actividad eléctrica muscular y contracción

Abril 2009

Actividad Eléctrica Muscular y Contracción

Dr. Hugo Armando Cebreros Conde

Cátedra de Fisiología Humana

Facultad de Medicina de San Fernando

Origen Embrionario de las Fibras Musculares

Capa Mesodermal

Somites

Mesodermo esplácnico 3 semanasMesodermo somático

Yemas de extremidades 5 semanasPrecursores miogénicos Mitosis

Diseminación en extremidades 7 semanasMioblastos y miotúbulos (fusión)Postmitosis

Primeros contactos neuromusculares 9 – 10 semanas

Diferenciación inicial de tipos 18 – 19 semanas

Fin de fusión celular 20 – 30 semanas

Diferenciación final de tipos Nacimiento

Abril 2009

Morfogénesis

• Concentración suficiente = ensamblaje

• Proceso complejo

• Tres componentes:

filamentos gruesos y delgados

proteínas accesorias

proteínas de soporte

• Estadío temprano: coexisten sarcómeras típicas con fibras de stress

Abril 2009

Morfogénesis

Miofibrillogénesis

Morfogénesis-Polimerización de las proteínas de Actina

Proceso de organización molecularPolimerización

Organización del Músculo Esquelético

Composición Anatómica del Músculo Esquelético

Microfotografía Electrónica de Barrido

Abril 2009

Estructura del Músculo Estriado

Sarcómeros: unidad de la fibra muscular, separado por líneas Z

Bandas A: densas, entre dos bandas I , superposición de miosina y

actina, contiene líneas H

Bandas I: claras, superposición de actina, contiene líneas Z

Bandas M: superposición de actina y miosina

Líneas Z: discos, estructura lateral de soporte

Líneas H: superposición de miosina

Abril 2009

Estructura Histológica del ME

Contracción del Músculo Estriado

Contracción: desplazamiento de filamentos unos sobre otros, sin cambio en longitud.

Microscopía de luz: banda A sin cambios, zona H acortada

Filamentos: No hay continuidad, existen puentes cruzados en filamentos gruesos que forman puentes con filamentos delgados que son soporte generador de fuerza de deslizamiento

Estructura del Músculo Estriado• Músculo estriado = especializado en génesis rápida de movimiento y fuerza en

una dirección específica• Estructura altamente ordenada: macroscópico microscópico• Fibras musculares estriadas: células únicas multinucleadas, de 10 a 100 m de

diámetro y varios centímetros de largo, con patrón regular de estriaciones transversales, conteniendo miofibrillas

• Miofibrillas: de 1 a 3 m de diámetro y rodeadas por retículo sarcoplásmico, paralelas al eje de la fibra, a su vez con estriaciones

• Patrón de estriaciones:

*Una sarcómera se repite cada 2 a 3 m, unidad contráctil fundamental, limitada en ambos extremos por una línea oscura y delgada (Z) de 0.1 m de ancho

*Cada línea Z divide en dos una zona clara llamada banda I (isotrópica) de 1 m de ancho

*En el centro de la sarcómera hay una zona oscura llamada banda A (anisotrópica) de 1.6 m, que es dividida en dos por una zona H

menos densa

*En el centro de la zona H hay una línea M de mayor densidad• Contenido de proteínas contráctiles

Estructura del Músculo Estriado

Estructura del Músculo Estriado

Ultraestructura del Músculo Estriado

Ultraestructura del Músculo Estriado

Ultraestructura del Músculo Estriado

Ultraestructura del Músculo Estriado

Estructura de Filamentos Gruesos• Estructuras bipolares en forma de huso, 1.6

micras en longitud y 15 nm en diámetro

• Puentes cruzados en su superficie, salvo en el centro

• Molécula de Miosina:Polímero de miosina (300 moléculas)Estructura delgada y alargada con extremo bulbosoDos cabezas globulares de miosinaArticulación cola/cabeza muy

flexible

• En concentración normal, se ensamblan en filamentos:

Inicio: cola a cola, antiparaleloLuego: cabeza a cola en extremos

• Cabezas: apariencia rugosa, puentes cruzados

Estructura de la Miosina• Hexámero, 2 cadenas pesadas y 4 ligeras

• Cadenas pesadas:alfa-hélice, giran una sobre la otra, 155 nm longitud, meromiosina

ligera, autoasociación con agregados ordenados

cabeza globular 19 nm largo y 5 nm diámetro, peso molecular

130,000 extremo N-terminal

• Cadenas ligeras:forman parte de la cabeza

• Función: Enzima responsable de

actividad ATPasaProteína estructural

Estructura de Filamento Delgado• Filamento delgado:

