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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
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