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Dentro de la fisiología del ejercicio se deben tener en cuenta dos grandes sistemas de regulación: El sistema nervioso y el sistema endocrino. Entre ellos hay similitudes y diferencias. En el sistema nervioso las señales son electroquímicas, rápidas y puntuales (la señal pasa a la neurona de al lado) y controla directamente la actividad motora (músculos) y la actividad secretora (glándulas). El sistema endocrino tiene señales químicas (hormonas) que son señales lentas y prolongadas (las hormonas se producen en las glándulas, se vierten en la sangre y van a los órganos diana), y regula prácticamente la totalidad de actividades celulares.
Propiedades generales del músculo
El músculo esquelético es un tejido capaz de hacer frente a un amplio rango de demandas funcionales, desde realizar movimientos de gran precisión para los que se requiere poca fuerza, hasta contracciones máximas, pasando por el mantenimiento de la postura del cuerpo. Todo ello debido a varios tipos de células o fibras musculares con características muy distintas. En cada músculo existen diferentes tipos de fibras en proporciones variables, adaptando el mismo a la tarea funcional a la que está destinado. El músculo posee tres propiedades generales:
- Excitabilidad: El músculo es excitable cuando responde de una manera específica a la estimulación eléctrica o mecánica (golpe que provoca contracción).
- Elasticidad: El músculo es elástico porque se deja deformar bajo la influencia de una fuerza exterior y recupera su forma inicial cuando la fuerza deja de actuar.
- Contractibilidad: Capacidad del músculo para acortarse.
Fibras musculo-esqueléticas
La clasificación de las fibras musculares dependerá del tipo de miosina (isoforma) y de la velocidad de acortamiento de la fibra.
- Fibras de tipo I o también llamadas rojas o de contracción lenta.
- Las fibras de tipo II o también llamadas blancas o de contracción rápida.
- Tipo IIA, rápidas y resistentes a la fatiga. Combinan propiedades de I y de IIB, ya que tienen capacidad aerovía suficiente para resistir a la fatiga durante varios minutos.
- Tipo IIB, rápidas y fatigables. Poseen fibras musculares de tamaño grande que desarrollan fuerzas grandes en cortos periodos de tiempo, por empezar el mecanismo anaerobio. La pérdida de sus depósitos de glucógeno y la acumulación de ácido láctico las hace fatigables.
Mecanismo general de contracción
La contracción muscular es una acción voluntaria, que tiene su origen en la corteza cerebral a nivel del área motora. Entre los axones de las motoneuronas y las fibras musculares esqueléticas se establece una sinapsis, que se llama unión neuromuscular o placa motora. Cada fibra nerviosa se origina en la moto neurona del asa anterior de la médula espinal, tras penetrar en el vientre muscular, se ramifica y estimula cientos de fibras musculares esqueléticas.
Esta neurona motora despolarizará a nivel del axón liberando un neurotransmisor (esta liberación está mediada por el ion Ca+2) de tipo Acetilcolina que actuará sobre canales de Na+ localizados en la membrana post-sináptica. La unión de la Acetilcolina, con los canales de Na+, abrirá dichos canales y entrará Na+ al interior, generando un potencial de acción que se propagará por todo el sarcolema y los tubos T.
La despolarización del tubo T afectará a la membrana de la cisterna longitudinal del retículo sarcoplasmático, en especial a los canales Ca+2 operados por voltaje, los cuales se abrirán saliendo el Ca+2 y aumentando la concentración en el citoplasma muscular. Este Ca+2 va a ser quien se una a la subunidad C de la troponina.
Esta unión generará un cambio de disposición espacial del complejo troponina-tropomiosina, por lo que quedan al descubierto las zonas activas de la actina y, por tanto, quedan en condiciones de producirse la interacción entre esas zonas activas de la actina y las cabezas de la miosina (hay un acoplamiento eléctrico – mecánico). La cabeza después de la unión va a traccionar el filamento de actina hacia la zona central de la sarcómera en el sentido de acortamiento (disminuye la distancia entre líneas Z) acortándose la fibra muscular.
Características de la contracción
El ATP es necesario para contraer y también para descontraer la fibra muscular. La contracción muscular se dependerá en gran medida de una serie de factores que condicionarán el aumento de la fuerza muscular:
- Factores estructurales
- Mayor volumen y superficie de sección del músculo.
- Mayor densidad de fibras. – Mayor densidad de miofibrillas. – Mayor longitud.
- Factores biomecánicos:
- Longitud del hueso.
- Ángulos de inserción de tendones.
- Factores de relaciones mecánicas
- Relación fuerza-longitud
En función de la longitud de la sarcómera. Si la sarcómera se acorta la fuerza será menor, y pasa lo mismo si la sarcómera se estira. Existe un rango de longitud donde se desarrolla la fuerza máxima, y está relacionado con la máxima capacidad de establecimiento de puentes cruzados entre actina y miosina. De forma que:
- Relación fuerza-velocidad.
- A menor carga existe mayor velocidad.
- A mayor carga existe menor velocidad.
- Factores fisiológicos.
- Número de unidades motoras.
- Número de fibras / unidad motora.
- Frecuencia de estimulación (mayor frecuencia – mayor carga).
- Sincronización: agonista, antagonista (mayor sincronización – mayor fuerza).
- Factores individuales.
- Factores genéticos y raciales.
- Edad (aumenta aproximadamente a los 25 años).
- Sexo (aumenta en el hombre).
Energía de la contracción muscular
El músculo cuando se contrae realiza un trabajo en el cual necesita energía que llega al músculo procedente del ATP (adenosina Trifosfato). El músculo esquelético satisface sus demandas energéticas utilizando sustratos que proceden de reservas del organismo gracias a la ingestión diaria de nutrientes. Estos sustratos son principalmente grasas e hidratos de carbono; y que no serán usados directamente por la célula muscular, sino que ceden la energía contenida en sus enlaces químicos para la fosforilación del ATP. El ATP es el único soporte energético que reconoce el músculo.
La energía química se transforma en energía mecánica gracias a cambios de la forma de su estructura molecular de las proteínas contráctiles del músculo, permitiendo modificar la longitud del sarcómero, acortándolo y dándole tensión favoreciendo el movimiento muscular. La glucosa (hidrato de carbono) es la fuente de energía aeróbica y anaeróbica. El proceso por el cual las células obtienen energía de la glucosa se denomina glucólisis; que será anaeróbica si la glucosa se transforma en ácido láctico, y aeróbica si el ácido pirúvico no se transforma en ácido láctico. Fuentes energéticas para la contracción muscular o fuentes de ATP en el músculo.
Fuente anaeróbica aláctica
Representada por fosfocreatina: La fosfocreatína (PCr) es una molécula que tiene un enlace de alta energía, es decir, que puede almacenar mucha energía. Cuando se rompe ese enlace de alta energía se libera la energía. El músculo cuando la necesita rompe el enlace y se utiliza esa energía para volver a ensamblar el ATP a través de: Todo este proceso no rebasa los 10 segundos de duración.
La regeneración de las reservas de ATP y de PCr se realiza a expensas del metabolismo aeróbico y tiene lugar después del ejercicio, o incluso durante este siempre que sea a un ritmo por debajo del umbral anaeróbio. ATP: adenosintrifosfato; CK: creatina quinasa; CK-Mt: creatina quinasa mitocondrial; Cr: creatina; PCr: fosfocreatina; Pi: fosfato inorgánico. López Chicharro J. y Fernández-Vaquero A. Fisiología del ejercicio.
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