Músculos esqueléticos: estructura, propiedades y funciones
En los humanos, hay tres tipos de músculos: músculos esqueléticos estriados; músculo cardíaco estriado; músculos lisos de órganos internos, piel, vasos.
Los músculos esqueléticos, junto con el esqueleto, constituyen el sistema locomotor del cuerpo, lo que garantiza el mantenimiento de la postura y el movimiento del cuerpo en el espacio. Además, cumplen una función protectora, protegiendo los órganos internos del daño.
Los músculos esqueléticos son una parte activa del sistema musculoesquelético, que también incluye los huesos y sus articulaciones, ligamentos, tendones. La masa de los músculos puede alcanzar el 50% del peso corporal total.
Desde un punto de vista funcional, las neuronas motoras también se pueden referir al aparato motor, enviando impulsos neuronales a las fibras musculares. Los cuerpos de las neuronas motoras que inervan los axones de la musculatura esquelética se encuentran en los cuernos anteriores de la médula espinal, y los músculos inervadores de la región maxilofacial se encuentran en los núcleos motores del tallo cerebral. La motoneurona del axón en la entrada a las ramas del músculo esquelético, y cada rama participa en la formación de la sinapsis neuromuscular en una fibra muscular separada (Figura 1).
Fig. 1. Ramificación del axón de la neurona motora a los terminales axonales. Electronograma
Fig. Estructura del músculo esquelético humano
Los músculos esqueléticos consisten en fibras musculares que se combinan en haces musculares. El conjunto de fibras musculares inervadas por las ramas axónicas de una neurona motora se denomina unidad motora (o motora). En los músculos oculares 1 unidad motora puede contener 3-5 fibras musculares, en los músculos del tronco - cientos de fibras, en el músculo soleo - 1500-2500 fibras. Las fibras musculares de 1 unidad motora tienen las mismas propiedades morfofuncionales.
Las funciones de los músculos esqueléticos son:
- movimiento del cuerpo en el espacio;
- partes móviles del cuerpo relacionadas entre sí, incluida la implementación de movimientos respiratorios que proporcionan ventilación a los pulmones;
- manteniendo la posición y la postura del cuerpo.
Los músculos esqueléticos junto con el esqueleto constituyen el sistema locomotor del cuerpo, lo que garantiza el mantenimiento de la postura y el movimiento del cuerpo en el espacio. Junto con esto, los músculos esqueléticos y el esqueleto realizan una función protectora, protegiendo los órganos internos del daño.
Además, los músculos estriados son importantes para generar calor que mantiene la homeostasis térmica y la deposición de ciertos nutrientes.
Fig. 2. Funciones de los músculos esqueléticos
Propiedades fisiológicas de los músculos esqueléticos
Los músculos esqueléticos tienen las siguientes propiedades fisiológicas.
Excitabilidad Está garantizado por la propiedad de la membrana plasmática (sarcolema) para responder por excitación a la llegada de un impulso nervioso. Debido a la mayor diferencia en el potencial de reposo de la membrana de las fibras musculares estriadas transversales (E 0 aproximadamente 90 mV), su excitabilidad es menor que la de las fibras nerviosas (E 0 aproximadamente 70 mV). La amplitud del potencial de acción en ellos es mayor (alrededor de 120 mV) que en otras células excitables.
Esto permite en la práctica registrar fácilmente la actividad bioeléctrica de ratones esqueléticos. La duración del potencial de acción es de 3-5 ms, que determina la corta duración de la fase de refractividad absoluta de la membrana excitada de las fibras musculares.
Conductividad. Está garantizado por la propiedad de la membrana plasmática para formar corrientes circulares locales, para generar y llevar a cabo el potencial de acción. Como resultado, el potencial de acción se propaga a lo largo de la membrana a lo largo de la fibra muscular y profundamente en los túbulos transversales formados por la membrana. La velocidad del potencial de acción es de 3-5 m / s.
Contractibilidad. Es una propiedad específica de las fibras musculares cambiar su longitud y tensión después de la excitación de la membrana. La contractilidad es proporcionada por las proteínas contráctiles especializadas de las fibras musculares.
Los músculos esqueléticos también tienen propiedades viscoelásticas, que son importantes para la relajación muscular.
