EXCITACIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO: A- TRANSMISIÓN NEUROMUSCULAR B-ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN

UNIÓN NEUROMUSCULAR Las fibras musculares esqueléticas son inervadas por fibras nerviosas grandes y mielinizadas que se originan en las grandes motoneuronas del asta anterior de la médula espinal: Cada fibra nerviosa se ramifica muchas veces estimulando entre tres y cientos de de fibras musculares esqueléticas. La terminación nerviosa establece una unión cerca del punto medio. Sólo existe una unión por fibra.

ANATOMÍA UNIÓN NEUROMUSCULAR Los extremos de la fibra nerviosa forman un complejo de terminales nerviosos ramificados, que penetran en la fibra muscular, pero que quedan por fuera de la membrana plasmática de la fibra muscular (Placa Motora). La invaginación de la membrana se denomina depresión sináptica. El espacio que existe entre la terminal y la ehndidura de la fibra se llama hendidura sináptica.

ACETILCOLINA En las terminales axonales existen muchas mitocondrias que suministran energía para la síntesis de Acetilcolina. Se sintetiza en el citoplasma del terminal. Luego se absorbe rápidamente a las numerosas pequeñas vesículas sinápticas (unas 300.000). Ligada a la matriz de la lámina basal existen grandes cantidades de la enzima acetilcolinesterasa.

SECRECIÓN DE ACETILCOLINA Cuando un impulso nervioso alcanza la unión neuromuscular se liberan aproximadamente 125 vesículas de Acetilcolina desde la hendidura sináptica. Sobre la superficie interna de la membrana neural están las barras densas lineales. A cada lado de cada barra densa existen partículas proteicas que penetran en la membrana y que se cree que son canales de calcio regulados por voltaje.

SECRECIÓN DE ACETILCOLINA Cuando el potencial de acción se extiende por la terminal, estos canales se abren y permiten que difundan a su interior grandes cantidades de calcio. Los iones de calcio, a su vez, ejercen una atracción sobre las vesículas de Acetilcolina arrastrándolas a la parte de la membrana neural contigua a las barras densas.

SECRECIÓN DE ACETILCOLINA Algunas de las vesículas se fusionan con la membrana neural y vacían su Acetilcolina al interior del espacio sináptico por exocitosis.

EFECTO DE LA ACETILCOLINA LIBERADA Esta Acetilcolina liberada actúa sobre la membrana postsináptica para abrir los canales iónicos regulados por ella. Los canales iónicos se ubican casi exclusivamente cerca de las bocas de los pliegues situados inmediatamente por debajo de las zonas de barras densas, donde se vacían al espacio sináptico las vesículas de Acetilcolina.

EFECTO DE LA ACETILCOLINA LIBERADA Los canales permanecen cerrados hasta que se liberan cantidades suficientes de moléculas de Acetilcolina. Esto permite que pasen los iones positivos importantes: Na, K, Ca. Los iones negativos no pasan por el canal debido a que existen fuertes cargas negativas en la boca del canal. En la práctica penetran al interior mucho más iones de Na con cargas positivas que de otros iones.

EFECTO DE LA ACETILCOLINA LIBERADA Todo ello crea un cambio local de potencial en la membrana de la fibra muscular, llamado potencial de placa motora. A su vez este potencial de placa motora inicia un potencial de acción en la membrana muscular, así causa la contacción muscular.

DESTRUCCIÓN DE LA ACETILCOLINA La acetilcolina una vez liberada al espacio sináptico continúa activando los receptores de acetilcolina mientras persiste en él. Luego se elimina por dos mecanismos: Destruida por la acetilcolinesterasa. Una pequeña cantidad difunde fuera del espacio sináptico (deja de estar disponible).

FATIGA DE LA UNIÓN Generalmente, cada impulso que llega a la placa causa aproximadamente tres veces más potenciales de placa motora que los requeridos. La estimulación repetida e intensa con frecuencia disminuye el número de vesículas de Acetilcolina liberadas en cada impulso, de forma que dejan de propagarse En condiciones normales de funcionamiento la fatiga de la unión ocurre raras veces.

