FISIOLOGÍA DE LA MEMBRANA EL NERVIO Y EL MUSCULO

 

1.- TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS CELULARES

El transporte de sustancias a través de las membranas consiste en observar las concentraciones aproximadas de los electrolitos más importantes y de otras sustancias sea en el líquido extracelular o intracelular, estas diferencias de concentración son muy importantes en la vida de la célula por el cual se explicara de manera más detallada los tipos de transportes de membranas hacen la diferencia de estas concentraciones.

Como se sabe la membrana celular consiste en una Bicapa Lipídica aunque también contiene grandes números de moléculas proteicas insertadas en los lípidos,  no es miscible (que no se mezcla) entre el líquido extracelular e intracelular. Por tanto constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles entre los compartimentos de estos líquidos, pero también hay sustancias liposolubles que pueden pasar a través de esta barrera y difunden directamente a través de la sustancia lipídica.

Para el transporte de sustancias de un lugar con mayor concentración a otro lugar con menor concentración se necesitan proteínas transportadoras que se unen a las moléculas o iones que se van a transportar mediante cambios conformacionales de las moléculas de la proteína de un lado a otro. Algunas de estas son:

Proteínas de canales estas tienen espacios acuosos en todo su trayecto del interior y permiten el movimiento libre de agua, así como de iones o moléculas seleccionadas.

Proteínas transportadoras estas se une a moléculas o iones que se van a transportar y hacen cambios conformacionales de las moléculas de la proteína desplazan después las sustancias a través de los intersticios de la proteína hasta el otro lado de la membrana

NOTA: Estos dos tipos de proteínas son selectivos para todo tipo de moléculas o iones a través de la membrana.

Para el transporte de estas moléculas o iones se necesitan aplicar los diferentes tipos de transporte que existen a través de la membrana celular ya sea directamente o a través de las proteínas. Se presentas dos procesos básicos: transporte pasivo o transporte activo.

Transporte pasivo

Conlleva movimiento de molécula A FAVOR de su gradiente de concentración (de mayor a menor) para mantener equilibrio en la célula. No requiere energía celular.

Este se divide a su vez por:

1. Difusión simple: refiere a un movimiento aleatorio de las sustancias de molécula a molécula, a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación de una proteína transportadora, no requiere de energía, utiliza su propia energía cinética. En este proceso pasan las sustancias tanto liposolubles como insolubles:

• Sustancias liposolubles (sustanciassolubles en grasas, aceites​ y otros solventes orgánicos no polares). Estas sustancias pueden disolverse directamente en la bicapa lipídica y es directamente proporcional a su liposolubilidad

Ejemplos: Oxigeno (), nitrógeno (N), anhídrido carbónico (), Alcoholes

• Sustancias insolubles: como el agua pasa a través de canales específicos como (poros) llamados acuaporinas existen 13 tipos de estos canales. También pasan con mayor rapidez y moléculas que sean hidrosolubles y de un tamaño lo suficientemente pequeño.

 Características de estos tipos de canales:

Son permeables de manera selectiva a ciertas sustancias

Estos canales se pueden abrir o cerrar por compuertas reguladas por señales eléctricas (canales activados por voltaje) o sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligando)

2. Difusión facilitada precisa la interacción de una proteína transportadora la cual ayuda al paso de moléculas o de los iones a través de la membrana mediante su unión química con estos o su desplazamiento a través de la membrana.

Este mecanismo permite que la molécula transportada se mueva es decir en ambas direcciones de la membrana.

Produce un cambio conformacional o químico en la proteína transportadora.

Entre las numerosas sustancias que atraviesan la membrana mediante este mecanismo están la: Glucosa y aminoácidos (también entre los  monosacáridos similares a la glucosa como la fructosa y la galactosa) mediante proteínas específicas.

 

 La velocidad de la difusión es proporcional a la diferencia de concentración a través de la membrana, tanto en el interior de la membrana como en el exterior de la membrana, lo cual determina cuantas moléculas chocan contra el exterior de la membrana cada segundo. Por lo tanto la velocidad de difusión neta hacia el interior de la célula es proporcional a la concentración en el exterior menos la concentración del interior.

También está la diferencia de presión, en ocasiones se produce una diferencia de presión entre los dos lados de una membrana permeable a lo que significa la suma de todas las fuerzas de las diferentes moléculas que chocan contra una unidad de superficie en un momento dado.

3. Osmosis es el movimiento neto del agua que se debe a la producción de una diferencia de concentración del agua. Se dice que la membrana es permeable de manera selectiva al agua pero mucho menos a otros iones.

La presión osmótica: se define como la presión hidrostática necesaria para detener el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable que separa soluciones de composición diferente.    C=mv2/2

Partículas grandes tienen una masa (m) mayor que las partículas pequeñas se mueven a velocidades más lentas.

Partículas pequeñas se mueven a mayores velocidades más rápidas

NOTA: Aquí el factor que determina la presión osmótica de una solución es la concentración de la solución en función del número de partículas no en función de la masa del soluto.

Para expresar la concentración de una solución en función del número de partículas se utiliza la unidad denominada osmol en lugar de los gramos.

Osmol es el peso molecular – gramos

• “Se dice que una solución tiene 1 osmol de soluto disuelto por cada kilogramo de agua tiene una osmolaridad de 1 osmol por kilogramo”.
• Y una solución que tiene 1/1.000 osmoles disueltos por kilogramo tiene una osmolaridad de 1 mosmol por kilogramos.
• La osmolaridad normal de los líquidos extracelular e intracelular es de aproximadamente 300 mosmol por kilogramo de agua.

El termino osmolaridad es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución en lugar de osmoles por el kilogramo de agua.

Transporte activo

Es un proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana. Se realiza con gasto de energía y en contra de un gradiente de concentración, es decir, desde un medio con menor concentración hacia otro con mayor concentración. Las proteínas transportadoras que intervienen en el transporte de moléculas requieren de un aporte energético, en forma de ATP.

