Download Características mecánicas del músculo esquelético: I Relación

Características mecánicas del músculo esquelético:
I Relación Longitud- Tensión
Una de las características de la contracción muscular es la de producir
tensión, y la magnitud de la tensión que se desarrolle dependerá de la
longitud de la sarcómera, y la longitud de ésta a su vez dependerá del
grado de superposición que exista entre los miofilamentos gruesos y
finos.
Como puede observarse en la Fig 3.12 cuando el músculo se contrae
partiendo de su longitud normal de reposo, desarrolla la máxima tensión
contráctil, sin embargo cuando el músculo es acortado por debajo de 1.5
micras los miofilamentos de actina y miosina se superponen entre si
reduciéndose las interacciones entre ellos; y también cuando la sarcómera
es estirada mas allá de 3.5 micras, la tensión contráctil tiende a
disminuir debido a la disminución de las interacciones actomiosínicas que
pueden establecerse en esas condiciones ( Trazado B de la curva). Cuando
el músculo en su totalidad es estirado, se desarrolla la tensión elástica, la
cual es generada a punto de partida de los elementos elásticos del
componente conjuntivo en paralelo (trazado C de la curva). Como puede
observarse a medida que el músculo se estira la tensión generada por el
componente contráctil tiende a ir disminuyendo mientras que la tensión
elástica va creciendo. Debido a esto la tensión total que se desarrolla en el
músculo tiene el comportamiento que se refleja en el trazado A de la
gráfica. Como también puede observarse de la Fig 3.12 , la mayor tensión
total del músculo se obtiene cuando este se contrae a partir de una
longitud que está alrededor de un 110 % de su longitud de reposo, ya que
a esta longitud se suman los efectos de la energía mecánica aportada por
el componente contráctil además de la energía elástica producida por el
componente conjuntivo en paralelo muscular .Esta característica mecánica
del músculo es aprovechada durante diversos tipos de entrenamiento en
los que el desarrollo de la fuerza es un elemento esencial para el
performance. De ahí la importancia de los estiramientos previos durante la
ejecutoria de algunas disciplinas deportivas.
Niveles de tensión
A
B
C
80
100
110
Grado de estiramiento
del músculo ( Longitud en
porcentaje respecto al reposo)
Fig. 3.12 Relación Longitud Tensión en el músculo intacto en dependencia al nivel de
estiramiento muscular. A: Curva de tensión total. B : Curva de tensión atribuible al
componente contráctil . C: Curva de tensión elástica de reposo atribuible al componente
elástico en paralelo. Fuente. González Gallego. Fisiología de la Actividad física y el
Deporte Ed. Interamericana Mc Graw Hill.1995
II Relación Fuerza Velocidad.
Otro aspecto importante del comportamiento mecánico del músculo es
la relación que existe entre la velocidad de contracción con acortamiento
de la longitud del músculo y la carga que el músculo desplaza durante la
contracción.
Como puede observarse en la Fig 3.13 cuando un músculo se contrae
sin que tenga que desplazar ninguna carga, la velocidad de contracción es
muy rápida y durante la contracción el músculo se acorta. Sin embargo a
medida que el músculo se somete a una carga mayor, la velocidad de
contracción, así como el acortamiento va disminuyendo de manera que
cuando la carga es superior a la fuerza máxima que puede desarrollar el
músculo la velocidad de contracción con acortamiento es cero. El músculo
genera tensión pues existe interacción entre los filamentos de actina y
miosina pero no existe acortamiento del músculo pues los filamentos no
se deslizan entre si ya que la carga es superior a la tensión desarrollada
por el músculo.
Esta característica mecánica también es tenida cuenta durante el
entrenamiento de la fuerza ya que para entrenar la Fuerza máxima se
debe entrenar con cargas máximas y poca velocidad, ya que el músculo
que trabaja cerca de su capacidad máxima de esfuerzo incrementará su
fuerza, (principio de la sobrecarga física ). Por el contrario si los niveles
de carga impuesta al músculo son submáximos la capacidad de generar
fuerza disminuye.
