TEJIDO MUSCULAR
El musculo es el tejido contráctil del cuerpo que funciona en la producción de movimientos voluntarios e involuntarios.
CARACTERÍSTICAS Y TIPOS DE TEJIDO
Se caracteriza por cúmulos de células alargadas especializadas dispuestas en haces paralelos que cumplen la función principal de
contracción y la interacción del miofilamento es la causa de la contracción de las células musculares.
FILAMENTOS ASOCIADOS CON LA CONTRACCIÓN CELULAR.
o Filamentos delgados, compuestos principalmente actina. Cada filamento delgado de actina filamentosa (actina F) es un polímero
formado sobre todo por moléculas de actina globular (actina G).
o Filamentos gruesos, compuestos principalmente por la proteína miosina II. Cada filamento grueso consiste en 200 a 300
moléculas de miosina II. Las largas porciones de la cola en forma de varilla de cada molécula se aglomeran de manera regular
paralela pero escalonada, mientras que las partes correspondientes a las cabezas se proyectan hacia fuera según un patrón
helicoidal regular
Ambos tipos de filamentos ocupan la mayor parte del volumen citoplasmático, o también llamado SARCOPLASMA.
El musculo se clasifica según aspecto de células contráctiles
o Músculo estriado, en el cual las células exhiben estriaciones transversales visibles con el microscopio electrónico
o Músculo liso, en el cual las células no exhiben estriaciones transversales.
Además el tejido muscular estriado puede subclasificarse según su ubicación:
o Músculo esquelético: se fija al hueso y es responsable por el movimiento de los esqueletos axial y apendicular y del
mantenimiento de la posición y postura corporal.
o Músculo estriado visceral: es morfológicamente idéntico al músculo esquelético, pero está restringido a los tejidos blandos, a
saber, la lengua, la faringe, la parte lumbar del diafragma y la parte superior del esófago. Estos músculos tienen un rol esencial en
el habla, la respiración y la deglución.
o Músculo cardíaco: es un tipo de músculo estriado que se encuentra en la pared del corazón y en la desembocadura de las venas
grandes que llegan a este órgano.
Las estriaciones transversales en el músculo estriado se producen por una disposición intracitoplasmática específica de los
miofilamentos delgados y gruesos. Esta disposición es la misma en todos los tipos de células musculares estriadas. Las diferencias
principales entre las células musculares esqueléticas y las células musculares cardíacas están en su tamaño, forma y organización
relativa entre ellas. Las células musculares lisas no exhiben estriaciones transversales debido a que los miofilamentos no alcanzan el
mismo grado de orden en su distribución. Además, los miofilamentos que contienen miosina en el músculo liso son muy lábiles. El
músculo liso se limita a las vísceras y al sistema vascular, a los músculos erectores del pelo en la piel y a los músculos intrínsecos del
ojo.
MUSCULO ESQUELÉTICO
Es MULTINUCLEADO. Una fibra muscular se forma durante el desarrollo por la fusión de pequeñas células musculares individuales
denominadas mioblastos, y cuando se observa en un corte transversal, la fibra muscular multinucleada madura revela una forma
poligonal con un diámetro de 10 mm a 100 mm. Su longitud varía desde casi un metro, hasta unos pocos milímetros (Nota: no debe
confundirse una fibra muscular con una fibra del tejido conjuntivo; las fibras musculares son células del músculo esquelético, mientras
que las fibras del tejido conjuntivo son productos extracelulares de las células de este tejido.)
Los núcleos de la fibra muscular esquelética están en el citoplasma debajo de la membrana plasmática, o sarcolema, compuesto por
la membrana plasmática de la célula muscular, su lámina externa y la lámina reticular que la rodea. El músculo esquelético consiste
en fibras musculares estriadas que se mantienen juntas por el tejido conjuntivo.
El tejido conjuntivo que rodea a las fibras musculares individuales y a los haces de fibras musculares, es imprescindible para la
transducción de fuerzas. En el extremo del músculo, el tejido conjuntivo continúa en la forma de un tendón o alguna otra estructura
de fibras de colágeno que sirve para fijarlos, por lo general, a huesos. En el tejido conjuntivo hay abundancia de vasos sanguíneos y
nervios.
El tejido conjuntivo asociado con músculo se designa de acuerdo con su relación con las fibras musculares:
o El endomisio: capa delicada de fibras reticulares que rodea inmediatamente las fibras musculares individuales. Solo tiene vasos
sanguíneos de pequeño calibre y ramificaciones nerviosas muy finas, que transcurren en forma paralela a las fibras musculares.
o El perimisio: es una capa de tejido conjuntivo más gruesa que rodea un grupo de fibras para formar un haz o fascículo, que son
unidades funcionales de fibras musculares que tienden a trabajar en conjunto para realizar una función específica. presenta vasos
sanguíneos grandes y nervios.
o El epimisio: es la vaina de tejido conjuntivo denso que rodea todo el conjunto de fascículos que constituyen el músculo. Los
principales componentes de la irrigación y la inervación del músculo penetran el epimisio.
De acuerdo con su
color in vivo, se identifican tres tipos de fibras musculares esqueléticas: rojas, blancas e intermedias.
Se sabe que las fibras musculares esqueléticas in vivo difieren en su diámetro y en su color natural. Las diferencias de color no se
observan en los cortes teñidos con hematoxilina y eosina (H&E). Sin embargo, las reacciones histoquímicas basadas en la actividad
enzimática oxidativa, específicamente las reacciones de la succínico deshidrogenasa y de la nicotinamida adenina dinucleótido–
tetrazolio (NADH-TR), confirman las observaciones en el tejido en fresco y revelan varios tipos de fibras musculares esqueléticas. La
nomenclatura más obvia para describir estas diferencias es la división en fibras rojas, blancas e intermedias.
