Estructura muscular
Cuando se habla de músculos, generalmente se habla de los músculos esqueléticos. El músculo esquelético es el tipo de músculo más común en el cuerpo y representa aproximadamente el 30-40% del peso promedio de una persona. El músculo esquelético es un tejido blando que se adhiere al hueso y actúa tanto para generar como para reducir las fuerzas físicas y el movimiento. Lo que esto significa es que los músculos pueden generar un movimiento y también pueden actuar para desacelerarlo. Al igual que durante un sprint de 100 m, los músculos generan fuerzas para empujar al velocista hacia adelante desde una posición inicial inactiva y sin movimiento, pero después de que el velocista cruza la línea de meta, son los músculos los que nuevamente ejercen fuerzas para desacelerar ese movimiento.
Para lograr el movimiento y la función, cada músculo y sus fibras se entrelazan con vasos sanguíneos, nervios y tejidos conectivos. Los vasos sanguíneos actúan para proporcionar nutrientes y eliminar los desechos metabólicos, mientras que los nervios controlan las señales voluntarias del cerebro, que activa los músculos, además de interpretar los reflejos que comienzan en el músculo y transfieren información al cerebro. El tejido conectivo ayuda a mantener juntas las partes del músculo y a sujetar el músculo de forma segura al hueso o entre sí.
Cada músculo en su conjunto está envuelto en tejido conectivo denso llamado epimisio , que ayuda a mantener la estructura muscular general durante episodios repetidos de contracción y relajación. Dentro del epimisio, el músculo en sí está formado por fibras, que se agrupan individualmente en grupos conocidos como fascículos . Los fascículos están separados entre sí por otra capa de tejido conectivo: el perimisio. Dentro de cada fascículo, las fibras musculares individuales están encerradas en una tercera capa de tejido conectivo conocida como endomisio. Dentro del endomisio, hay una membrana plasmática llamada sarcolema.. Esta división de fibras hace que no sea necesario activar todas las fibras al mismo tiempo, así es como controlamos cuánta fuerza se pone en un movimiento.
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Imagen 1. Muestra cómo el tejido conectivo protege el músculo y segmenta las fibras en haces y / o entidades de una sola fibra. Esta sección permite que las señales se traduzcan en fibras únicas o múltiples fascículos, lo que ayuda a controlar la fuerza de un movimiento.
Alineación muscular
Como se mencionó, el músculo esquelético se denomina así porque ayuda al esqueleto a moverse. En la mayoría de los casos, el músculo se une directamente al hueso; sin embargo, algunos músculos pueden unirse a tendones u otros músculos. A pesar de cómo está unido, los músculos generalmente tienen un extremo que no se mueve durante la acción muscular llamada origen y un extremo que tira o se mueve durante la contracción muscular conocida como inserción.punto. Generalmente, el punto de origen de un músculo está cerca del centro del cuerpo, o proximal, mientras que el punto de inserción está distal o más lejos. En la mayoría de los casos, el músculo se une directamente al hueso; sin embargo, algunos músculos pueden unirse a tendones u otros músculos. Uno de los ejemplos más comunes de puntos de origen e inserción es el bíceps braquial. Recuerde que el prefijo ‘bi-‘ en bíceps indica que hay dos cabezas o puntos de origen. El bíceps braquial, por lo tanto, se origina en la articulación proximal del hombro (la cavidad glenoidea y la apófisis coracoides) y se inserta en el antebrazo distal (tuberosidad radial).
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Imagen 2. Aquí se ilustran varios músculos importantes y cómo se alinean dentro del cuerpo. Tenga en cuenta que los músculos pueden alinearse en diferentes direcciones y no necesariamente están alineados con el hueso.
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Biomecánica básica del músculo
Al igual que los puntos de origen e inserción, la alineación muscular es muy deliberada. El origen estancado y el punto de inserción en movimiento ayudan a los músculos a tirar de los huesos mediante un sistema de palancas, que cuando se rompen son muy similares a las palancas mecánicas. Hay tres sistemas de palancas principales en la carrocería: palancas de primera clase, segunda clase y tercera clase.
