Fundamentos de biomecánica

La biomecánica es el estudio del movimiento, estática y equilibrio en el organismo humano.

Su aplicación en la medicina se da en diversos ámbitos:

• Rehabilitación de pacientes.
• Reconocimiento de estructuras involucradas en enfermedades (qué músculos ejercen cuál movimiento).
• Relación al ejercicio físico y “moldeado” de capacidades en atletas.
• Reconstrucción de piezas (prótesis).

Tipos de palanca:

Hay que considerar que en las palancas del SOMA se considera al hueso como la palanca per se, la articulación es el punto de apoyo, el objeto a mover corresponde a la resistencia y la fuerza es ejercida por el músculo.

1) Palanca de primer orden: El punto de apoyo está entre la fuerza y la resistencia, como en una tijera o una balanza. Ejemplo: Articulación atlantoccipital (la fuerza son los músculos extensores de la cabeza y la resistencia es el peso de la cabeza).

2) Palanca de segundo orden: La resistencia está entre la fuerza y el punto de apoyo,  como cuando se mueve una carretilla. Ejemplo: Articulación tibiotarsiana (la fuerza la dan los músculos extensores del tobillo y la resistencia es el peso del cuerpo).

3) Palanca de tercer orden: La fuerza está entre el punto de apoyo y la resistencia, como al ocupar una pinza. Ejemplo: Articulación del codo (la fuerza la hacen los músculos flexores del codo y la resistencia la hace el peso del antebrazo).

El origen e inserción del músculo corresponden a los puntos donde se insertan los tendones en los huesos. Hay que saber identificar al hueso según las indicaciones ya entregadas y así identificar por dónde pasa el músculo (incluyendo las articulaciones), así como su posición (anterior, posterior, lateral, medial).

Considerar que la dirección de la fibra muscular es siempre perpendicular al eje del movimiento (vistos en la introducción a la anatomía).

Aplicaciones clínicas:

• Tendinopatías: Lesión del tendón.
• Lesiones musculares: como luxaciones, desgarros, etc.
• Accidentes de alto impacto.

Luxación de codo

Tipos de contracción muscular:

1. Contracción heterométrica: Involucra el acortamiento y alargamiento de las fibras musculares, así como variaciones en la tensión.
   1. Heterométrica concéntrica: Aproximación de los puntos de inserción.
   2. Heterométricas excéntricas: Distanciamiento de los puntos de inserción.
2. Contracción isométrica: Sin cambios de longitud, pero si en la tensión (como en los ejercicios tensores).
3. Contracción auxotónica: Involucra primero una contracción heterométrica y luego una isométrica (como el levantamiento de pesas).
4. Contracción isocinética: Relativa al deporte. Tensión máxima a velocidad constante (natación, deporte en vela).

Tres de los tipos de contracciones musculares (1a, 1b y 2)

La fuerza máxima que puede desarrollar un musculo está dada por el mayor número de golpes de poderque puede generar el músculo en acción.

Cuando el músculo no puede acortarse en una contracción todas sus cabezas de miosina van a estar unidas a la actina, generando la fuerza muscular máxima.

Relación fuerza-longitud: Hay una longitud óptima en que existe la mayor cantidad de interdigitaciones entre filamentos delgados y gruesos, lo que permite la mayor interacción de actinas y miosinas, lo que genera la fuerza máxima (relación de Frank-Starling).

Relación fuerza-gravedad: Mientras menor sea el peso de carga, mayor será la velocidad del músculo, pero menor será la fuerza de contracción. Esto es porque el número de interacciones actina-miosina es menor porque cada paso del ciclo de los puentes cruzados está ocupado homogéneamente.

La mioglobina es una proteína especial que permite a los músculos extraer más oxígeno de los capilares que otros tejidos.

