Mecánica de la contracción

Presentación del tema: "Mecánica de la contracción"— Transcripción de la presentación:

1 Mecánica de la contracción
muscular Depto. Biofísica Facultad de Medicina ESFUNO UTI: Locomotor

2 Objetivo de la clase es:
Analizar algunos aspectos de la biofísica del músculo esquelético que permitan entender la mecánica de la contracción muscular. Para ello trataremos sobre: - Aspectos de su estructura anatómica. - Aspectos de la estructura microscópica básica y composición química de la fibra muscular. - La función de la unidad músculo-tendinosa.

3 Tipos de músculo A) Músculo estriado Músculo esquelético
Clasificación según su estructura: Músculo esquelético Multinucleadas Músculo cardíaco miocardio (ej: músculo auricular y ventricular) Mononucleadas, posición central, ramificadas, discos intercalares Las células del tejido muscular reciben el nombre de fibras y se clasifica según su apariencia microscópica (estriaciones) en músculo estriado y músculo liso. A su vez, existen dos tipos de músculo estriado: esquelético y cardíaco.

4 B) Músculo liso tejido formado por células delgadas ahusadas, miofibrillas paralelas al eje mayor, no estriaciones transversales - unitario (ej: paredes uterinas) - multiunitario (fibras independientes en cuanto a operación) (ej: paredes de vasos sanguíneos) En el músculo liso unitario el impulso nervioso llega a una célula, de ella se propaga a las demás, contrayéndose como un todo. En el multiunitario, el impulso llega a casa fibra, y las contracciones son graduadas, no como un todo.

5 Funciones de los Músculos
-reserva energética - de protección (distribuyendo fuerzas y absorbiendo impactos) - generar movimiento. Las 2 últimas son posibles por las propiedades de excitabilidad y contractilidad del tejido muscular. Los músculos son órganos que cumplen la función de reserva (es una de las principales fuentes de producción de calor), de protección, y tienen la capacidad de generar movimiento (a través de las contracciones, el movimiento puede ser global(locomoción) así como de sus partes).

6 Niveles de organización:
1- Haces de fibras y tejido conjuntivo (perimisio, epimisio, endomisio) 2) Fibra muscular (unidad estructural). 3) Miofibrillas (sarcómero) 4) Miofilamentos (delgados y gruesos) *Proteínas Fibra muscular contiene en sarcoplasma estructuras denominadas miofibrillas, constituidas por miofilamentos, cuya disposición proporciona una imagen estriada transversalmente. Los miofilamentos son proteínas (actina:delgado; miosina: grueso), además hay otras proteínas (titina, complejo de troponinas, tropomiosina)

7 Sarcómero: unidad motora
Los filamentos se distribuyen de distinta forma en las miofibrillas, formando bandas. En las bandas claras sólo hay filamentos finos o delgados, y en las bandas oscuras se superponen los filamentos finos y gruesos.

8 Interacción con miosina Potencia ATPasa de Miosina
Actina: Interacción con miosina Potencia ATPasa de Miosina Complejo Troponina- Tropomiosina: Interacción con calcio determina la Posibilidad de interacción Actina- Miosina Complejo de troponinas: Tt: se une a la tropomiosina, Tc: une Ca, Ti: en ausencia de Ca tapa el sitio de unión de la actina con la miosina. Miosina: Actividad ATPasa Interacción con Actina

9 Estudio de las propiedades mecánicas del músculo:
- Se realiza mediante la obtención de la relación tensión vs longitud. - Se realiza con músculo aislado. - Dispositivo experimental a) Propiedades pasivas: Ley de Hooke establece una relación lineal entre fuerza y longitud. Los materiales biológicos no se ajustan al comportamiento establecido por la ley de Hooke. El estudio de las propiedades pasivas del músculo se realiza con el músculo en reposo, y de ellas podemos obtener el comportamiento elástico del mismo. La elasticidad trata sobre las relaciones existentes entre las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo y sus variaciones geométricas. Si se aplica una fuerza de tracción sobre un extremo de un cuerpo, mientras otro extremo está fijo, sufrirá cambios de longitud, que dentro de ciertos límites ese alargamiento obedece la ley de Hooke (pendiente de la curva lineal: módulo de Young). Sólo los sólidos perfectamente elásticos se ajustan a la ley de Hooke. El módulo de Young es un valor que determina cuan elástico es determinado material.

