Biofisica muscular

BIOFISICA MUSCULAR.

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA.

ELASTICIDAD A LA TRACIÓN.

• Si se aplica una fuerza de tracciónal extremo de un hilo cuyo otroextremo está fijo, aquel sufre unaumento de longitud ∆l. Dentro deciertos límites, este alargamientoobedece a la ley de Hooke, que seexpresa:

∆l = lo . F (1)Y . A

lo: longitud del cuerpo sin tracciónA: área de secciónY: constante de Young o módulo de

elasticidad, el cual a unadeterminada tº depende delmaterial.

Elasticidad a la tracción …..El cociente entre la fuerza y el área de sección, recibe el nombre de tensión

(σ), y llamaremos “tensión de la fibra”.σ = F (2)

ARemplazando en (1), resulta

∆l = lo . σ (3)Y

Despejando el módulo de Young:Y = lo . σ

∆lDe acuerdo con esta expresión el módulo de Young se expresa en N/m2

La longitud total (lF) al aplicar F está dado por:lF = lo + ∆l

Introduciendo en ella el valor de ∆l de (3)lF = lo + lo . σ

YSe puede reordenar así:

σ = Y . lF – Ylo

Por tanto la representación gráfica de σ en función de lF es una recta.

Representación gráfica de la ley de Hooke.

MUSCULO AISLADO EN REPOSO.Diagrama longitud – tensión.

• En estado de reposo, lamayoría de los músculos, en elorganismo, ejercen ciertatracción, en virtud de suelasticidad. La gráfica queilustra la relación entre latensión y la longitud delmúsculo tiene la forma de lagráfica. El punto A representala longitud del músculo aisladoen reposo cuando no se leaplica ninguna fuerza. lorepresenta la longitud dereposo en el organismo, dondeel músculo se encuentrasometido a una pequeñatensión. La gráfica muestraque el músculo no obedece laley de Hooke, pues losincrementos de tensión sehacen mayores a medida quela longitud aumenta.

Diagrama longitud – tensión ….

• Cuando se estira unmúsculo en reposo sepuede observar que lasbandas A no modificansus dimensiones; encambio, se alargan lasbandas I así como labanda H.

• Estos hechos son laconsecuencia deldesplazamiento de losfilamentos finos respectode los gruesos.

MUSCULO EN ACTIVIDAD.• Desde el punto de vista mecánico,

la actividad del músculo se puedeponer de manifiesto por unacortamiento, por el desarrollo defuerza de tracción o por ambascosas. Este proceso recibe elnombre de contracción muscular, yel pasaje del estado de actividad alde reposo se llama relajación.

• En un músculo aislado con sunervio (preparado neuromuscular),si aplicamos por medio de loselectrodos S un estímulo eléctrico alnervio, el músculo se contraebruscamente y enseguida se relaja,este proceso se llama sacudidasimple.

• Si los extremos del músculo sehallan fijos, este, no se acorta, perosu actividad se pone igualmente demanifiesto por un aumento detensión que puede registrarsemediante un transductor de fuerza.

Elementos contráctiles y elásticos.

Contracción tetánica.

• Si antes que se produzca larelajación completa se aplicaun segundo estímulo, seproduce una nuevacontracción y, si aquél serepite a intervalos iguales debaja frecuencia, se obtieneuna curva igual a I.

• Si se aumenta la frecuenciasuficientemente, la relajaciónno tiene tiempo de iniciarse,resultando una curva enmeseta (II). Este tipo decontracción recibe el nombrede contracción tetánica osimplemente tétanos.

• En la gráfica a, curva de lasacudida simple; b y c, gráficade los tétanos. σs, tensiónmáxima de la sacudida simple,σt tensión del tétanoscompleto.

Diagrama longitud – tensión activa.

Para lograr esta relación esnecesario producircontracción y efectuar lasmediciones. En abscisas serepresenta la longitud l comofracción de la longitud dereposo Lo, y, en ordenadas,la tensión σ, como fracción dela tensión máxima (σo).

La curva a representa la tensióndel músculo en reposo; lacurva b la tensión del músculoen actividad. Esta tensión esla suma de la que ejerce elmecanismo contráctil más lapropia de la elasticidad delmúsculo en reposo. Sirestamos la curva a de la b,obtenemos la curva c, quesolamente representa latensión contráctil.

Diagrama longitud – tensión activa …..La gráfica muestra que el

músculo ejerce su tensiónmáxima σo cuando se hallacerca de su longitud dereposo lo, y que decrecetanto a longitudes mayorescomo menores. Alrededorde 0,9 de lo aparece uncambio de pendiente y otrolo hace cerca del 75% dela longitud óptima. Cuandola longitud llega al 60 % delo cesa la capacidad deejercer tracción.

En cuanto a las longitudesmayores que la óptima, latensión contráctil cae enforma aproximadamentelineal y se hace nula al serla longitud un 70% mayorque lo

TIPOS DE CONTRACCIÓN MUSCULAR.Contracción isométrica.

• Cuando un músculo se contrae y su longitud no varía.El músculo tiene la longitud lA y esta sometido a unatensión σA, representado por el punto A, perteneciente ala curva en reposo. Al contraerse el músculo, su longitudno cambia, y solo varía la tensión, que adquiere el valorσB (punto B), en la curva del músculo en actividad. Lacontracción queda representada por el segmento AB.

Contracción isotónica.

• El músculo cambia su longitud, pero mantiene constantela fuerza que ejerce durante toda la contracción. Latensión σA que extiende el músculo en reposo es el pesode la pesa, y la longitud es lA (punto A). Al contraerse, elmúsculo se acorta hasta lC elevando la pesa yejerciendo tensión constante. La tensión quedarepresentada por el segmento AC.

Contracción auxotónica.

• Varía lo longitud y la fuerza. Cuando el músculo se hallaen reposo soporta la tensión σA ejercida por el resorte(punto A). Durante la contracción al acortarse elmúsculo, se estira el resorte y la fuerza va en aumento.El acortamiento se detiene cuando la fuerza ejercida porel resorte y por el músculo se equilibran. El proceso serepresenta por el segmento AD.

Contracción a poscarga.

• Esta compuesta de una parte isométrica y una parte isotónica. Elmúsculo en reposo tiene la longitud lA, y está sometida a la tensiónσA. El proceso comienza con una contracción isométrica hasta quela fuerza ejercida por el músculo iguala al peso de la pesa(segmento AE). Una vez alcanzada dicha fuerza el músculo seacorta, levantando la pesa y realizando una contracción isotónica,representada por el segmento EF.

TRABAJO MUSCULAR.El trabajo muscular (Wσ) debe

expresarse por unidad desección, y se obtienemultiplicando la tensión )y nola fuerza) por eldesplazamiento de su puntode aplicación. En los sistemasde coordenadas el trabajo serepresenta como en la figura,una tensión σ se halla aplicadaen el punto A, a una distancial1 del eje de ordenadas. Si lafuerza está dirigida hacia B yse desplaza hacia ese punto,efectuará un trabajo queestará dado por:

Wσ = σ . (l2 – l1)

El producto corresponde al áreadel rectángulo gris.

Trabajo muscular …..

Son frecuentes los casos en que la fuerza varía durante eldesplazamiento. En la figura, la tensión se modifica desde el valor σAhasta el σB a lo largo de la trayectoria lA lB. El trabajo puede sercalculado dividiendo el área de la figura en pequeños rectángulos debase ∆l, sumando las áreas de estos:

Wσ = σ1 . ∆l + σ2 . ∆l + σ3 .∆l ….. = Σσi . ∆l.