Sigamos usando el bíceps braquial como ejemplo. Es posible que haya notado que el bíceps braquial se extiende desde el hombro hasta el antebrazo, lo que significa que el músculo en sí salta la articulación del codo. Esto ayuda a crear un sistema de palanca de tercera clase. Las palancas de tercera clase tienen el esfuerzo, o la tensión, entre el fulcro, o el punto donde gira una palanca, más comúnmente una articulación, y la resistencia o el peso que se debe mover. En la imagen de abajo, el bíceps braquial (‘bíceps’) se contrae activamente para evitar que el libro se caiga. Mirando de izquierda a derecha, está claro que el punto de apoyo es la articulación del codo y que está situada antes del punto de tensión creado por el bíceps. El libro representa la resistencia que la tensión en el músculo está tratando de superar o controlar. Por lo tanto,
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Imagen 3. Aquí se ilustra un desglose matemático de la física de las fuerzas que se ejercen sobre la articulación del bíceps cuando se contrae.
Interacciones Fundamentales en Física
Las palancas de primera clase se identifican por tener el fulcro entre el esfuerzo y la resistencia (ejemplo: los músculos extensores que conectan la cabeza y el cuello), mientras que las palancas de segunda clase se identifican cuando la resistencia está en el medio del esfuerzo y el fulcro (ejemplo: el contracción de los músculos de la pantorrilla que se contraen al estar de puntillas).
Al describir las palancas, solo hablamos del bíceps braquial; sin embargo, el tríceps braquial también se ilustra en esta imagen. ¿Por qué? La ubicación de los músculos en el cuerpo está diseñada para que los músculos se complementen entre sí, en otras palabras, los grupos de músculos tienen lo que se llama una relación simbiótica.
Músculos agonistas frente a antagonistas
Los músculos agonistas y antagonistas, o grupos de músculos, son los que sustentan esta relación simbiótica. Durante un movimiento, los músculos agonistas son los que generan la fuerza primaria para un movimiento. Los músculos agonistas también se conocen como motores primarios. En el mismo movimiento, los músculos antagonistas se oponen a los músculos agonistas. La acción del músculo antagonista generalmente se opone al agonista al relajar y permitir que el agonista controle la fuerza. Sin embargo, el antagonista también puede actuar para ralentizar o detener un movimiento; al hacerlo, esto protege la articulación y el músculo agonista del daño.
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Tabla 1. Enumera ejemplos de agrupaciones de músculos y sus relaciones específicas para acciones agonistas y antagónicas.
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Propiedades de confiabilidad de los sistemas: principios y propósito
La contracción del músculo esquelético
Ahora que hemos discutido el propósito del músculo y cómo funcionan juntos, repasaremos cómo se contrae el músculo. La acción de los músculos esqueléticos es voluntaria, lo que significa que la activación de estos músculos requiere una acción consciente del sistema nervioso para generar movimiento.
El sistema nervioso utiliza señales eléctricas para enviar mensajes a todo el cuerpo, incluso al músculo, lo que se denomina potenciales de acción. Los potenciales de acción funcionan cambiando rápidamente la energía eléctrica donde el sistema nervioso quiere que ocurra una acción. Al considerar el músculo, las neuronas particulares involucradas se denominan neuronas motoras. Estas neuronas motoras se conectan con cada fibra muscular individual en la unión neuromuscular (NMJ) .