POTENCIAL DE ACCIÓN MUSCULAR Potencial de membrana en reposo: unos –80 a –90 milivoltios en las fibras esqueléticas. Duración del potencial de acción: de 1 a 5 milisegundos en el músculo esquelético. Velocidad de conducción: 3 a 5 m/s.

ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN

SISTEMA DE TÚBULOS TRANSVERSALES Cada miofibrilla está rodeada por el sistema de túbulos en T del retículo sarcoplásmico. Los túbulos T son muy finos y discurren transversalmente respecto a las miofibrillas. Los túbulos en T son extensiones de la membrana celular hacia el interior.

SISTEMA DE TÚBULOS TRANSVERSALES Cuando un potencial de acción se disemina por la membrana de una fibra muscular, se extiende también por los túbulos T hasta la profundidad de la fibra muscular. Las corrientes del potencial de acción que rodean a estos túbulos en T desencadenan después la contracción muscular.

RETÍCULO SARCOPLÁSMICO Esta compuesto de dos partes: Túbulos longitudinales largos que discurren paralelos a las miofibrillas. Los túbulos mencionados terminan en grandes cámaras denominadas cisternas terminales, las cuales son contiguas a los túbulos T.

LIBERACIÓN DE IONES CALCIO POR EL RETÍCULO SARCOPLÁSMICO El RS muestra en el interior de sus túbulos vesiculares grandes concentraciones de iones calcio. Estos son liberados cuando se produce el potencial de acción en el túbulo T contiguo. Los iones de calcio liberados se ligan fuertemente a la Troponina C y esto a su vez desencadena la contracción muscular.

BOMBA DE CALCIO Tras la liberación de los iones de calcio de los túbulos sarcoplásmicos y su difusión a las miofibrillas, la contracción muscular se prolongará mientras la concentración de calcio siga siendo elevada. La bomba de Ca continuamente activa situada en las paredes de RS bombea el Ca fuera de las miofibrillas al interior de los túbulos sarcoplásmicos.

BOMBA DE CALCIO Excepto inmediatamente después del potencial del acción la concentración del Ca en las miofibrillas se mantiene en un nivel extremadamente bajo.

“PULSO” EXCITADOR DE IONES CALCIO La concentración normal de Ca en el citosol que baña las miofibrillas es demasiado baja como para desencadenar la contracción. En estado de reposo el complejo Troponina-Tropomiosina mantiene inhibido el filamento de actina y el estado de relajación del músculo.

“PULSO” EXCITADOR DE IONES CALCIO La excitación total del sistema de túbulos T del RS causa la liberación suficiente de iones Ca lo que a concentración suficiente permite la contracción.

CONTRACCIÓN Y EXITACIÓN DEL MÚSCULO LISO

TIPOS DE MÚSCULO LISO El músculo liso de cada órgano se distingue del de la mayoría de los órganos restantes de varias maneras: Dimensiones físicas. Organización en haces o vainas. Respuesta a diferentes tipos de estímulos. Características de su inervación y función. Generalmente se divide en dos tipos fundamentales:

A-MÚSCULO LISO MULTIUNITARIO Este tipo de músculo está compuesto de fibras musculares lisas discretas. Cada fibra opera independientemente de las otras y con frecuencia es inervada por una única terminación nerviosa, como ocurre en las fibras musculares esqueléticas. Ejemplos: músculo ciliar del ojo, del iris ocular, músculos piloerectores.

B-MÚSCULO LISO UNITARIO Significa que una masa de cientos a millares de fibras musculares pueden contraerse juntas como si fueran una sola unidad. Están habitualmente asociadas en capas o haces, y sus membranas celulares se adhieren unas a otras en muchos puntos, de forma que la fuerza generada en una fibra se transmite a la siguiente. Ejemplo: mayoría de las vísceras del cuerpo.

EL PROCESO CONTRÁCTIL El músculo liso contiene filamentos de actina y miosina. No contiene el complejo de troponina normal necesario para la contracción del músculo esquelético, de forma que el mecanismo de control es diferente. Se ha demostrado que la actina y la miosina del músculo liso interaccionan de forma muy similar a como lo hacen la actina y la miosina del músculo esquelético.