De línea Z a borde de zona HLongitud 1 micrómetro, 8 nm diámetro

• Actina:Proteína globular, 41,800 peso molecularActina muscular: polímero de F actina con 360

moléculasTroponina y tropomiosina adheridas a

intervalos regularesNebulina es parte del filamento

• Monómero:Actina G, esférica, 5 nm diámetro, estabilizada

por 1 catión divalente y 1 ATPCondiciones fisiológicas: polimerización con

ATP =>ADP: actina F Flexible como actina F

• Proteínas Reguladoras:Troponina y tropomiosina, responden a

cambios en Ca++ liberado de RSTroponina: complejo de 3 subunidades, 80,000 peso molecular adherido periódicamente

al filamento delgado, responsable de la unión a iones Ca++

Tn I: inhibidorTn C: unión a Ca ++

Tn T: une a tropomiosina Tropomiosina: Dos hebras alfa-hélice paralelas

Filamentos Gruesos y Delgados

Filamentos Gruesos y Delgados

Membrana Muscular• Rol central en Fisiología Muscular• Moléculas de membrana:

Inician, propagan y regulan excitación

Mantienen potencial de reposoOrigen de tubos transversosLocalización de patología muscular importante

• Especialización morfológica:Caveolas: invaginaciones 80 nm

reservorio de membranainicio de túbulos T, pinocitosis secuestro y

transporteAperturas de Túbulos T, unión con

RSInvaginaciones cubiertas de

clatrina,transporteAcoplamiento periférico con RSUnión neuromuscular

Tipos de Fibras Musculares

• Tipo 1 Contracción lenta, metabolismo

oxidativo

• Tipo 2A Contracción rápida, metabolismo

oxidativo y glicolítico

• Tipo 2B Contracción rápida, metabolismo glicolítico

• Tipo 2C Fetal

Tipos de Fibras Musculares• Velocidad de contracción del músculo

directamente relacionada: Actividad ATPasa de miosinaIsoforma específica de

proteínas contráctilesIsoforma de enzimas

secuestradoras de Ca++

• Casi todas las proteínas contráctiles existen en isoformas rápidas y lentas

• Inervación motora = todas las fibras dispersas de una neurona tienen el mismo tipo metabólico y propiedades contráctile

• Antes de inervación no hay diferenciación

Tipos de Fibras Musculares

Clasificación Histoquímica

Descripción Tinción para ATPasa

pH 9.4 pH 4.6 pH 4.3

Tipo 1 Contracc. lenta

Oxidativa Clara Oscura Oscura

Tipo 2A Contracc. rápida

Oxidativa/

Glicolítica

Oscura Clara Clara

Tipo 2B Contracc. rápida

Glicolítica Oscura Clara Clara

Tipo 2C Fetal Oscura Clara Clara

Tipos de Fibras Musculares

Unión Neuromuscular

Unión Neuromuscular

Transmisión Neuromuscular

Abril 2009

Transmisión Neuromuscular

Y SNP

Abril 2009

Motoneurona AlfaNeurona Periférica

2da. Neurona

Abril 2009

Neurona Giganto Piramidal de BetzNeurona Central

1ra. Neurona

Abril 2009

Vía Motora Voluntaria

Abril 2009

Abril 2009

Unión Neuromuscular

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

ReceptorNicotínico

Canal para el Na+

Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Pool de Reserva

Pool de Ataque

Receptor Nicotínico

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

ReceptorNicotínico

Canal para el Na+

Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Receptor deRianodina

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Abril 2009

Activación de la Neurona Giganto Piramidal de Betz ó

1ra. Neurona óNeurona Central

Abril 2009

Haz Cortico Espinal Lateral

PPSE

Activación de la Motoneurona ó2da. Neurona ó

Neurona Periférica

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Canal para el Ca++Voltaje dependiente

Na+

Na+Ca++

Ca++

Ca++

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

I

CT

TI

C

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

ATP

ATP

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

ATP

ATP

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

ATP

ATP

Z

Z

I

CT

TI

C

Ca++

Ca++

ATP

ATP

Z

Z

Abril 2009

Transmisión Neuromuscular1. PA propagado por axón motor, invade y despolariza terminal presináptico

2. Apertura de canales de calcio voltaje-dependientes en el terminal presináptico

3. Ca++ sigue gradiente electroquímico: extracelular intracelular

4. Ca++ intracelular: probabilidad de unión de vesículas a membrana presináptica

5. 70 vesículas se unen con la membrana presináptica, liberando paquete cuántico de ACh (6 a 10 mil moléculas de ACh)

