso parecido al ER liso• Forma red tubular rodeando cada miofibrilla

• Forma cisterna terminal a cada lado de un tubulo T

• Triada: Tubulo T con sus dos cisternas terminales

• Bombas de Ca+2 - • Remocion de Ca+2 del sarcoplasma a RS

• Calsecuestrina -• Liga Ca+2 en la cisternas terminales

• Mantener [Ca+2] sarcoplasmica baja

Reticulo Sarcoplasmico

• Unidad funcional del tejido muscular• Organizacion de los miofilamentos en forma repetitiva a lo

largo de la miofibrilla (10,000/miofibrilla)

• Lugar de interaccion entre los filamentos finos y gruesos

• Contiene:• Filamentos gruesos (miosina)

• Filamentos finos (actina)

• Proteinas estabilizadoras (titina)

• Proteinas reguladoras (troponina, tropomiosina)

• Patron de bandas (oscuras y claras) aparente dado por diferencias en tamano, densidad y distribucion

Sarcomeros I

Figura 10.4 Estructura del sarcómero, Parte I

Figure 10.4

• Bandas A - Oscuras (anisotropicas) (dArk)• Al centro del sarcomero; los filamentos gruesos y parte de los

finos

• Linea M - conecta parte central de los fg por proteinas estabilizadoras de la linea M, estabiliza la posicion de los fg

• Zona H - region clara a cada lado de M en sarcomero relajado, no contiene ff solo fg

• Zona de solapamiento - ff entre fg, cada fg rodeado por 3 fg, cada fg rodeado por 6 ff

• Bandas I - Claras (isotropicas) (lIght)

Sarcomeros II

Figura 10.5 Estructura del sarcómero, Parte II

Figure 10.5

• Bandas I - Claras (isotropicas) (lIght)

• Contiene ff pero no fg

• Desde la banda A de un sarcomero hasta la banda A del siguiente

• Lineas Z - marca limites entre sarcomeros adyacentes

• Contiene actininas: conectan ff de sarcomeros vecinos

• Desde estas lineas salen los ff hacia la linea M en la zona de solape

• Titina - fibras elasticas desde fg hacia lugares en Z; estabilizadora de las posiciones de ff y fg; resistencia a estiramiento

• Triadas: en la zona de solapamiento= [Ca+2]

• Estrias; coneccion entre miofibrillas y filamentos intermedios con porcion interna de sarcolema

Sarcomeros III

Figure 10.6

Figura 10.6 Niveles de organización funcional en la fibra del músculo esquelético

• 6 nm x 1 um, 4 proteinas

• Actina-F - hebra enrollada de dos filas de G actina, globular,

• Nebulina - hebra que se extiende a lo largo de ActF entre las G y las mantiene unidas.• G - tiene sitio activo para miosina

• Tropomiosina• Cubre el sitio activo en la actina-G, previen interaccion entre

actina y miosina

• Troponina - 3 subU globulares• 1 con Tropom, otra con G, liga Ca+2

• Se une a la actina-G y mantiene a la tropomiosina en su lugar

Filamentos finos

• Fibras de miosina alrededor de un centro de titina• 12 nm x 1.6 um, dos subU enrrolladas entre si

• Moléculas de miosina poseen una cola alargada (hacia M) con una cabeza globular

• Las cabezas forman los puentes cruzados durante la contracción muscular con los ff

• La interacción entre la actina-G y la miosina es evitado por la tropomiosina durante el descanso

• Titina - centro en los gruesos, estira y recoil

Filamentos gruesos

Figura 10.7 Filamentos finos y gruesos

Figure 10.7

• Explica la relación entre los filamentos finos y gruesos durante la contracción muscular

• Procesos ciclicos comienzan con la liberación de Calcio del reticulo sarcoplasmatico• Calcio se una a la troponina

• La troponina se mueve, moviendo a la tropomiosina y exponiendo el sitio activo en la actina

• La cabeza de miosina forma un puente cruzado y se dobla hacia la zona H

• El ATP permite la liberación del puente cruzado

Teoría del filamento deslizante

Figure 10.8

Figure 10.8 Cambios en la apariencia del sarcómero durante la contracción de la fibra muscular

Animation: Sliding filament theoryPLAY

a) líneas Z se acercan

b) Zona H mas grande

c) Zona de solape aumenta

d) relajamiento

e) banda I mas grande

f) Zona de solape reducida

g) Zona H reducida

h) contracción

i) líneas Z se alejan

Quiz – 10/8/07-Paree las letras con las figuras1_______________

2________________

Figure 10.9

Figura 10.9 Contracción en el músculo esquelético

Tensión - halón, contracción

Mueve el objeto hacia el origen de la tensión

vs Resistencia vs

Compresión - empujón,

Mueve el objeto alejándose del origen

Músculos generan?____

• Control Neural - unión neuro-muscular (mioneural)

