Capítulo 10 Tejido Muscular III Biol 3791 UPR – Aguadilla JA Cardé, Ph. D. © 2015 Pearson Education, Inc.

10-1 Introducción al Tejido Múscular Objetivos 10-1 Mencionar las funciones del tejido músculo- esqueletal. 10-2 Describir la organización del músculo al nivel de tejido. 10-3 Describir las características de las fibras musculares e identificar los componentes estructurales del sarcómero. 10-4 Identificar los componentes de la unión neuromuscular, y resumir los eventos involucrados en el control neural de la contracción y relajación © 2015 Pearson Education, Inc.

10-1 Introducción al Tejido Múscular Objetivos 10-5 Describir el mecanismo responsible de la producción de tensión en la fibra muscular y comparar distintos tipos de contracciones 10-6 Describir los mecanismos por los cuales las fibras musculares obtienen energía para producir las contracciones. 10-7 Relacionar los tipos de fibras musculares al desempeño del músculo y distinguir entre resistencia aeróbica y anaeróbica © 2015 Pearson Education, Inc. 3

10-1 Introducción al Tejido Múscular Objetivos 10-8 Identificar las diferencias estructurales y funcionales de las fibras musculares esqueletales con las cardiacas 10-9 Identificar las diferencias funcionales y estructurales de las fibras musculares esqueletales con las del músculo liso y discutir los roles del músculo liso en los sistemas a traves del cuerpo. © 2015 Pearson Education, Inc. 4

10-6 Energía para las Contracciones ATP: Provee la energía para la contracción muscular Contracción sostenida de un músculo utiliza mucha energía derivada de ATP El músculo almacena suficiente energía para iniciar la contracción Las fibras musculares deberán producir mas ATP según sea necesario © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones ATP y las Reservas de CP Trifosfato de Adenosina (ATP) La molécula de energía Fosfato de Creatina (CP) Molécula de almacenamiento para el exceso de ATP en el músculo en reposo ADP se recarga en ATP con la energía Quinasa de creatina (CK) Cuando se agota el CP, se usan otros mecanismos para generar ATP © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones Producción de ATP Las células producen ATP de dos formas Metabolismo Aeróbico de acidos grasos en la mitocondria Glucólisis Anaerobica en el citoplasma © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones Metabolismo Aeróbico Fuente de energía primaria para músculos en reposo Degradación de ácidos grasos Produce 34 ATPs/molécula de glucosa Glucolísis Fuente de energía primaria para el actividad muscular extrema Produce 2 ATPs / molécula de glucosa Utiliza glucosa derivada de glucógeno almacenado en el tejido muscular esqueletal © 2015 Pearson Education, Inc.

Table 10-1 Sources of Energy in a Typical Muscle Fiber.

10-6 Energía para las Contracciones Uso de energía y el nivel de actividad muscular En reposo, los músculos esqueletales Metabolizan ácidos grasos  glucosa Almacenan glucógeno Actividad moderada, los músculos esqueletales Generan ATP por la degradación de carbohidratos, lípidos y aminoácidos Actividad intensa, los músculos esqueletales obtienen su energía Metabolismo anaeróbico Generan acido láctico como producto secundario © 2015 Pearson Education, Inc.

Figure 10-20 Muscle Metabolism (Part 1 of 3). Muscle Metabolism in a Resting Muscle Fiber • In a resting skeletal muscle, the demand for ATP is low, and there is more than enough oxygen available for mitochondria to meet that demand. Fatty acids O2 G Blood vessels • Resting muscle fibers absorb fatty acids, which are broken down in the mitochondria creating a surplus of ATP. Glucose Glycogen • Some mitochondrial ATP is used to convert absorbed glucose to glycogen. ADP ADP CP • Mitochondrial ATP is also used to convert creatine to creatine phosphate (CP). Mitochondria ATP • This results in the buildup of energy reserves (glycogen and CP) in the muscle. CO2 Creatine

Figure 10-20 Muscle Metabolism (Part 2 of 3). Muscle Metabolism during Moderate Activity • During moderate levels of activity, the demand for ATP increases. Fatty acids O2 • There is still enough oxygen for the mitochondria to meet that demand, but no excess ATP is produced. Glucose Glycogen • The muscle fiber now relies primarily on the aerobic metabolism of glucose from stored glycogen to generate ATP. 2 ADP 2 ATP • If the glycogen reserves are low, the muscle fiber can also break down other substrates, such as fatty acids. Pyruvate 34 ADP • All of the ATP now produced is used to power muscle contraction. 34 ATP CO2 To myofibrils to support muscle contraction

Figure 10-20 Muscle Metabolism (Part 3 of 3). Muscle Metabolism during Peak Activity • During peak levels of activity, the demand for ATP is enormous. Oxygen cannot diffuse into the fiber fast enough for the mitochondria to meet that demand. Only a 1/3 of the cell’s ATP needs can be met by the mitochondria (not shown). Lactate Glucose Glycogen • The rest of the ATP (2/3)comes from glycolysis, and when this produces pyruvate faster than the mitochondria can utilize it, the pyruvate builds up in the cytosol. This process is called anaerobic metabolism because no oxygen is used. 2 ADP ADP CP 2 ATP Pyruvate ATP Creatine • Under these conditions, pyruvate is converted to lactic acid, which dissociates into a lactate ion and a hydrogen ion. Lactate To myofibrils to support muscle contraction H+ • The buildup of hydrogen ions increases fiber acidity, which inhibits muscle contraction, leading to rapid fatigue.