La clasificación de las fibras musculares esqueléticas se basa en la rapidez de contracción y la veloc enzimática de la reacción de la
ATPasa miosínica de las fibras y el perfil metabólico. La rapidez de contracción determina la celeridad con la que la fibra puede
contraerse y relajarse. La velocidad de reacción de la ATPasa de la miosina determina el ritmo con el que esta enzima es capaz de
escindir moléculas de ATP durante el ciclo contráctil. El perfil metabólico indica la capacidad para producir ATP mediante la
fosforilación oxidativa o la glucolisis. Las fibras caracterizadas por un metabolismo oxidativo contienen grandes cantidades de
mioglobina y una mayor cantidad de mitocondrias, con sus complejos constitutivos de citocromos transportadores de electrones. La
mioglobina es una pequeña proteína globular fijadora de oxígeno, que contiene una forma ferrosa de hierro (Fe2+). Es muy semejante
a la hemoglobina de los eritrocitos y se encuentra en las fibras musculares. La función de la mioglobina es almacenar oxígeno en las
fibras musculares, fuente eficaz para el metabolismo muscular. Las lesiones traumáticas producidas en el sistema osteomuscular (p.
ej., lesiones por accidentes) causan la degradación (rabdomiólisis) y la liberación de mioglobina desde las células musculares lesionadas
hacia la circulación. La mioglobina es eliminada de la circulación por los riñones. Sin embargo, grandes cantidades de mioglobina son
tóxicas para el epitelio tubular renal, lo que puede causar una insuficiencia renal aguda. La detección de mioglobina en la sangre es
una prueba sensible pero no específica para la lesión muscular.
Los tres tipos de fibras musculares esqueléticas son las fibras tipo I (oxidativas lentas), las fibras tipo IIa (glucolíticas oxidativas
rápidas) y las fibras tipo IIb (glucolíticas rápidas).
TIPOS DE FIBRAS
o Las fibras tipo I o fibras oxidativas lentas son fibras pequeñas que aparecen rojas en los especímenes frescos y contienen muchas
mitocondrias y grandes cantidades de mioglobina y complejos de citocromo. Su concentración elevada de enzimas oxidativas
mitocondriales se demuestra por la gran intensidad de tinción con las reacciones histoquímicas de la succínico deshidrogenasa y
de la NADH-TR, como ya se describió. Son unidades motoras de contracción lenta resistentes a la fatiga. gran resistencia a la fatiga
y generan menos tensión que las otras fibras. La velocidad de reacción de la ATPasa miosínica es la más lenta de todas entre los
tres tipos de fibras. Las fibras tipo I son típicas de los músculos de las extremidades de los mamíferos y del músculo pectoral de
las aves migratorias. Más importante aún es que son las fibras principales de los músculos largos erectores de la columna en el
dorso de los seres humanos, donde se adaptan particularmente a las contracciones prolongadas y lentas necesarias para
mantener la postura erecta. Un alto porcentaje de estas fibras constituyen los músculos de los atletas de alta resistencia, como
los corredores de maratones.
o Las fibras tipo IIa o fibras glucolíticas oxidativas rápidas son las fibras
intermedias que se observan en el tejido fresco. Son de un tamaño
mediano con muchas mitocondrias y un contenido alto de hemoglobina.
A diferencia de las fibras tipo I, las fibras tipo IIa contienen grandes
cantidades de glucógeno y son capaces de realizar la glucolisis
anaeróbica. Constituyen las unidades motoras de contracción rápida
resistentes a la fatiga, que generan un gran pico de tensión muscular.
o Las fibras tipo IIb o fibras glucolíticas rápidas son fibras grandes, de
color rosa pálido en los especímenes en estado fresco y contienen menos
mioglobina y menor cantidad de mitocondrias que las fibras de tipo I y de
tipo IIa. Baja concentración de enzimas oxidativas y una actividad
enzimática anaeróbica alta y almacenan una cantidad alta de glucógeno.
Integran las unidades motoras de contracción rápida propensas a la fatiga
y generan un gran pico de tensión muscular. Su velocidad de reacción de
ATPasa miosínica es la más rápida de todos los tipos de fibras. También
se fatigan rápidamente a causa de la producción de ácido láctico. Por lo
tanto, las fibras tipo IIb están adaptadas para la contracción rápida y los
movimientos finos y precisos. Constituyen la mayor parte de las fibras de
los músculos extrínsecos del ojo y los músculos que controlan los
movimientos de los dedos. Estos músculos tienen una cantidad mayor de
uniones neuromusculares que las fibras tipo I, lo que permite un control
nervioso más preciso de los movimientos en estos músculos. Los
corredores de distancias cortas, los levantadores de pesas y otros atletas de campo tienen un elevado porcentaje de fibras tipo
IIb.
ORIGEN EMBRIOLÓGICO DEL TEJIDO MUSCULAR
El desarrollo de las células madre miógenas depende de la expresión de varios factores reguladores miógenos.
Los mioblastos derivan de una población autorrenovable de células madre miógenas multipotenciales que se originan en el embrión
a la altura del mesodermo paraxial no segmentado (progenitores de los músculos craneales) o del mesodermo segmentado de las
somitas (progenitores musculares epiméricos e hipoméricos). En el desarrollo embrionario inicial, estas células expresan el factor de
transcripción MyoD, que, junto con otros factores miógenos reguladores (MRF), cumplen un papel fundamental en la activación de la
expresión de genes específicos del músculo y en la diferenciación de todos los linajes musculares esqueléticos. La expresión del gen
de la miostatina regulador negativo que conduce a la síntesis de miostatina, una proteína de 26 kDa perteneciente a la superfamilia
proteica de la proteína morfógena ósea/ factor de crecimiento transformante β (BMP/TGF–β), logra un efecto equilibrante en el
desarrollo del músculo esquelético. La miostatina ejerce un efecto inhibidor sobre el crecimiento y la diferenciación musculares. Se
cree que MyoD regula preferentemente la expresión del gen de la miostatina y controla la miogénesis no sólo durante los periodos
embrionario y fetal sino también en las etapas posnatales de desarrollo. Los fenotipos hipermusculares que se verifican en la
inactivación del gen de la miostatina en animales y seres humanos, han confirmado el papel de la miostatina como un regulador
negativo del desarrollo del musculo esquelético. Estudios experimentales han demostrado que la masa muscular se incrementa a
través de la inhibición de la miostatina y el mecanismo de señalización de la miostatina podría ser un punto de intervención terapéutica
poderoso en el tratamiento de las enfermedades con atrofia muscular, como la distrofia muscular, la esclerosis lateral amiotrófica
(ALS), el SIDA y el cáncer. La manipulación farmacológica de la expresión de la miostatina también podría conducir al desarrollo de
nuevos métodos terapéuticos en una gran variedad de patologías musculoesqueléticas.