Se divide en dos tipos de transportes:

Transporte activo primario: este proceso esta mediado por la energía que procede directamente de la escisión del trifosfato de adenosina (ATP) o de algún otro compuesto de fosfato de alta energía.

De este tipo de transporte destaca la:

 

Bomba sodio-potasio Na+/K+ o ATPasa: este proceso se encarga de  bombear iones de sodio hacia fuera a través de la membrana celular de todas las células y al mismo tiempo bombea iones de potasio desde el exterior hacia el interior.  

• Responsable de mantener las diferencias de concentración de sodio y potasio a través de la membrana celular.
• Establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células y positivo en el exterior.
• Tiene tres puntos receptores para la unión de iones de sodio en la porción de la proteína que protruye hacia el interior de la célula.
• Tiene dos puntos receptores para iones de potasio en el exterior
• En la porción interior de esta proteína cerca de los puntos de unión al sodio tiene actividad adenosina trifosfatasa (ATPasa).
• Responsable para controlar el volumen celular.

  Bomba de calcio: esta bomba se mantiene normalmente en una concentración muy baja en el citosol.

• Se localizan una bomba en la membrana celular bombea calcio hacia el exterior de la célula.
• La otra bombea calcio hacia uno o más orgánulos vesiculares intracelulares de la célula como el retículo sarcoplasmaticos de las células musculares y las mitocondrias en todas las células.

 Transporte activo secundario

Es un proceso donde la energía procede secundariamente de la energía que se ha almacenado en forma de diferencias de concentración iónica de sustancias moleculares o iónicas secundarias entre los dos lados de una membrana celular que se generó originalmente mediante transporte activo primario.

En estas derivan dos:

Cotransporte: esta es cuando dos sustancias van a una sola dirección y se deriva por la energía de difusión del sodio el cual puede arrastrar otras sustancias junto con el sodio a través de la membrana celular. Este transporte especial para la glucosa y muchos aminoácidos contra grandes concentraciones.

Cotransporte de sodio – glucosa: son mecanismos especialmente importantes en el transporte de la glucosa. Se encuentran especialmente en células epiteliales.

Cotransporte de aminoácidos: se produce de la misma manera que la glucosa, excepto a que utiliza un grupo diferente de proteínas transportadoras. Existen 5 trasportadores de aminoácidos.

También existen cotransportadores de cloruro, yoduro, hierro y urato.

NOTA: Este cambio no se producirá un cambio conformacional que permita el movimiento de socio hacia el interior hasta que también una molécula de glucosa o un aminoácido.

Contratransportadores: este proceso se deriva cuando dos soluciones van en diferente dirección, en esta los iones de sodio intentan difundir hacia el interior de la célula debido a su gran gradiente de concentración.

Contratransporte sodio – calcio: este se produce a traves de todas o casi todas las membranas celulares de modo que los iones de sodio se muevan hacia el interior y los iones de calcio hacia el exterior ambos unidos a la misma proteína transportadora.

Contratransporte sodio – de hidrogeno: este se produce en varios tejidos, ej. Túbulos proximales de los riñones los iones de sodio se desplazan hacia la luz del túbulo hacia el interior de la célula tubular mientras que los iones de hidrogeno son contrasportadores hacia la luz tubular.

Transporte activo a través de capas celulares.

Son transportes de sustancias en todo el espesor de una capa celular en lugar de simplemente a través de la membrana celular. El transporte de este tipo se produce a través de:

• El epitelio intestinal
• Epitelio de los túbulos renales
• Epitelio de todas las células exocrinas
• El epitelio de la vesícula biliar
• La membrana del plexo coroideo del cerebro junto con otras membranas

El mecanismo básico para el transporte de sustancias a través de la lámina celular es:

• Transporte activo a través de la membrana celular de un polo de las células transportadoras de la capa.
• Difusión simple o difusión facilitada a través de la membrana del polo opuesto de la célula.

2.- POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIÓN

Los potenciales de membrana provocados por concentración de iones mantienen diferencias a través de una membrana permeable selectiva. Algunas células como células nerviosas y musculares generan impulsos electroquímicos rápidamente cambiante en sus membranas y estos impulsos se utilizan para para transmitir señales a través de las membranas de los nervios y músculos. Una diferencia de concentración de iones a través de una membrana puede, en condiciones adecuadas, crear un potencial de membrana.

La ecuación de Nernst describe la relación del potencial de difusión con la diferencia de concentración de iones a través de la membrana.

El nivel del potencial de difusión a través de una membrana que se opone exactamente a la difusión neta de un ion en particular a través de la membrana se denomina potencial de Nernst. Determinada por el cociente de las concentraciones de ese ion especifico en los dos lados de la membrana.

La ecuación de Nernst nos sirve para calcular el potencial de Nernst para cualquier ion univalente a la temperatura corporal normal (37°C)

FEM (milivoltios) = ± 61/z x log concentración interior/ concentración exterior

• FEM = Fuerza electromotriz
• Z = es la carga eléctrica del ion

La ecuación de Goldman se utiliza para calcular el potencial de difusión cuando la membrana es permeable a varios iones diferentes depende de tres factores:

• La polaridad de la carga eléctrica de cada uno de los iones
• La permeabilidad de la membrana (P) a cada uno de los iones
• Las concentraciones (C) de los respectivos iones del interior (i)
• En el exterior (e) de la membrana

La ecuación de Goldman o ecuación de Goldman- Hodgkin-Katz.