• Terminal sináptico (terminal de ramificaciones neuronales)

• Ach - neurotransmisor

• Hendidura sináptica - espacio entre el terminal y la sarcolema

• Placa Terminal Motora - superficie con receptores

• AchE - degrada Ach

Inervación: Control Actividad Muscular

• Paso 1 - Llega potencial de acción - impulso eléctrico• Es un cambio en el potencial transmembranal

• Paso 2 - Liberación de Ach• Cambio en permeabilidad - exocitosis de vesículas de Ach

• Paso 3 - Unión de Ach en la placa terminal motora• Receptores, cambio en permeabilidad a Na+, hacia el interior

• Paso 4- Potencial de Acción en el sarcolema• Placa > sarcolema > tubo T >

• Paso 5- Retorno• AChE vs Ach

Inervación: Control Actividad Muscular

Figura 10.10 Inervación del músculo esquelético

Figure 10.10a, b

Figura 10.10 Inervación del músculo esquelético

Figure 10.10c

Animation: Neuromuscular junctionPLAY

• Conección entre la generación de un potencial de acción en el sarcolema y el comienzo de una contracción muscular

• Ocurre en las tríadas

• Implica liberación de Ca2+ de las cisternas del RS (cambio en permeabilidad)

• Directo sobre zona solapamiento

• Troponina - cerradura

• Ca2+ - llave

• Tropomiosina ?

Exitación-Contracción: Acoplamiento

Figura 10.12 Ciclo de contracción

Figure 10.12

Ca+2 se une a troponina . . .

Comienza el ciclo

Miosina - ATPasa - energizada

ATP --> ADP + P

1) Exposición de sitios activos (Ca+2)

2) Formación Puentes Cruzados (miosina y actina)

3) Pivote de Cabezas de Miosina (hacia la línea M, energizadas)

4) Separación Puentes Cruzados (por llegada de ATP)

5) Reactivación de Miosina (ATP--> ADP + P; otra vez)

Figura 10.12 Ciclo de contracción

Figure 10.12

Figura 10.12 Ciclo de contracción

Figure 10.12

Figura 10.12 Ciclo de contracción

Figure 10.12

SECCIÓN 10-3 La contracción del músculo esquelético

• Se produce cuando los músculos se contraen

• Serie de pasos que comienza con la excitación en la unión neuromuscular• Liberación de Calcio

• Interacción entre los filamentos gruesos/finos

• Contracción de la fibra muscular

• Tensión

Tensión

• El potencial de acción llega al terminal sináptico de la neurona

• ACh es liberada en la hendidura sináptica

• ACh se una a los receptores en la membrana post sináptica• Potencial de acción en el sarcolema

• PA en ________________resulta en PA en ______________

Control de la actividad del músculo esquelético ocurre en la unión neuromuscular

• El potencial de acción a través de los túbulos T estimula la liberacion de calcio del retículo sarcoplasmático

• Inicia el ciclo de contracción• Unión

• Movimiento

• Liberación

• Relajación

Excitación/contracción

• La acetilcolinesterasa degrada la ACh

• Limita la duración de la contracción

Relajación

Pasos en la contracción del músculo esquelético

SECCIÓN 10-4 Producción de tensión

• Principio del todo o nada

• La tensión depende en el número de puentes cruzados que se formen

Producción de tensión por las fibras musculares

Figure 10.13

Figura 10.13 Efecto del largo del sarcómero sobre la tensión

• Contracción espasmódica• Ciclo de contracción, relajación producida por un solo

estimulo

• “Treppe” fenomeno de escalera• Estimulos repetidos despues que la fase de relajación se ha

completado

Tipos de contracciones

• Estimulos repetidos antes que la fase de relajación se haya completado• Suma de ondas = un espasmo se le añade a otro

• Tétanos incompleto = el músculo nunca se relaja por completo

• Tétanos completo = la fase de relajación se eliminina

Efecto de estimulos repetidos

Figura 10.15 Efectos de estimulos repetidos

Figure 10.15

Figure 10.14

Figura 10.14 El espasmo y el desarrollo de tensión

• Unidades motoras • Todos las fibras musculares que son inervadas por una

neurona

• Control preciso del movimiento es determinado por el número y tamaño de la unidad motora

• Tono muscular• Estabiliza los huesos y las articulaciones

Unidad motora

Figure 10.17

Figura 10.17 Arreglo de la unidad motora en el músculo esquelético

• Isométricas• Tensión aumenta, largo del músculo se mantiene constante

• Isotónicas• Tensión permanece igual, largo del músculo cambia

• La resistencia y la velocidad de contracción estan inversamente relacionadas

• Retorno al largo de reposo se debe a los componentes elasticos, contracción de grupos de músculos antagonistas y la gravedad