Los progenitores del músculo esquelético se diferencian en mioblastos iniciales y avanzados. El músculo en desarrollo contiene dos
tipos de mioblastos:
• Los mioblastos iniciales o tempranos son responsables por la formación de los miotubos primarios, estructuras similares a cadenas
que se extienden entre los tendones del músculo en desarrollo. Los miotubos primarios están formados por la fusión casi sincrónica
de los mioblastos iniciales. Los miotubos se someten a una mayor diferenciación en las fibras musculares esqueléticas maduras. Los
miotubos primarios observados en el microscopio óptico exhiben una cadena de núcleos centrales múltiples rodeados por los
miofilamentos.
• Los mioblastos avanzados o tardíos dan origen a los miotubos secundarios, los que se forman en la zona inervada del músculo en
desarrollo donde los miotubos tienen contacto directo con las terminales nerviosas. Los miotubos secundarios continúan formándose
porque se les fusionan secuencialmente nuevos mioblastos en posiciones aleatorias en toda su longitud. Los miotubos secundarios se
caracterizan por tener un diámetro menor, núcleos más separados entre sí y una mayor cantidad de miofilamentos (fig. 11-17). En la
fibra muscular madura multinucleada, los núcleos están todos en el sarcoplasma periférico, justo adentro de la membrana plasmática.
MIOFIBRILLAS Y MIOFILAMENTOS
La subunidad estructural y funcional de la fibra muscular es la miofibrilla. Una fibra muscular está repleta de subunidades estructurales
dispuestas longitudinalmente denominadas miofibrillas. Las miofibrillas son visibles en los preparados histológicos favorables y se ven
mejor en los cortes transversales de las fibras musculares. En estos cortes, le imparten a la fibra un aspecto punteado. Las miofibrillas
se extienden a lo largo de toda la célula muscular. Las miofibrillas están compuestas por haces de miofilamentos.
Los miofilamentos son polímeros filamentosos individuales de miosina II (filamentos gruesos) y de activa y sus proteínas asociadas
(filamentos delgados). Los miofilamentos son los verdaderos elementos contráctiles del músculo estriado. Los haces de
miofilamentos que componen la miofibrilla están rodeados por un retículo endoplásmico liso (REL) bien desarrollado, también
denominado retículo sarcoplásmico. Este retículo forma una red tubular muy bien organizada alrededor de los elementos contráctiles
en todas las células musculares estriadas. Las mitocondrias y los depósitos de glucógeno se localizan entre las miofibrillas en asociación
con el REL.
Las estriaciones transversales >> la principal característica histológica del músculo estriado. Son evidentes en los preparados de cortes
longitudinales de fibras musculares teñidas con H&E. También pueden verse en preparados de fibras musculares vivas sin tinción,
examinadas con los microscopios de contraste de fase o de polarización, aparecen como bandas claras y oscuras alternadas y se
denominan banda A y banda I. En el microscopio de polarización, las bandas oscuras son birrefringentes (alteran la luz polarizada en
dos planos). Por lo tanto, las bandas oscuras reciben el nombre de banda A. Las bandas claras son reciben el nombre de banda I. ambas
bandas están divididas en dos partes por regiones estrechas de densidad contrastante. La banda I clara está dividida en dos por una
línea densa, la línea Z, también llamada disco Z (disco intermedio). La banda A oscura está dividida por una región menos densa, o
clara, denominada banda H. Además, en la mitad de la banda H clara se observa una fina línea densa denominada línea M. La línea
M se demuestra mejor en las fotomicrografías electrónicas aunque en preparados óptimos teñidos con H&E se puede detectar con el
microscopio óptico. Como ya se mencionó, el patrón de bandas transversales del músculo estriado se debe a la disposición de los dos
tipos de miofilamentos. Para comprender el mecanismo de contracción, este patrón de bandas debe considerarse en términos
funcionales.
La unidad funcional de la miofibrilla es el sarcómero, el segmento de la
miofibrilla ubicado entre dos líneas Z adyacentes. El sarcómero es la unidad
contráctil básica del músculo estriado. Es la porción de una miofibrilla entre dos
líneas Z adyacentes. La célula muscular completa exhibe estriaciones
transversales debido a que los sarcómeros de las miofibrillas contiguas están
“en registro” (es decir, hay una coincidencia precisa entre las bandas de una
miofibrilla y la de sus vecinas). La disposición de filamentos gruesos y delgados
origina las diferencias de densidad que producen las estriaciones transversales
de las miofibrillas. Los filamentos gruesos que contienen miosina tienen un
largo aproximado de 1,6 m y están restringidos a la porción central del
sarcómero (es decir, la banda A). Los filamentos delgados que contienen actina
se fijan a la línea Z y se extienden dentro de la línea A hacia el borde de la banda
H. Las porciones de dos sarcómeros, en cada lado de la línea Z, constituyen la
banda I y contienen sólo filamentos delgados. En un corte longitudinal de un
sarcómero, la línea Z aparece como una estructura de zigzag, con material de
matriz, llamado matriz del disco Z, que divide a la mitad la línea zigzagueante.
La línea Z y su material de matriz sujetan los filamentos delgados de sarcómeros
contiguos a los ángulos del zigzag a través de la a-actinina, una proteína fijadora
de actina. La matriz Z incluye una gran cantidad de proteínas (p. ej., teletonina,
talina, desmina, miotilina, filamina C) que sujetan las líneas Z a las miofibrillas
vecinas y a la membrana celular contigua.
El filamento delgado
consiste principalmente
en moléculas de actina
polimerizadas acopladas
con proteínas reguladoras
y otras proteínas
asociadas al filamento
delgado que se enroscan
juntas. Tiene un diámetro
de 5 nm a 6 nm y consiste
en una hélice de doble
hebra de monómeros de
actina polimerizada. Las
dos proteínas reguladoras
importantes en los
músculos estriados, la
tropomiosina y la
troponina, se enroscan
con dos hebras de actina. Otras proteínas asociadas al filamento delgado incluyen la tropomodulina y la nebulina.
o La actina G es una molécula pequeña, se polimeriza para formar una hélice de doble hebra, llamado filamento de actina F polares.
