Fisiología del Músculo: Contracción, Adaptaciones y Regulación Endocrina en el Ejercicio

Fuerza Muscular

La fuerza muscular es una cualidad física y condicional que se manifiesta en la capacidad del músculo para generar tensión mediante una acción muscular. Esta acción depende de varios factores:

• Contracción muscular isométrica: se produce cuando se tensa un músculo en particular sin cambio en su longitud.
• Contracción concéntrica: el músculo se acorta hacia el centro.
• Contracción excéntrica: el músculo se alarga en contra del centro del movimiento.

Otros factores que influyen son la posición articular, el tipo de movimiento o gesto técnico, las necesidades de fuerza requeridas y la velocidad con la que se desarrolla la fuerza.

Tipos de Fuerza Muscular

• Fuerza dinámica: implica movimiento de las articulaciones.
  • Isotónica: el músculo cambia de longitud mientras se contrae.
  • Isoinercial: se utiliza una máquina o dispositivo que proporciona resistencia constante a lo largo de todo el rango de movimiento.
  • Isocinética: se produce a una velocidad constante, permitiendo una hipertrofia más efectiva y buscando lograr una simetría muscular que favorezca la estabilidad.
• Fuerza estática: también conocida como fuerza isométrica, se caracteriza por la ausencia de movimiento articular (ejemplo: plancha).

Modulación de la Síntesis de Proteínas

La síntesis de proteínas es un proceso altamente regulado por el cuerpo. Varios factores influyen en este proceso:

• Regulación genética: la información genética contenida en el ADN proporciona las instrucciones para la síntesis de proteínas. La regulación génica, a través de factores como la transcripción y la traducción, influye en la cantidad de proteína producida.
• Señalización celular: las células musculares reciben señales de diversas vías de señalización, como la vía del factor de crecimiento similar a la insulina (IGF-1) y la vía de mTOR (objetivo de rapamicina en mamíferos), que son primordiales para ciertos tipos de hipertrofia.
• Disponibilidad de aminoácidos (AA): es un factor crítico en la modulación de la síntesis de proteínas. La leucina, en particular, es un aminoácido esencial que desempeña un papel clave en la activación de la síntesis de proteínas musculares.
• Ejercicio y estimulación mecánica: son poderosos estímulos para la síntesis de proteínas musculares. El estrés mecánico durante el ejercicio activa las vías de señalización y promueve el crecimiento muscular.
• Hormonas: la testosterona, el IGF-1 y la hormona del crecimiento humano juegan un papel importante en la regulación de la síntesis de proteínas musculares, pudiendo aumentar la síntesis de proteínas y promover la hipertrofia.

Atrofia e Hipertrofia

Atrofia: se refiere a la disminución de la masa muscular, causada por un catabolismo constante donde se utilizan más proteínas de las que se obtienen.

Hipertrofia: se refiere al aumento de la masa muscular. Depende de una buena alimentación, un descanso adecuado y una correcta recuperación.

Factores que Influyen en el Estado Muscular

• Entrenamiento
• Nutrición
• Descanso y recuperación
• Enfermedades y condiciones médicas, como la caquexia en pacientes con VIH.

Periodización Nutricional

La periodización nutricional adapta la ingesta de nutrientes a las diferentes fases del entrenamiento:

• Adaptación anatómica: nutrición normal.
• Hipertrofia: aumento de calorías, carbohidratos y creatina.
• Mixto (fuerza y resistencia): aumento de proteínas y disminución de calorías.
• Fuerza máxima 1: aumento de proteínas, creatina y calorías.
• Transición: descanso.
• Fuerza máxima 2: aumento de proteínas y creatina.

Proteínas

Las proteínas tienen una función estructural esencial para la hipertrofia. La leucina es el aminoácido más importante en este proceso. La necesidad proteica para la adaptación metabólica se estima entre 1.2 y 2.0 g/kg/día.

AMPK y mTOR

AMPK y mTOR son reguladores biomoleculares del metabolismo que buscan alcanzar un equilibrio energético.

mTOR

mTOR (objetivo de rapamicina en mamíferos) es una proteína quinasa que promueve el crecimiento y la proliferación celular. Se activa con la ingesta de nutrientes y se encuentra en dos complejos: mTORC1 y mTORC2.

• mTORC1: es el más relevante para la hipertrofia muscular. Estimula el anabolismo e inhibe la autofagia.
• mTOR y RAPTOR son esenciales para la hipertrofia.
• mTOR inhibe AMPK.
• Los aminoácidos leucina y arginina modulan la subunidad RAPTOR de mTORC1.

AMPK

AMPK (proteína quinasa activada por AMP) es una enzima que actúa como un sensor de energía celular. Se activa cuando los niveles de energía son bajos.

