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Fisiología del Músculo Dr Esther Barreiro, MD, PhD Muscle & Respiratory System Research Unit,IMIM-Hospital del Mar, Parc de Salut Mar, UPF, PRBB,CIBERES, Barcelona MÚSCULO ESQUELÉTICO Movement requires muscle contractions Muscle architecture: • Connective tissue Scaffolding • Muscle Fibers: Membrane Myofibrils Genetic information Muscle nuclei - Chemical - Electrical Properties tubular systems ATP Mitochondria Striations (Sarcomerae) : Myofibrils contain Actin & Myosin, supported through cross-bridges and other proteins CONTRACCIÓN MUSCULAR Acoplamiento excitación-contracción Salida de Ca2+ desde el RS Acción entre actina & miosina en las sarcómeras CONTRACCIÓN MUSCULAR Sarcómeras CONTRACCIÓN MUSCULAR Tipos de fibras musculares según tipo de miosina Transiciones secuenciales & reversibles: Isoformas rápidas lentas 1) Fibras lentas & resistentes a la fatiga, tipo I: MHCI-Beta 2) Fibras rápidas & menos resistentes a la fatiga: Tipo IIA, IIB y IIX compuestas por las miosinas MHCIIa, MHCIIb, MHCIIx, respectivamente 3) Coexpresión de parejas de tipos de isoformas de MHCs fibras híbridas Otras proteínas contráctiles: tropomiosina, troponinas, actina & otras proteínas también reguladas por factores: edad, hormonas, carga mecánica CONTRACCIÓN MUSCULAR Tipos de fibras musculares según tipo de miosina: tipo II Fermoselle et al. ERJ 2012 FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Fascículos Musculares Músculos Respiratorios Fibras Músculos Esqueléticos Miofibrillas Músculos de las Extremidades SARCÓMERA MÚSCULOS RESPIRATORIOS LUNGS Pulmonary Gas Exchange Airflow in & out lungs THORAX VENTILATORY MUSCLES Inspiratory muscles Expiratory Muscles • Diaphragm • Parasternal Intercostals • External Intercostals Redundant mechanical actions FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS PROPIEDADES MECÁNICAS del MÚSCULO - Relación Longitud - Tensión - Relación Fuerza - Velocidad - Relación Fuerza - Frecuencia FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Relación Longitud – Tensión Existe una longitud óptima para que la contracción genere tensión A menor o mayor longitud, la tensión (y la fuerza) disminuye FRC TENSIÓN (% máxima) 100 TLC 0 50 100 Longitud (% Lo en reposo) Diafragma aislado FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Relación Longitud – Tensión SANO EPOC DISFUNCIÓN MUSCULAR EN LA EPOC - Mechanical Modifications • Inward recoil forces Lung Resting length RMs Balance • Outward recoil forces * Chest wall - Biological Force generation Lung volume changes - Structural LIMB MUSCLE DYSFUNCTION Biological Factors Structural Modifications No specific resting length FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Relación Velocidad – Fuerza Máxima velocidad (poca carga), mínima generación de fuerza Mínima velocidad (gran carga), máxima generación de fuerza FUERZA (% máxima) 100 0 VELOCIDAD (V/Lo, sec-1) 2,5 FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS In vitro Relación Fuerza - Frecuencia La fuerza es proporcional a la frecuencia de estimulación hasta una meseta En actividades diarias, el nervio frénico a 10-30 Hz. Meseta a 50-100 Hz Hiperinsuflación y fatiga desplazan la curva FUERZA (N/cm2) Diafragma normal Diafragma fatigado o Diafragma con Hiperinsuflación FRECUENCIA de ESTIMULACIÓN (Hz) Diafragma aislado FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Relación Fuerza - Frecuencia E. Barreiro et al. AJP 2002 In vitro FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS In vitro Plexiglas muscle chamber FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Respiratory Muscle Function, rats In vivo *** *** Maximal Inspiratory Pressure, % baseline 100 * 75 50 25 0 Baseline E. Barreiro et al. ERJ 2005 24h-LPS 24hLPS-3NAC FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS TIPOS de CONTRACCIÓN I A I Longitud de Reposo Z H Z Contracción Concéntrica FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS TIPOS de CONTRACCIÓN I A I Longitud de Reposo Z H Z Contracción Isométrica El músculo genera tensión pero no se acorta FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS TIPOS de CONTRACCIÓN Estiramiento Z H Z Contracción Excéntrica FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS FUERZA (Strength) Expresión de su máxima capacidad contráctil - Masa Muscular Global Condicionantes - Propiedades intrínsecas del músculo > Andrógenos: Síntesis proteica, agresividad Estrógenos: Metabolismo lipídico Fuerza “intrínseca”: Hombres = Mujeres (3-4 Kg / cm2 ) FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS FUERZA Propiedad fundamentalmente anaeróbica Relacionada con la velocidad de contracción - Propiedades intrínsecas del músculo: Tamaño y % tipos de fibras (isoformas de MyHC) Actividad enzimática vías anaeróbicas MyHC (I, IIa, IIx ... IIb) MyLC FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS FUERZA En los Músculos Respiratorios no podemos medir tensión, mediremos presión generada VÍA AÉREA SUPERIOR TÒRAX ABDOMEN FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS FUERZA Dinamometría: Medición de la fuerza (tensión) momento (torque) de fuerza potencia Dinamómetros mano FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Debilidad Muscular Incapacidad permanente de mantener un esfuerzo contráctil FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS REPOSO Fatiga Muscular Factores: * Concentraciones intracelulares electrolitos & ATP excitación-contracción muscular fatiga * Intensidad duración ejercicio * Composición fibrilar * Forma física * Estado nutricional FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS RESISTENCIA (Endurance) Capacidad de mantener (en el tiempo) un esfuerzo submáximo Reserva (ante la fatiga) Margen que queda hasta llegar a la fatiga del músculo FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Condicionantes de Resistencia : - Capacidad aeróbica del músculo Flujo sanguíneo, Hb, Densidad capilar Transporte & Aporte % fibras tipo I (MyHC I), Mioglobina Utilización Actividad enzimática aeróbica ... FISIOLOGÍA DE LOS MÚSCULOS Respiración Pulmonar Respiración Tisular O2 atmosférico . VO2 CvO2 . Qpulmonar . VA . . VA/Q CaO2 CaO2 CvO2 O2 D . . Qperiférico O2D/VO2 ¡GRACIAS POR LA ATENCIÓN!