Da el potencial de membrana calculado en el interior de la membrana cuando participan dos iones positivos univalentes, sodios (Na) y potasio (K) y un ion negativo univalente, cloruro (Cl)

Potencial de membrana en reposo de las neuronas en las fibras nerviosas grandes cuando no transmiten señales nerviosas es de aproximadamente -90 mV. Es decir el potencial en el interior de la fibra es de 90 mV más negativo que en el potencial del líquido extracelular que está en el exterior de misma. Es este caso la bomba de Sodio- Potasio se trata de una bomba electrógena porque se bombean más cargas positivas hacia el exterior que hacia el interior (tres iones de sodio hacia el exterior por cada dos iones de potasio hacia el interior), dejando un déficit neto de iones de positivos en el interior; esto genera un potencial negativo en el interior de la membrana celular. Estos son los gradientes de socio y potasio en ambos lados:

•  Na (exterior):142 mEq/l
• Na (interior): 14 mEq/l
• K (exterior): 4 mEq/l
• K (interior): 140 mEq/l

Sus cocientes son

• Na (exterior)/Na (interior) = 0,1
• K (exterior)/K (interior) = 35

 El canal del potasio de dominios de poro en tándem, o canal de de potasio en la membrana nerviosa a través de la que pueden escapar iones de potasio incluso en una célula en reposo.

El potencial en membrana en reposo normal es de -90 mV. La contribución del potencial de difusión de potasio debido al elevado cociente de los iones de potasio en el interior de una fibra, su potencial en reposo seria de -94 mV si los iones de potasio fueran el único factor usando la ecuación de Nernst.

La contribución de la difusión de sodio a través de la membrana nerviosa con una ligera permeabilidad de cociente de los iones de sodio desde el interior hasta exterior de la membrana es de 0,1, lo que da un potencial de Nernst calculado para el interior de la membrana de +61 mV.

Utilizando la ecuación de Goldman se puede ver si la membrana es permeable a potasio pero solo ligeramente al sodio. Lo cual se obtiene un potencial en el interior de la membrana de -86 mV, que es próximo al potencial del potasio.

 

Contribución de la Bomba Sodio – Potasio Esta proporciona una contribución adicional al potencial en reposo, debido al bombeo de más iones de sodio hacia el exterior que el de iones de potasio que se bombean hacia el interior de la membrana esto da lugar a la perdida continua de cargas positivas aproximadamente de -4 mV por tanto el potencial neto cuando actúan todos estos mecanismos a la vez es aproximadamente -90 mV.

Las señales nerviosas se transmiten mediante potenciales de acción que son cambios rápidos del potencial de membrana que se extiende rápidamente a lo largo de la membrana de la fibra nerviosa.

Las sucesivas fases del potencial de acción son las siguientes:

Fase de reposo: es el potencial de membrana en reposo antes del comienzo del potencial de acción se dice que esta . Debido al potencial de membrana negativo -90 mV que esta presente.

Fase de despolarización: en esta fase se hace más permeable a los iones de sodio lo que permite un gran número de iones sodio con carga positiva difunda hacia el interior del axón. El potencial normal se neutraliza por la entrada de sodio y aumenta rápidamente en dirección positiva un procesos denominado <despolarización>  que se más allá del nivel cero y se haga algo positivo.

Fase de repolarización: los canales de sodio comienzan a cerrarse pasando unas diezmilésimas de segundos y se abren los canales de potasio más de lo normal. La salida de potasio reestablece el potencial de membrana en reposo negativo normal. Y se le denomina <repolarización>.

 

El canal de sodio activado por voltaje: es el actor principal para la despolarización y de la repolarización al igual que el canal de potasio activado por voltaje. Aumentan su rapidez en este proceso. El canal de sodio tiene dos compuertas una cerca del exterior del canal. Y otra cerca del interior llamada compuerta de inactivación. Las dos se encuentran cerradas cuando el potencial de membrana esta en reposo en -90 mV.

Canal de potasio activado por voltaje: durante el estado en reposo los canales de potasio se encuentran cerrados. Cuando el potencial aumenta a -90 mV hacia cero este voltaje permite una apertura conformacional y permite la apertura de la difusión de los iones de potasio hacia afuera a través del canal.  Y se comienzan a cerrar los canales de sodio debido a su inactivación. Se combinan para dar el proceso de repolarización y dar lugar a la recuperación de la completa del potencial de membrana en reposo.

 El inicio del potencial de acción no se producirá hasta que el aumento inicial del potencial de membrana sea lo suficiente grande como para dar origen al ciclo de retroalimentación positiva. Un aumento súbito del potencial de membrana en una fibra nerviosa grande desde -90 mV hasta aproximadamente -65 mV suele dar lugar a la aparición explosiva de un potencial de acción. Se dice que este nivel de -65 mV es el umbral para la estimulación.

 La distancia de la propagación de un potencial de acción en una fibra mielinizada de 1 a 3 mm valor superior al umbral.

No tiene dirección de propagación única, si no que el potencial de acción viaja en todas las direcciones alejándose del estímulo hasta que se ha despolarizado la membrana.

El principio del todo o nada: es cuando el potencial de acción alcanza un punto de la membrana en que no genera un voltaje suficiente como para estimular la siguiente zona de la membrana.

En algunos casos la membrana excitada no se repolariza inmediatamente después de la despolarización; por el contrario permanece en una meseta cerca del máximo del potencial de espiga durante muchos milisegundos y solo después comienza la repolarización. Este tipo de potencial de acción se produce en las fibras musculares cardiacas en la que las mesetas tardan de entre 0,2 a 0,3 s y hace que ña contracción del musculo cardiaco dure este mismo y prolongado periodo.

El proceso de reexitacion de necesario para la ritmicidad: este debe ser lo suficientemente permeable a los iones de sodio como para permitir la despolarización automática de la membrana.

Las fibras nerviosas mielinizadas y no mielinizadas. Las fibras grandes son mielinizadas y las pequeñas son las no mielinizadas. El núcleo central de un fibra nerviosa es el axón y membrana del axón conduce el potencial de acción. El axón contiene el axoplasma que es un líquido intracelular viscoso. En el axón hay una vaina de mielina que con frecuencia es más gruesa aproximadamente de 1 a 3 mm y a lo largo de la vaina de mielina hay un nódulo de Ranvier. Las células de Schwann depositan la vaina de mielina alrededor del axón de la manera siguiente: las células de Schwann rodean el axón, rota muchas veces alrededor del axón depositando múltiples capas que contienen una sustancia lipídica llamada esfingomielina esta es un aislante eléctrico.