10-6 Energía para las Contracciones Fatiga Muscular Músculo no puede realizar mas una actividad requerida: fatigado Fatiga Muscular resultado de: Agotamiento de reservas metabólicas Daños al sarcolema y al retículo sarcoplásmico Acidosis (ácido láctico) Cansancio y dolor muscular © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones El Periodo de Recuperación Tiempo requerido luego de ejercicios para que el músculo regrese a su condición normal Tiempo requerido para que el oxígeno vuelva a estar disponible Tiempo requerido para que la mitocondria vuelva a reactivarse © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones Remoción y Reciclaje del Ácido láctico El Ciclo de Cori Serie de reacciones que resultan en: La remoción y reciclaje del ácido láctico en el hígado Conversión de lactato a piruvato en el hígado Gluconeogésis © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones La Deuda de Oxígeno Luego de ejercicios o cualquier otro uso intenso de los músculos: El cuerpo necesitará mas oxígeno que lo normal para normalizar las actividades metábolicas Resulta en una respiración acelerada (hiperventilación) También conocida como: excess postexercise oxygen consumption (EPOC) © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones Producción y Pérdida de Calor Actividad muscular produce calor Hasta un 70% de la energía muscular se puede perder como calor Hipertermia © 2015 Pearson Education, Inc.

10-6 Energía para las Contracciones Metabolismo muscular y hormonas Hormona de crecimiento Testosterona Estimulan sintesis de proteinas contractiles Agrandamiento de los músculos esquelatales Hormonas Tiroideas Regulación positiva de la intensidad del consumo de energía en músculos Epinefrina Crisis agudas, estimula el metabolismo Aumenta la duración y la fuerza de la contracción © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Desempeño medido o estimado por: Fuerza La máxima cantidad de tensión producida Resistencia La cantidad de tiempo que se puede sostener la actividad Fuerza y Resistencia dependen de: Tipo de fibras musculares Acondicionamiento físico © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Tres Tipos de Fibras Principales Fibras Rápidas Fibras Lentas Fibras Intermedias © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Fibras Rápidas Se contraen rápidamente Mucho diámetro Grandes reservas de glucógeno Pocas mitocondrias Contracciones fuertes Se fatigan rápido © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Fibras Lentas Contracción lenta Se fatigan lentamente Diámetro pequeño Muchas mitocondrias Alto suplido de oxígeno Contienen mioglobina © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Fibras Intermedias Tamaño intermedio Poca hemoglobina Mas vascularización que las rápidas pero menos que las lentas Fatiga intermedia © 2015 Pearson Education, Inc.

Figure 10-21 Fast versus Slow Fibers. Capillary Slow fibers Smaller diameter, darker color due to myoglobin; fatigue resistant LM × 170 Fast fibers Larger diameter, paler color; easily fatigued LM × 170 LM × 783

Table 10-2 Properties of Skeletal Muscle Fiber Types.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Desempeño Muscular y la Distribución de Fibras Músculos blancos Predominan fibras rápidas Pálidos (e.g., carne blanca, pechuga) Músculos rojos Predominan fibras lentas Oscuro (e.g., carne magra, oscura, muslos) Músculos en humanos Fibras mezcladas Rosada © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Hipertrofia muscular Crecimiento muscular por entrenamiento pesado Aumento en el diámetro de las fibras Aumento en el número de miofibrillas Aumento en mitocondrias y reservas de glucógeno Atrofia muscular Deficiencia o ausencia de actividad muscular Se reduce El tamaño El tono La fuerza © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Acondicionamiento Físico Mejora tanto la fuerza como la resistencia Actividades Anaeróbicas (e.g., 50-100 metros, halterofilia) Usa fibras rápidas Consiste de actividad extenuante y resulta en fatiga rápida Se desarrollan: Con rutinas cortas, intensas y frecuentes Resulta en hipertrofia © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Acondicionamiento Físico Mejorar la fuerza y la resistencia Actividades Aeróbicas (actividad prolongada) Dependen de la mitocondria Requieren nutrientes y oxígeno Resulta en: Mas resistencia por el entrenamiento de la fibras rápidas convirtiéndolas en intermedias Mejor desempeño cardiovascular y cardiorespiratorio © 2015 Pearson Education, Inc.

10-7 Resistencia y los Tipos de Fibras Musculares Importancia del Ejercicio Lo que no se usa, se atrofia El tono muscular es un reflejo de la actividad basal de las unidades motoras Flacidez muscular aparece con la inactividad, sea esta de días o semanas La fibras musculares degradan sus proteínas, se reduce su tamaño y fuerza Inactividad prolongada  fibrosis Tejido fibroso reemplaza las fibras musculares © 2015 Pearson Education, Inc.