Fig. Músculos esqueléticos humanos
Propiedades físicas de los músculos esqueléticos
Los músculos esqueléticos se caracterizan por la extensibilidad, la elasticidad, la fuerza y la capacidad de realizar un trabajo.
Extensibilidad: la capacidad del músculo para cambiar la longitud bajo la acción de la fuerza de tracción.
Elasticidad: la capacidad del músculo para restaurar la forma original después de la terminación de la fuerza de tracción o deformación.
La fuerza de los músculos es la capacidad del músculo para levantar la carga. A modo de comparación, las fuerzas de diferentes músculos determinan su fuerza específica dividiendo la masa máxima por el número de centímetros cuadrados de su sección fisiológica. La fuerza del músculo esquelético depende de muchos factores. Por ejemplo, en la cantidad de unidades motoras que se excitan en un momento dado. También depende de la operación síncrona de las unidades motoras. La fuerza del músculo depende de la longitud inicial. Hay una cierta longitud promedio a la cual el músculo desarrolla la contracción máxima.
La fuerza de los músculos lisos también depende de la longitud inicial, la sincronicidad de la excitación del complejo muscular y también de la concentración de iones de calcio dentro de la célula.
La capacidad de los músculos para hacer el trabajo. El trabajo del músculo está determinado por el producto del peso de la carga levantada a la altura del levantamiento.
El trabajo de los músculos aumenta al aumentar la masa de la carga levantada, pero hasta cierto límite, después de lo cual el aumento en la carga conduce a una disminución en el trabajo, es decir la altura de elevación se reduce El trabajo máximo es realizado por el músculo a cargas moderadas. Esto se llama ley de cargas promedio. La cantidad de trabajo muscular depende de la cantidad de fibras musculares. Cuanto más grueso es el músculo, más peso puede levantar. La tensión muscular prolongada conduce a la fatiga. Esto se debe al agotamiento de las reservas de energía en el músculo (ATP, glucógeno, glucosa), la acumulación de ácido láctico y otros metabolitos.
Propiedades auxiliares de la musculatura esquelética
La extensibilidad es la capacidad de un músculo para cambiar su longitud bajo la acción de una fuerza de estiramiento. Elasticidad: la capacidad del músculo para asumir su longitud original después de la terminación de la fuerza de tracción o deformación. El músculo vivo tiene una elasticidad pequeña pero perfecta: una pequeña fuerza puede causar un alargamiento relativamente grande del músculo y se completa su retorno a las dimensiones originales. Esta propiedad es muy importante para el ejercicio de las funciones normales de los músculos esqueléticos.
La fuerza del músculo está determinada por el peso máximo que el músculo puede levantar. A modo de comparación, las fuerzas de diferentes músculos determinan su fuerza específica, es decir El peso máximo que un músculo puede levantar se divide por el número de centímetros cuadrados de su sección transversal fisiológica.
La capacidad de los músculos para hacer el trabajo. El trabajo del músculo está determinado por el producto de la cantidad de carga levantada a la altura del elevador. El trabajo del músculo aumenta gradualmente con el aumento de la carga, pero hasta cierto límite, después del cual el aumento en la carga conduce a una disminución en el trabajo, ya que la altura de la elevación de la carga disminuye. En consecuencia, el trabajo máximo del músculo se realiza con valores de carga promedio.
Fatiga muscular Los músculos no pueden funcionar continuamente. El trabajo a largo plazo conduce a una disminución en su rendimiento. La disminución temporal de la capacidad de trabajo del músculo, que ocurre durante el trabajo prolongado y desaparece después del descanso, se llama fatiga del músculo. Es costumbre distinguir entre dos tipos de fatiga muscular: falso y verdadero. Con falsa fatiga, el músculo no está fatigado, sino un mecanismo especial para transferir impulsos desde el nervio al músculo, llamado sinapsis. Las reservas de mediadores se agotan en la sinapsis. Con verdadera fatiga en el músculo, se producen los siguientes procesos: la acumulación de productos suboxidados de la desintegración de nutrientes debido al suministro inadecuado de oxígeno, el agotamiento de las fuentes de energía necesarias para la contracción muscular. La fatiga se manifiesta al disminuir la fuerza de la contracción muscular y el grado de relajación muscular. Si el músculo deja de funcionar por un tiempo y está en reposo, entonces se restablece el trabajo de la sinapsis y los productos de intercambio se eliminan de la sangre y se entregan los nutrientes. Por lo tanto, el músculo vuelve a adquirir la capacidad de contraerse y producir trabajo.