Conducción saltatoria en ala fibras mielinizadas de un nódulo a otro. Los potenciales de acción solo se producen en los nódulos, se conducen de un nódulo a otro a esto se le denomina Conducción Saltatoria. Ósea la corriente eléctrica fluye a través del líquido extracelular fuera de la vaina de mielina, excitando nódulos sucesivos uno después de otro.

Esta conducción hace que:

• La despolarización salte intervalos más largos a lo largo del eje de la fibra.
• Aumenta la velocidad de la transmisión nerviosas de 5 a 50 veces.
• Conserva la energía para el axón porque solo se despolariza en los nódulos.
• Precisa poco gasto de energía para restablecer las diferencias de concentración del sodio y el potasio.

La velocidad de la conducción en las fibras nerviosas varía desde tan solo 0,25 m/s en las fibras no mielinizadas pequeñas hasta 100 m/s.

El umbral de excitación y potenciales locales agudos. Un estímulo muy débil hace que el potencial de membrana cambie desde -90 a -85 mV aunque este cambio no es suficiente para que se produzcan los procesos regenerativos automáticos del potencial de acción.

Periodo refractario es aquel donde no se puede producir un nuevo potencial de acción en una fibra excitable mientras la membrana siga despolarizada por el potencial acción procedente.

Poco después de haber iniciado el potencial de acción se inactivan los canales de sodio o lo canales de potasio.

El periodo refractario absoluto es el cual no se pueda generar un potencial de acción, incluso con un estímulo intenso.

Contracción del musculo esquelético

3.- CONTRACCIÓN DEL MUSCULO ESQUELÉTICO

Aproximadamente el 40% del cuerpo es musculo esquelético y tal vez el otro 10% es musculo liso y cardiaco, en la organización del musculo esquelético están formados por numerosas fibras cuyo diámetro varía entre 10 y 80 mm. Y estas están formadas por subunidades más pequeñas. Todas las fibras a excepción de un 2% están inervadas por una sola terminación nerviosa localizada en el punto medio de la fibra.

En la anatomía fisiológica de los músculos están conformados por un sarcolema que es una fina membrana que envuelve a una fibra musculo esquelética y este está formado por una membrana verdadera denominada membrana plasmática y una cubierta externa formada por fibrillas delgadas de colágeno. Su capa superficial en sus dos extremos se funciona con una fibra tendinosa estas se agrupan para formar los tendones musculares que se insertan en los huesos.

También los músculos están conformados por miofibrillas que están conformadas por unos 1.500 filamentos de actina que son los filamentos más delgados y 3.000 filamentos de miosina que son los filamentos más gruesos esto hace que las miofibrillas tengas bandas claras (contienen actina) que también se le denominan bandas I porque son isótropas a la luz polarizada y bandas oscuras (contienen miosina) así como los extremos de los filamentos de actina en el punto donde se superponen con la miosina se denominan bandas A porque son anisótropas a la luz polarizada. A los lados de la miosina se encuentran proyecciones pequeñas llamados puentes cruzados, Estas son moléculas proteicas polimerizadas responsables de la contracción muscular real.

A los extremos de los filamentos de actina están unidos al disco Z, formado por proteínas filamentosas distintas a la miosina y actina estos se extienden en ambas direcciones para interdirigirse con los filamentos de miosina, y atraviesan a las miofibrillas de unas a otras uniéndolas entre sí. Estas bandas dan al musculo esquelético y cardiaco su aspecto estriado.

En la porción de la miofibrillas entre dos disco Z se denomina sarcomero cuando esta contraído mide aproximadamente 2 mm. Cuando tienen esta longitud los filamentos de actina se superponen con los de miosina lo que genera su máxima fuerza de contracción.

Las moléculas filamentosas de Titina mantienen en su lugar a los filamentos de actina y miosina  de modo que funcione la maquinaria contráctil del sarcomero y como es filamentosa es muy elástica. Un extremo está unido al disco Z para actuar como muelle y cambia su longitud según en la contracción o relajación del sarcomero, especialmente en los filamentos de miosina. El sarcoplasma es el fluido (liquido) intracelular entre las miofibrillas, contiene potasio, magnesio y fosfato además de múltiples enzimas proteicas. También hay muchas mitocondrias en forma paralela a las miofibrillas, estas proporcionan grandes cantidades de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).

El retículo sarcoplasmatico es un retículo endoplasmatico especializado de musculo esquelético. Este regula el almacenamiento, la liberación y la recaptación del calcio y también para controlar la contracción muscular.

El mecanismo general de la contracción muscular se produce etapas secuenciales:

1. El potencial de acción viaja a lo largo de toda su fibra muscular hasta sus terminaciones.
2. El nervio secreta pequeña cantidad de una sustancia neurotransmisora acetilcolina
3. La acetilcolina actúa en una zona local, abre múltiples canales de cationes
4. La apertura de los canales permite que el sodio difunda hacia el interior de la membrana de la fibra muscular, provoca una despolarización local y también permite la apertura de los canales de sodio activados por voltaje e inicia un potencial de acción.
5. El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular así de la misma manera en que viajan a lo largo de fibras nerviosas.
6. El potencial de acción despolariza la membrana muscular y buena parte de la electricidad del potencial de acción fluye a través del centro de la fibra muscular donde hace que el retículo sarcoplasmatico libere grandes cantidades de iones de calcio que están almacenadas en el retículo.
7. Los iones de calcio inician fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y miosina, hacen que se deslice uno sobre otro en sentido longitudinal lo que constituye el proceso contráctil.
8. Después los iones de calcio son bombeados de nuevo a retículo sarcoplasmatico y quedan almacenados en el retículo hasta que llegue un nuevo potencial de acción muscular y esto hace que cese la contracción muscular.

