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Biomecánica del Músculo Esquelético

Klgo. Mg. Ricardo Arteaga S-M

Organización del Músculo Esquelético

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Organización de la Fibra Muscular

Estructura del Músculo Esquelético: Microestructura

• Sarcolema – Membrana celular muscular

• Miofibrillas

• Filamentos de la miofibrilla – Actina (filamento delgado o fino)

• Troponina

• Tropomiosina

– Miosina (filamento grueso o denso)

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Estructura del Músculo

• Composición del Sarcómero – De linea Z a Z linea Z(≅ 1.27-3.6 µm de longitud)

– Filamentos delgados (actina: 5 nm de diametro)

– Filamentos gruesos (miosina: 15 nm de diametro)

– Miofilamentos en paralelo con sarcómero

– Sarcómeros en serie dentro de las miofibrillas

Estructura del Músculo Esquelético

El Sarcomero

• Divisiones de las miofibrillas

– Linea Z

– Banda A

– Banda I

• Interior del sarcoplasma

– Reticulo Sarcoplásmico

• Sitios de almacenaje de calcio

– Tubulos transversos

– Cisterna terminal

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Clasificación muscular

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Diferenciación de la Fibra Muscular

Diferenciación de la Fibra Muscular

• Tiene unos 40 núcleos por cada milímetro de fibra. Algunos de ellos son mioblastos inactivos responsables de la regeneración celular.

• La composición de la fibra muscular se relaciona con la función muscular de cada músculo.

• Los músculos se componen de una composición de fibras mixtas.

• La inervación de la fibra muscular determina el tipo de fibra. • Los cambios en el tipo de fibra produce cambios en la inervación

de la misma.

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Propiedades de las Fibras Musculares

Tipo I

Contracción Lenta Oxidativa(LO)

Tipo IIA

Contracción Rápida Oxidativa

Glucolítica (ROG)

Tipo IIB

Contracción Rápida Glucolítica (RG)

Velocidad de Contracción

Lenta Rápida Rápida

Fuente Primaria de Producción de ATP

Fosforilación Oxidativa

Fosforilación Oxidativa

Glucólisis anaeróbica

Actividad Enzimática Glucolítica

Lenta Intermedia Alta

Capilares Muchos Muchos Pocos

Contenido de Mioglobina

Alto Alto Bajo

Contenido de Glucógeno

Bajo Intermedio Alto

Diámetro de la Fibra Pequeño Intermedio Grande

Tasa de Fatiga Lenta Intermedia Rápida

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Comparación de la Velocidad Máxima de Acortamiento de las Fibras Musculares

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Entrenamiento y los Cambios en el Tipo de Fibra Muscular

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Bases Moleculares de la Contracción Muscular

• Teoría del Filamento Deslizante. – Mov. Relativo de los filamentos de miosina y actina.

– Fuerza de contracción: cabezas de miosina o puentes cruzados.(banda A)

– Filamentos de actina se deslizan hacia el centro de la sarcómera.

– Una fibra muscular se contrae cuando todas las sarcómeras se acortan simultaneamente.(todo o nada)

Teoría del Filamento Deslizante

– Los puentes no actúan sincronizadamente sino independientemente.

– La clave del deslizamiento: ión Calcio (Ca²+)

– Un potencial de acción en el sarcolema proporciona el inicio de la actividad contractil.

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Mecanismo Molecular de la Contracción Neuromuscular

• La Troponina: • Enlaza su molécula a algún Ca++, cuando ha de producirse una

contracción, dando lugar a la función de la Tropomiosina.

• La Tropomiosina cumple dos funciones complementarias: • Previene y facilita que entren en contacto la Actina y la Miosina,

cuando el músculo debe estar relajado y se contrae respectivamente.

Mecanismo Molecular de la Contracción Neuromuscular

Miosina jala y suelta al filamento de Actina.

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– Banda A permanece constante.

- Disminución de la banda I

- Disminución de la zona H

- Las líneas Z se acercan entre si.

Modelo Muscular

CC: Componente Contráctil PEC: Componente Elástico en Paralelo

SEC: Componente Elástico en Serie

Tendones

Epimisio, perimisio, endomisio y sarcolema

Tendones y tej. Conectivo actúan en la mecánica y contracción muscular.

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Distensibilidad y Elasticidad de los Componentes Elásticos

• Mantienen al músculo en buena disposición para la contracción

muscular. • Transmisión de la tensión muscular sea producida suavemente. • Reposiciona los elementos contráctiles a su posición original

postcontracción. • Absorción de la energía proporcional a la tasa de aplicación de

la fuerza y disipar la energía dependiente al tiempo. • Previenen el sobreestiramiento pasivo de los elementos

contráctiles cuando estos elementos están relajados.

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Mecánica de la Contracción Muscular

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Estimulos simples, Sumación, Tetanización

El Estímulo y Desarrollo de la Tensión

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Tipos de Contracción Muscular

Contracción Muscular

Tensión muscular y la resistencia

Isométrica

Isotónica

Dinámica

Isocinética

Excéntrica Concéntrica Econcéntrica

Cocontracción

• Son contracciones simultáneas de los agonistas y antagonistas oponiéndose los segundos a la ejecución del movimiento.

