Fisiología muscular II

Continuando con lo visto en Fisiología Muscular I, aquí tenemos otros conceptos que son esenciales para comprender de mejor manera el funcionamiento de los músculos en el ser humano.

En microscopía electrónica se observa un sistema de bandeo que representa filamentos gruesos (que se observan más oscuros o anisotrópicos, banda a) que están interdigitados con los filamentos delgados que se observan en la banda i (isotrópica). En el centro de la banda i se encuentra la línea z, y al medio del sarcómero se encuentra la línea m. El sarcómero es la estructura que puede modificar su longitud y se encuentra entre las dos líneas z.

Representación de las distintas líneas y bandas que conforman
al músculo, cuando está extendido y cuando se contrae.

Filamento grueso:

Compuesto principalmente de miosina, que tiene capacidad de asociarse al filamento delgado, donde el calcio juega un rol en la interacción y en la generación de fuerza.

Cada filamento grueso está rodeado de seis (6) filamentos delgados.

Tienen mecanismos de movimiento altamente conservados, eficientes y funcionales.

Alrededor de ellos se puede entregar un potencial de acción que genera la liberación del Ca²⁺. Al realizarse correctamente, se acercan las líneas z.

La parte más filamentosa se ubica hacia el centro y está interdigitada por el filamento delgado (principalmente actina, junto a treponina y tropomiosina). Hacia los extremos tiene estructuras arbóreas (dominios globulares de miosina).

La titina mantiene la estructura.

Miosina:

• Proteína con actividad ATPasa.
• Forma los filamentos gruesos dispuestos de forma centrífuga.
• Tiene dos subunidades principales con una porción filamentosa, un cuello y una cabeza (dominios globulares).
• La cabeza tiene un sitio activo para el ingrreso de ATP.
• La entrada de ATP genera un cambio estructural que afecta la región de reconocimiento de actina, disminuyendo su afinidad.

El rigor mortis se produce por la ausencia de ATP en el cadáver, lo que produce una mayor afinidad de la miosina por la actina, causando que se “pegue”, lo que conlleva a la rigidez.

El cuello de miosina puede cambiar de forma (de 45° sin unión a 90° con unión a ATP). Acá se asocian las proteínas ligeras de la miosina (ECL y RLC), que pueden modificar la velocidad o actividad de la ATPasa.

La porción fibrilar interactúa con las de otras proteínas y, junto a la titina, permiten la formación de filamentos gruesos (región de polimerización).

Filamento grueso:

• Formado por actina-g (globular) en dímeros. Forman una hélice.
• Posee varias funciones regulatorias.
• Sitios de unión a miosina, troponinas (trímero) y tropomiosinas (filamentosas). La troponina y la tropomiosina son proteínas regulatorias.
• Los sitios de unión a miosina quedan cubiertos por tropomiosina en ausencia de Ca²⁺.
• La troponina se encarga de que la tropomiosina esté bien ubicada.

Miocardiopatía hipertrófica: Enfermedad de origen genético. A mayor edad produce insuficiencia cardíaca por hipertrofia del septo interventricular. Se debe a mutación en las proteínas.

Representación de una hipertrofia del ventrículo izquierdo en un corte.

Unión neuromuscular: Cuando una neurona secreta demasiado ACh puede saturar los receptores postsinápticos, desencadenando un potencial de placa motora. Los canales de sodio voltaje-dependientes generan un potencial de acción, que viaja y penetra por túbulos T a intervalos regulares.

Los túbulos T están rodeados por redes de retículos sarcoplásmicos con sus cisternas terminales.

Representación de los distintos componentes de la fibra muscular.

Triada: Está compuesta de una dos cisternas terminales, con un túbulo T entre las dos (cisterna-túbulo-cisterna).

Cada sarcómero tiene dos triadas. Esta corresponde a la región electrodensa.

Canales de calcio tipo L (de larga duración) en el túbulo T. De inactivación rápida, que aún abierto no deja pasar Ca²⁺.

Receptor de dihidropiridina (DHPR): En el músculo esquelético su cierre es más rápido que su apertura, por lo que cuando se abre ya está inactivo. Al abrirse activa al receptor de rianodina (RYR), que deja salir calcio del retículo.

Receptores RYR en el músculo esquelético: Cada un receptor RYR1 por medio hay cuatro receptores DHPR encima.

Receptores RYR en el músculo cardíaco: Son receptores RYR2, que tienen mecanismos de activación asociados al calcio. Tienen un tipo de acoplamiento “liberación de Ca²⁺ activada por Ca²⁺”. Los receptores se abren cuando el calcio esta en la cara citoplasmática.

Proceso de contracción muscular

Resumen del proceso de contracción muscular.