El mecanismo molecular de la contracción muscular es un proceso de deslizamiento de los filamentos donde el sarcomero en estado relajado se encuentra hacia arriba y estado de contracción se encuentra hacia abajo. Por ello mantiene características moleculares de los filamentos contráctiles de la cual depende de sus compuestos moleculares por ejemplo: la miosina está compuesto por múltiples moléculas de miosina la cual estará formada por seis cadenas polipeptidicas dos cadenas, de las cuales tendrá un peso molecular de 200.000 y cuatro cadenas ligeras que tiene un peso molecular de aproximadamente 20.000 cada una. Las dos cadenas se enrollan entre sí en espiral y forman una hélice doble que se le denomina cola de la molécula de miosina. En sus extremos de la se pliegan bilateralmente una estructura polipeptidica globular denominada cabeza.

Filamento de miosina está formado por 200 o más moléculas individuales de miosina, su longitud total es uniforme casi exactamente 1,6 mm, cada par sucesivo de puentes cruzados esta desplazado en sentido axial a 120° con respecto al par previo. La cabeza de miosina actua como una enzima adenosina trifosfatasa (ATPasa). Los filamentos de actina están formados por actina, tropomiosina y troponina. Su esqueleto es una molecula de la proteína F-actina bicatenaria y cada una hebra está formada por moléculas de G-actina polimerizadas y cada una tiene un peso molecular de 42.000 aproximadamente las cuales se les une una molecula de ADP. Hay un punto activo cada 2,7 nm, y cada filamento de actina tiene una longitud de 1 mm, sus bases se anclan fuertemente a los discos Z.

Las moléculas de tropomiosina tiene un peso molecular de 70.000 y una longitud de 40 nm estas moléculas están enrolladas en las hélices de F-actina y en estado de reposo recubren los puntos activados por la hebras de actina no modo que no se produce atracción de los filamentos de actina y miosina. La troponina son moléculas proteicas de tres subunidades unidas entre si de manera laxa de las cuales cada una tiene un función específica en el control de la contracción muscular. Troponina I tiene afición por la actina, troponina T por la tropomiosina y la troponina C por los iones de calcio.

La inhibición del filamento de actina por el complejo troponina-tropomiosina (pero en presencia de iones de magnesio y ATP) se unen a las cabezas de la miosina su efecto es no producir la unión de los filamentos de miosina y actina. Activación del filamento de actina por los iones de calcio, inhibe el propio efecto inhibidor del complejo troponina-tropomiosina sobre los filamentos de actina. En la interacción entre el filamento de actina y los puentes cruzados de la miosina se le denomina la teoría de la “cremallera” de la contracción es un mecanismo preciso mediante el que esta interacción entre los puentes cruzados y la actina produce una contracción.

Para los fenómenos químicos en el movimiento de las cabezas de miosina se necesita ATP como fuente de energía para la contracción donde se escinden los ATP para formar ADP y en cuanto mayor sea el trabajo mayor será la cantidad de ATP que se escinde un proceso denominado efecto Fenn.

El efecto de la longitud muscular sobre la fuerza de contracción en el musculo intacto tiene una gran cantidad de tejido conectivo, los sarcomeros de diferentes partes del musculo no siempre se contraen la misma magnitud, por lo cual sus dimensiones son algo diferentes para una fibra muscular individual en estado de reposo su longitud del sarcomero es de aproximadamente de 2 mm. El aumento de la tensión que se produce durante la contracción se le denomina tensión activa y se reduce a medida que el musculo es distendido más allá de la longitud normal.

Cuando un musculo se contrae contra una carga realiza un trabajo lo cual significa que se transfiere energía desde el musculo hasta la carga externa para levantar un objeto hasta mayor altura o para superar la resistencia al movimiento. Y se define por la ecuación de T= C x D. donde T es el trabajo, C es la carga y D es la distancia.

La contracción de ATP en la fibra muscular es de aproximadamente 4 milimolar la cual es suficiente para mantener la contracción completa durante 1 a 2 s como máximo. Existen tres tipos de fuentes de energía para la nueva fosforilación: la primera fuente se necesita para reconstruir el ATP es la sustancia de fosfocreatina que contiene un enlace fosfato de alta energía similar a los enlaces del ATP y la combinación de estos dos produce una contracción máxima durante solo 5 a 8 s. la segunda fuente de energía se utiliza para reconstruir tanto el ATP como la fosfocreatina es la “glucolisis” del glucógeno que se ha almacenado previamente en las células musculares y la formación de ATP es de aproximadamente 2,5 veces más rápidas. La tercera y última fuente de energía es el metabolismo oxidativo, lo que supone combinar oxigeno con los productos finales de la glucolisis y con otros diversos nutrientes celulares para liberar ATP y produce más del 95% de toda la energía que utilizan los músculos.

Las contracciones isométricas (cuando el musculo no se acorta durante la contracción) no acortan el musculo, mientras que las contracciones isotónicas (cuando se acorta, pero la tensión del musculo permanece constante durante toda la contracción) lo acortan a una tensión constante. Hay tres tipos de registros de las contracciones isométricas del musculo esquelético: el musculo ocular tiene una contracción isométrica de 1/50 s de duración; el musculo gastronomía con una duración de 1/15 s y el musculo sóleo con una duración de 1/5 s. estas contracciones deben estar adaptadas a las funciones de los músculos respectivos.

Todos los músculos están formados por una mezcla de las denomidas fibras musculares rápidas (tipo II, musculo blanco) y lentas (tipo I, musculo rojo.