Las fibras musculares se clasifican según la isoforma de miosina que poseen:

1. Fibras tipo I: Son muy oxidativas, pues tienen una gran cantidad de mitocondrias. Son más pequeñas, lo que las hace más excitables. Son las primeras en ser reclutadas por el movimiento. Poseen una motoneurona pequeña. Esta isoforma de miosina es lenta, por lo que genera menos fuerzas y gasta menos ATP.
2. Fibras tipo IIA: Más fuerte que las de tipo I. Alta cantidad de ATPasa.
3. Fibras tipo IIB: Fibras musculares más grandes. Poseen pocas mitocondrias, por lo que tienen baja capacidad oxidativa. Tiene una rápida acividad de ATPasas, lo que genera mayor fuerza. Su alto uso de ATP hace que se fatigue rápido.

Fatiga muscular: Existen distintos tipos de fatiga, ya sea por falta de ATP, falta de calcio o por fatiga de la motoneurona.

El tétano impide la liberación adecuada de ACh, agotando la ACh em el espacio sináptico en condiciones patológicas. Es más común que ocurra directamente en el músculo.

Los distintos tipos de músculos tienen en común respecto a la fatiga muscular:

• La amplitud del potencial de acción decae.
• La concentración de K⁺ (potasio) extracelular puede aumentar ligeramente por función de los canales K⁺-ATP, permitiendo la fuga de potasio y produciendo disminución del potencial de reposo.
• Los canales K⁺-ATP se inhiben por ATP y se activan por ADP, AMP y protones.
• Aumenta la conductancia de K⁺.
• Al haber menor amplitud del potencial de acción hay menos movimiento del canal DHPR y, por lo tanto, menor liberación del calcio inicial.
• Es un mecanismo de protección de las células musculares, evitando que se mueran por falta de ATP.

Diferencias entre musculo estriado y músculo liso:

• El músculo liso no posee las proteínas reguladoras, como la troponina y la tropomiosonas.
• El músculo liso está inervado por el sistema nervioso autónomo, por lo que no tiene motoneuronas, sino que varicosidades que liberan neurotransmisores que actúan sobre receptores propios de la musculatura lisa.
• El elemento básico de la contracción en el músculo liso es el ión calcio (Ca²⁺).

Tipos de musculatura lisa:

• Unitarios: Están el el tracto gastrointestinal y genitourinario. Las células están unidas mecánica o electricamente por GAP.
• Multiunitarios: Las células individuales no están unidas por GAP, por lo que requieren de fibras nerviosas individuales.

• Las células musculares lisas tienen un tono más alto, por lo que pueden mantener fuerza por tiempos prolongados, aunque desarrollan fuerzas menores. Estas no se fatigan.
• Las células musculares lisas tienen miofibrillas que corren en ángulo oblicuo al eje longitudinal, permitiendo su achatamiento (células fusiformes, con forma de huso).
• Están ancladas a cuerpos densos, donde están insertos los filamentos delgados.
• La miosina es distinta a la del músculo estriado, por lo que polimeriza de forma distinta: las cabezas de miosinaprotruyen en sentido inverso a ambos lados (las de músculo estriado lo hacen en la dirección en que las rodean los filamentos delgados).
• El método de elevación de los niveles de calcio en el citoplasma debe ser distinto, ya que estas células son muy sensibles a estos estímulos y no existe el acoplamiento excitación-contracción.
• Por ejemplo, la musculatura lisa de los vasos sanguíneos es regulada por la adrenalina, la vasopresina (hormona antidiurética, ADH) o por la hormona angiotensina II.

Acoplamiento-Activación-Excitación-Contracción:

La regulación citoplasmática de la contracción está dada por calmodulina, la cual regula a la quinasa de la cadena liviana de miosina (MLCK), que es activada por el complejo Ca²⁺-calmodulina, l que le hace fosforilar a la cadena ligera de miosina regulatoria (MRLC).

La MRLC fosforilada activa la actiidad ATPasa de la cabeza de miosina, lo que le permite unirse a la actina, generando el golpe de poder. Enzimas fosfatasas lo desfosforilan, haciendo que la miosina se separe de la actina.

No requiere de altas concentraciones de ATP por cadena de segundos mensajeros que amplifican la señal.