Reducción simple
La irritación del músculo o la inervación de su nervio motor con un solo estímulo causa una contracción única del músculo. Hay tres fases principales de esta reducción: la fase latente, la fase de acortamiento y la fase de relajación.
La amplitud de una sola contracción de una fibra muscular aislada de la fuerza de estímulo es independiente, es decir obedece a la ley de "todo o nada". Sin embargo, la contracción de todo el músculo, que consiste en muchas fibras, con su estimulación directa, depende de la fuerza de la estimulación. Con la intensidad de corriente umbral, solo un pequeño número de fibras interviene en la reacción, por lo que la contracción muscular apenas se nota. Con el aumento de la fuerza de estimulación, aumenta el número de fibras cubiertas por la excitación; la reducción aumenta hasta que todas las fibras se reducen ("reducción máxima"); este efecto se llama la escalera de Bowdich. El aumento adicional de la corriente irritante a la contracción muscular no se ve afectado.
Fig. 3. Contracción muscular única: A - el momento de la irritación muscular; a-6 - el período latente; 6 en reducción (acortamiento); c-d - relajación; rd - vibraciones elásticas consecutivas.
Músculo del tétano
En condiciones naturales, el músculo esquelético del sistema nervioso central no recibe impulsos únicos de excitación, que sirven como estímulo adecuado, sino una serie de impulsos a los que el músculo responde con una contracción prolongada. La contracción prolongada del músculo, que ocurre en respuesta a la estimulación rítmica, se llamó contracción tetánica o tétanos. Hay dos tipos de tétanos: dentado y liso (Figura 4).
Un tétanos suave ocurre cuando cada pulso de excitación sucesivo entra en la fase de acortamiento, y el pulso dentado entra en la fase de relajación.
La amplitud de la contracción tetánica excede la amplitud de una sola contracción. Académico N.E. Vvedensky justificó la variabilidad de la amplitud del tétanos por la cantidad desigual de excitabilidad muscular e introdujo los conceptos de frecuencia de estimulación óptima y ponderal en fisiología.
Lo óptimo es la frecuencia de la estimulación, en la que cada estimulación posterior entra en la fase de mayor excitabilidad muscular. En este caso, se desarrolla el tétano del valor máximo (óptimo).
La frecuencia de estimulación se llama pésima , en la que cada estimulación posterior se lleva a cabo en la fase de disminución de la excitabilidad muscular. El valor del tétanos será mínimo (pésimo).
Fig. 4. Reducción del músculo esquelético con diferente frecuencia de estimulación: I - contracción muscular; II - una marca de frecuencia de un aburrido; a - abreviaturas simples; tétanos b-dientes; c - tétanos suave
Regímenes de contracción muscular
Los músculos esqueléticos se caracterizan por regímenes de contracción isotónica, isométrica y mixta.
Con la contracción isotónica del músculo, su longitud cambia y la tensión permanece constante. Esta reducción ocurre cuando el músculo no supera la resistencia (por ejemplo, no mueve la carga). En condiciones naturales, cerca del tipo de contracciones isotónicas son contracciones de los músculos de la lengua.
Con la contracción isométrica , la tensión muscular aumenta durante su actividad, pero debido a que ambos extremos del músculo están fijos (por ejemplo, el músculo intenta levantar una gran carga), no se acorta. La longitud de las fibras musculares permanece constante, solo cambia el grado de su voltaje.
Los músculos lisos se reducen por mecanismos similares.
En el cuerpo, las contracciones musculares nunca son puramente isotónicas o isométricas. Siempre tienen un carácter mixto, es decir hay un cambio simultáneo en la longitud y la tensión del músculo. Tal régimen de contracción se denomina auxotónico, si predomina la tensión muscular, o es auxométrico, si predomina el acortamiento.