CARACTERÍSTICAS EN ENTRE LAS FIBRAS MUSCULARES RAPIDAS Y LENTAS
Fibras rápidas (tipo II, Musculo blanco)	Fibras rápidas (tipo I, Musculo rojo)
Son fibras grandes	Son fibras pequeñas
Su retículo sarcoplasmatico debe ser extenso	Inervadas por fibras nerviosas más pequeñas
Grandes cantidades de enzimas glucoliticas	Contienen grandes cantidades de mioglobina
Su vascularización es menos extensa	Su sistema de vascularización es más extenso y más capilares
Tienen menos mitocondrias	Tienen elevados números de mitocondrias
Déficit de mioglobina	Grandes cantidades de mioglobina

La unidad motora de todas las fibras musculares están inervadas por una única fibra nerviosa denomida unidad motora que salen de medula espinal las cuales van a depender del tipo de musculo una cifra promedio seria aproximadamente de 80 a 100 fibras musculares por unidad motora, las fibras musculares no están agrupadas entre si en el musculo, estas se superponen a otras unidades motoras en microfascículos de 3 a 15 fibras.

La diferencia de fuerza en las contracciones musculares se hace una sumación de fuerza, sumación es la adición de los espasmos individuales para aumentar la intensidad de la contracción muscular global. Se produce de dos maneras

• Sumacion de fibras múltiples: aumentando el número de unidades motoras que se contraen de manera simultánea.
• Sumacion de frecuencia: aumentando la frecuencia de la contracción y que puede producir tetanizacion.

El principio de tamaño es un proceso que permite que se produzcan gradaciones de la fuerza muscular durante la contracción en escalones pequeños mientras que los escalones se hacen cada vez mayores cuando son necesarias grandes cantidades de energía.

Tetanización es un proceso donde la frecuencia alcanza el nivel crítico, y las contracciones sucesivas finalme

nte se hacen tan rápidas que se fusionan entre si y la contracción del musculo entero parece ser completamente suave y continua.

La máxima fuerza de contracción tetánica en el musculo que funciona a una longitud muscular normal es en promedio de entre 3 y 4 kg por centímetro cuadrado de musculo. Los cambios en la fuerza muscular al inicio de la contracción pueden ser tan pequeña como la mitad de su fuerza entre de 10 y 50 contracciones musculares después, es decir, una fuerza de la contracción aumenta hasta una meseta, un fenómeno que se denomina  efecto de la escalera o Treppe.

El tono del musculo esquelético se debe totalmente a impulsos nerviosos de baja frecuencia que proceden de la medula espinal controlado por señales que se transmiten desde el encéfalo a las motoneuronas adecuadas y en parte por señales que se originan en los husos musculares que están localizados en el propio musculo.

Fatiga muscular es la contracción prolongada e intensa de un musculo aumenta en una proporción casi directa a la velocidad de depleción del glucógeno del musculo. Por tanto la fatiga se debe a la incapacidad de los procesos contráctiles y metabólicos de las fibras musculares de continuar generando el mismo trabajo.  

La hipertrofia es el aumento de la masa total de un musculo se debe a un aumento de filamentos de actina y miosina en cada fibra muscular, dando lugar a un aumento de tamaño de las fibras musculares individuales situación denominada hipertrofia de las fibras y atrofia muscular es la disminución de la masa muscular se debe a cuando un musculo no se utiliza durante muchas semanas, la velocidad de la degradación de las proteínas contráctiles es mucho más rápida que la velocidad de sustitución. También la denervación muscular puede provocar una rápida atrofia cuando un musculo pierde su inervación ya no recibe señales contráctiles y en su fase terminal la mayor parte de las fibras musculares son destruidas y sustituidas por tejido fibroso y adiposo. Cuando el tejido fibroso que sustituye a las fibras musculares durante la atrofia por denervación también a seguir acortándose durante muchos meses a lo que se le denomina contractura.

Otro tipo de hipertrofia se produce cuando los músculos son distendidos hasta una longitud mayor de lo normal. Al contrario cuando un musculo esta acortado a una longitud menor que su longitud normal de manera continua, los sarcomeros de los extremos de los extremos de las fibras musculares pueden llegar realmente a desaparecer.

La hiperplasia en las fibras musculares se debe al aumento real del número de fibras musculares aunque solo en un pequeño porcentaje y se le denomina hiperplasia de las fibras.

 

4.- EXCITACIÓN DEL MUSCULO ESQUELÉTICO

TRANSMISIÓN NEUROMUSCULAR Y ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN

Las fibras del musculo esquelético están inervadas por fibras nerviosas mielinizadas que se originan en las motoneuronas grandes de las astas anteriores. Cada terminación nerviosa forma una unión, denominada unión neuromuscular con la fibra muscular cerca de su punto medio. La fibra nerviosa forma un complejo de terminaciones nerviosas ramificadas que se invaginan en la superficie de la fibra muscular, pero que permanece fuera de la membrana plasmática a toda la estructura se le denomina placa motora terminal.

La unión de una terminación axónica única y la membrana de una fibra muscular, la membrana invaginada se le denomina gotiera sináptica o valle sináptico y el espacio que hay la terminación y la membrana de la fibra se le denomina espacio sináptico o hendidura sináptica. En el fondo de la gotiera hay numerosos pliegues más pequeños denominados hendiduras subneurales. La acetilcolina se sintetiza en el citoplasma de la terminación pero se absorbe rápidamente al interior por de las vesículas sinápticas cantidad aproximada de 300.000 en las terminaciones de la placa terminal. El acetilcolinesterasa destruye la acetilcolina.

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Se liberan aproximadamente 125 vesículas sinápticas de acetilcolina hacia el espacio sináptico, los canales de calcio activados por voltaje se abren cuando se propaga un potencial de acción y hacen que los iones difundan desde el espacio sináptico hasta la terminación nerviosa. También hay receptores de acetilcolina que son canales iónicos activados por acetilcolina localizado cerca de la hendidura subneurales. Cada receptor es un complejo proteico que tiene un peso molecular total de aproximadamente 275.000, estos canales tienen un diámetro de aproximadamente de 0,65 nm que permiten el paso de iones positivos importantes sodio, potasio y calcio se muevan con facilidad a través de la apertura. Cuando estos canales son abiertos por acetilcolina puede transmitir de 15.000 a 30.000 iones de sodio en 1ms, y por el contrario los iones negativos no lo atraviesan como los iones de cloruro debido a las intensas cargas negativas de la abertura del canal que las repelen.