Contracciones

Animation: Whole Muscle ContractionPLAY

Figura 10.18 Contracciones isotónicas e isométricas

Figure 10.18

Animation: Skeletal muscle contractionPLAY

Figure 10.19

Figura 10.19 Resistencia y velocidad de la contracción

• Creatina fosfato libera energía almacenada para convertir ADP en ATP

• El metabolismo aerobio provee la mayoría del ATP necesario para la contracción

• En el pico de actividad, la glucólisis anaerobia es necesaria para generar ATP

Contracción muscular requiere grandes cantidades de energía

Figura 10.20 Metabolismo muscular

Figure 10.20

Figura 10.20 Metabolismo muscular

Figure 10.20

• Producción de energía y su uso son reflejos de la actividad muscular

• Músculos fatigados pierden la capacidad de contracción• Aumento en el ácido lactico

• Se terminan fuentes de energía

Uso de energía y los niveles de actividad muscular

• Comienza inmediatamente despues que la actividad termina

• Deuda de oxígeno (consumo de oxígeno excesivo despues del ejercicio) • Cantidad de oxígeno requerido durante el periodo de reposo

para reponer el músculo a su condición normal

Periodo de recuperación

• Resistencia anaerobia • El tiempo a través del cual las contracciones musculares

pueden ser sostenidas por glucolisis y reservas de ATP/CP

• Resistencia aerobia• El tiempo a través del cual el músculo puede continuar de

contraerse mientras es mantenido por la actividad de los mitocondrios

Acondicionamiento fisico

Animation: Muscle fatiguePLAY

• Fibras rapidas

• Fibras lentas

• Fibras intermedias

Tipos de fibras del músculo esquelético

Figura 10.21 Fibras rapidas versus lentas

Figure 10.21

• Diámetro mas grande

• Contienen miofibrillas agrupadas densamente

• Relativamente pocos mitocondrios

• Producen contracciones rapidas, poderosas y de corta duración

Fibras rápidas

• Mitad del diámetro que las fibras rapidas

• Se tardan tres veces mas tiempo para contraerse despues del estimulo

• Mitocondrios abundantes

• Red extensa de capilares

• Alta concentración de mioglobina

• Se puede contraer por largos periodos de tiempo

Fibras lentas

• Similar a las fibras rapidas

• Mayor resistencia a la fatiga

Fibras intermedias

Comparación entre los tipos de fibras musculares

• Músculos palidos dominados por fibras rapidas se llaman músculos blancos

• Músculos oscuros dominados por fibras lentas y mioglobina se llaman músculos rojos

• Entrenamiento puede llevar a la hipertrofia del músculo estimulado

Rendimiento muscular y la distribución de fibras musculares

SECCIÓN 10-7 Tejido muscular cardíaco

• Encontrado solo en el corazón

• Células musculares cardíacas son pequeñas

• Un núcleo localizado en el centro• Túbulo T cortos y anchos

• Dependen del metabolismo aerobio

• Discos intercalados donde las membranas se unen una con otra

Características estructurales del músculo cardíaco

Figura 10.22 Tejido muscular cardíaco

Figure 10.22

• Estimulacion intrinseca

• Contracciones mas duraderas que la del músculo esquelético

• No exhiben suma de ondas• Contracciones tetanicas no son posible

Características funcionales del tejido muscular cardíaco

SECCIÓN 10-8 Tejido muscular liso

• No estriado • No poseen sarcómeros

• Filamentos finos anclados a cuerpos densos

• Involuntarios

Características estructurales del músculo liso

Figura 10.23 Tejido muscular liso

Figure 10.23

Comparación entre los diferentes tejidos musculares

Desbalances homeostaticos

• Lesiones musculares• Distensión

• Miositis

• Fibromiositis

• Calambres

• Contusión

• Infecciones musculares

• Distrofia muscular

• Miastenia gravis

• Hernias

Distensión muscular

Distrofia muscular

• Muscular dystrophy may result when muscle cells lose their ability to repair everyday wear and tear on their membranes. Normally, when a cell membrane is damaged, intracellular vesicles travel to the site of injury where they form a kind of protective patch. Dysferlin, which binds the annexins, may help guide the vesicle patch to the site of injury. Defects in dysferlin, which have been found in people with some forms of muscular dystrophy, could therefore lead to disease by preventing injury repair.

Al finalizar debe estar familiarizado con:

• La organización del músculo y las características de las células del músculo esquelético.

• Los componentes estructurales del sarcómero.

• Los eventos de la unión neuromuscular.

• Los principales conceptos envueltos en la contracción muscular y la producción de tensión.

• Como las fibras musculares obtienen la energía para la contracción.

• La contracción aerobia y la anaerobia, tipos de fibras musculares y desempeño muscular.

• Las diferencias entre los músculos esquelétivo, cardiaco y liso.