Fisiología Muscular Esquelética: Estructura, Contracción y Bioquímica

Anatomía y Fisiología del Músculo Esquelético: Mecanismos de Contracción

Organización Estructural del Músculo Esquelético

El músculo esquelético está compuesto por fibras musculares (células musculares) que se agrupan en fascículos primarios. Cada fibra muscular individual está envuelta por el endomisio, una capa de tejido conjuntivo. Varios fascículos se agrupan para formar un fascículo muscular, el cual está rodeado por el perimisio. Finalmente, el músculo completo está cubierto por el epimisio, una capa externa de tejido conjuntivo denso que se extiende para formar los tendones, conectando el músculo al hueso.

Componentes Celulares Clave

Las células musculares, también conocidas como miocitos o fibras musculares, son células plurinucleadas. Su citoplasma especializado se denomina sarcoplasma, y su membrana plasmática recibe el nombre de sarcolema. Dentro del sarcoplasma, dos estructuras son de vital importancia para la función muscular:

• El retículo sarcoplasmático: Una red de túbulos membranosos que actúa como el principal reservorio intracelular de iones de calcio (Ca²⁺).
• Las miofibrillas: Estructuras cilíndricas compuestas por filamentos proteicos que permiten la contracción muscular.

El Sarcómero: Unidad Funcional de la Contracción

El sarcómero es la unidad funcional y estructural básica de las miofibrillas en el músculo estriado esquelético. Cada sarcómero está delimitado por dos discos Z y está compuesto por diferentes bandas:

• Las bandas I (isotrópicas): Son las regiones claras, compuestas principalmente por filamentos delgados de actina.
• Las bandas A (anisotrópicas): Son las regiones oscuras, que contienen filamentos gruesos de miosina y, en sus extremos, se superponen con los filamentos de actina.

El Proceso de Contracción Muscular

Mecanismo de Deslizamiento de Filamentos

La contracción muscular se inicia por un impulso nervioso y se basa en el modelo de deslizamiento de filamentos. Este proceso implica que los filamentos delgados de actina se deslizan sobre los filamentos gruesos de miosina. Durante la contracción, los discos Z del sarcómero se aproximan entre sí, lo que resulta en el acortamiento del músculo. Las bandas A mantienen su longitud, mientras que las bandas I y la zona H (una región central dentro de la banda A) se acortan o incluso desaparecen, dependiendo del grado de contracción.

Tipos de Contracción Muscular Esquelética

Existen dos tipos principales de contracción en el músculo estriado esquelético:

• La contracción isotónica: Implica un cambio en la longitud del músculo mientras la tensión se mantiene relativamente constante para mover una carga. Se subdivide en:
  • Concéntrica: El músculo se acorta al generar fuerza (ej. levantar un peso).
  • Excéntrica: El músculo se alarga mientras genera fuerza (ej. bajar un peso de forma controlada).
• La contracción isométrica: El músculo genera tensión sin cambiar su longitud, como al intentar levantar un objeto inamovible o mantener una postura.

Filamentos y Proteínas Musculares Clave

Filamentos Contráctiles: Miosina y Actina

Filamentos de Miosina

Los filamentos de miosina están compuestos por aproximadamente 200 moléculas de miosina. Cada molécula de miosina posee dos cadenas pesadas y cuatro cadenas ligeras. Las cadenas pesadas se enrollan entre sí para formar una estructura helicoidal conocida como la cola de miosina. En un extremo, cada cadena pesada se pliega para formar una cabeza de miosina globular, que es el sitio de unión a la actina y posee actividad ATPasa. Las cadenas ligeras se asocian a las cabezas de miosina, regulando su función.

Filamentos de Actina

Los filamentos de actina son una doble hélice formada por la polimerización de moléculas de actina G (globular) en actina F (filamentosa). A lo largo de cada filamento de actina se enrolla un filamento de tropomiosina. A intervalos regulares sobre la tropomiosina se encuentran las proteínas de troponina, un complejo de tres subunidades:

• Troponina I (inhibitoria): Se une a la actina e inhibe la interacción actina-miosina.
• Troponina T: Se une a la tropomiosina.
• Troponina C: Se une al calcio, siendo crucial para la contracción.

Proteínas Reguladoras Esenciales

• Troponina y Tropomiosina: Estas proteínas, unidas a los filamentos de actina, regulan la interacción entre la actina y la miosina, controlando así la contracción muscular.
• Mioglobina: Es una proteína que se encarga del transporte y almacenamiento de oxígeno dentro de las células musculares, facilitando su disponibilidad para la producción de energía.

Regulación de la Contracción por Calcio

El Papel Crucial del Calcio en la Contracción Muscular

La contracción muscular se inicia cuando un impulso nervioso llega al músculo, desencadenando la liberación de iones de calcio (Ca²⁺) principalmente desde el retículo sarcoplasmático hacia el sarcoplasma. El calcio se une a la subunidad Troponina C, lo que provoca un cambio conformacional en el complejo troponina-tropomiosina. Este cambio desplaza la tropomiosina, exponiendo los sitios de unión de la miosina en los filamentos de actina, permitiendo así la formación de puentes cruzados y el deslizamiento de los filamentos, esencial para la contracción.

Concepto Adicional: Discos Intercalares

Discos Intercalares: Uniones Especializadas en el Músculo Cardíaco

Aunque el enfoque principal de este documento es el músculo esquelético, es importante mencionar los discos intercalares. Estas son uniones especializadas que se encuentran exclusivamente entre las células musculares cardíacas. Permiten la rápida propagación de los impulsos eléctricos de una célula a otra, asegurando que las células cardíacas se contraigan de manera coordinada y simultánea, lo que es vital para la función de bombeo del corazón.