UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO”

Curso de Biofísica

Facultad De Medicina Humana

Trabajo muscular y efectos sobre preparado neuromuscular

En el año de 1863 Sechenov decía que toda manifestación del ser vivo es la actividad muscular . La contracción muscular deriva de la actividad cerebral, pero sin ella todas las conquistas intelectuales permanecerían confinadas al sistema nervioso.

El sistema locomotor de un vertebrado constituye una estructura mecánica regida por las leyes de la física, por que el cuerpo humano en este caso construye una máquina perfecta compuesta por unidades contráctiles que son los músculos

A medida que avancemos en el desarrollo de la práctica podremos apreciar las diferentes tensiones que experimenta el músculo .

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

Evidenciar la estructura elástica y contráctil del músculo estriado.

Elaborar la curva de longitud – tensión pasiva como también activa del músculo.

Conocer el trabajo realizado por el músculo.

Entender el proceso de Tetanización.

FUNDAMENTO TEÓRICO

TEJIDO MUSCULAR

• El tejido muscular se caracteriza por estar constituido por células muy diferenciadas, capaces de contraerse bajo la influencia del sistema nervioso o de hormonas circulantes (oxitocina).

• Estructura del músculo esquelético :

a) Fibras rojasb) Fibras blancas c) Fibras mixtas

Funciones del tejido muscular

•Producción de movimientos corporales•Estabilización de la postura•Regulación del volumen de órganos•Movimiento de sustancias en el cuerpo•Producción de calor•Almacén•Reserva de energía

Propiedades del Tejido Muscular:•Excitabilidad eléctrica•Contractibilidad•Extensibilidad•Elasticidad•Tonicidad

Elementos Biomecánicos del Músculo

• La tensión que generan los componentes contráctiles se le denominan TENSIÓN ACTIVA, y la que produce los componentes elástico TENSIÓN PASIVA.

Elemento Contráctil: SARCÓMERA

Miofibrillas – Filamentos de Actina y Miosina• Cada fibra muscular contiene entre varios

centenares y varios millares de miofibrillas. Cada miofibrilla tiene a su vez ubicados unos al lado de los otros aproximadamente 1500 filamentos de miosina (gruesos) y 3000 filamentos de actina (delgados), éstas son grandes moléculas polimerizadas responsables de la contracción muscular.

Características moleculares de los filamentos

contráctiles 1.- Filamento de miosina: Compuesto por múltiples moléculas de miosina. Dicha molécula está compuesta por 2 cadenas pesadas de 200 000 y 4 cadenas ligeras con pesos moleculares de 20 000, las dos cadenas pesadas se enrollan en espiral entre sí para formar una doble hélice, denominada cola de la molécula de miosina, un extremo de cada una de éstas cadenas forma una cabeza junto con dos cadenas ligeras, éstas ayudan a controlar la función de la cabeza durante la contracción muscular.

2.- Filamento de actina: Está constituido por tres componentes proteicos: actina, tropomiosina, troponina. La “columna vertebral” del filamento de actina es una molécula proteica de actina F de doble hebra, la actina F es un polímero de actinas G.

3.- Moléculas de tropomiosina: El filamento de actina contiene también tropomiosina, ésta tiene un peso molecular de 70 000. Estas moléculas están conectadas enrolladas en espiral alrededor de los lados de actina F. En estado de reposo las moléculas de tropomiosina descansan en los sitios activos de la actina.

4.- Moléculas de troponina: Se encuentra unida a los lados de la molécula de tropomiosina. Es una molécula compuesta por tres subunidades proteicas unidas de forma laxa: la troponina I, que posee gran afinidad por la actina, la troponina T por la tropomiosina, y finalmente la troponina C por los iones calcio.

Elemento Elástico

• Los elementos del músculo que se estiran durante la contracción reciben el nombre de componente elástico, y respecto a la ubicación con el elemento contráctil, estos se pueden denominar elemento elástico en serie (tendones, extremos del sarcolema) o en paralelo, representando a este último estructuras como el tejido conectivo (endomisio, perimisio y epimisio) y el sarcolema, aunque en la misma estructura del sarcómero existen moléculas como es el caso de la titina que también puede representar un elemento elástico.

Contracción Muscular

Mecanismo general de la contracción muscular

La contracción muscular se produce en base a los siguientes pasos:

5. A lo largo de una fibra motora viaja un potencial de acción que llega hasta las fibras musculares.

6. En cada terminal neuromuscular se secreta un neurotransmisor, la acetilcolina.

7. Este neurotransmisor genera la apertura de los canales para el sodio del sarcolema.

8. La apertura de estos canales permite que grandes cantidades de sodio pasen al interior de la membrana generando un potencial de acción en la membrana.

5. Este potencial genera la despolarización de la membrana muscular, la electricidad de este potencial fluye hacia el centro de la fibra llegando al retículo sarcoplásmico para que este libere grandes cantidades de calcio almacenado.