Todas las moléculas de actina G están orientadas en la misma dirección. El extremo positivo (barbado) de cada filamento está
unido a la línea Z por la a-actinina con la asistencia de la nebulina. El extremo negativo (puntiagudo) se extiende hacia la línea M
y está protegido por la tropomodulina, una proteína formadora de casquetes.
Cada molécula de actina G del filamento delgado tiene un sitio de unión para
la miosina, la cual en una etapa de reposo está protegida por la molécula de
tropomiosina.
• La tropomiosina también consiste en una doble hélice de dos polipéptidos.
Forma filamentos que se ubican en el surco que hay entre las moléculas de
actina F en el filamento delgado. En el músculo en reposo, la tropomiosina y
su proteína reguladora, el complejo de troponina, ocultan el sitio de unión a
la miosina que hay en la molécula de actina.
o La troponina consiste en un complejo de tres subunidades globulares.
Cada molécula de tropomiosina contiene un complejo de troponina. La
troponina C (TnC) es la subunidad más pequeña del complejo de troponina.
Fija Ca2+, un fenómeno esencial para el inicio de la contracción. La troponina
T (TnT), se une a la tropomiosina, que fija el complejo de troponina. La
troponina I (TnI), se fija a la actina e inhibe, así, la interacción entre la miosina
y la actina. Las subunidades TnT y TnI se unen para formar un brazo IT
asimétrico, que es visible en una reconstrucción tridimensional del complejo
de troponina.
o La tropomodulina es una proteína de fijadora de actina de que se une al extremo libre (negativo) del filamento delgado. Esta
proteína formadora de casquetes de actina, mantiene y regula la longitud del filamento de actina en el sarcómero. Las variaciones
en la longitud del filamento delgado (como aquellas en las fibras musculares tipo I y tipo IIb) afectan la relación tensión- longitud
durante la contracción muscular y, por lo tanto, influye sobre las propiedades fisiológicas del músculo.
REGULACIÓN DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR
En la regulación participan el Ca2+, el retículo sarcoplásmico y el sistema de túbulos transversos. El Ca2+ debe estar disponible para
la reacción entre la actina y la miosina. Después de la contracción, debe eliminarse. El envío y la eliminación rápidos de Ca2+ se logra
por el trabajo del retículo sarcoplásmico y el sistema de túbulos transversos. El retículo sarcoplásmico forma un compartimento
membranoso de cisternas aplanadas y conductos anastomosados que sirven como reservorios de iones de calcio.
Está organizado como una serie de redes repetidas alrededor de las miofibrillas.
Cada red del retículo se extiende desde una unión A-I hasta la siguiente dentro de un sarcómero. La red contigua del retículo
sarcoplásmico continúa desde la unión A-I hasta la siguiente del sarcómero vecino. Por lo tanto, una red del retículo sarcoplásmico
rodea la banda A y la red contigua rodea la banda I. En el sitio donde se juntan las dos redes, a la altura de la unión entre las bandas A
e I, el retículo sarcoplásmico forma conductos anulares de configuración más grandes y más regulares que envuelven al sarcómero.
Estos agrandamientos se denominan cisternas terminales y sirven como reservorios para el Ca21. La membrana plasmática de las
cisternas terminales contiene abundantes conductos con compuerta para la liberación Ca2+ denominados receptores de rianodina
(RyR1 es la isoforma primaria en el músculo esquelético), que participan en la liberación de Ca2+ en el sarcoplasma. Alrededor de las
miofibrillas y en asociación con el retículo sarcoplásmico, se localiza una gran cantidad de mitocondrias y gránulos de glucógeno, que
proveen la energía necesaria para las reacciones que intervienen en la contracción. La superficie luminal del retículo sarcoplásmico
contiene calsecuestrina, una proteína fijadora de calcio muy acídica que permite
que los iones Ca2+ necesarios para el inicio de la contracción muscular se
almacenen en una concentración alta, mientras que la concentración de Ca2+ libre
dentro de la luz del retículo sarcoplásmico permanece muy baja.
El sistema de túbulos transversos, o sistema T, está compuesto por numerosas
invaginaciones de la membrana plasmática; cada una recibe el nombre de túbulo
T. Los túbulos T penetran en todos los niveles de la fibra muscular y se localizan
entre las cisternas terminales contiguas a la altura de las uniones A –I. Contienen
proteínas sensoras de voltaje denominadas receptores sensibles a la
dihidropiridina (DHSR), conductos transmembrana sensibles a la despolarización
ción, que se activan cuando la membrana plasmática se despolariza. Los cambios
en la conformación de estas proteínas afectan los conductos con compuerta para
la liberación de Ca2+ (isoforma RyR1de receptores de rianodina) ubicados en la
membrana plasmática contigua a las cisternas terminales. El complejo formado por
el túbulo T y las dos cisternas terminales contiguas se denomina tríada. Estas
estructuras se encuentran en el músculo esquelético a la altura de las uniones A- I.