Velocidad
de contracción
con acortamiento
Carga ( Kg)
Figura 3.13: Relación entre la velocidad de contracción y la carga que tiene que vencer
el músculo. Fuente : Guyton: Tratado de Fisiología Médica . VIII Ed.,Interamericana Mc
Graw Hill, 1992
III Relación Carga –Potencia
La potencia es el trabajo efectuado por una fuerza en una unidad de
tiempo. Expresándolo de otra manera la potencia también es el producto
de Fuerza por la velocidad. Fuerza no es mas que la tensión que un
músculo puede oponer a una resistencia en un solo esfuerzo , por tanto la
Potencia también puede expresarse como la tensión generada en la
unidad de tiempo y se expresa de acuerdo a la siguiente fórmula P= T/ t.
Cuando se relaciona la carga con la potencia desarrollada por el músculo
se observa un comportamiento diferente
Al relacionar el cambio de Potencia que sufre el músculo a medida que la
carga va creciendo, se encuentra que al crecer la carga la potencia va
también creciendo pero solo hasta un valor de carga a partir de la cual la
potencia comienza a disminuir a pesar de que la carga siga aumentando
Fig 3.14. Esto se explica por el hecho de que al aumentar la carga
impuesta al músculo se va estirando éste, y con ello se logra alcanzar la
longitud óptima de carga que produce la mayor interacción
intermiofilamentosa y con ello la máxima potencia muscular. Al continuar
aumentando la carga se ira reduciendo nuevamente la interacción
actomiosimica, y de igual forma la potencia que es capaz de desarrollar el
músculo.
Potencia (% de máximo)
100
80
60
40
20
20
40
60
80
100
Carga ( % de la máxima)
Fig. 3.14 Relación carga /potencia Fuente : Subiela JV.: Introducción a la Fisiología
Human.
Énfasis en la Fisiología del ejercicio. FUNDAUPEL-IPB. Barquisimeto 2005
En los músculos flexores del antebrazo, se logran los mayores valores de
potencia con cargas de aproximadamente un 40-50% de la carga máxima,
mientras que en los músculos extensores de la rodilla, la máxima potencia
se logra con un 60-70 % de la carga máxima.
Se ha pensado que el valor porcentual de carga máxima con el que se
logra la mayor potencia muscular, depende del tamaño de la masa
muscular involucrada, durante el ejercicio.
La carga con la que el músculo desarrolla su mayor potencia, se
denomina CARGA ÓPTIMA.
Igualmente este concepto es de importancia para el entrenamiento de
la fuerza, ya que se debe entrenar con el valor de carga óptima para
desarrollar la máxima potencia muscular. Cuando no se conozca la carga
optima para un músculo determinado se recomienda entrenar la potencia
utilizando el 40 -60% de la carga máxima, cuando las masas musculares
sean pequeñas, mientras que se recomienda utilizar el 60-80% de la carga
máxima para entrenar la potencia en grandes masa musculares.
IV Reclutamiento y Sincronización de Unidades motoras:
También resulta de importancia referirnos a otra
característica
mecánica de la contracción muscular y que esta relacionada con el
desarrollo de la magnitud de la Fuerza muscular. Se trata de los
fenómenos de Reclutamiento y Sincronización de las unidades motoras.
Concepto de Unidad Motora: Cada neurona motora que sale de la
médula espinal suele inervar a varias fibras musculares. Todas las fibras
musculares inervadas por una misma fibra nerviosa recibe el nombre de
Unidad Motora. Fig 3.9
En dependencia del tamaño de la Unidad Motora (del número de fibras
asociadas) y del tipo de fibras asociadas (fibras FT ó fibras glucolíticas ó
fibras ST ó fibras lentas ú oxidativas) las Unidades Motoras se clasifican
en Unidades Motoras Fásicas y Tónicas. Cuadro 3.2
DIFERENCIAS ENTRE LAS UNIDADES MOTORAS
FÁSICAS
TÓNICAS
peq
grande
Tamaño de la motoneurona
Diametro del axón
Umbral de excitación
grande
alto
peq
Frecuencia de disparo
alta
baja
Velocidad de conducción
rápida
Velocidad de contracción
Tiempo de contracción
Tensión tetánica máxima
rápida
lenta
lenta
breve
larga
alta
baja
Fatigabilidad
Tiempo de relajación
Tipo de fibras musculares
asociadas
bajo
fatigables
resistentes
peq
prolongado
ST
FT
Cuadro 3.2: Características y diferencias generales entre las Unidades Motoras
De las propiedades de las motoneuronas dependen las características
contráctiles de las distintas Unidades Motoras. Las unidades motoras
tónicas hacen posible la realización de movimientos más delicados,
precisos con un control estrictamente graduado de la tensión muscular,
mientras que la presencia de unidades motoras fásicas garantiza la
realización de grandes tensiones durante los esfuerzos musculares
máximos. Aunque existe la tendencia al predominio de un tipo de unidad
motora en un músculo en relación con sus características funcionales, no
obstante no se ha encontrado ningún músculo formado por un solo tipo
de unidad motora, lo que presupone un solo tipo de fibras musculares, ya
que en estos se presenta una composición miofibrilar heterogénea.
