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Salud y Fisiología Humanas I
5ª Parte: Músculos y movimientos
Tema 2 de Biología NS
Diploma BI
Curso 2013-2015
Antes de comenzar
Pregunta guía
¿Cómo puede una persona llegar a morir asfixiada tras infectarse con la
bacteria del tétanos?
Conocimientos previos
Actividad de conocimientos previos de la wiki.
Músculos y movimientos
Cuando un animal se mueve, las señales pasan a lo largo de los
nervios hacia los músculos, causando su contracción y por tanto, el
movimiento del hueso.
El movimiento se produce porque el esqueleto actúa como una
simple palanca. El mecanismo físico de un sistema de palanca
puede compararse directamente al de una extremidad.
Esfuerzo
Resistencia
Palanca
Pivote
Física
Biología
Palanca
Hueso
Fuerza o
esfuerzo
Músculo con
tendones
Pivote
Articulación
Resistencia
Peso del cuerpo
o de un objeto
Movimiento del cuerpo humano
En términos generales, los músculos y huesos de
la columna (en rojo) son fuerzas magnificadoras,
es decir, fuerza que se usa para estabilizar el
esqueleto y proporcionar una plataforma estable
para el movimiento de las extremidades.
Esta palanca produce un reducido rango de
movimientos pero desarrolla una gran fuerza.
Los músculos y los huesos de las extremidades
(en azul) se agrupan en una clase inferior de
palancas, siendo magnificadores a distancia. El
motivo es proveer un variado rango de
movimientos a la extremidad en lugar de fuerza.
Movimiento del cuerpo humano
Estas ideas tan simples pueden aplicarse al sistema esquelético y al
movimiento humano.
Estructura
Función
Descripción
Palanca
Soportan el cuerpo y sirven de anclaje a los
músculos
Músculos
Fuerza para mover los
huesos
Causan movimiento por contracción. El músculo
esquelético es uno de los 3 tipos de músculos de los
mamíferos y funciona mediante pares antagónicos
Tendones
Unión de los músculos
a los huesos
Son cordones de denso tejido conectivo que insertan
el músculo en el hueso y le transmiten la fuerza de
la contracción muscular para producir movimiento
Articulaciones
Puntos de unión entre
huesos próximos
Se clasifican en función del tipo de tejido que une a
los huesos o del tipo de movimiento que realizan
Ligamentos
Confiere estabilidad a
las
articulaciones,
(unión hueso-hueso)
Banda fibrosa compuesta de fibras resistentes y
elásticas de tejido conectivo que conectan los tejidos
que unen a los huesos en las articulaciones
Nervios
Estimula y coordina la
contracción muscular
Los nervios motores estimulan la contracción del
músuclo esquelético para producir el movimiento
Huesos
Movimiento del cuerpo humano
Nervios: Coordinan
&
estimulan
las
Articulaciones: contracciones
Pivote para el musculares.
movimiento.
Músculos:
Desarrollo
de
fuerzas.
Huesos: Actúan
como palanca y
estructuras
de
soporte.
Tendones: Unión
músculo-hueso.
Ligamentos:
Estabilidad articulación
(unión hueso-hueso).
Los biceps y triceps son músculos antagonistas
“Doblarse”
Biceps contraído
Triceps relajado
La articulación del codo es del tipo bisagra, con
un rango limitado de movimientos (un solo plano)
“Extenderse”
Biceps relajado
Triceps contraído
Más información
Movimiento del codo humano
8
1. Húmero o hueso que forma la articulación del
hombro y también es el origen para cada uno de
los dos tendones del biceps.
2. Biceps (flexor) o músculo que desarrolla la
fuerza en una flexión del brazo. Su contracción
produce que el brazo se doble.
3. Tendón o insercción del biceps en el radio del
antebrazo.
4. Articulación del codo o pivote para el
movimiento del brazo.
5. Cúbito o una de las dos palancas del antebrazo.
6. Triceps (extensor) o músculo cuya contracción
produce el estiramiento del brazo.
7. Articulación del codo o pivote también para
este movimiento de extender el brazo.
8. Ligamentos del codo parta fijar entre sí los
huesos que forman la articulación del codo.