Las tríadas son elementos importantes para los fenómenos de adhesión
extracelular (p. ej., estimulación nerviosa) con respuestas intracelulares (p. ej.,
liberación de Ca2+) que conducen a la contracción muscular. La despolarización de
la membrana del túbulo T desencadena la liberación de Ca2+ desde las cisternas
terminales para iniciar la contracción muscular por cambios en los filamentos
delgados. Cuando un impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, la liberación
del neurotransmisor (acetilcolina) desde el extremo nervioso desencadena una
despolarización localizada de la membrana plasmática de la célula muscular. La despolarización, a su vez, provoca la abertura de los
conductos de Na+ activados por voltaje en la membrana plasmática, lo que permite la entrada de Na+ desde el espacio extracelular
hacia el interior de la célula muscular. La entrada de Na+ produce una despolarización generalizada que se esparce con rapidez sobre
toda la membrana plasmática de la fibra muscular. Cuando la despolarización encuentra con la abertura del túbulo T, se transmite a
lo largo de las membranas del sistema T hasta las profundidades de la célula. Los cambios eléctricos activan las proteínas sensoras de
voltaje (DHSR) ubicadas en la membrana del túbulo T. Estas proteínas tienen las propiedades estructurales y funcionales de los
conductos de Ca2+. Durante la despolarización del músculo esquelético, la activación breve de estos sensores no basta para abrir los
conductos de Ca2+. Por lo tanto, no se produce el transporte de Ca2+ desde la luz del túbulo T hacia el sarcoplasma y no es
indispensable para desencadenar el ciclo de contracción. En cambio, la activación de estos sensores abre los conductos con compuerta
para la liberación Ca2+ (receptores de rianodina) en los sacos terminales contiguos del retículo sarcoplásmico, que causa la rápida
liberación de Ca2+ en el sarcoplasma. El incremento de la concentración de Ca2+ en el sarcoplasma inicia la contracción de la miofibrilla
al unirse a la porción TnC del complejo de troponina en los filamentos delgados (v. pág. 345-346). El cambio en la conformación
molecular de la TnC hace que la TnI se disocie de las moléculas de actina; esto permite que el complejo de troponina deje al descubierto
los sitios de unión a miosina en las moléculas de actina. Las cabezas de miosina ahora tienen libertada para interactuar con las
moléculas de actina para iniciar el ciclo de contracción muscular. La relajación muscular es el resultado de la reducción de la
concentración de Ca2+ citosólico libre. Al mismo tiempo, una bomba de ATPasa activada por Ca2+ en la membrana del retículo
sarcoplásmico lo transporta de vuelta al sitio de almacenamiento sarcoplásmico. La baja concentración de Ca2+ libre dentro del
retículo sarcoplásmico es mantenida por la calsecuestrina, una proteína fijadora de calcio que colabora en la eficiencia de la captación
de Ca2+. La unión del Ca2+ a la calsecuestrina dentro del retículo sarcoplásmico reduce, por lo tanto, el gradiente de concentración
de Ca2+ libre contra el cual debe funcionar la bomba de ATPasa activada por Ca2+. La concentración de Ca2+ de reposo se restablece
en el citosol en menos de 30 milisegundos. Esta restauración de la concentración de Ca2+ de reposo cerca de los miofilamentos
normalmente relaja el músculo y provoca que la contracción se detenga. La contracción, no obstante, continuará en tanto los impulsos
nerviosos continúen despolarizando la membrana plasmática de los túbulos T.
Cuando el músculo está relajado, la tropomiosina impide que las cabezas de miosina se unan con las moléculas de actina porque cubre
los sitios de unión a miosina en las moléculas de actina. Después de la estimulación nerviosa, se libera Ca2+ en el sarcoplasma, que se
une a la troponina, la que entonces actúa sobre la tropomiosina para exponer los sitios de unión a la miosina en las moléculas de
actina. Una vez que los sitios de unión están expuestos, las cabezas de miosina son capaces de interactuar con las moléculas de actina
y de formar puentes transversales, y los dos filamentos se deslizan uno sobre el otro.
Durante la contracción, el sarcómero y la banda I se acortan, mientras que la banda A permanece con la misma longitud. Para
mantener los miofilamentos en una longitud constante, el acortamiento del sarcómero debe ser causado por un incremento en la
superposición de los filamentos gruesos y delgados. Esta superposición es bien visible al comparar fotomicrografías electrónicas de
músculo contraído y músculo relajado. La banda H se estrecha, y los filamentos delgados penetran la banda H durante la contracción.
Estas observaciones indican que los filamentos delgados se deslizan sobre los filamentos gruesos durante la contracción.
PROTEINAS DE FIJACION
Para mantener la eficiencia y la velocidad de la contracción muscular, los filamentos delgados y gruesos en cada miofibrilla, deben
estar alineados y mantener una distancia unos de otros. Las proteínas accesorias son imprescindibles para ello. Estos componentes
estructurales, representan menos del 25 % de las proteínas totales de la fibra muscular.
Estas proteínas incluyen las siguientes:
o Titina, una proteína gigante, que abarca la mitad del sarcómero. Se extiende desde la línea Z y el filamento delgado en su terminal
N hacia el filamento grueso y la línea M en su terminal C. Entre los filamentos gruesos y delgados, dos porciones con forma de
resorte de esta proteína, contribuyen a centrar el filamento grueso en el medio de las dos líneas Z. Debido a la presencia de los
“resortes” moleculares, impide el estiramiento excesivo del sarcómero al desarrollar una fuerza de recuperación pasiva que
colabora con su acortamiento.
o α-actinina, una proteína fijadora de actina, bipolar, corta, forma de varilla, organiza los filamentos delgados en disposiciones
paralelas y los fija en la línea Z. Además, forma enlaces transversales con la terminal N de la titina incluida en la línea Z.
o Desmina, un tipo de filamento intermedio, forma una malla alrededor del sarcómero a la altura de las líneas Z, con lo que une
estos discos entre sí y a la membrana plasmática a través de la unión con la proteína anquirina y forma enlaces cruzados
estabilizadores entre las miofibrillas vecinas.
o Proteínas de la línea M, proteínas fijadoras de miosina que mantienen los filamentos gruesos en registro en la línea M y adhieren
las moléculas de titina a los filamentos gruesos. Incluyen la miomesina, proteína M, oscurina y una creatina fosfatasa muscular
(MM-CK) de 81 kDa.
o Proteína C fijadora de miosina (MyBP-C), contribuye al armado y estabilización normales de los filamentos gruesos. Forma varias
rayas transversales bien definidas en ambos lados de la línea M, que interacciona con las moléculas de titina.
o Distrofina, vincula la laminina, que reside en la lámina externa de la célula muscular, con los filamentos de actina. La falta de esta
proteína está asociada con la debilidad muscular progresiva, un trastorno de origen genético conocido como distrofia muscular
de Duchenne.
MUSCULO CARDIACO Y DISCOS INTERCALARES.