Fluyen más iones de sodio a través de estos canales por dos motivos:

1. Solo hay dos iones positivos en concentraciones grandes sodio en el líquido extracelular y potasio en el líquido intracelular.

2. El potencial negativo en el interior de la membrana muscular de -80 a -90 mV arrastra los iones de sodio con carga positiva hacia el interior de la fibra.

Una vez que se ha liberado hacia el espacio sináptico la acetilcolina se sigue activando los receptores del acetilcolina mientras persista en el espacio. La acetilcolina se elimina rápidamente por dos medios:

1. La mayor parte del acetilcolina es destruida por la enzima acetilcolinesterasa que está unida a la caja esponjosa de tejido conjuntivo fino que llena el espacio sináptico entre la terminación nerviosa presinaptica y la membrana muscular postsinaptica.
2. Una pequeña cantidad de acetilcolina difunde hacia el exterior del espacio sináptico y ya no está disponible para actuar sobre la membrana de la fibra muscular.

Después de que la apertura del canal activado por la acetilcolina hace que el potencial de eléctrico en el interior de la fibra en la zona local de la placa terminal aumente en dirección positiva hasta 50 a 75 mV, generando un potencial local denomina potencial de la placa terminal.

Se dice que la unión neuromuscular normal tiene un elevado factor de seguridad la estimulación de la fibra nerviosa a frecuencias mayores de 100 veces por segundos durante varios minutos con frecuencia disminuye tanto el número de vesículas de acetilcolina que los impulsos no pueden pasar hacia la fibra nerviosa a esta situación se le denomina fatiga de la unión neuromuscular y es el mismo efecto que produce la fatiga de las sinapsis en el sistema nervioso central cuando la sinapsis esta sobreexcitadas.

Potencial acción muscular tiene aspectos cuantitativos de los potenciales musculares son los siguientes:

• Potencial de membrana en reposo es de -80 a -90 mV en las fibras esqueléticas.
• Duración del potencial de acción: 1 a 5 ms
• Velocidad de conducción es de 3 a 5 m/s

Los potenciales de acción se propagan a través al interior de la fibra muscular de los túbulos transversos (túbulos T) desde un extremo de la fibra hasta otro estos producen la liberación de los iones de calcio en el interior de la fibra muscular en la vecindad inmediata de las miofibrillas y producir la contracción.

Estos comienzan en la membrana celular y penetran en todo el espesor desde un lado opuesto, estos se ramifican entre ellos y forman planos completos de túbulos T se comunican con el líquido extracelular que rodea la fibra muscular y contienen liquido extracelular en su luz. El retículo sarcoplasmatico está formado por partes principales: las grandes cavidades denominadas cisternas terminales localizadas en los túbulos T y los túbulos longitudinales largos que rodean todas las superficies de las miofibrillas que se está contrayendo.

En el retículo sarcoplasmatico hay un cantidad excesiva de iones de calcio en su interior y que estos son liberados desde cada una de las vesículas cuando se produce un potencial de acción en el túbulo T. Estos potenciales de acción genera un flujo de corriente hacia las cisternas del retículo sarcoplasmatico en su punto de contacto con los túbulos T; el cambio es detectado por receptores de dihidropiridina ligados a canales de liberación de calcio también denominados canales receptores de rianodina.

Una bomba de calcio retira los iones calcio del líquido miofibrilar después de que se haya producido la contracción, estas se localizan en las paredes del retículo sarcoplasmatico y puede concentrar iones de calcio aproximadamente 10.000 veces en el interior de los túbulos. También hay una proteína denominada calcecuestrina que puede unirse 40 veces más el calcio.

El pulso excitado por los iones de calcio es suficiente como para aumentar la contracción en el líquido miofibrilar hasta un valor tan elevado como 2 x  molar, un aumento de 500 veces que es aproximadamente 10 veces la concentración necesaria para producir una contracción muscular máxima. La duración total del pulso del calcio en la fibra muscular esquelética normal es aproximadamente de 1/20 de segundo a veces tarda más o a veces menos, en musculo cardiaco dura aproximadamente 1/3 segundos debido a la larga duración del potencial de acción cardiaco.

 

 

5.-EXCITACIÓN Y CONTRACCIÓN DEL MUSCULO LISO.

El musculo liso de distintos órganos es distinto del de la mayor parte de los demás en varios sentidos.

1. Dimensiones físicas
2. Organización de los fascículos o laminas
3. Respuesta a diferentes tipos de estímulos
4. Características de la inervación
5. Función

El musculo liso se puede dividir en dos parte tipos principales que son: Musculo liso multiunitario y musculo liso unitario o (monounitario). El primero está formado por fibras musculares lisas separadas y discretas actúan independientemente y con frecuencia esta inervada por una única terminación nerviosa. Su características principales son que se pueden contraer independientemente y su control se ejerce principalmente por señales nerviosas. El segundo también se denomina musculo liso sincitial o musculo liso visceral, sus fibras estas dispuestas en láminas o fascículos y sus membranas celulares están adheridas entre sí por múltiples punto de modo que se genera en una fibra muscular y se puede transmitir a la siguiente están unidas por uniones en hendidura y los iones fluyen libremente de una célula a otra se le denomina sincitiales por sus interconexiones sincitiales entre las fibras y también visceral porque se encuentra en la pared de la mayor parte de las vísceras del cuerpo

 

 

El musculo liso contiene filamentos tanto de actina como de miosina, no contiene el complejo de troponina necesario para el control de la contracción y su contracción es activado por los iones de calcio y el de trifosfato de adenosina (ATP) y se degrada a difosfato de adenosina (ADP) y proporcionar energía.