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Fémur

Patela

Fíbu

la

Tibia

Fémur

Patela

Fíbu

la

Tibia

Mayor Estabilidad Menor Eficiencia

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• El ejercicio excéntrico es metabolicamente más eficiente que el ejercicio concéntrico.

• En ejercicios con la misma carga, el excéntrico produce un gasto energético menor.

Con cargas de fuerza y velocidad similar, EMG es menor para el ejercicio excéntrico que el concéntrico. Existe una mayor activación de las unidades motoras en ejercicio concéntrico que excéntrico para realizar una misma fuerza de flexión.

Komi, 1986

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Producción de Momento Interno

Enoka, 1988

• La contracción muscular isocinética es aquella que se realiza a una velocidad angular o de giro constante.

Cheung, Chi Kin. Hong, Youlian. Tensión Iosocinética Específica del Cuadriceps en Velocistas,

Corredores de Distancia y Adultos Jóvenes Normales. PubliCE Standard. 07/03/2005. Pid: 437

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¿Qué sucede en un paciente con inestabilidad de rodilla?

ESTABILIDAD

TRES

SUBSISTEMAS

NEURAL

PASIVO

ACTIVO

SISTEMA VISCOELASTICO

(Tejido conectivo)

(Kirkaldy-Willis, 1990; Panjabi, 1992).

Neural Control Unit

Spinal Column

Transducers

Vertebral Position

Spinal Loads

Spinal Motion

Spinal Muscles

(Actuators)

Muscle

Activation

Patterns

M.M. Panjabi/ Journal of Electromiography and Kinesiology 13 (2003) 371-379

Y en el caso de la columna vertebral…

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Richardson et al., 1998

Sistema de presiones del compartimiento interno formado por:

- Vainas aponeuróticas

- Transverso del abdomen

- Cuadrado lumbar

Estabilidad Activa

Strength= producción de fuerza

Force= manifestación de la fuerza.

Strength VS Force

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Producción de fuerza

Diversos factores influyen: Cardiovasculares, hormonales, nerviosos, musculares y mecánicos

Factores mecánicos:

Preestiramiento

Sección muscular

Preestiramiento

Conocer la tensión o el momento que se logra ante diferentes longitudes de un mismo músculo.

Conexión directa entre los elementos elásticos y los contráctiles.

Se debe tomar en cuenta la descomposición de dos vectores concurrentes de la fuerza resultante del músculo.

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Preestiramiento

Vectores rotadores y estabilizadores.

El vector rotatorio siempre es perpendicular a la palanca ósea a movilizar.

Esto significa variación de producción de fuerza en la medida que cambia el ángulo de inserción.

(Enoka, 1988)

(Kulig et al. 1984)

Dependiendo del ángulo se predicen 3 modelos musculares.

Grafico de UCLM

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Modelo según la Distancia al Fulcro

Músculo de velocidad

Músculo de fuerza

Foto biceps

Adaptaciones de los

factores mecánicos

Reorientación De los

Ángulos de inserción

Orientación de las fibras

Cambios en las

secciones

Adaptaciones Mecánicas por el Entrenamiento

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Manifestación de la fuerza

carga velocidad

(Hill, 1938)

Producción de Fuerza en el Músculo

• Influenciada por sus propiedades mecánicas. – Relación tensión-longitud

– Carga-velocidad

– Fuerza-tiempo

– Arquitectura muscular esquelética.

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Relación longitud/tensión

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Modificaciones de la Fibra Muscular por Cambios Prolongados de Longitud

Tardieu, C. 1981

Alargamiento Acortamiento

Tejido Contráctil Se suman sarcómeras Se pierden sarcómeras y el resto se adapta a la nueva longitud.

Tejido Conectivo Aumenta el número y la longitud de la fibra colágena

Disminuye el número y la longitud de la fibra colágena

Curva Longitud/Tensión Desviada hacia la derecha Desviada hacia la izquierda

Tens

ión

Activ

a

Control de la longitud del vientre muscular

Control

Alargado

Acortado

Adaptación Anatómica de la Longitud Muscular

Gossman, Sahrmann 1982

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Tensión Activa y Pasiva

Tens

ión

Longitud

Tens

ión

de re

poso

Tensión total

Tensión pasiva

Curva de Carga-Velocidad

Velocidad

Excéntrico Concéntrico

Car

ga

0

Isométrico

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Curva Fuerza-Tiempo

0

Tiempo

Fue

rza

Curva Fuerza-Velocidad

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Curva Fuerza-Velocidad

Ecuación de Hill relación fuerza / velocidad: (0.25)(F+a)*(V+b) = (Fmax+a) * b • F= fuerza de tensión del músculo. • V= velocidad de contracción. • Fmax= Fuerza Isométrica maxima. • A y b =constantes

Efecto de la Arquitectura Muscular en la Contracción

• La fuerza de contracción muscular es proporcional al área de sección transversal fisiológica; es la suma del área de sección transversal de las miofibrillas.

• La velocidad y amplitud del trabajo que el músculo puede producir son proporcionales a la longitud de la miofibrilla.

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Muchas Gracias