Cuando el cerebro está listo para que un músculo se contraiga, envía el neurotransmisor acetilcolina (ACh) a la unión neuromuscular. La ACh sale de la terminal axonal de la neurona motora y entra brevemente en la hendidura sináptica del NMJ. La ACh se mueve a través de la hendidura sináptica y se une a los receptores de la placa motora terminal, ubicada en el sarcolema de la fibra muscular, que libera iones de carga positiva que despolarizan el sarcolema. La despolarización hace que los canales iónicos de sodio activados por voltaje se abran, lo que permite que el potencial de acción se extienda por todo el sarcolema. A medida que el potencial de acción se mueve a lo largo del sarcolema, desciende por los valles del sarcolema conocido como túbulos en T.. Al hacerlo, el potencial de acción penetra profundamente en el músculo y libera calcio del retículo sarcoplásmico . Este es el paso final en la porción de excitación del acoplamiento de excitación-contracción.
Para comenzar la parte de contracción del proceso, el calcio se une a una proteína contráctil dentro de la fibra muscular llamada troponina , lo que hace que la tropomiosina abra los sitios de unión para otra proteína contráctil llamada miosina , formando un puente cruzado. La miosina es lo que realmente tira del músculo y acorta la fibra muscular para completar el proceso que conocemos como contracción muscular. Para que la miosina se libere para relajarse y / o prepararse para otra contracción, se requiere energía conocida como trifosfato de adenosina (ATP).
Casi tan inmediatamente como comenzó, la membrana despolarizada se repolariza, impidiendo que se envíen más potenciales de acción al músculo, deteniendo la señal de corriente para contraer el músculo y eliminando las contracciones musculares no deseadas. Este proceso tan rápido nos permite controlar los movimientos de motricidad fina, como cuando se escribe con un lápiz o se levanta un objeto delicado sin aplastarlo. A veces, las neuronas motoras incluso necesitan la práctica para perfeccionar dichos movimientos.
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Imagen 4. Esta imagen proporciona una representación gráfica del ciclo de excitación-contracción que ocurre en un músculo cuando se contrae. En la parte superior, se ilustra la interacción entre la neurona motora y las fibras musculares. Al mirar hacia abajo, se muestra el proceso de lo que ocurre al nivel de la fibra, lo que resulta en la contracción muscular.
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Resumen de la lección
El músculo esquelético hace mucho por nuestro cuerpo y su conexión con el cerebro es clave para su función. El músculo esquelético es lo que nos ayuda a mantenernos erguidos, levantar objetos pesados, hablar, tomar una bebida, correr, reducir la velocidad y mucho más. Para protegerlo, cada músculo tiene tres capas primarias de tejido conectivo para protegerlo. La capa externa que recubre todo el músculo es el epimisio. Luego, las fibras musculares se agrupan en grupos conocidos como fascículos, que están protegidos por otra capa de tejido conectivo: el perimisio. Por último, cada fibra también está envuelta en una membrana conocida como sarcolema. El sarcolema adquiere especial importancia en el proceso de acoplamiento excitación-contracción que genera una contracción muscular. Es el sarcolema el que es despolarizado por el neurotransmisor ACh. Este paso inicial de despolarización se extiende por todo el sarcolema y profundamente en la fibra a través de los túbulos en T, lo que permite que el calcio se libere del retículo sarcoplásmico. Una vez que se libera calcio, se une a la troponina y le indica a la tropomiosina que abra los sitios de unión para que la miosina forme un puente cruzado. Luego, la miosina crea el golpe de poder que da como resultado la contracción de la fibra muscular en sí.
Cuando un músculo se contrae, un extremo generalmente permanece estable, esto es causado por el origen. El otro extremo, por el contrario, es el que crea los tirones o el movimiento en el músculo y esto se conoce como inserción. Cuando el músculo se contrae, el objetivo es generar fuerza y movimiento alrededor de una articulación. Cuando esto sucede, la articulación funciona como un punto de apoyo en lo que se conoce como un sistema de palanca para ayudar a equilibrar el esfuerzo creado por el cuerpo frente a la resistencia de la fuerza que se genera. Los músculos cercanos al músculo activo también ayudan a estabilizar la articulación. Por ejemplo, cuando el músculo principal involucrado en el movimiento, o el agonista, se contrae, generalmente hay un músculo antagonista que creará una pequeña contrarresistencia para estabilizar la articulación durante la fuerza de contracción.
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