6. Liberación de ACh y difusión: unión a ACh-R7. destrucción AChE

8. 25 mil ACh-R se unen a Nt y cambian de conformación, abriendo canal

9. Tiempo eficaz de apertura: 1 ms, >> ingreso de Na+, << salida => flujo neto de cargas positivas = despolarización y potencial de placa terminal (PPT), ingreso de Ca++

10. PPT despolariza membrana muscular y se genera potencial de acción que difunde en toda dirección

11. Ca++ es secuestrado y luego sacado de la terminal, colina hidrolizada es resintetizada en ACh, que llenan vesículas y se reposicionan

Acoplamiento Excitación - Conducción• Extensión de la despolarización sobre la membrana y al interior del

túbulo T

• Liberación de Ca++ secuestrado en el sarcoplasma al activar canales de Calcio voltaje dependiente

• Difusión del Ca++ en el citoplasma de la fibra muscular

• Unión del Ca++ a la troponina

• Cambio de la conformación en la molécula de actina deja libre un sitio receptor en la cabeza de miosina y así puede irse uniendo y desplazando sucesivamente sobre la actina. El proceso de liberación de la cabeza en cada avance sucesivo consume energía, que se obtiene por hidrólisis de ATP gracias a que la miosina actúa como ATPasa. El catabolismo del ATP permite la formación y liberación de puentes cruzados.

• La rotación de la cabeza ejerce una fuerza que jala el filamento delgado sobre el grueso hacia el centro de la sarcómera.

Relación entre Actina y Cabezas de Miosina

Modelo de Puente Cruzado

Relación entre Actina y Cabezas de Miosina

Ciclo de la Contracción Muscular

Secuencia del PA

Unidad MotoraMotoneurona:

Neurona de grupo con axón que sale del SNC

Tres tipos:

: fibras musculares esqueléticas

extrafusales, esqueletomotoras

: fibras musculares pequeñas

intrafusales, fusimotoras

: tanto intra como extrafusales,

esqueletofusimotoras

Abril 2009

Fibras Extrafusales e Intrafusales

Unidad Motora

• Unidad Motora: Cuantas funcionales de las acciones musculares Una motoneurona + todas las fibras musculares que

inerva Amplificador biológico:

Genera fuerza muscular Mantiene trofismo

• Músculo: Colección de unidades motoras en para en serie• Fuerza de la sumatoria de UM es transmitida a esqueleto por fascia y

tendón• 1 fibra muscular sólo recibe 1 UM• 1 UM inerva varias fibras musculares• 1 PA en una UM excita todas las fibras musculares = Respuesta

muscular conjunta

Unidad Motora

Unidad Motora• Control neural de movimiento de extremidades y

tronco reside en la regulación de fuerzas aplicadas al esqueleto:-Control del número e identidad de UM activadas con movimiento (RECLUTAMIENTO)-Control de frecuencia de descarga de MN activas (CODIFICACIÓN DE DESCARGAS)

• 1 UM controla un mismo tipo de fibras musculares-Lentas, contracción prolongada, altamente resistentes a fatiga, proporcionan 1 a 10% de la fuerza de las unidades anteriores; metabolismo oxidativo, g ran cantidad de mitocondrias, gran cantidad de mioglobina que almacena oxígeno-Rápidas, resistentes a la fatiga, propiedades intermedias, tiempo de contracción algo más lento que las rápidamente fatigables pero son muy resistentes a la fatiga; alto nivel de miosina, ATPasa y fosforilasa-Rápidamente fatigables, contrae y relaja rápidamente ante estimulación repetitiva, generan la mayor fuerza durante la contracción; menos mitocondrias, dependen de glicolisis anaeróbica, almacenan glucógeno y contienen enzimas fosforiladoras

• Fibras con fatiga rápida producen 100 veces más fuerza que lentas

Unidad Motora

Contenido de fibras rápidas y lentas en un mismo músculo: unidades con fatiga rápida producen mayor tensión que las resistentes a la fatiga y rápidas, las unidades lentas tienen tiempos de contracción muy lentos y generan fuerza baja

Unidad Motora

• Organización en paralelo:

fibras musculares organizadas en paralelo, con fibras de un extremo a otro de la aponeurosis, con músculos complejos, compartamentalizados, cada uno con una sub-rama del nervio

• Organización en serie:

las fibras están distribuidas a diferentes niveles del músculo