Relación longitud-tensión en el músculo esquelético

Los músculos se estiran en reposo

Los tendones unen nuestros músculos esqueléticos a nuestros huesos.

Los tendones son órganos que unen nuestros músculos esqueléticos a nuestros huesos. Cuando nuestros músculos están en reposo, es decir, sin contraerse, en realidad se estiran a lo que llamamos una longitud de reposo mediante estos accesorios. Cómo sabemos esto? Echemos un vistazo al gastrocnemio o músculo de la pantorrilla de la rana:

El músculo de la pantorrilla se acortaría si se quitara del cuerpo.

Si quitaras el músculo del cuerpo de la rana, su longitud se acortaría. Por lo tanto, el músculo se estira hasta su longitud de reposo dentro del cuerpo. A medida que se estira el músculo, también lo hacen las fibras musculares que forman el órgano muscular.

Resulta que la longitud natural en reposo de nuestros músculos esqueléticos maximiza la capacidad del músculo para contraerse cuando se estimula. Si la longitud de reposo es más corta o más larga, la contracción se ve comprometida. El efecto de la longitud de la fibra en reposo sobre la contracción muscular se denomina relación longitud-tensión . Esta lección describirá la disposición anatómica del músculo en reposo y explicará cómo esto ayuda con la contracción muscular.

Relaciones longitud-tensión

Hagamos un experimento usando el músculo gastrocnemio de una rana para examinar la relación entre la longitud de la fibra muscular en reposo y la contracción.

Primero, retire el gastrocnemio de la rana. Luego, sujete el músculo entre una posición fija y un transductor de fuerza , que es un instrumento que registrará cuánta contracción ocurre cuando el músculo se contrae. Podemos mover la pinza para cambiar la longitud en reposo del músculo; en otras palabras, cuánto tiempo tiene el músculo antes de contraerse. Luego registraremos la contracción después de estirar el músculo 1 mm cada vez.

Comencemos con una longitud corta en la que el músculo esté bastante suelto. Cuando el músculo se contrae en esta corta longitud de reposo, vemos una pequeña cantidad de desarrollo de fuerza, como lo ilustra la pequeña señal en la imagen de abajo.

Cuando el músculo está suelto, solo se desarrolla una pequeña cantidad de fuerza durante la contracción.

Ahora, estiremos un poco el músculo, por lo que aumentamos su longitud de reposo en solo 1 mm. Como puede ver a continuación, el músculo se contrae con más fuerza en esta longitud de reposo más larga. Si estiramos el músculo una vez más hasta ahora 2 mm más allá de lo que era originalmente, desarrolla aún más fuerza.

Estirar el músculo 1 mm permite generar más fuerza.

Sin embargo, si estiramos el músculo 3 mm más allá de la longitud original, ahora la fuerza desarrollada es menor. Cuando estiramos el músculo 4 mm, el desarrollo de la fuerza muscular es aún menor.

En un cierto tramo, la generación de fuerza comenzará a disminuir.

Nuestros resultados se pueden graficar para ilustrar la longitud de reposo en el eje x versus el desarrollo de tensión o fuerza en el eje y. Como puede ver, el desarrollo de la tensión aumenta a medida que aumentamos la longitud de reposo hasta un punto, y luego el desarrollo de la tensión o la fuerza disminuye con un mayor estiramiento. Resulta que la longitud en reposo que produce la tensión máxima resulta ser la longitud en reposo del músculo de la rana en el cuerpo.

La longitud en reposo de nuestros músculos produce la máxima tensión.

Anatomía microscópica

Necesitamos observar los detalles minuciosos de las células del músculo esquelético para comprender esta relación entre la longitud de la fibra en reposo y la contracción. Específicamente, necesitamos examinar el contenido de un sarcómero , que es la unidad funcional de un músculo estriado. Debido a que el músculo esquelético es un tipo de músculo estriado, cada fibra está compuesta por estos sarcómeros, cada uno de los cuales contiene los componentes necesarios para la contracción.

Un sarcómero es una unidad funcional en el músculo esquelético.

La imagen que ve arriba muestra un sarcómero relajado en la parte superior en comparación con un sarcómero contraído debajo. Los discos Z, en ocasiones denominados líneas Z, definen los extremos del sarcómero. Los filamentos delgados están compuestos de actina y están unidos a los discos Z, mientras que los filamentos gruesos se encuentran en el medio de la sarcómera. Como puede ver en el sarcómero contraído, los filamentos se han deslizado unos sobre otros. En resumen (sin juego de palabras …) las moléculas de miosina en el filamento grueso tiran de los filamentos delgados hacia el centro del sarcómero, acortando así el sarcómero y provocando su contracción.

Relación longitud-tensión

Ahora que hemos analizado la estructura y función de un sarcómero individual, podemos discutir cómo la longitud de la fibra en reposo afecta la contracción muscular. De hecho, no tenemos que mirar nada excepto un sarcómero individual para ver cómo funciona esto. Al aumentar la longitud de reposo del sarcómero, aumentamos la distancia en la que los filamentos pueden deslizarse unos sobre otros y, por lo tanto, desarrollamos tensión o fuerza. Sin embargo, si estiramos el sarcómero para que no haya superposición entre los filamentos, la miosina no puede adherirse al filamento delgado.

Gráfico que muestra la relación entre la longitud del sarcómero y la tensión muscular

La imagen de arriba ilustra cuánta tensión se puede desarrollar en un músculo si se mantiene en diferentes longitudes de reposo. Además, las imágenes se dibujan para representar la disposición relativa de los filamentos delgados y gruesos en cada longitud de reposo dada, en otras palabras, cómo se ve el sarcómero en esa longitud de reposo. Como puede ver, la tensión máxima se desarrolla cuando el músculo se mantiene a una longitud similar a la del cuerpo humano (o para la rana, en el cuerpo de la rana).

En la longitud de reposo óptima, puede ocurrir una cantidad máxima de deslizamiento de miofilamento durante la contracción. Si se acorta la longitud en reposo, la cantidad de acortamiento se ve comprometida, ya que el sarcómero solo puede acortar hasta cierto punto. En longitudes de reposo más largas, se vuelve más difícil que los filamentos delgados y gruesos interactúen entre sí y, por lo tanto, provoquen acortamiento y contracción.

Resumen de la lección

En resumen, nuestros músculos esqueléticos se estiran hasta una longitud de reposo, ya que están unidos a los huesos en cada extremo mediante tendones. La longitud normal en reposo del músculo de nuestro cuerpo maximiza la cantidad de contracción que se produce en el músculo cuando se estimula. La contracción se maximiza debido a la disposición relativa de los miofilamentos (es decir, los filamentos delgados y gruesos) dentro del sarcómero , la unidad funcional del músculo estriado. La longitud normal en reposo del sarcómero permite un acortamiento máximo y, por lo tanto, una contracción máxima.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, podrá:

• Definir la longitud de reposo y la longitud de reposo normal
• Identificar la anatomía de un sarcómero
• Describe cómo los músculos generan fuerza cuando se contraen.
• Explicar por qué la contracción máxima se logra con la longitud normal de reposo de los músculos del cuerpo.