El músculo cardíaco tiene los mismos tipos y la misma organización de los filamentos contráctiles que el músculo esquelético. En
consecuencia, exhiben estriaciones transversales evidentes en cortes histológicos de rutina. Además, exhiben bandas cruzadas bien
teñidas, denominadas discos intercalares, que atraviesan las fibras de modo lineal o con frecuencia de una manera que recuerda las
contrahuellas en una.
Los discos intercalares son sitios de adhesión muy especializados entre células contiguas. Esta adhesión célula-célula lineal de las
células musculares cardíacas produce “fibras” de longitud variable. Por lo tanto, a diferencia de las fibras musculares estriadas
viscerales y esqueléticas que están constituidas por células individuales multinucleadas, las fibras musculares cardíacas están
compuestas por numerosas células cilíndricas dispuestas extremo con extremo. Asimismo, algunas células musculares cardíacas en
una fibra pueden unirse con dos o más células a través de los discos intercalares para crear, de ese modo, una fibra ramificada.
ESTRUCTURA DEL MÚSCULO CARDÍACO
El núcleo está en el centro de la célula que ayuda a distinguirlas de las fibras musculares esqueléticas multinucleadas, con núcleos son
subsarcolémicos. El microscopio electrónico de transmisión (MET) revela que las miofibrillas del músculo cardíaco se separan para
rodear el núcleo, y así delimitan una región yuxtanuclear bicónica en donde se concentran los orgánulos celulares. Esta región posee
mitocondrias abundantes y contiene el aparato de Golgi, gránulos del pigmento lipofuscina y glucógeno, también se concentran en el
citoplasma yuxtanuclear. Estos gránulos contienen dos hormonas polipeptídicas: el factor natriurético atrial (ANF) y el factor
natriurético encefálico (BNF). Ambas hormonas son diuréticas y afectan la excreción urinaria de sodio. Inhiben la secreción de renina
por el riñón y la secreción de la aldosterona por la glándula suprarrenal. También inhiben las contracciones del músculo liso vascular.
En la insuficiencia cardíaca congestiva, la concentración de BNF circulante se incrementa.
Junto a cada miofibrilla, se hallan muchas mitocondrias grandes y depósitos de glucógeno. Además de la mitocondria yuxtanuclear,
las células musculares cardíacas se caracterizan por presentar grandes mitocondrias que están muy apretadas entre las miofibrillas.
Estas mitocondrias voluminosas con frecuencia se extienden por toda la longitud de un sarcómero y contienen numerosas crestas muy
juntas. Las concentraciones de gránulos de glucógeno también se localizan entre las miofibrillas. Por lo tanto, las estructuras que
almacenan energía (gránulos de glucógeno) y las estructuras que liberan y recapturan energía (mitocondrias) se ubican contiguas a las
estructuras (miofibrillas) que utilizan la energía para impulsar la contracción.
Como ya se mencionó, el disco intercalar representa el sitio de unión entre las células musculares cardíacas. Con el microscopio
óptico, se ve una estructura que está orientada en forma transversal respecto de la fibra muscular, consiste en segmentos cortos
dispuestos en forma de peldaños de una escalera. Cuando el sitio de un disco intercalado se examina con el MET, la estructura de
tinción intensa, se ve un componente transversal que cruza las fibras en
ángulo recto con respecto a las miofibrillas. El componente transversal es
análogo a las contrahuellas de los escalones de una escalera. Un
componente lateral (no visible con el microscopio óptico ocupa una serie
de superficies perpendiculares al componente transversal y se ubica
paralelo a las miofibrillas. El componente lateral es análogo a las huellas
de los escalones de una escalera.
Ambos componentes del disco intercalar contienen uniones célula-célula
especializadas entre las células musculares cardíacas contiguas:
• Fascia adherens (unión de adherencia) es el principal constituyente
del componente transversal del disco intercalar y es la causa de que éste
se vea en los preparados de rutina teñidos con H&E. Sostiene las células
musculares cardíacas por sus extremos para formar la fibra muscular cardíaca funcional (v. fig. 5-20, pág. 139). Siempre aparece como
un límite transversal entre las células musculares cardíacas. El MET revela un espacio intercelular entre las células contiguas, que se
llena con material electro
denso semejante al hallado en la zonula adherens de los epitelios. La fascia adherens sirve como el sitio en el que los filamentos
delgados del sarcómero terminal se fijan a la membrana plasmática. De esta forma, la fascia adherens es similar desde el punto de
vista funcional a la zonula adherens de los epitelios, en donde también se fijan los filamentos de actina del velo terminal.
• Maculae adherentes (desmosomas) unen las células musculares individuales entre sí. Evita que las células se separen ante la tensión
de las contracciones regulares repetidas. Refuerzan la fascia adherens y se encuentran tanto en el componente transversal como en
el lateral de los discos intercalares.
• Uniones de hendidura (uniones de comunicación) principal elemento
estructural del componente lateral del disco intercalar. Proporcionan
continuidad iónica entre las células musculares cardíacas contiguas y dejan
que las macromoléculas de información pasen de una célula a la otra. Este
intercambio permite que las fibras musculares cardíacas se comporten como
un sincitio al tiempo que retienen la integridad y la individualidad celular. La
posición de las uniones de hendidura sobre las superficies laterales de los
discos intercalares las protegen de las fuerzas generadas durante la
contracción.
PLACA MOTORA, TUBULOS T, ACETILCOLINA (ACH), CICLO
CONTRACCION SARCÓMERO.
Las fibras del músculo esquelético están muy inervadas por las neuronas
motoras que se originan en la médula espinal o en el tronco del encéfalo. Los
axones de las neuronas se ramifican a medida que se acercan al músculo,
dando origen a ramificaciones terminales que finalizan sobre fibras
musculares individuales.
La unión neuromuscular es el contacto que realizan las ramificaciones
terminales del axón con la fibra muscular. A la altura de la unión neuromuscular (placa motora terminal) finaliza la vaina de mielina
del axón, y el segmento terminal de éste permanece cubierto sólo por una delgada porción de la célula del neurilema (célula de
Schwann) con su lámina externa. El extremo del axón se ramifica en varias terminaciones, cada una de las cuales yace en una depresión
poca profunda en la superficie de la fibra muscular, la región receptora. La terminación del axón es una estructura presináptica normal
y posee muchas mitocondrias y vesículas sinápticas que contienen el neurotransmisor acetilcolina (ACh). La liberación de acetilcolina
en la hendidura sináptica inicia la despolarización de la membrana plasmática, lo cual conduce a la contracción de la célula muscular.