Video1
Diagrama de la articulación del codo humano
Biceps:
Músculos
que
doblan la extremidad por la
articulación (flexor).
Húmero: hueso superior del
brazo.
Ligamentos: Conectan un
hueso con otro y producen
estabilidad a la articulación.
Triceps: Músculos que enderezan
la extremidad por la articulación
(extensor).
Tendones: Anclan el
músculo al hueso.
Membrana sinovial: engloba a la
cápsula que rodea a la articulación
y produce el líquido sinovial.
Radio:
Hueso
inferior del brazo
que
hace
de
palanca
en
la
flexión y extensión
del brazo.
Líquido sinovial: medio lubricante
que reduce la fricción entre los
huesos y absorbe presión.
Cúbito: Hueso inferior
del brazo que hace de
palanca en la flexión y
extensión del brazo.
Cartílago: tejido blando
que reduce la fricción
entre los huesos de la
articulación.
Para producir movimiento en una
articulación, los músculos trabajan
en pares antagónicos.
Los
músculos
solo
pueden
activamente contraerse y relajarse,
pero no pueden alargarse.
Articulación del codo: Bisagra
húmero
radio
cúbito
cápsula
La estructura de la articulación refleja
su función:
Video2
Movimiento de la articulación de la rodilla
La articulación de la rodilla es otro ejemplo de tipo
bisagra.
El movimiento se realiza en un solo plano, donde el
pivote es la articulación.
La palanca es la tibia de la pierna inferior.
Movimiento de la articulación de la rodilla
La fuerza para la extensión de la rodilla es
desarrollada por los músculos cuádriceps.
La fuerza para la flexión de la rodilla es
desarrollada por los músculos isquiotibiales.
El cartílago y el líquido sinovial protegen y
lubrican la articulación de la rodilla, reduciendo
los impactos perniciosos. Unos ligamentos
fuertes mantienen colocada la rodilla en su sitio.
Movimiento de la articulación de la cadera
rotación y bisagra
La articulación de la cadera es un
ejemplo de tipo esfera y cavidad.
El movimiento se realiza en todos los
ángulos y planos (máximo rango de
movimientos).
El pivote es la articulación y el fémur la
palanca.
La fuerza es provista por los músculos
cuadriceps, isquiotibiales y glúteos.
El hombro es otro ejemplo de este tipo.
cartílago
membrana sinovial
Comparación articulación de cadera y rodilla
Pivote
(articulación)
Huesos
en la
articulación
Palanca
Fuerza de
flexion
Fuerza de
extensión
Planos de
movimientos
Rodilla
Tibia/femur
Tibia
Isquiotibiales
Cuádriceps
uno
Cadera
Pelvis/femur
Femur
Cuádriceps
Isquiotibiales
múltiples
Rodilla
Cadera
Sistema muscular
Según su estructura y función, los músculos se clasifican en tres
tipos principales:
Músculo
Esquelético
Liso
Cardíaco
Función
Control
Movimiento
del cuerpo
Voluntario
Estructura
Ejemplos
Estriado con bandas
claras
y
oscuras
alternas debido a los
sarcómeros
Biceps,
triceps,
cuádriceps,
etc.
Contracción
Involuntario
y relajación
de órganos
Liso, sin estrías
Vasos
sanguíneos,
pared
intestinal, etc.
Latido
corazón
Estriado con bandas Miocardio
claras
y
oscuras
alternas debido a los
sarcómeros.
Presencia de discos
intercalares
del Involuntario
Sistema muscular
Estructura del músculo esquelético
3
Los tendones (1) son estructuras no
elásticas que conectan los músculos (2)
al hueso, transmitiendo la fuerza contractil
1 al hueso.
El músculo está formado de fascículos o
haces (3), que son una agrupación de
células o fibras musculares (4)
empaquetadas. La membrana plasmática
de una célula muscular se denomina
sarcolema. Estas células poseen un
retículo endoplasmático especial cuya
membrana
se
denomina
retículo
sarcoplásmico.
La célula o fibra muscular (4) es
multinucleada y en su interior hay muchos
filamentos
protéicos
denominados
miofibrillas (5). Las miofibrillas son
combinaciones
de
las
proteínas
filamentosas actina y miosina, que en
conjunto, constituyen el sarcómero (6).
