Fisiología del ejercicio y funciones del sistema muscular
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Fisiología
Concepto: disciplina que estudia las funciones del organismo y sus partes.
Ejercicio: Actividad física planificada, sistematizada y repetitiva que persigue el logro de un objetivo concreto.
Actividad física: Movimiento corporal producido por los músculos esqueléticos que requiere un gasto de energía.
Juego: Actividad lúdica, se desarrolla en tiempo y espacio delimitado, con reglas obligatorias voluntariamente aceptadas.
Deporte: Es una actividad física especializada, competitiva, reglamentada, que requiere entrenamiento físico general y el desarrollo de destrezas específicas.
Fisiología del ejercicio: Es el estudio del funcionamiento del organismo humano y sus partes durante la ejecución de actividades físicas planificadas, sistematizadas y repetitivas que persiguen el logro de un objetivo concreto.
Homeostasis: Es el conjunto de fenómenos de autorregulación que llevan al mantenimiento de la constancia en las propiedades y la composición del medio interno del organismo.
Medio interno: Parte de nuestro organismo que no se encuentra en contacto macroscópico con el exterior.
Medio externo: No solo es la parte externa de nuestro cuerpo, sino que incluye todos los espacios internos que se encuentran en contacto macroscópico con el exterior. Por ejemplo: Alveolos pulmonares, del estómago, del intestino, de la vejiga, etc.
Respuestas orgánicas del organismo:
Incremento de la densidad ósea.
Incremento del número y calidad de las mitocondrias.
Control del peso.
Disminución del estrés y ansiedad.
Aumento de la fuerza.
Incremento de la masa muscular.
Funciones del sistema muscular:
Postura.
Producción de calor.
Movimiento.
Tipos de tejido muscular:
Célula muscular esquelética - músculo esquelético: Estriado, contracción rápida, voluntario.
Célula muscular cardiaca - músculo cardiaco: Estriado, contracción rápida, involuntario.
Célula muscular visceral (órganos) - músculo visceral: Liso, contracción lenta, involuntario.
Ley de todo o nada: Ante un estímulo que supera el umbral mínimo de excitabilidad, un fascículo se contrae completamente, en su totalidad.
Tono muscular: Estado de semicontracción que permite la postura.
Músculo: Es un órgano del sistema muscular y tiene por función transformar energía química en energía mecánica.
Fibra muscular:
Forma: cilíndrica y alargada.
Núcleo: Multinucleada cuyos núcleos se sitúan por debajo de la membrana plasmática.
Membrana: Sarcolema.
Citoplasma: Sarcoplasma.
Retículo: Extenso sarcoplasmático - almacena Ca.
Un músculo puede ejercer distintos tipos de contracción y eso va a depender de la cantidad de fascículos que involucre la contracción, a esto se lo llama principio de fuerza gradual.
Propiedades de la fibra muscular:
Excitabilidad: capacidad de ser estimulada.
Contractibilidad: Capacidad para disminuir su longitud.
Distensibilidad: Capacidad para recuperar su longitud original.
Extensibilidad: Capacidad para aumentar su longitud original.
Túbulos T:
Son invaginaciones del sarcolema hacia el interior de la fibra, por ello es que dentro suyo hay líquido extracelular.
Los túbulos T están muy relacionados con los retículos sarcoplasmáticos de dos fibras vecinas, conformando una estructura llamada triada.
Los retículos sarcoplasmáticos almacenan iones de Ca.
Sarcómero: Unidad funcional del sistema muscular, mínima parte que se contrae a sí misma.
Miosina: Miofilamentos gruesos
Cada molécula de miosina es un hexámero compuesto por:
Cadenas proteicas pesadas que se entrelazan para formar una larga cola y unas estructuras globulares llamadas CABEZAS.
En la zona de la cabeza, con cada cadena pesada se asocian dos cadenas proteicas livianas.
En síntesis, la miosina está formada por:
Dos cadenas proteicas pesadas.
Cuatro cadenas livianas.
Un miofilamento de miosina está formado por 250 células.
Otra característica de la miosina es que posee una enzima ATPasa en la cabeza que hidroliza el ATP obteniendo así la energía para la contracción.
Actina: Miofilamentos finos
La actina es la proteína que forma los miofilamentos finos de la miofibrilla.
Una molécula de actina es una proteína globular (actina G).
Múltiples moléculas de actina G forman cadenas o miofilamentos (actina F).
En el músculo esquelético, dos filamentos de actina F forman miofilamentos finos de las miofibrillas.
Los miofilamentos finos y gruesos que están en paralelo están vinculados por puentes de unión.