Durante el desarrollo de un movimiento y en dependencia de la rapidez
e intensidad con que éste deba realizarse, las unidades motoras se van
reclutando, es decir sumando al proceso de la contracción muscular. Se
han postulado dos principios de reclutamiento. En los movimientos más
lentos y prolongados se postula que las unidades motoras se reclutan de
forma progresiva, en el orden de las más pequeñas (unidades motoras
tónicas) hasta las más grandes en función de las exigencias de fuerza que
son impuestas al músculo. Sin embargo en los movimientos más intensos
y breves se postula que las unidades motoras se reclutan de forma
selectiva que dependerá de la intensidad del ejercicio, de manera que se
activarán las unidades motoras
fásicas en movimientos explosivobalísticos y las unidades motoras tónicas durante actividades físicas de
ligera a mediana intensidad.
En condiciones normales las unidades motoras se activan
asincrónicamente; en muy pocas acciones se logra un reclutamiento
sincrónico, pero ello puede lograrse con el entrenamiento.
La sincronización significa que las unidades motoras son reclutadas al
mismo tiempo y como consecuencia de ello, la fuerza muscular lograda
será la sumatoria de las fuerzas de contracción de cada unidad motora.
Cuando se trata de desarrollar una fuerza máxima este es un proceso mas
lento y en el cual, las unidades motoras se sincronizan al final de la
contracción muscular. Por el contrario si la velocidad de la contracción es
muy rápida la sincronización se produce precozmente alcanzándose un
desarrollo
de fuerza muy veloz desde los inicios de la contracción
muscular.
Tanto el fenómeno de reclutamiento como de sincronización subyacen
como base neurofisiológica del entrenamiento de fuerza
Tipos de contracciones musculares vinculadas a la cualidad fuerza
Como podemos ver de lo expuesto hasta el momento, la fuerza es una
cualidad motriz ligada al proceso de la contracción muscular, y no es más
que la tensión que un músculo puede oponer a una resistencia en un solo
esfuerzo. De acuerdo a este concepto se pueden definir los siguientes
tipos de Fuerza:

Fuerza Máxima:. Es la fuerza más alta que un individuo puede ejercer
durante una contracción voluntaria.

Fuerza máxima estática: Manifestación extrema de la Fuerza que no
logra vencer la Resistencia que se le opone.
Fuerza máxima dinámica: Es la manifestación extrema de Fuerza al
lograr vencer una Resistencia antes de transformarse en estática. Es
muy importante en las actividades donde es necesario vencer
resistencias externas, ya sea alargando o acortando el músculo en
actividad.
 Fuerza Explosiva: Es la capacidad de un músculo o grupo muscular de
acelerar una determinada masa hasta alcanzar la velocidad máxima en un
breve tiempo.
 Fuerza Resistencia: Es la resistencia del músculo o grupo muscular
frente a la fatiga, durante una contracción muscular repetida, ó sea , la
duración de la fuerza a largo plazo.

Muy relacionado al desarrollo de los disitintos tipos de fuerza están los
diferentes tipos de contracciones musculares que las generan.