2
4
5
6
Video3
Estructura de la célula múscular esquelética
fascículo
El tejido del músculo esquelético es estriado
(tiene bandas claras y oscuras) y se contrae
longitudinalmente.
Las células musculares son alargadas y
multinucleadas. Estas células o fibras se
empaquetan en fascículos.
Célula muscular
núcleos
músculo
Fibra muscular
(célula)
tendón
hueso
Los
núcleos
se
organizan a lo largo
del
borde
de
la
membrana plasmática
(sarcolema)
de
las
células musculares.
Las miofibrillas son
filamentos
proteicos
dentro de la célula.
Existen
muchas
mitocondrias, ya que
hay una alta demanda
de ATP.
sarcolema
núcleo
estrías
capilar
Retículo
sarcoplásmico
mitocondria
miofibrillas
miofibrillas
Bandas claras
Bandas oscuras
Estructura del músculo esquelético
Estructura de la miofibrilla
Miosina
Las miofibrillas son combinaciones
de dos filamentos de proteína
denominadas actina y miosina.
Los filamentos de actina y miosina
solapan por lo que al microscopio
electrónico
se
observa
un
diferente patrón de bandeo.
El esquema adjunto muestra esta
disposición, donde los gruesos
filamentos
de
miosina
se
superponen sobre los filamentos
delgados de actina.
Una sección transversal de una
miobrilla consta de:
Actina
a) Actina solamente.
b) Miosina solamente.
c) Región de miosina adjunta
añade estabilidad.
d) Actina y miosina solapadas.
Estructura del sarcómero
Las bandas oscuras corresponden al solapamiento de filamentos de
actina y miosina.
Las bandas claras se corresponden con solo fibras de actina o de miosina
sin solapar.
Miosina
Cabezas de miosina
Actina
banda
clara
banda
oscura
banda
clara
banda
oscura
banda
clara
músculo
Estructura del sarcómero
Banda I: Línea Z con filamentos de actina a
ambos lado.
Banda A: 2 solapamientos de actina y miosina
separados por filamentos de miosina (banda H).
núcleo
Fascículo de
fibras musculares
Fibra muscular
(célula)
miofibrilla
Banda I
Banda A
Banda I
Linea M
Filamento gruesos
(miosina)
Filamentos delgados
(actina)
Linea Z
Banda H
Linea Z
El sarcómero es la unidad funcional del
músculo que se repite en una miofibrilla de
una célula muscular esquelética .
Se define como la distancia entre dos
líneas Z consecutivas de una miofibrilla.
Estructura del sarcómero
Estructura de la célula múscular esquelética
Video4 y 5
Estructura de la actina
Polímero de Actina Tropomiosina
MÚSCULO RELAJADO
La tropomiosina en el exterior
del filamento de actina impide
que la miosina pueda formar
puentes cruzados.
MÚSCULO CONTRAÍDO
La tropomiosina en los surcos de
actina posibilita que la miosina
puede formar puentes cruzados.
En los filamentos de actina se distinguen 3
proteínas:
actina,
tropomiosina
y
troponina.
La actina es una proteína globular, de
manera que un filamento de actina es una
larga cadena enrollada de estas proteínas
unidas como un rosario.
La actina tiene lugares de unión a miosina,
pero estos, están “ocultos” por otra
proteína, la tropomiosina, que envuelve los
filamentos de actina.
En el músculo relajado, la tropomiosina
tapa los lugares de unión actinamiosina, e impide la formación de
puentes cruzados entre ambos.
En el músculo contraído, la tropomiosina
cambia exponiendo los lugares de unión
actina-miosina, favoreciendo la formación
de puentes cruzados entre ambos.
Estructura de los filamentos de actina y miosina
Acortamiento del sarcómero
0.5 µm
Z
H
A
Sarcómero
Fibra muscular relajada
I
Fibra muscular contraída
Fibra muscular completamente contraída
Cuando las miofibrilllas de una fibra muscular
se contraen, los sarcómeros se acortan.