10 Tensión (s ) = F/A Modulo elástico (E) = s/e e= deformación
Relación s vs L en un músculo aislado. Diagrama longitud-tensión de un músculo en reposo. Indicar longitud de músculo aislado en reposo (cuando no se le aplica ninguna fuerza), esta no es la longitud que tiene el músculo en reposo en el organismo, ya que en esas condiciones está sometido a una pequeña tensión. El músculo no obedece la Ley de Hooke, ya que los incrementos de tensión necesarios para producir iguales variaciones de longitud se tornan mayores a medida que la longitud aumenta. En músculo no tiene un valor cte de E (módulo de Young).

11 b) Propiedades Activas:
Contracción muscular: Es el desarrollo de fuerza (tensión), cambio de longitud (acortamiento) o ambas cosas Acoplamiento éxcito-contráctil Estímulo eléctrico Túbulos T Receptor de Dihidropiridina (DHPR) Receptor de Rianodina (RyR) Liberación de Ca+2 desde RS Unión Ca+2 a TnC Conjunto de mecanismos que se inician con un estímulo, a nivel de la membrana celular, y termina con incremento de Ca+2 ciotoplasmático y su consecuencia, la contracción. Ciclo de Lymn y Taylor ATP El acortamiento del músculo se produce gracias al deslizamiento de los filamentos finos respecto a los gruesos, de forma que éstos últimos conservan constante su longitud durante todo el proceso. El deslizamiento se produce por la interacción entre las moléculas de actina y miosina. La energía para la contracción muscular procede de la hidrólisis de ATP, cuyas fuentes pueden ser variadas. Acoplamiento E-C: el PA que se origina superficialmente es conducido al interior de la fibra a través del sistema de túbulos T. La despolarización es sensada por los DHPR (canales de calcio voltaje dependiente)y éstos activan los RyR (canales de calcio del RS) por interacción proteína-proteína. Esto genera la liberación de Ca+2 desde RS hacia el citoplasma, aumentando su concentración en él, y luego que se une a TnC ocurre la contracción. La contracción es muy poco dependiente de Ca+2 extracelular. La recaptación de Ca+2 hacia RS ocurre con gasto de ATP.

12 A) Triadas, B) Triadas y diadas, C) Túbulo dilatado con dos cisternas

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14 El trabajo realizado en la contracción requiere de energía, ésta es obtenida por la hidrólisis de ATP, catalizada por miosina y activada por actina. Lymn y Taylor esquematizaron el ciclo de intermediarios bioquímicos para la reacción de ATPasa en solución y sus correspondientes estados estructurales asociados. Se distinguen 4 complejos. En cada ciclo se produce la hidrólisas de 1 ATP, el golpe de fuerza se corresponde con la liberación de Pi.

15 Regulación de la contracción se logra por cambios en:
frecuencia intensidad Diferentes tipos de cambios en tensión ante un estímulo: Sacudida simple ( 10 a 200 ms) Sacudidas simples Si estimula el músculo por medio de electrodos, éste se contrae bruscamente y se relaja enseguida. Este proceso recibe el nombre de Sacudida Simple. Dura entre 10 y 200 ms, según el músculo que se trate y condiciones experimentales (temperatura fundamentalmente). Con estímulos de mayor intensidad se reclutan más fibras y por tanto mayor es la tensión desarrollada.

16 Dependencia de la contracción con la frecuencia de estimulación
Tétanos Notar que los eventos eléctricos ocurren previo a los cambios mecánicos (PA---Respuesta mecánica). Si antes de que se relaje totalmente se aplica un segundo estímulo, se produce una nueva contracción. Dependiendo de la frecuencia con que se aplican los estímulos, se obtienen distintas respuestas (tétanos incompleto). Si se aumenta la frecuencia suficientemente como para que no se alcance la relajación, se obtiene una respuesta que se caracteriza por tener una meseta (respuesta sostenida), Tétanos completo. Notar las diferencias en tensión generadas por una SS y un Tétanos.