• Utiliza sustratos energéticos y no favorece la hipertrofia.
• Para aumentar la masa muscular, AMPK debe estar inhibida.
• Es importante en deportistas de larga duración.
• Es una proteína quinasa con tres subunidades:
  • Alfa: se activa por la activación previa de quinasas.
  • Beta: actúa como un sensor de las concentraciones de glucosa.
  • Gamma: actúa como un sensor energético.
• AMPK activa GLUT-4, un transportador de glucosa.
• Los procesos digestivos dependen de la vía AMPK.
• AMPK inhibe la hiperglucemia y favorece la oxidación de grasas.
• Su objetivo final es conseguir energía para el día a día o el rendimiento deportivo.

Relación entre AMPK y mTOR

AMPK y mTOR se inhiben mutuamente. La sobreexposición a uno de los dos complejos puede llevar a una desregulación que produce alteraciones en el estado de salud.

• mTORC1 inactiva 4EBP1, que a su vez inhibe eIF4E, promoviendo la traducción de proteínas.
• mTORC1 también activa la quinasa S6, que también promueve la traducción de proteínas.
• AMPK bloquea RAPTOR, inhibiendo mTORC1.
• AMPK también inhibe indirectamente Rheb, un activador de mTORC1.
• AMPK fosforila TSC, que a su vez inhibe Rheb.

Adaptaciones Cardiacas al Ejercicio

Las adaptaciones al ejercicio se pueden clasificar en centrales y locales:

• Adaptaciones centrales: involucran los sistemas respiratorio y cardiaco. Dependen casi en un 100% del entrenamiento. Sus variables incluyen la ventilación, los valores hematológicos y las pulsaciones. Son fundamentales para la performance cardiovascular y respiratoria.
• Adaptaciones locales: involucran los sistemas periférico y muscular. Dependen del entrenamiento y la alimentación. Sus variables incluyen la oxidación de sustratos energéticos, el lactato y la eficiencia en las rutas metabólicas.

Tipos de Entrenamiento y sus Efectos

• Entrenamiento de resistencia: produce hipertrofia excéntrica, mayor flujo de aire, mayor flujo sanguíneo y es oxidativo (utiliza oxígeno).
• Entrenamiento de fuerza: produce hipertrofia concéntrica, no utiliza oxígeno como sustrato de vía aeróbica y engrosa las paredes del corazón (aumenta el diámetro del ventrículo izquierdo).

Adaptaciones al Ejercicio vs. Patológicas

• Adaptaciones al ejercicio: son funcionales, implican un aumento del tamaño del corazón, mayor volumen de miocitos, mayor activación de células madre cardiacas y una mejor función cardiaca. Son reversibles.
• Adaptaciones patológicas: son principalmente respiratorias, implican muerte celular, aumento del tamaño muscular debido a patologías y son irreversibles.

Disminución de la Frecuencia Cardiaca

Al inicio del entrenamiento, aumenta el volumen sistólico, pero después de una semana vuelve a la normalidad. A medida que el cuerpo se adapta al performance deportivo, la frecuencia cardiaca disminuye y se produce un crecimiento del ventrículo izquierdo.

Adaptación del Metabolismo Miocárdico

Mejora debido a un aumento en los depósitos de glucógeno.

Sistema Endocrino

El sistema endocrino regula y mantiene la homeostasis (equilibrio) en el cuerpo. Es un conjunto de tejidos y órganos que secretan hormonas, las cuales se adaptan al performance deportivo. Las hormonas regulan y controlan el proceso de crecimiento muscular y el intercambio gaseoso.

• Hormonas circulantes: necesitan un transportador, como el torrente sanguíneo, para llegar a su célula diana remota.
• Hormonas locales: no necesitan un transportador.

Células del Lóbulo Anterior de la Hipófisis y sus Hormonas

• Somatotropas: secretan hormona del crecimiento (hGH) (T3 y T4), que estimula la secreción de IGF-1, necesaria para el crecimiento general y la regulación del metabolismo.
• Tirotropas: secretan hormona tiroestimulante (TSH) (estimula la secreción de calcitonina), que estimula las secreciones y actividades de la glándula tiroides.
• Gonadotropas: secretan hormona liberadora de gonadotropina, que estimula la producción de hormona foliculoestimulante (FSH) (secreción de estrógeno y maduración de ovocitos) y hormona luteinizante (LH) (secreción de progesterona, producción de esperma y secreción de testosterona).
• Lactotropas: secretan prolactina, que estimula la producción de leche.
• Corticotropas: secretan hormona estimulante de melanocitos y adrenocorticotropina/corticotropina (que secreta cortisol).