La membrana plasmática de la fibra muscular que subyace en las hendiduras sinápticas tiene muchos repliegues de unión (repliegues
subneurales) profundos. Los receptores colinérgicos específicos para la ACh están limitados a la membrana plasmática que bordea
inmediatamente la hendidura y a la porción apical de los repliegues. La lámina externa se extiende hacia el interior de los repliegues
de unión. Las vesículas sinápticas de la terminal axónica liberan ACh hacia la hendidura, que entonces se une a los receptores de ACh
nicotínicos (nAChR) en el sarcolema del músculo estriado. El receptor de ACh nicotínico en los músculos estriados es un canal de Na+
activado por neurotransmisor. La unión de la ACh abre
los conductos de Na+, con lo que se produce la entrada
de Na+ en la célula muscular estriada. Esta entrada
causa una despolarización localizada de la membrana,
que a su vez conduce a los fenómenos ya descritos. Una
enzima denominada acetilcolinesterasa (AChE) degrada
la acetilcolina con rapidez para impedir la estimulación
continua. La transmisión neuromuscular puede
bloquearse por toxinas bacterianas y agentes
farmacológicos. Por ejemplo, la toxina botulínica, que
bloquea la liberación de ACh.
Una neurona individual puede inervar desde unas
cuantas fibras musculares hasta un centenar o más. Los
músculos capaces de realizar los movimientos más delicados poseen la cantidad más pequeña de fibras musculares por neurona motora
en sus unidades motoras. Por ejemplo, en los músculos oculares, la relación de inervación es de alrededor de una neurona cada tres
fibras musculares. En los músculos posturales del dorso, una sola neurona puede inervar cientos de fibras musculares. La naturaleza
de la contracción muscular está determinada por la cantidad de terminaciones de neuronas motoras y por la cantidad de tipos de fibras
musculares específicos que las despolarizan. Si bien la despolarización de una fibra muscular en una sola unión neuromuscular se
caracteriza como un fenómeno de “todo o nada”, no todas las terminales nerviosas se disparan al mismo tiempo, lo que permite una
respuesta graduada al estímulo contráctil.
RESUMEN DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR ESQUELÉTICA
La contracción de una fibra muscular esquelética se inicia cuando un impulso
nervioso que avanza a lo largo del axón de una neurona motora llega a la
unión neuromuscular.
1. El impulso nervioso desencadena la liberación de acetilcolina en la
hendidura sináptica que se une a conductos de Na+ activados por ACh, lo que
causa la despolarización local del sarcolema.
2. Se abren los conductos de Na+ activados por voltaje y el Na+ entra a la
célula.
3. La despolarización se generaliza por la membrana plasmática de la
célula muscular y continúa a través de las membranas de los túbulos T.
4. Las proteínas sensoras del voltaje (DHSR) en la membrana plasmática
de los túbulos T cambian su conformación.
5. A la altura de las tríadas de las células musculares los túbulos T están en
estrecho contacto con las expansiones laterales del retículo sarcoplásmico,
donde los conductos RyR1 con compuerta para la liberación de Ca2+ son
activados por los cambios de conformación de las proteínas sensoras de
voltaje.
6. El Ca2+ se libera con rapidez desde el retículo sarcoplásmico hacia el
sarcoplasma.
7. El Ca2+ acumulado se difunde a los miofilamentos, donde se fija a la
porción de TnC del complejo de troponina.
8. Se inicia el ciclo del puente transversal de actomiosina.
9. El Ca2+ es devuelto a las cisternas terminales del retículo
sarcoplásmico, donde se concentra y es capturado por la calsecuestrina, una
proteína fijadora de Ca2+.
MITOCONDRIAS
Las mitocondrias poseen dos membranas que delinean compartimentos bien definidos. Todas las mitocondrias a diferencia de otros
orgánulos descritos con anterioridad, poseen dos membranas. La membrana interna rodea el espacio denominado matríz. La externa
está en estrecho contacto con el citoplasma. El espacio entre las dos membranas recibe el nombre de espacio intermembrana.
o Membrana mitocondrial externa. Esta membrana lisa, de 6 nm a 7 nm de espesor contiene muchos conductos aniónicos
dependientes de voltaje (también llamados porinas mitocondriales). Estos grandes conductos (con un diámetro aproximado de 3
nm) son permeables a moléculas sin carga de hasta 5 000 Da. De este modo, las pequeñas moléculas, iones y metabolitos pueden
entrar en el espacio intermembrana pero no pueden penetrar la membrana interna. El ambiente del espacio intermembrana es,
por lo tanto, similar al del citoplasma con respecto a los iones y a las moléculas pequeñas. La membrana externa posee receptores
para las proteínas y los polipéptidos que se translocan en el espacio intermembrana. También contiene varias enzimas, como la
fosfolipasa A2, monoaminooxidasa y acetilcoenzima A (CoA) sintetasa.
o Membrana mitocondrial interna. Según el MET es más delgada que la externa. Organizada en crestas (pliegues) que incrementan
el área de superficie de la membrana interna. Estos pliegues se proyectan hacia la matriz que compone el compartimento interno
del orgánulo. En algunas células que participan en el metabolismo de los esteroides, la membrana interna puede formar
evaginaciones tubulares o vesiculares en la matriz. Es rica en el fosfolípido cardiolipina, que la torna impermeable a los iones.
La membrana que forman las crestas contiene proteínas que cumplen tres funciones principales:
1) Llevar a cabo las reacciones de oxidación de la cadena respiratoria de transporte de electrons.
2) Sintetizar ATP.
3) Regular el transporte de metabolitos hacia dentro y hacia fuera de la matriz.
Las enzimas para sintetizar ATP están
unidas a la membrana interna y
proyectan componentes hacia la matriz.