17 Por qué la tensión o acortamiento desarrollada en una contracción
tetánica es mayor que en una sacudida simple ? Para estudiar la relación tensión deformación del músculo en actividad es necesario producir contracciones masivas y tetánicas. Los músculos logran su máximo valor de tensión en longitudes cercanas a L0 Los cambios observados en la curva tensión vs longitud activa son coherentes con la teoría de los filamentos deslizantes Respuesta: porque durante el tétanos, el elemento contráctil llega a estirar el elemento elástico en serie, hasta ejercer toda la tensión de que es capaz, ya que dispone de más tiempo. (modelo elemento elástico-elemento contráctil). Tensión total: es la suma de tensión que ejerce el mecanismo contráctil más la propia elasticidad del músculo en reposo. Tensión activa: resta de curvas. Representa tensión contráctil. El músculo ejerce su tensión máxima cuando se halla en las cercanías de la longitud de reposo Lo, y decrece tanto a longitudes mayores como menores. Coherente con la teoría de filamentos deslizantes (decrece el número de puentes cruzados que se pueden formar y ejercer tracción). Notar que cuando el músculo se estira en reposo, las bandas A no cambian sus dimensiones, mientras que las bandas I y H se alargan y se achican, como consecuencia de del desplazamiento de los filamentos finos sobre los gruesos.

18 Isométrica. Isotónica. Auxotónica. Poscarga.
Tipos de contracción muscular: Las manifestaciones de la contracción pueden combinarse de diferentes maneras para dar lugar a contracciones isométricas, isotónicas, auxotónicas y a poscarga. Isométrica Isotónica. Auxotónica Poscarga.

19 c) Relación entre tensión y velocidad de acortamiento:
Es una relación hiperbólica. La relación velocidad de acortamiento-carga, constituye una de las propiedades importantes de los Elementos contráctiles, ya que indica que contrariamente a lo que ocurre en un elemento elástico simple, la fibra muscular es capaz de ajustar su fuerza contráctil y por ende su gasto energético de acuerdo a la velocidad de acortamiento. La curva es un segmento de hipérbola cuyas asíntotas están más allá de los ejes. La misma demuestra que la velocidad de acortamiento disminuye exponencialmente con la carga. El máximo valor de velocidad se corresponde con carga 0 y representa una medida del ciclaje de los puentes cruzados. Esto está avalado por el hecho de los valores de Vmáx se correlacionan con la velocidad máxima de hidrólisis de ATP en los sistemas contráctiles. A su vez, esto implica que el valor de velocidad máxima es independiente del número de puentes cruzados, o sea no depende de la longitud del sarcómer Velocidad máxima de acortamiento es un valor teórico y depende de la velocidad de hidrólisis de ATP.

20 Interpretación de las curvas velocidad de acortamiento vs. Tensión
Velocidad máxima independiente de la longitud *La velocidad de acortamiento depende de la tasa de los procesos bioquímicos. *Al aumentar la velocidad disminuye en cada instante el número de unidades que han completado un ciclo y están disponibles para ejercer tracción. La velocidad máxima es independiente de la longitud del mismo músculo, pero varía para diferentes músculos de un mismo animal (ejemplificar en gráfico).

21 Preguntas 1- Como se puede obtener la relación tensión vs deformación activa y como se puede explicar la forma de esa función. 2- Indique de que forma se puede regular la fuerza (tensión) ejercida por los músculos y explique por que la tensión durante una sacudida simple es menor que en una contracción tetánica. 3- Que entiende por contracción muscular y que tipos conoce. 4- Como cambia la velocidad máxima de acortamiento en función de la tensión ejercida durante el acortamiento de un músculo esquelético y que información brinda esta función.