Como la longitud de los filamentos de actina y
miosina no varía (banda A), este acortamiento
del sarcómero se consigue disminuyendo la
longitud de la Banda I y de la Banda H, la cuál se
hace más pequeña hasta llegar a desaparecer.
Acortamiento del sarcómero
Esta es la base de la contracción muscular, y se basa en el modelo del
deslizamiento de filamento, que establece que los filamentos de
actina se deslizan sobre los de miosina, porque estos últimos tienen
puentes que tiran de los filamentos de actina hacia el interior.
Animación1
Contracción del músculo esquelético
Médula espinal
1) Un potencial de acción
llega a los terminales
sinápticos al final de una
neurona motora, en la
unión neuromuscular.
2) Esto provoca la liberación
del
neurotransmisor
acetilcolina
de
las
membranas presinápticas,
que inicia un potencial de
acción en la membrana de
la célula muscular.
Unidad Unidad
motora motora
2
1
Terminales sinápticos
Nervio
Cuerpo celular
neurona motora
Axón neurona
motora
Músculo
Fibras musculares
Tendon
Contracción del músculo esquelético
Contracción del músculo esquelético
3) Este potencial de acción se
propaga rápidamente a lo largo de
la
célula
muscular
mediante
invaginaciones en la membrana
denominadas túbulos T.
4) El potencial de acción provoca
que el retículo sarcoplásmico
libere su acúmulo de iones Ca+2
al interior de las miofibrillas.
5) Los iones Ca+2 se unen a la
troponina, que a su vez provoca
que la tropomiosina se mueva
hacia los surcos del filamento de
actina y que los lugares de unión
a miosina queden expuestos.
Animación3
Axón neurona
motora
Terminal
Sináptico
Túbulo T
Mitocondria
Túbul
oT
Retículo
sarcoplás
mico
Miofibr
illas
Retículo
sarcoplasmico
Miofibrilla
Sarcolema
Ca2+ liberado
del retículo
sarcoplásmico
Sarcómero
Contracción del músculo esquelético
10) Esto ocurre más de 5
veces por segundo, y finaliza
cuando cesan los impulsos
nerviosos y el Ca+2 regresa al
retículo
sarcoplásmico
por
transporte activo.
9) La fijación de ATP
causa que la cabeza
de miosina se suelte
del
filamento
de
actina, regresando a
la posición de reposo.
9)
8) La liberación del ADP y
el Pi, provoca que la
cabeza de miosina cambie
de posición, tirando del
delgado
filamento
de
actina hacia el interior del
sarcómero.
Animación4
6) Las cabezas de miosina
(extremos de los puentes
cruzados
en
los
filamentos de miosina)
funcionan como enzimas
ATPasas, hidrolizando el
ATP a ADP + Pi.
El ATP es hidrolizado
cuando la cabeza de
miosina está desligada de
los filamentos de actina.
6)
8)
7)
7) El ADP y el Pi quedan
ligados a la miosina a
medida que la cabeza de
miosina se enlaza con la
actina, formando puentes
cruzados con ella.
Contracción del músculo esquelético
La actina se desliza sobre la miosina y
causa el acortamiento del sarcómero.
Whfreeman
Contracción del músculo esquelético
Nombre
Función
Filamentos de
actina
Se deslizan sobre la miosina
provocando la contracción
muscular al estrecharse el
sarcómero
Ca2+
Necesario
para
que
la
miosina se una a la actina.
Filamentos de
miosina
Tira de los filamentos de
actina mediante puentes
cruzados
gracias
a
la
hidrólisis del ATP.
ATP
Suministra energía para la
contracción muscular.
Troponina
Proteína en los filamentos
de actina a los que se une el
Ca2+
Tropomiosina
Proteína en los filamentos
de actina que los que tapa
los lugares de unión actinamiosina
Micrografías electrónicas mostrando la contracción
de un sarcómero
Músculo
relajado
Músculo
contraído
Bandas Z más cercas
Micrografías electrónicas mostrando la
contracción de un sarcómero
Bandas Z alejadas
Bandas H constantes
Totalmente
relajado
Las fibras musculares pueden estar
totalmente relajadas o bien ligeramente,
moderadamente o totalmente contraídas.
Totalmente
contraído
Bandas Z más cercas