El musculo liso no tiene la misma disposición estriada de los filamentos de actina y miosina estos se encuentran unidos a cuerpos densos algunos de estos cuerpos están unidos a la membrana celular otros dispersos en el interior de la célula. Se hallan unidos por puentes proteicos intercelulares, entre los filamentos de actina se encuentran los filamentos de miosina y se ven habitualmente de 5 a 10 veces más filamentos de actina que de miosina. Los cuerpos densos tienen la misma función que los discos Z y los filamentos de miosina tienen lo que se le denomina puentes cruzados “lateropolares” esto permite que las células musculares lisas se contraigan en un 80% de su longitud.

La comparación de la contracción entre el musculo liso y el esquelético son algunas de estas por ejemplo: la rapidez del ciclado de los puentes transversos de miosina en el musculo liso es mucho más lenta que el musculo esquelético, tiene baja necesidad de energía para mantener la contracción, la lentitud del inicio de la contracción y relajación del tejido muscular se contrae de 50 a 100 ms después de ser excitado la alcanza la contracción en 0,5 s después y luego disminuye en 1 a 2 s más dando un tiempo de contracción de 1 a 3 s, la fuerza máxima de contracción muscular es a menudo mayor en el musculo liso que en el esquelético, es hasta 4 a 6 kg/ de área transversal para el musculo liso, el mecanismo del cerrojo facilita el mantenimiento prolongado de las contracciones del musculo liso este permite la contracción tónica prolongada durante horas con un bajo consumo de energía, la tensión-relajación es su capacidad de recuperar casi su fuerza de contracción original segundos a minutos después de que allá sido alargado o acortado.

Los iones de calcio se combinan con la calmodulina (una proteína reguladora) que es similar a la troponina para provocar la activación de la miosina cinasa y la fosforilación de la cabeza de la miosina. Las fuentes de iones de calcio provocan la contracción estos iones entran en la célula muscular desde el líquido extracelular en el momento del potencial de acción o estimulo su concentración es superior a  molar, en comparación con un valor inferior a  molar en el interior de una célula de musculo liso el tiempo en promedio es de 200 y 300 ms y recibe el nombre del periodo latente antes de que se inicie la contracción.

En las caveolas sugieren una rudimentaria analogía del sistema de los túbulos transversos del musculo esquelético cuando llega un estímulo a las caveolas se liberan los iones de calcio  desde los túbulos sarcoplasmico. Su contracción del musculo liso depende de la concentración del líquido extracelular cuando la concentración es de 1/3 y 1/10  de la normal y suele cesar la contracción.

Se necesita una bomba para inducir la relajación del musculo liso esta bomba necesita de ATP y es de acción lenta en comparación con la bomba del retículo sarcoplasmatico del musculo esquelético. La miosina fosfatasa es importante en la interrupción de la contracción localizada en el citosol de la célula del musculo liso y que escinde el fosfato de la cadena reguladora.

Las uniones neuromusculares del musculo liso las fibras nerviosa autónomas se ramifican de manera muy difusa encima de una lámina de fibras musculares no establecen contacto directo con la membrana de las células si no que forman uniones difusas que secretan una sustancia transmisora hacia el recubrimiento de matriz del musculo liso las fibras nerviosas solo inervan la parte externa, sus axones que inervan no tienen los extremos terminales estas tienen múltiples varicosidades separadas por tan solo 20 a 30nm, y se le denominan uniones de contacto distribuidas a lo largo de sus ejes contienen vesículas que contienen sustancia transmisora pero es acetilcolina en algunas fibras y noradrenalina en otras.

Las sustancias transmisoras excitadoras e inhibidoras secretadas en la unión muscular son acetilcolina sustancia excitadora e inhibidora  en algunos órganos y noradrenalina la inhibe o la excita. Los potenciales de membrana en el musculo liso el potencial intracelular es de aproximadamente -50 a -60 mV, el potencial de acción en el músculo liso unitario se producen en dos formas: potenciales de espiga su duración de su potencial de acción es de 50 ms y se pueden generar por medio de estimulación eléctrica, por hormonas o sustancias transmisoras por distención o generación espontánea de la fibra o potencial de acción de meseta en esta la repolarización se retrasa hasta 1.000 ms (1 s) es responsable de la contracción prolongada.

Algunas células del musculo liso pueden autoexcitarse se puede originar en la propia célula sin ningún estímulo extrínseco esta se asocia a ritmos de ondas lentas y no pueden producir contracción muscular y aumenta la contracción en dirección positiva desde -60 a -35 mV es un umbral aproximado estas ondas se le denominan ondas de marcapasos. En el musculo liso unitario visceral se debe polarizar simultáneamente de 30 a 40 fibras musculares antes de que se produzca un potencial acción autoprogramado.

Los factores químicos tisulares locales algunos de estos factores específicos:

La ausencia de oxigeno produce relajación en el musculo liso en consecuencia vasodilatación

• El exceso de anhídrido carbónico produce vasodilacion
• El aumento de la concentración de los iones de hidrogeno produce vasodilatación
• La adenosina, ácido láctico, el aumento de los iones de potasio, disminución de concentración de los iones de calcio
• Aumento de la temperatura corporal

Las hormonas sobre la contracción de las importantes se encuentran la noradrenalina, adrenalina, la angiotensina II, la endotelina, vasopresina, oxitócina, la serotonina y la histamina. Contiene receptores excitadores  activados por hormonas y receptores. Se produce inhibición cuando las hormonas cierran los canales de sodio y calcio para impedir la entrada de iones positivos. Hay otros medios para su inhibición donde los mecanismos activan a la enzima adenilato ciclasa o guanilato ciclasa dando lugar a la formación de monofosfato cíclico de adenosina (AMPc) o monofosfato cíclico de guanosina (GMPc) denominados segundos mensajeros estos modifican el grado de fosforilación de varias enzimas que inhiben indirectamente la contracción.