Estructura y Función de la Fibra Muscular Dr. René Cevo Salinas Anestesiólogo.-

Unidad Funcional Esta se hace evidente cuando se observa el tejido muscular bajo un microscopio óptico y utilizando luz polarizada. Llamamos SARCÓMERO a esta unidad funcional…….posee una longitud aproximada de 2 μm. Se encuentra limitado por dos “líneas Z”. Las líneas Z de una miofibrilla se continúan con la de otra miofibrilla adyacente, lo que genera el aspecto de una estructura muy regular característica.

Unidad Funcional

Unidad Funcional

Ultraestructura Si utilizamos medios de imagen más potentes (microscopio electrónico) podremos ver que a su vez cada miofibrilla está compuesta por 2 tipos de filamentos : Gruesos : de aproximadamente 16 nm de diámetro y que corresponden a miosina. Delgados : de aproximadamente 5 a 7 nm de diámetro y que corresponden a actina.

Ultraestructura Hemos dicho ya, que nuestra unidad funcional, el sarcómero, está limitado por 2 líneas Z……constituida por la unión de actinas adyacentes y donde se encuentra una proteína particular, llamada CapZ (heterodímero con 2 sub unidades) y permite la unión de los extremos + de los microfilamentos.

Ultraestructura Banda A : es la zona donde se superponen los filamentos gruesos y los delgados. Banda I : es una zona anisótropa, es decir, no desvía la luz polarizada. Línea M : es una estructura no contráctil, que fija las fibras delgadas. Línea H : el espacio entre las puntas de los filamentos delgados.

Ultraestructura Esta imagen cambia durante la contracción muscular. Al producirse la contracción muscular, las líneas Z se aproximan la una a la otra y la banda I se adelgaza…. La línea H por su parte, tiende a desaparecer. Es muy importante señalar que durante la contracción, la longitud de los filamentos de actina y miosina no se modifica, lo que ocurre es que se superponen más !!!

Contracción Si bien, como mencionamos en la diapositiva anterior, durante la contracción muscular, la longitud de los filamentos de actina y miosina no cambia …..solo varia el grado de superposición entre estos…….. ¿¿¿ QUE HACE Y COMO, QUE ESTOS FILAMENTOS CAMBIEN SU GRADO DE SUPERPOSICIÓN ???

Contracción Esto se debe a la existencia de los “puentes cruzados”, que son parte de la estructura de la miosina

Contracción Filamento Grueso : estos filamentos formados por miosina, que es una proteína bastante larga (aprox. 160 nm). Si consideramos ahora que cada filamento grueso tiene una longitud de unos 1500 nm (0,15 μm), una molécula de miosina no alcanza a llegar de extremo a extremo……de hecho se van disponiendo en forma escalonada (unas 400) hasta completar la longitud del filamento.

Contracción Miosina : cada molécula de miosina está formada por 2 cadenas polipeptídicas pesadas largas y 4 cadenas livianas. Las cadenas pesadas están enrolladas entre si y terminan en una cabeza globular, las que están orientadas hacia fuera ;………en esta cabeza se ubican las cadenas livianas.

Contracción Para que la contracción se produzca, la cabeza de la miosina se une a sitios específicos de los filamentos de actina (delgados). Las cabezas de miosina poseen varias propiedades, pero una de ellas es fundamental para la contracción…..es capaz de bascular sobre un eje !!! Otra importante propiedad es su capacidad de hidrolizar ATP………produciendo ADP y P…….es decir, tienen capacidad de ATPasa.

Contracción Filamentos Delgados : su estructura general está dada por la actina……constituida por 2 hebras unidas en espiral. ****En los filamentos delgados encontramos también otras 2 proteínas, la troponina y la tropomiosina. La Tropomiosina es larga y filamentosa……también se dispone en 2 hebras retorcidas, ocupando el surco formado por los filamentos de actina. La Troponina, por otra parte, es globular y se encuentra unida a la tropomiosina a intervalos regulares en los extremos de esta…..es decir, hay una troponina cada 7 actinas G

Sistema Sarco - Tubular Compuesto por 2 elementos : Túbulos T : tienen una disposición transversal en relación a la orientación general de las fibras musculares. Es un elemento exclusivamente extracelular. Retículo Sarcoplásmico : tienen una distribución “como una red”. Son un elemento exclusivamente intracelular. Su función es incrementar la relación entre los espacios extra e intracelular !!!

Relajación Dicho en términos sencillos, la relajación es la vuelta al punto inicial donde se encontraban las líneas Z antes de iniciarse la contracción. Una vez que cesa el estímulo nervioso……finaliza el ciclo de puentes cruzados…….. la misma “carga” que debía ser vencida (palanca) lleva en forma pasiva al estiramiento del músculo Los componentes elásticos del tejido son parte de la fuerza que se opone a la contracción……….al iniciarse la relación, es la energía potencial elástica la que es responsable de generar la “fuerza” necesaria para el estiramiento de los componentes !!!