Los puentes de unión los constituyen las cabezas de miosinas próximas, contiguas a los filamentos de actina.
Cada molécula de actina G presenta una zona posible de unión a la miosina, llamada sitio de unión.
Proteínas moduladoras: Son proteínas que regulan el proceso de contracción evitando que en presencia de ATP el músculo esté contraído de manera constante.
La Troponina y la Tropomiosina se encuentran en los miofilamentos finos asociados a la actina, tienen la función de regular la unión entre actina y miosina, impidiendo que se desencadene la contracción.
La Tropomiosina es una proteína filamentosa que rodea en espiral a los filamentos de actina cubriendo los puntos de unión.
La Troponina es una proteína globular que consta de tres unidades: Troponina I (con afinidad por la actina), Troponina T (con afinidad por la tropomiosina) y Troponina C (con afinidad por el calcio).
La titina es una molécula proteica elástica que se extiende desde un disco Z hasta la línea M. Sus funciones son estabilizar la posición de los elementos contráctiles y recuperar la longitud muscular durante la relajación.
La Nebulina es una proteína no elástica que se ubica junto al miofilamento fino y se inserta en el disco Z. Contribuye con la titina en alinear los filamentos finos del sarcómero.
Límites del sarcómero:
Discos Z: Son estructuras en zig-zag compuestas por proteínas de anclaje para los filamentos finos. Representan los extremos del sarcómero.
Banda H: Es la zona central constituida solo por miofilamentos gruesos de miosina.
Banda A: Toda la longitud de un filamento grueso. Es la zona constituida por miofilamentos gruesos de miosina y miofilamentos finos de actina. Su longitud permanece constante durante la contracción, a diferencia de las bandas I y la zona H que disminuyen su longitud durante el acortamiento del sarcómero.
Banda I: Representa la región ocupada solo por filamentos finos. El disco Z se ubica en la mitad de la banda I, por lo tanto, ambas mitades de la misma banda I pertenecen a sarcómeros diferentes. Es la zona lateral constituida solo por miofilamentos finos de actina.
Línea M: Es la zona donde la miosina se encuentra unida a la miosina adyacente. Las líneas Z se aproximan, lo cual acorta el sarcómero. Desaparece la Banda H, las Bandas I se acortan, la Banda A no modifica su longitud durante la contracción.
Localización, proceso y concepto de la transmisión del impulso nervioso
Los electrolitos pueden atravesar la membrana plasmática, pasando hacia uno u otro lado por diferentes mecanismos:
Transporte pasivo:
Difusión simple: Las moléculas atraviesan libremente la bicapa lipídica, a favor de carga y/o concentración. Ej: CO2, O2, H2O.
Difusión facilitada: Las moléculas atraviesan la membrana a favor de carga y/o concentración, con la ayuda de proteínas transmembrana. Ej: Glucosa, aminoácidos, lípidos.
Transporte activo: Es el paso de moléculas a través de una membrana en contra de un gradiente de concentración, con gasto de energía.
Los líquidos intracelulares y extracelulares son soluciones de electrolitos.
En el exterior predominan los que tienen carga positiva (cationes). En el interior predominan los que tienen carga negativa (aniones).
Ion: Átomo que ganó o perdió electrones.
Cuando la célula no está transmitiendo un impulso nervioso, la distribución de iones a ambos lados de la membrana determina la existencia de dos polos, uno positivo en el exterior y el otro negativo en el interior, esto se conoce como potencial de reposo. Esta situación hace que la membrana en reposo se encuentre polarizada.
El potencial de acción es el que corresponde a la transmisión de un impulso eléctrico. En él, los polos a ambos lados de la membrana se han invertido en un lugar específico, situación que se va propagando a lo largo de la membrana plasmática. Esto se explica por la apertura de los canales de Na+ que permiten el ingreso del mismo al interior de la célula, lo cual invierte la carga de los polos.
La repolarización de la membrana se produce debido a que se cierran los canales del Na+ y se abren los del K+, permitiendo que éste atraviese la membrana y se dirija al exterior de la misma, restableciendo la polaridad original.
La membrana repolarizada ha recobrado la polaridad que tenía cuando estaba en reposo, pero con una distribución invertida de los iones a cada lado de la membrana.
La Bomba de NaK impulsa los iones de Na+ hacia el exterior y los de K+ hacia el interior de la célula, mediante un proceso de transporte activo (en contra de un gradiente de concentración, con gasto de energía - ATP), restableciendo el potencial de reposo que había antes del estímulo nervioso.
Tipos de ejercicio:
Aeróbico: Ejercicios de media o baja intensidad y de larga duración, donde el organismo necesita quemar hidratos y grasas para obtener energía y para ello necesita oxígeno. Ejemplos: Correr, nadar, andar en bici, caminar, etc. Se suelen utilizar para bajar de peso.
