Universidad de Puerto Rico en Aguadilla Departamento de Ciencias Naturales Jesús Lee-Borges, PhD; José A. Cardé, PhD Capítulo 10 – Sistema Muscular Biol 3791 – Biología Humana III

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

Funciones del músculo esquelético 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?

Tres tipos de músculos 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 …

SECCIÓN 10-2 Anatomía del músculo esquelético

Organización del tejido conjuntivo 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 PLAY Animation: Gross anatomy of skeletal muscle

Figura 10.1 Organización del músculo esquelético Organo: musculo Tejidos: - Celulas: Organulos Macromoleculas Figure 10.1

Fibras del músculo esquelético 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

Figura 10.3 Estructura de la fibra del músculo esquelético Figure 10.3

Miofibrillas Filamentos finos y gruesos Organización regular 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

Reticulo Sarcoplasmico 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

Sarcomeros I 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

Figura 10.4 Estructura del sarcómero, Parte I Figure 10.4

Sarcomeros II 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)

Figura 10.5 Estructura del sarcómero, Parte II Figure 10.5

Sarcomeros III 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

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

Filamentos finos 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 gruesos 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

Figura 10.7 Filamentos finos y gruesos Figure 10.7

Teoría del filamento deslizante 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

Figure 10.8 Cambios en la apariencia del sarcómero durante la contracción de la fibra muscular PLAY Animation: Sliding filament theory Figure 10.8

Quiz – 10/8/07-Paree las letras con las figuras 1_______________ 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 2________________

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?____ Figure 10.9

Inervación: Control Actividad Muscular 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

Figura 10.10 Inervación del músculo esquelético Figure 10.10a, b

Figura 10.10 Inervación del músculo esquelético PLAY Animation: Neuromuscular junction Figure 10.10c

Exitación-Contracción: Acoplamiento 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 ?

Figura 10.12 Ciclo de contracción Ca+2 se une a troponina . . . Comienza el ciclo Miosina - ATPasa - energizada ATP --> ADP + P Exposición de sitios activos (Ca+2) Formación Puentes Cruzados (miosina y actina) Pivote de Cabezas de Miosina (hacia la línea M, energizadas) Separación Puentes Cruzados (por llegada de ATP) Reactivación de Miosina (ATP--> ADP + P; otra vez) Figure 10.12

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

Tensión 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

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

Excitación/contracción 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

Relajación La acetilcolinesterasa degrada la ACh Limita la duración de la contracción

Pasos en la contracción del músculo esquelético

SECCIÓN 10-4 Producción de tensión

Producción de tensión por las fibras musculares Principio del todo o nada La tensión depende en el número de puentes cruzados que se formen

Figura 10.13 Efecto del largo del sarcómero sobre la tensión Figure 10.13

Tipos de contracciones 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

Efecto de estimulos repetidos 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

Figura 10.15 Efectos de estimulos repetidos Figure 10.15

Figura 10.14 El espasmo y el desarrollo de tensión Figure 10.14

Unidad motora Unidades motoras Tono muscular 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

Figura 10.17 Arreglo de la unidad motora en el músculo esquelético Figure 10.17

Contracciones Isotónicas 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 PLAY Animation: Whole Muscle Contraction

Figura 10.18 Contracciones isotónicas e isométricas Figure 10.18

Figura 10.19 Resistencia y velocidad de la contracción PLAY Animation: Skeletal muscle contraction Figure 10.19

Contracción muscular requiere grandes cantidades de energía 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

Figura 10.20 Metabolismo muscular Figure 10.20

Figura 10.20 Metabolismo muscular Figure 10.20

Uso de energía y los niveles de actividad muscular 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

Periodo de recuperación 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

Acondicionamiento fisico 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 PLAY Animation: Muscle fatigue

Tipos de fibras del músculo esquelético Fibras rapidas Fibras lentas Fibras intermedias

Figura 10.21 Fibras rapidas versus lentas Figure 10.21

Fibras rápidas Diámetro mas grande Contienen miofibrillas agrupadas densamente Relativamente pocos mitocondrios Producen contracciones rapidas, poderosas y de corta duración

Fibras lentas 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 intermedias Similar a las fibras rapidas Mayor resistencia a la fatiga

Comparación entre los tipos de fibras musculares

Rendimiento muscular y la distribución 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

SECCIÓN 10-7 Tejido muscular cardíaco

Características estructurales del músculo 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

Figura 10.22 Tejido muscular cardíaco Figure 10.22

Características funcionales del tejido muscular cardíaco Estimulacion intrinseca Contracciones mas duraderas que la del músculo esquelético No exhiben suma de ondas Contracciones tetanicas no son posible

SECCIÓN 10-8 Tejido muscular liso

Características estructurales del músculo liso No estriado No poseen sarcómeros Filamentos finos anclados a cuerpos densos Involuntarios

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.