Rol del Calcio (Ca++) Los PA viajan por la membrana celular y son llevados al interior de la masa muscular, a las miofibrillas, gracias a los túbulos T. Los PA por si solos no inician la contracción ; requieren de la presencia de un segundo mensajero…….el ion Calcio !!! Cuando el músculo se encuentra relajado, su concentración intracelular de Ca++ es baja y similar a la de cualquier otra célula del organismo (0,0000001 mMol/L). Cuando la concentración intracelular de Ca++ alcanza unos 0,001 mMol/L se inicia la contracción. El retículo sarcoplásmico (RS) es el encargado de la movilización y distribución del calcio en el interior de las fibras musculares.

Rol del Ca++ Cuando el músculo está “relajado” , la concentración de Ca++ en el interior del RS es elevado. Los PA al viajar por las membranas, iniciaran la difusión del Ca++ a favor de su gradiente electroquímica…..movilizándolo desde el RS hacia el citoplasma. Se cree que los PA provocan la difusión del Ca++ por la activación de 2 tipos de canales : Canales de Ca++ activados por voltaje. Canales de Ca++ activados por Ca++.

Rol del Ca++ Una vez finalizados los PA , en el RS se activan bombas que llevan al Ca++ en contra de gradientes eléctricas y químicas de vuelta al interior del RS. Intervienen también es estos fenómenos las llamadas “proteínas secuestradoras de calcio”. El Ca++ se almacena en las cisternas laterales del RS y se distribuye a través del RS longitudinal. Pulso de Calcio : así como hay un PA que inicia el fenómeno de contracción podemos también hablar de un verdadero pulso de calcio, el que activa finalmente la contracción….este pulso de Ca++ tiene una duración de unos 20 ms. Para mantener una contracción en el tiempo hacen falta varios PA sucesivos, así como varios pulsos de Ca++ y que se mantenga una elevada [ ] de calcio en el sarcoplasma.

Estado Muscular A la luz de los procesos antes descritos podemos afirmar que en el músculo están presentes todos los elementos necesarios para que se produzca una contracción…….sin embargo el músculo no está permanentemente contraído. De este modo, existe una verdadera permanente inhibición de la contracción ; y esta se produce solo cuando se necesita. Lo que el estímulo hace es “detener” la inhibición para que la contracción se lleve a cabo.

Resumen Para que se formen los puentes cruzados es necesario que la cabeza de la miosina se una a sitios específicos de la actina G. En reposo (bajo Ca++) los sitios de la actina no pueden ser ocupados porque están cubiertos por la tropomiosina. Al llegar un estímulo, aumenta la [ ] de calcio en el sarcoplasma fijándose a la troponina fijadora de calcio (TNC). Esta unión produce un cambio conformacional que hace que la tropomiosina descubra los sitios de la actina destinados a unirse con la miosina. Estos cambios hacen que la TNI pierda su capacidad de inhibir la ATPasa de la cabeza de la miosina. Liberados los sitios, se forman los puentes iniciándose la contracción.

Energía para la contracción El músculo es una máquina química……es capaz de transformar más del 50% de la energía que le aportan los dadores energéticos químicos en energía mecánica. El dador de energía más inmediato del músculo es el ATP. El ATP almacenado en las mitocondrias del músculo alcanzaría a proveer la energía necesaria para la contracción solo durante fracciones de segundo. La fuente de ATP para la contracción proviene de la FOSFOCREATINA !!!

Rol del ATP El ATP en el músculo interviene en 2 procesos : - El accionar de las cabezas de miosina. - La actividad de las bombas de Ca++ en el RS Una molécula de ATP se fija a la cabeza de miosina. El ATP se hidroliza (ADP + P) y libera Energía. La cabeza de miosina se energiza y rota a una nueva posición. Cuando aumenta el Ca++ se inicia el fenómeno de la contracción.

Rol del ATP Para reiniciar el proceso se necesita “liberar” los puentes de actina-miosina y la cabeza de miosina vuelva a su posición original activada…….para eso se requiere de energía que es aportada por una nueva molécula de ATP. Las bombas de calcio del RS llevan este desde el sarcoplasma de vuelta al interior del RS…..este fenómeno funciona gracias a una ATPasa calcio dependiente (al aumentar la presencia de calcio, se activan las bombas). EJ.- Al no haber ATP (cadáver) no pueden romperse o liberarse los puentes de actina-miosina y el músculo permanece contraído (rigor mortis).

Rol del ATP Como hemos visto, el ATP se utiliza tanto en la contracción como en la relajación del músculo. Fosfocreatina : proviene de la creatina ( que se forma en el hígado a partir de metionina, glicina, arginina y ATP) y que es fosforilada. La fosfocreatina es hidrolizada, liberando ATP y dando origen a la creatinina que pasa al medio extracelular. La fosfocreatina no solo funciona como un reservorio de ATP, sino que también del trasporte del ATP desde el espacio mitocondrial al medio sarcoplásmico !!!

Rol del ATP Durante el reposo muscular, el ATP transfiere su fosfato a la creatina, reconstituyéndose una parte de esta y quedando disponible para la contracción muscular. Para el músculo esquelético el ATP proviene fundamentalmente del metabolismo de la glucosa y el glicógeno (la glucosa ingresa al músculo por acción de la insulina). En menor proporción, el músculo esquelético puede utilizar ácidos grasos como fuente de ATP……en cambio, el músculo cardíaco puede usarlos en una proporción mucho mayor.

próximamente……..el Músculo Liso !!!