Con el MET, estas enzimas aparecen
como estructuras con forma de raqueta
de tenis denominadas partículas
elementales. El diámetro de las porciones
dilatadas de estas partículas mide cerca
de 10 nm y contienen enzimas que
realizan la fosforilización oxidativa, la cual
genera ATP.
METABOLISMO OXIDATIVO MITOCONDRIAL Y PRODUCCIÓN DE ATP
Las mitocondrias generan ATP en una gran
variedad de procesos metabólicos,
incluyendo la fosforilación oxidativa, el ciclo
del ácido cítrico y la b-oxidación de ácidos
grasos. La energía generada en estas
reacciones, que tienen lugar en la matriz
mitocondrial, está representada por los iones
de hidrógeno (H+) derivados del NADH
reducido. Estos iones manejan una serie de
bombas de protones localizadas dentro de la
membrana mitocondrial interna que
transfiere H+ desde la matriz hacia el espacio
intermembrana. Estas bombas constituyen la
cadena de transporte de electrones de las
enzimas respiratorias. La transferencia de H+
a lo largo de la membrana mitocondrial interna establece un gradiente electroquímico de protones que crea una fuerza protón motriz
grande que provoca el movimiento de H+ en favor de su gradiente electroquímico a través de la ATP sintasa que proporciona un
mecanismo a través de la membrana mitocondrial interna en el cual los iones de H+ son utilizados para impulsar las reacciones
energéticamente desfavorables para la síntesis de ATP.
Este retorno de protones hacia la matriz mitocondrial se conoce como acoplamiento quimiosmótico. El ATP recién producido se
transporta desde la matriz hacia el espacio intermembrana por la proteína intercambiadora de ATP/ADP impulsada por gradientes de
voltaje, ubicada en la membrana mitocondrial interna. Desde aquí, el ATP abandona la mitocondria a través de conductos aniónicos
dependientes de voltaje en la membrana externa para ingresar al citoplasma. Al mismo tiempo, el ADP producido en el citoplasma,
ingresa con rapidez en la mitocondria para ser recargado. Varios defectos mitocondriales se relacionan con defectos en las enzimas
que producen ATP. Los tejidos metabólicamente activos que usan grandes cantidades de ATP, como las células musculares y neuronas,
son los más afectados. Por ejemplo, la epilepsia mioclónica con fibras rojas rasgadas (MERRF) se caracteriza por debilidad muscular,
ataxia, convulsiones e insuficiencias cardíaca y respiratoria. El examen microscópico del tejido muscular de pacientes afectados,
muestra aglomeraciones de mitocondrias anómalas que imparte el aspecto rasgado de las fibras musculares rojas. La MERRF es
causada por una mutación del gen que codifica el ARNt para la lisina en el ADN mitocondrial. Este defecto produce dos complejos
anómalos en la cadena de transporte de electrones de las enzimas respiratorias que afectan la producción de ATP
Las mitocondrias perciben el estrés celular y son capaces de decidir si la célula vive o muere mediante el inicio de la apoptosis (muerte
celular programada). El fenómeno principal en la muerte celular generada por las mitocondrias es la liberación del citocromo C, desde
el espacio intermembrana mitocondrial hacia el citoplasma celular. Este evento, regulado por la familia de proteínas Bcl-2, inicia la
cascada de reacciones enzimáticas proteolíticas que conduce a la apoptosis.
Tienen su propio genoma, incrementan su cantidad mediante la división y sintetizan algunas de sus proteínas (constitutivas)
estructurales. El ADN mitocondrial es una molécula circular cerrada que codifica 13 enzimas que participan en el proceso de
fosforilación oxidativa, 2 ARNr y 22 ARN de transferencia (ARNt) utilizados en la traducción del ARNm mitocondrial.
Poseen un sistema completo para la síntesis proteica, incluye la síntesis de sus propios ribosomas. El resto de las proteínas
mitocondriales es codificado por el ADN nuclear; los polipéptidos nuevos son sintetizados por ribosomas libres en el citoplasma y
luego importados a la mitocondria con la ayuda de dos complejos proteicos. Éstos incluyen: translocasa de la membrana mitocondrial
externa (complejos TOM) y translocasa de la membrana mitocondrial interna (complejos TIM). La translocación de proteínas a través
de las membranas mitocondriales requiere energía y la asistencia de varias proteínas chaperonas especializadas. Las mitocondrias
están presentes en todas las células, excepto en los eritrocitos y los queratinocitos terminales. La cantidad, la forma y la estructura
interna de las mitocondrias con frecuencia son características de tipos celulares específicos. Cuando se presentan en grandes
cantidades, las mitocondrias contribuyen a la acidofilia del citoplasma debido a la gran cantidad de membrana que contienen. Las
mitocondrias pueden teñirse específicamente mediante procedimientos histoquímicos que detectan algunas de sus enzimas
constitutivas, como aquellas que intervienen en la síntesis de ATP y en el transporte de electrones.
TASA DE MUTACIÓN DEL ADN MITOCONDRIAL
El ADN mitocondrial codifica trece proteínas involucradas en la producción de energía celular y procesos de fosforilación oxidativa.
Por lo tanto, el entorno que rodea la mitocondria y el ADN mitocondrial está expuesto al daño oxidativo producido por los radicales
libres generados en ese metabolismo. Si a esto se le añade el hecho de que el material genético de las mitocondrias no está protegido
por
histonas como lo está el ADN nuclear, y que los mecanismos de reparación de daños el ADN son poco eficientes en las
mitocondrias, obtenemos como resultado que la tasa de mutación aumenta hasta ser diez veces mayor que la del genoma nuclear.
HERENCIA
El ADN mitocondrial humano se hereda sólo por vía materna. Según esta concepción, cuando un espermatozoide fecunda
un óvulo penetra el núcleo y su cola junto con sus mitocondrias son destruidos en el óvulo materno. Por lo tanto, en el desarrollo del
cigoto sólo intervendrían las mitocondrias contenidas en el óvulo. Sin embargo, se ha demostrado que las mitocondrias del
espermatozoide pueden ingresar al óvulo. Según algunos autores el ADN mitocondrial del padre puede perdurar en algunos tejidos,
como los músculos. Según otros, no llega a heredarse al ser marcado por
ubiquitinación y degradado.
muscular histo.pdf
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