Lóbulo Posterior de la Hipófisis

El lóbulo posterior de la hipófisis, o neurohipófisis, no sintetiza hormonas, pero almacena y libera dos hormonas:

• Oxitocina
• Hormona antidiurética (ADH): importante para la volemia.

Cambios Endocrinos Inducidos por el Ejercicio

La performance deportiva depende de la hormona del crecimiento (GH), que causa el crecimiento de los tejidos (fundamental en el crecimiento óseo), participa en la síntesis de proteínas musculares, utiliza las grasas como reserva energética, inhibe la captación de glucosa, inhibe el metabolismo de carbohidratos y participa en la lipólisis en adipocitos y la gluconeogénesis hepática.

• Durante el ejercicio, la GH aumenta a los pocos minutos de comenzado el ejercicio y se incrementa a medida que aumenta la intensidad.
• Participa en la hipertrofia muscular, el crecimiento del esqueleto y la proliferación celular.

Tirotropina (TSH) y hormonas tiroideas (T3-T4): tienen un efecto perinatal en el desarrollo óseo y del sistema nervioso central, y participan en la calorígenesis.

• Durante el ejercicio, TSH, T3 y T4 aumentan (T3 y T4 ayudan en la captación y utilización de glucosa y lípidos).

Hormona antidiurética (ADH, vasopresina): reduce la cantidad de orina producida por los riñones.

• Durante el ejercicio, la ADH aumenta a medida que aumenta la intensidad, conservando los líquidos corporales, especialmente en ejercicios en ambientes calurosos. También mantiene una buena utilización de sodio.

Respuesta Neuromuscular al Ejercicio de Sobrecarga: Proceso de Contracción Muscular

Constitución de los Músculos

Los músculos están formados por haces de fibras. Cada fibra constituye una célula muscular, cuya propiedad más destacada es la contractilidad. Las fibras musculares son células cilíndricas, largas y delgadas, distribuidas de forma paralela y rodeadas de una membrana excitable eléctricamente. Los músculos se contraen gracias a esta membrana.

Contractilidad

Los músculos se acortan y tiran de los huesos o tensan los órganos de los que forman parte y, terminado su trabajo, recuperan su posición de reposo.

Tipos de Tejido Muscular

• Músculo estriado o esquelético: contracción rápida y voluntaria.
• Músculo liso: contracción lenta e involuntaria.
• Músculo cardiaco: contracción involuntaria.

Proteínas Contráctiles

Miosina y actina son las principales proteínas contráctiles. Estas proteínas se deslizan unas sobre otras, haciendo que las fibras se acorten, lo que provoca la contracción muscular. Durante la contracción, las fibras musculares se acortan, y durante la relajación, las fibras tienden a regresar a su posición inicial.

Todo músculo estriado presenta las mismas propiedades esenciales:

• Elasticidad: capacidad del músculo para volver a su forma original cuando cesa la fuerza que lo obliga a deformarse.
• Contractilidad: facultad de pasar de la forma de reposo a la forma activa.
  • Contracción lenta: músculos de fibra lisa, involuntaria.
  • Contracción rápida: músculos estriados, voluntaria.
  • Músculo estriado: controlado por el sistema nervioso central.

Fuerza Muscular

El músculo, al contraerse, realiza una fuerza interna o tensión, que es diferente de la fuerza externa o carga (resistencia que se opone a la gravedad). Al ser estimuladas, las fibras musculares reaccionan a la vez, es decir, se contraen totalmente o no se contraen en absoluto.

Fisiología de la Contracción Muscular

1. La contracción muscular se acompaña de reacciones químicas en las cuales intervienen iones de calcio, potasio, sodio y cloro, producidas por la liberación de energía a partir de la destrucción de la molécula de ATP.

2. En el evento mecánico de la contracción muscular:

• El calcio se une a la troponina C, que se encuentra unida a la actina en el músculo en reposo. El calcio debilita la interacción actina-miosina y deja libres los sitios de la actina.
• Las cabezas de la miosina interactúan con la actina.
• Las cabezas hidrolizan ATP, se vuelven rígidas, se distorsionan y provocan el golpe de fuerza.
• Las cadenas ligeras se desplazan sobre las gruesas.

La contracción muscular produce una fuerza que actúa sobre su origen e inserción con una fuerza exactamente igual pero en sentido contrario. La tensión desarrollada se produce cuando los filamentos gruesos interactúan con los filamentos finos (sarcómero). La fuerza máxima se da cuando la fibra está en longitud de reposo, es decir, cuando se permite la activación entre todos los puentes, gruesos y finos. El máximo punto de tensión en un sarcómero se desarrolla cuando se alcanza el máximo número de puentes cruzados.