6. Los iones calcio generan una atracción entre los filamentos de actina y miosina, haciendo que se deslicen uno sobre otro en sentido longitudinal.

7. Después de una fracción de segundo, el calcio es bombeado hacia el retículo sarcoplásmico, por la bomba de calcio de la membrana, hasta que llegue un nuevo potencial de acción.

Mecanismo molecular de la contracción

• Cuando llega el potencial de acción, este, viaja a lo largo de la fibra muscular, esto hace que el retículo sarcoplásmico libere el calcio y rodee a las miofibrillas; a su vez, el calcio activa las fuerzas de atracción entre los filamentos de miosina y actina y comienza la contracción. También es necesaria la energía para que se produzca la contracción. Esta energía proviene de los enlaces de alta energía del ATP. Este ATP se degrada en ADP, liberando energía del último enlace fosfato.

Tipos de contracción muscularContracción isométrica (Sin desplazamiento) En este caso el músculo permanece estático sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático genera tensión.

Contracción isotónica Aquellas contracciones en la que las fibras

musculares además de contraerse, modifican su longitud.

a) Contracciones Concéntricas

a) Contracciones Excéntricas

Contracción AuxotónicaEn este tipo de contracción varía la longitud

del músculo y la fuerza.

Contracción a poscargaAl iniciarse la contracción se acentúa más la parte

isométrica, hasta que la fuerza ejercida por el músculo iguala al peso del objeto, una vez alcanzada dicha fuerza el músculo se acorta, levantándolo y realizando de esta manera una contracción isotónica.

GRÁFICA DE LA LONGITUD – TENSIÓN PASIVA Y ACTIVA

Diagrama longitud – tensión pasiva.

Diagrama longitud – tensión activa.

La curva (a) representa la tensión del músculo en reposo; la curva (b) la tensión del músculo en actividad. Esta tensión es la suma de la que ejerce el mecanismo contráctil más la propia de la elasticidad del músculo en reposo. Si restamos la curva (a) de la (b), obtenemos la curva ©, que solamente representa la tensión contráctil.

Explicación de la curva de la tensión contráctil con respecto a la posición de los filamentos

• En las zonas vecinas a Io los filamentos finos ya ocupan toda la porción de los gruesos que poseen unidades XB el número de estas no cambia aunque los filamentos finos se introduzcan más entre los gruesos (II). El primer cambio dependiente que aparece al acortarse el músculo sería debido al encuentro y superposición de los filamentos finos provenientes de ambos lados de la banda A (III) y el segundo cambio al encuentro de las bandas Z con los extremos de los filamentos de miosina (IV).

Trabajo Muscular

• Gráfica del trabajo de Tracción:

Wd = d (l2 – l1)

• Trabajo Interno

Materiales

Animal de experimentación : Rana

Ringer Rana

Estimulador Eléctrico

Kimógrafo y sistema de pesas

Procedimiento

Diagrama Longitud - Tensión

a) Cálculo del Área de la Sección Transversal:• Medimos la mayor circunferencia de la masa muscular• Con dicha longitud hallamos el radio y luego

procedemos a hallar el área. L0 = 38mm 2rp = 34mm 2(r)(3.14) = 34mm r = 5.41 mm Área = prÁrea = 91.9mm

34mm

b) Elaboración de la longitud - Tensión Pasiva:• Medimos la longitud inicial del músculo.• Luego colocamos la primera pesa en la palanca inscriptota y

anotamos la variación de la longitud, luego hallamos su respectiva tensión:

Primera pesa: 7gM1= 7g∆L1= 3 mm.Lf= L0 + ∆ LLf= 38 mm. + 3mm.Lf= 41 mm.

Calculamos la tensión respectiva:

σ = σ =

σ = 0.749x 103 N/ m2

A

mg)10)(9.91(

)8.9)(10)(7(6

3

−

−

c) Elaboración de la longitud - Tensión Activa:• Hallamos el estímulo umbral el cual fue 0.7V y el estímulo

superumbral que fue de 3V.• Considerando:L0 = 41 mm.Aceleración = 5 m/s2 Entonces:s = 0.749x 103 N/ m2F aplicada = F neta + F gravedadF aplicada = ma + mgF aplicada = m (a+ g) A

gam )( +σ =

1. σ 1 = = 1.12x 103 N/ m26

3

109.91

10)8.95(7−

−+x

• Representamos la tensión como fracción de la tensión inicial y la longitud como fracción de la longitud de Reposo.

σ1 / σ 0 = = 1.51

L f = 41mm.

Desplazamiento = 15 mm.Lf = 41mm. – 15mm = 26 mm.

Lf / L 0 = 26 mm. / 41 mm. = 0.63

Músculo en Actividad

a) SACUDIDA SIMPLE: Aplique un estímulo umbral al músculo.