Las contracciones musculares
desplazamiento pueden ser:
según
produzcan
ó
no
un
Isométricas: las que no producen desplazamiento de un cuerpo en el
espacio, no hay trabajo mecánico, aunque si hay consumo de energía, por
tanto la fuerza muscular = fuerza externa. Este tipo de acción muscular
se denomina trabajo estático Fig 3.15
Anisométrica ò isotònica: provoca desplazamiento de un cuerpo en
el espacio y en función del desplazamiento la contracción puede ser:
 Concéntrica: cuando el sentido del desplazamiento es el mismo que el
de la fuerza muscular, es decir la contracción del músculo produce el
movimiento del cuerpo. En este caso se realiza un trabajo positivo ya
que la fuerza muscular > fuerza externa. Este tipo de trabajo es el de
mayor costo energético Fig 3.15
 Excéntrica: el movimiento se produce en sentido contrario a la
contracción muscular. Existe una fuerza externa mayor y opuesta a la
desarrollada por el músculo y éste actúa frenando parcialmente el
movimiento. En consecuencia el trabajo realizado es negativo, ya que la
fuerza muscular < que la fuerza externa. Este tipo de trabajo, aunque
es el más traumatizante para el músculo, es el de menor costo
energético. Fig 3.15
 Pliométrica: Consiste en una contracción excéntrica seguida de una
concéntrica. Es que se produce durante algunos tipos de salto desde
plataformas al suelo.
Por tanto la contracción isométrica se relaciona con el desarrollo de
la fuerza estática, mientras que las contracciones anisométricas o
isotónicas se relacionan con la fuerza dinámica.
En realidad en el cuerpo no se producen contracciones isométricas ò
isotónicas puras, porque los músculos ejecutan funciones muy diversas y
complejas que modifican su accionar. Por esta razón se prefiere hablar de
contracciones estáticas (isométricas) y dinámicas (concéntricas y
excéntricas).
En relación con el desarrollo del movimiento las contracciones pueden
ser:
 Isotónicas: cuando ésta se lleva a cabo a una tensión constante. En el
ser humano no existen contracciones musculares en las que la fuerza se
mantenga constante durante todo un movimiento, ya que la tensión
generada en el músculo se modificará según cambien los brazos de
palanca a lo largo del arco del movimiento. Este tipo de contracción se
generaliza al trabajo con las pesas.
 Isocinética: es aquella que se realiza a una velocidad constante. Este
tipo de contracción se lleva a cabo con aparatos que ofrecen una
resistencia adaptada a la fuerza aplicada para mantener la velocidad
siempre constante a un valor predeterminado
Fuerza muscular
Fuerza externa
Fuerza externa
Fuerza externa
Contracción concentrica
Fza musc > Fza ext
Contracción isométrica
Fza musc = Fza ext
Contracción excentrica
Fza musc < Fza ext
Fig 3.15 Tipos de contracciones musculares
Adaptaciones Neuromusculares Inducidas Por El Entrenamiento.
El aumento de fuerza que se produce derivado del entrenamiento, no
siempre es sinónimo, de hipertrofia, ya que sobre todo, el aumento de
fuerza observado al inicio de un programa de entrenamiento, se ha
relacionado, con un aumento de la actividad eléctrica del músculo que
indica un mayor reclutamiento y una mejor sincronización de fibras.
También se sabe que el entrenamiento puede modificar el grado de
fuerza, muscular desarrollada a través de cambios en la utilización de los
distintos elementos motrices lográndose una contracción optima de los
músculos agonistas y una relajación sincronizada de los músculos
antagonistas.
Por tanto al inicio del entrenamiento, los cambios iniciales de la fuerza
tienen un origen neural, con una contribución gradualmente creciente a
medida que avanza el tiempo de los factores tróficos (hipertrofia.), ya a
partir de las 6 -8 semanas de entrenamiento.
Se conoce que la hipertrofia del músculo esquelético inducida por el
entrenamiento, tiene lugar en ambos tipos de fibras musculares aunque
puede ser mayor en las fibras musculares de contracción rápida.
La hipertrofia muscular es atribuible, a diferentes cambios:
 Aumento del número y tamaño de las miofibrillas por cada fibra
muscular
 Aumento de la cantidad total de proteínas contráctiles, particularmente
de los filamentos de miosina
 Aumento de la densidad capilar por cada fibra
 Aumento cuantitativo y de la resistencia de los tejidos conectivos
tendinoso y ligamentoso.