10-8 Tejido Muscular Cardiaco Tejiodo muscular cardiaco Células estriadas Solo en el corazón Estrías similares a las esqueletales El arreglo interno de las miofilamentos es similar © 2015 Pearson Education, Inc.

10-8 Tejido Muscular Cardiaco Características Estructurales Distion a las esqueletales, células musculares cardiacas (cardiocitos): pequeñas mononucleadas Tubos T cortos, anchos No triadas Retículo Sarcoplásmico sin cisternas terminales Aeróbicas Ricas en mioglobina y mitocondrias Discos intercalados © 2015 Pearson Education, Inc.

10-8 Tejido Muscular Cardiaco Discos Intercalados Puntos de contactos especializados entre cardiocitos Conectan las membranas celulares de cardiocitos adyacentes Uniones gap, desmosomas Funciones Estructural Amplificar las conecciones moleculares y eléctricas Conducción de potencial de acción © 2015 Pearson Education, Inc.

10-8 Tejido Muscular Cardiaco Discos Intercalados Coordinan la contracción de los cardiocitos Conectan los cardiocitos Mecánicamente Químicamente Eléctricamente PLT El corazón funciona como una sola célula Como una masa de células fundidas © 2015 Pearson Education, Inc.

Figure 10-22a Cardiac Muscle Tissue. Cardiac muscle cell Intercalated discs Nucleus Cardiac muscle tissue LM × 575 a A light micrograph of cardiac muscle tissue.

Figure 10-22b Cardiac Muscle Tissue. Cardiac muscle cell (intact) Intercalated disc (sectioned) b A diagrammatic view of cardiac muscle. Note the striations and intercalated discs. Mitochondria Nucleus Intercalated discs Cardiac muscle cell (sectioned) Myofibrils

Figure 10-22c Cardiac Muscle Tissue. Entrance to T tubule Sarcolemma Mitochondrion Contact of sarcoplasmic reticulum with T tubule Sarcoplasmic reticulum Myofibrils c Cardiac muscle tissue showing short, broad T tubules and SR that lacks terminal cisternae.

10-8 Tejido Muscular Cardiaco Características Funcionales Automaticidad Contracción independiente de estímulo neural Controlada por células marcapaso Tensión variable de la contracción Controlado por el sistema nervioso Tiempo de contracción alargado 10 veces mas largo que en la esqueletal Previene la sumación de ondas y el tétano Periodo refractorio largo © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso En los Sistemas Corporales: Formado alrededor de otros tejidos Integumentario Músculo Arrector pili , reacción “carne de gallina” Vasos sanguíneos y vías de aire Regula presión arterial y flujo de aire En sistema reproductivo y endocrino Produce movimientos, secreciones Sistema digestivo y urinario esfínteres contracciones © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Características Estructurales No estriado Miosina y actina pero organización interna diferente Características funcionales diferentes © 2015 Pearson Education, Inc.

Figure 10-23a Smooth Muscle Tissue. Circular muscle layer T Longitudinal muscle layer L Smooth muscle tissue LM × 100 a Many visceral organs contain several layers of smooth muscle tissue oriented in different directions. Here, a single sectional view shows smooth muscle cells in both longitudinal (L) and transverse (T) sections.

Figure 10-23b Smooth Muscle Tissue. Relaxed (sectional view) Dense body Actin Myosin Relaxed (superficial view) Adjacent smooth muscle cells are bound together at dense bodies, transmitting the contractile forces from cell to cell throughout the tissue. Intermediate filaments (desmin) Contracted (superficial view) b A single relaxed smooth muscle cell is spindle shaped and has no striations. Note the changes in cell shape as contraction occurs.

10-9 Tejido Muscular Liso Características Largo, finas, fusiforme Mononucleadas No tubos T, Mo miofribrillas, NO sarcómeros No tendones, No aponeurosis Fibras de miosina dispersas Fibras de miosina con mas cabezas por filamento grueso Filamentos finos unidos a cuerpo densos Transmiten la contracción de una célula a otra © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Características Funcionales Excitación – contracción acopladas Relación entre longitud-tensión Control de las contracciones Tono muscular liso © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Excitación–Contracción Acopladas Ca2+ libre en el citoplasma dispara la contracción Ca2+ liga calmodulina En el sarcoplasma Activa a la quinasa de miosina de cadena liviana Degrada ATP, activa la contracción © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Relación Longitud – Tensión Filamentos finos y gruesos estan dispersos No hay relación entre la longitud en reposo y el desarrollo de tensión Funciona en un rango amplio de longitudes (plasticidad) © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Control de las Contracciones Unidad motora vs Multiunidad motora Conectada a neuronas motoras Células musculares Viscerales No conectada a neuronas motoras Ciclos rítmicos de actividad Controlados por células de ritmicidad © 2015 Pearson Education, Inc.

10-9 Tejido Muscular Liso Tono muscular liso Mantiene niveles normales de actividad Modificado por factores Neurales Simpático vs parasimpático Hormonales Oxitocina, trabajo de parto Químicos Niveles de oxígeno entrada capilar © 2015 Pearson Education, Inc.

Table 10-3 A Comparison of Skeletal, Cardiac, and Smooth Muscle Tissues.