Anaeróbico: Son ejercicios de alta intensidad y de poca duración, aquí no se necesita oxígeno porque la energía proviene de fuentes inmediatas que no necesitan ser oxidadas por el oxígeno, como el ATP muscular, la PC o la fosfocreatina y la glucosa. Ejemplo: Hacer pesas, carreras de velocidad y ejercicios que requieran gran esfuerzo en poco tiempo. Este tipo de ejercicios son buenos para el trabajo y fortalecimiento del sistema musculo esquelético (tonificación).
Tipos de fibras musculares:
Fibras tipo I: Lentas, aeróbicas, de larga duración, actividad ATPásica lenta, miofibrillas escasas, almacenan menos calcio, liberan el calcio lentamente, contracción más lenta, obtienen ATP del metabolismo aeróbico a partir de la degradación de hidratos de carbono y lípidos.
Fibras tipo II: Rápidas, anaeróbicas, de corta duración, actividad ATPásica rápida, miofibrillas numerosas, almacenan más calcio, liberan el calcio rápidamente, contracción más rápida, obtienen la energía del sistema ATP-PC.
Sistemas energéticos:
Es posible clasificarlos por:
a) El consumo, o no, de oxígeno.
b) Por el tipo de sustrato utilizado.
c) Por la producción, o no, de lactato.
d) Por su duración e intensidad.
a) Consumo o no de oxígeno:
La célula muscular dispone de 3 MECANISMOS para resintetizar ATP. Son procesos exergónicos que liberan la energía necesaria para producir ATP a partir del ADP.
Sistema de los fosfágenos: Es la resíntesis directa del ATP a partir de la fosfocreatina (PCr).
Glucólisis anaeróbica: Es la transformación del glucógeno muscular en lactato.
Fosforilación oxidativa: La energía producida en la oxidación de los nutrientes se acopla con la fosforilación del ADP.
Sistema anaeróbico aláctico: De los fosfágenos o ATP-PCr es la primera forma de obtención de energía que utiliza el músculo cuando realiza trabajos de gran intensidad durante los primeros 15 a 20 segundos.
Sistema anaeróbico láctico: La glucólisis anaeróbica es la transformación del glucógeno muscular en lactato. Durante la glucólisis anaeróbica, una molécula de glucosa se transforma en 2 moléculas de lactato, produciendo un balance energético neto para la resíntesis de 2 ATP.
Sistema aeróbico: La fosforilación oxidativa es el proceso por el cual se forma ATP utilizando la energía producida en la oxidación de los nutrientes. El acetil CoA entra al ciclo de Krebs, donde se degrada completamente hasta CO2, liberando hidrógenos que se utilizan para la fosforilación oxidativa y la formación de ATP.
Los sustratos energéticos utilizados por el organismo son: ATP, glucógeno, lípidos y proteínas.
La síntesis de un polímero se produce a partir de la unión de monómeros, lo cual requiere energía para mantener ligadas a las unidades. Es una reacción endergónica.
La lisis de un polímero libera a los monómeros y a la energía contenida en los enlaces químicos. Es una reacción exergónica.
La glucosa permite obtener energía tanto en condiciones aeróbicas como en condiciones anaeróbicas.
La glucólisis anaeróbica es la transformación del glucógeno muscular en lactato, produciendo un balance energético neto para la resíntesis de 2 ATP.
El ciclo de Krebs extrae los hidrógenos contenidos en las moléculas de los nutrientes para oxidarlos en la fosforilación oxidativa y formar ATP.
El sistema anaeróbico aláctico utiliza los fosfágenos para resintetizar ATP directamente a partir de la fosfocreatina.
El sistema anaeróbico láctico utiliza la glucólisis anaeróbica para transformar el glucógeno muscular en lactato.
El sistema aeróbico utiliza la fosforilación oxidativa para formar ATP utilizando la energía producida en la oxidación de los nutrientes.
La célula muscular dispone de tres mecanismos para resintetizar ATP: los fosfágenos, la glucólisis anaeróbica y la fosforilación oxidativa.
El sistema anaeróbico aláctico utiliza los fosfágenos para resintetizar ATP directamente a partir de la fosfocreatina.
El sistema anaeróbico láctico utiliza la glucólisis anaeróbica para transformar el glucógeno muscular en lactato.
El sistema aeróbico utiliza la fosforilación oxidativa para formar ATP utilizando la energía producida en la oxidación de los nutrientes.
Los sustratos energéticos utilizados por el organismo son: ATP, glucógeno, lípidos y proteínas.