EL PROCESO CONTRÁCTIL El proceso contráctil es activado por iones de calcio. La energía para la contracción es suministrada por la degradación del ATP o ADP.

BASES FÍSICAS DE LA CONTRACCIÓN El músculo liso no tiene la disposición estriada de los filamentos de actina y miosina que se aprecia en el músculo esquelético. Muestra grandes cantidades de filamentos de actina unidos a los denominados cuerpos densos. Algunos de estos cuerpos están unidos a la membrana celular.

BASES FÍSICAS DE LA CONTRACCIÓN Otros están dispersos en el interior de la célula y son mantenidos en su posición por un armazón de proteínas estructurales que unen estos cuerpos densos entre sí. Básicamente, la fuerza de contracción se transmite de una célula a la otra a través de estos enlaces. Entre los numerosos filamentos de actina se intercalan algunos filamentos de miosina.

COMPARACIÓN ENTRE LA CONTRACCIÓN LISA Y ESQUELÉTICA Aunque la mayor parte de los músculos esqueléticos se contraen y se relajan rápidamente, la mayor parte de la contracción muscular lisa es una contracción prolongada tónica que a veces dura horas o incluso días. Por tanto, cabe esperarse que las características físicas entre ambas sea diferente. Describiremos algunas de esas diferencias:

CICLO LENTO DE LOS PUENTES TRANSVERSALES La rapidez del ciclo de los puentes transversales es mucho más lenta en el músculo liso que en el esquelético. Es decir, su unión a la actina, después de su liberación de la actina y la nueva unión para el ciclo siguiente.

ENERGÍA REQUERIDA Para mantener la misma tensión de contracción en el músculo liso que en el esquelético sólo se requiere de 1/10 a 1/300 de la energía. Se atribuye a la lentitud de los ciclos de los puentes transversales y debido a que sólo se requiere una molécula de ATP por cada ciclo, independientemente de su duración.

COMIENZO DE LA CONTRACCIÓN Y RELAJACIÓN Un músculo liso típico comienza a contraerse 50 a 100 milisegundos después de haberse exitado. Alcanza la contracción máxima ½ seg más tarde aproximadamente. Su fuerza de contracción disminuye después en 1-2 seg. Esto da un tiempo total de contracción de 1-3 seg. Esto es 30 veces más que el de un músculo esquelético.

FUERZA DE CONTRACCIÓN MUSCULAR A pesar de la relativa escazes de filamentos de miosina en el músculo liso y a pesar del ciclo lento de los puentes transversales, la fuerza máxima de contracción del músculo liso es con frecuencia superior a la del músculo esquelético.

PORCENTAJE DE ACORTAMIENTO Otra diferencia es su capacidad de acortarse en un porcentaje de su longitud mucho mayor, a la vez que mantiene una fuerza de contracción casi máxima.

MECANISMO DE “CERROJO” Una vez que el músculo liso ha desarrollado la contracción máxima, el grado de activación del músculo puede reducirse habitualmente a un nivel mucho menor del inicial, conservando el músculo, sin embargo, su máxima fuerza de contracción. La importancia es que puede mantener la contracción prolongada en el músculo liso durante horas con escaso consumo de energía.

RELAJACIÓN DE ESTRÉS El músculo liso tiene capacidad para retornar a una fuerza de contracción casi idéntica a la original segundos o minutos después de ser alargado o acortado. El fenómeno de relajación de estrés probablemente está relacionado con el fenómeno de cerrojo. Cuando el músculo se distiende inicialmente, el fenómeno de cerrojo se opone al cambio de longitud.

CONTRACCIÓN SIN POTENCIAL DE ACCIÓN EN EL MÚSCULO LISO La mitad de toda la contracción del músculo liso no es desencadenada por potenciales de acción. Se realiza por medio de factores estimuladores que actúan directamente sobre la maquinaria contráctil del músulo liso: Factores tisulares locales. Diversas hormonas.