Aun hoy en día no se sabe con certeza si el número de fibras
musculares aumenta con el entrenamiento.
No parecen existir cambios en la distribución de los diferentes tipos de
fibras musculares aunque persisten las dudas acerca de la influencia del
entrenamiento precoz en etapas tempranas de la vida o incluso, la
influencia de las cargas de entrenamiento muy intensas a lo largo de la
vida.
Finalmente debemos señalar que en relación al grado de hipertrofia
producido en los distintos tipos de entrenamiento, que la hipertrofia,
producida en los entrenamientos de potencia, es menor que con un
entrenamiento de fuerza máxima,
dado esto porque el tiempo de
activación muscular durante este tipo de entrenamiento es demasiado
corto, para inducir grandes aumentos de la masa muscular.
Fatiga muscular: concepto y mecanismos propuestos
La fatiga expresa una disminución aguda del rendimiento que incluye
tanto un incremento en la percepción del esfuerzo necesario para realizar
la carga de trabajo así como la incapacidad eventual para realizar la tarea.
La fatiga es considerada como una respuesta fisiológica compleja que
defiende a un órgano ó a un organismo de las consecuencias derivadas de
una actividad física excesiva en intensidad y duración.
Globalmente se pueden considerar dos tipos de fatiga:
 Fatiga muscular local: afecta exclusivamente a los músculos
directamente implicados en el trabajo físico. Es reversible con el reposo
 Fatiga orgánica general: afecta a diferentes órganos y sistemas. Por
tanto se presenta con manifestaciones multisistémicas (psíquicas,
metabólicas, bioquímicas etc).
Mecanismos fisiopatológicos involucrados en la fatiga muscular:
1.
A
nivel de la unión neuromuscular: por disminución de la capacidad
de liberación de acetilcolina en la terminación nerviosa con la
consiguiente imposibilidad de transmitir los impulsos de para la
contracción muscular. Se relaciona habitualmente con el trabajo
muscular de alta intensidad y es mas frecuente en las unidades
motoras fásicas que son más sensibles a la fatiga.
2.
A
nivel de las estructuras contráctiles:
o Acumulación de ácido láctico: la intensa formación y acumulación de
ácido láctico como consecuencia del metabolismo anaerobio de las fibras
musculares puede disminuir el potencial contráctil al producir la
disminución de la liberación de iones de calcio por parte del retículo
sarcoplásmático Por otro lado puede provocar la inhibición de la actividad
de la fosfofructoquinasa y la reducción de la capacidad glucolítica
o Depleción de los depósitos de ATP y fosfocreatina.:
o Depleción de glucógeno muscular: después de esfuerzos prolongados
los depósitos de glucógeno se agotan casi por completo especialmente en
las fibras ST.
o Disminución del flujo sanguíneo y del aporte de oxígeno: disminución
del metabolismo aerobio con el consiguiente aumento de acidosis
intramuscular
o Deshidratación y desequilibrios iónicos intracelulares: disminución de la
contractilidad y la excitabilidad muscular.
o Liberación de radicales libres desde las mitocondrias: la utilización de
oxígeno por las mitocondrias, está asociada con la liberación de radicales
libres que representan una amenaza para la integridad de la propia
mitocondria y las membranas celulares.
3.- Otros factores involucrados:
 Temperatura: La producción de calor durante el trabajo muscular
acelera la aparición de la fatiga
 Tipo de trabajo: Se ha planteado que el tipo de trabajo es un factor
importante en la aparición de la fatiga local. En el trabajo muscular
intenso la insuficiencia de los mecanismos aerobios, el déficit de
oxígeno intracelular, la participación prevalente de las fibras FT que
son más fatigables y los mecanismos de fatiga neuromuscular son los
factores más importantes del rendimiento muscular. En el trabajo
muscular extenso de larga duración la fatiga será debida
fundamentalmente al agotamiento de las reservas energéticas
musculares y a la puesta en marcha de los mecanismos anaerobios
menos rendidles que producen mayor alteración de la homeostasis