Por medio de electrodos estimulamos al nervio mediante una muy breve descarga eléctrica (1V).

b) CONTRACCIÓN ISOTÓNICA: Colocamos un peso al músculo, luego aplicamos un estímulo umbral.

En este caso colocamos una pesa de 7 gramos y aplicamos un estímulo eléctrico de 5V.

c) CONTRACCIÓN POSCARGA: Colocamos un peso muy superior al músculo, luego aplicamos un estímulo umbral.

Colocamos todas las pesas en el sistema obteniendo un peso total de 170.57 gramos y estimulamos eléctricamente nuestro preparado con 5V.

d) SUMA DE CONTRACCIONES: Aplicando estímulos umbrales constantes, incrementamos paulatinamente la frecuencia de los estímulos y observamos la gráfica en el Kimógrafo. Posteriormente con la máxima frecuencia de estímulos observamos el Tétanos.

Picture 4

Trabajo Muscular

• Utilizando el W= o (Lf – Lo); hallamos el trabajo realizado en la

parte 1C y luego procedemos a graficar.

Como ya habíamos hallado el área es igual a 91.95 mm2. O = F/A donde F= F neta + F g

Fneta = m.a Fg = m.g m.(5) m.(9.8)

Hallamos el W1 = o(Lf – Lo)

Lo = 38 Lf – Lo = 15 Lf = 53 Masa = 7

O = 1.13 W1= (7(5)+7(9.8))(15) = 16.9

91.95

Longitud – Tensión Pasiva

Masa Agregada

Masa Final

σ (10 3 Ν/m2

)

Lo’

(mm)∆L

(mm)Lf’

(mm)σ/σο Lf/Lo

7.0 7.0 0.74 38 3 41 1 1.07

19 26 2.77 41 5 46 3.74 1.12

19.6 45.6 4.86 46 4 50 6.56 1.08

20.7 66.3 7.07 50 3 53 9.55 1.06

23.37 89.67 9.55 53 3 56 12.9 1.05

23.5 113.17 12.06 56 3 59 16.29 1.05

Longitud – Tensión Activa

V = 3 voltios a = 5 m/s2 σο = 0.74 Ν/m2

MasaAgregada

MasFinal

σ (103Ν 2

)σ a/σο

Lo’

(mm)∆L

(mm)Lf’

(mm)Lf/Lo

7.0 7.0 1.12 1.51 41 15 26 0.56

19 26 4.18 5.64 46 12 34 0.73

19.6 45.6 7.34 9.91 50 11 39 0.78

20.7 66.3 10.67 14.41 53 10 43 0.81

23.37 89.67 14.44 19.51 56 9 45 0.80

23.5 113.17 18.22 24.62 59 9 50 0.84

Discusiones• Al hablar de el músculo, debemos tener en cuenta que posee dos

propiedades fundamentales para la contracción; la elasticidad y la contractibilidad.

• El músculo en estado de reposo presenta una ligera tensión, la cual evidencia estar preparado para la contracción ante cualquier estímulo umbral, este estado recibe el nombre de tonicidad o tono muscular, también conocido como tensión muscular residual.

• En el diagrama longitud - tensión pasiva, los miofilamentos delgados se desplazan en sentido contrario del que hacen en la contracción, es decir se desplazan hacia fuera por motivo de la tensión ejercida, además el músculo no obedece a la ley de Hooke, ya que a medida que se incrementan las tensiones necesita mayores de estas para producir las mismas variaciones de longitud

• En el diagrama longitud - tensión activa, el músculo que soporta una tensión producida por el peso aplicado, se contraerá con un estímulo eléctrico el cual permite vencer la tensión y desplazar las pesas hacia arriba, en sentido contrario de la pasiva por tal tendrá más dificultad de realizar las fuerzas por eso las variaciones de longitud disminuyen, presentando una tensión máxima a nivel de la longitud inicial de la grafica longitud tensión pasiva.

• El músculo realiza trabajo representado en la gráfica longitud - tensión activa el cual depende de la tensión aplicada, obtenida de la división de la fuerza aplicada y el área transversal

• Cuando la frecuencia alcanza un nivel crítico, las contracciones sucesivas finalmente se hacen tan rápidas que se fusionan entre sí, y la contracción del músculo entero parece ser completamente suave y continua: Tetanización

Conclusiones1. Es obvio que el tendón constituye el elemento elástico en

serie con el mecanismo de la contracción, pero el músculo también posee esta propiedad de elasticidad.

3. El músculo se contrae gracias a las estructuras microscópicas y submicroscópicas que posee.

5. La contracción muscular depende en su mayoría de los músculos que son los elementos activos de la contracción.

7. La gráfica de los tipos de contracciones esta dada por el vector desplazamiento que parte de la curva en reposo a la curva de la contracción muscular.

Gracias