Acoplamiento excitación-contracción:

Una contracción rápida va a generar este tipo de respuesta:
Potencial de acción → liberación de calcio → bajada de calcio → (tardíamente) fenómeno mecánico de acortamiento o generación de tensión.

El mecanismo ocupado por el Ca²⁺ para regresar al RS implica a una gran cantidad e bombas de calcio en el RS llamadas SERCA, que son ATPasas que gastan un ATO por cada ión de calcio que ingresan.

Acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético:

1. Neurona motora somática libera ACh en la unión neuromuscular.
2. Entrada neta de Na⁺ a través del canal receptor de ACh inicia el potencial de acción del músculo.
3. El potencial de acción en el túbulo T altera la conformación del receptor DHP.
4. El receptor DHP abre canales de liberación de Ca²⁺ en el RS y el Ca²⁺ entra al citoplasma.
5. El calcio se une a la troponina, permitiendo la unión fuerte de actina y miosina.
6. Las cabezas de miosina ejecutan el golpe de poder.
7. Los filamentos de actina se deslizan hacia el centro del sarcómero.

Relajación muscular y calcio intracelular

No todo el calcio vuelve al retículo. Hay canales de calcio que solo dejan entrar un mínimo de este.

Acoplamiento excitación-contracción cardíaco

El potencial de acción es muy mayor al del músculo esquelético, ya que dura 200ms en una célula ventral, mientras que en una atrial tiene un potencial de 120-160 ms.

Tiene una repolarización muy lenta, debido a que tiene muchos canales de calcio que se abren rápido, pero que no se inactivan rápido, por lo que el ingreso de calcio genera una corriente despolarizante.

Frecuencia de estimulación y desarrollo de tensión.

La tensión es diferente si el músculo es estimulado una vez o es estimulado varias veces de forma consecutiva.

La cantidad de fuerza aumenta en función de la frecuencia de la estimulación, porque permite aumentar el calcio libre en el citoplasma.

Fenómeno treppe, o de escalera: En el electromiograma se aprecia una figura escalonada debido a estímulos de alta frecuencia, pero que no son lo suficientemente rápidos como para apreciarse como un estímulo grande individual.

La generación de la tensión de un músculo implica interacción entre el filamento grueso y el filamento delgado.

Formación de los puentes cruzados: actina-miosina

- Estado relajado:

• Requiere que en la región globular haya ingresado ATP previamente.
• El ATO ingresa inmediatamente a la cabeza globular, donde es atrapado y degradado en ADP + Pi.
• El cuello y la cabeza de miosina están en 90° y la miosina ha perdido afinidad por la actina.
• El calcio dentro del retículo → tropomiosina cubre los sitios de unión actina-miosina, mantenida por el trímero de troponina.

- Inicio de la contracción:

• Una vez liberado, el Ca²⁺ difunde e interactúa con la troponina C, desplazando a la tropomiosina.
• Esto permite que la cabeza de miosina pueda interactuar con ADP+Pi, cambiando de forma al sitio activo.
• El cambio de forma permite que el fosfato salga, quedando solo el ADP, cambiando el ángulo del cuello a 45° (golpe de poder).
• El golpe genera un desplazamiento (o tensión) sobre el filamento delgado respecto al grueso.
• Una vez hecho esto, el ADP puede salir.

*Troponina i: Se utiliza como marcador de daño de las fibras musculares y de daño cardíaco.

Ciclo de puentes cruzados: metabolismo y bionenergética muscular.

• La mayoría del ADP liberado es transportado a la matriz mitocondrial, donde la ATPsintasa lo usa para formar ATP.
• Para que ocurra el cambio de ángulo debe haber interacción actina-miosina y liberación de fosfato, dejando ADP+miosina.
• La degradación parcial del ATP a ADP+Pi permite que la miosina recupere afinidad por la actina.
• La unión actina-miosina produce la liberación de Pi.

Funciones del ATP en la contracción muscular:

1. La hidrólisis del ATP por la miosina energiza a los puentes cruzados.
2. Se requiere de ATO para que la miosina y la actina se separen (relajación mecánica).
3. El ATP es fundamental para recaptar Ca²⁺ en el retículo (que es lo que más energía utiliza).

Representación del ciclo de puentes cruzados.

Miocardiopatía arritmogénica ventricular derecha:

Enfermedad genética del tejido muscular cardíaco en el cual el corazón se dilata, debido a que tiene poca fuerza. Esto se debe a que no puede generar un adecuado ciclo de puentes cruzados por mutación en el receptor de rianodina.

Resonancia magnética in vitro y corte seccional correspondiente
para una cardiopatía arritmogénica ventricular derecha.
Muestra dilatación del ventrículo derecho y aneurismas tanto anterior como posterior.