Fisiología de la Contracción Muscular: Regulación y Componentes Bioquímicos

Contracción del Músculo Esquelético: El Ciclo Excitatriz-Contráctil

El proceso de contracción muscular esquelética se inicia con la transmisión del impulso nervioso y culmina con el acoplamiento de los filamentos contráctiles.

Fase de Reposo y Potencial de Acción

• En reposo, las fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y miosina están inhibidas.
• Los potenciales de acción se originan en el sistema nervioso central y viajan hasta llegar a la membrana de la motoneurona: la fibra muscular.
• El potencial de acción activa los canales de calcio dependientes de voltaje en el axón, provocando que el calcio fluya hacia el interior de la neurona.
• El calcio induce que las vesículas, conteniendo el neurotransmisor llamado acetilcolina, se unan a la membrana celular de la neurona, liberando la acetilcolina al espacio sináptico, donde se encuentra la neurona con la fibra muscular estriada.

Acoplamiento Excitatriz-Contráctil

• La acetilcolina activa los receptores nicotínicos de la acetilcolina en la fibra muscular, abriendo los canales para sodio y potasio. Esto permite que ambos iones se muevan hacia donde sus concentraciones sean menores: sodio hacia dentro de la célula y potasio hacia fuera.
• La nueva diferencia de cargas causada por la migración de sodio y potasio despolariza (la hace más positiva) el interior de la membrana.
• Esta despolarización activa canales de calcio dependientes de voltaje localizados en la membrana celular (canales de dihidropiridina). Estos, mediante un cambio conformacional, terminan activando mecánicamente a los receptores de Ryanodina ubicados en el retículo endoplásmico de la fibra muscular, denominado retículo sarcoplasmático (RS).
• El calcio sale del retículo sarcoplasmático y se une a la proteína troponina C, presente como parte del filamento de actina. Esto provoca una modulación con la tropomiosina, cuya función es obstruir el sitio de unión entre la actina y la miosina.

Generación de Fuerza y Relajación

• Libre del obstáculo de la tropomiosina, ocurre la liberación de grandes cantidades de iones calcio hacia el sarcoplasma. Estos iones calcio activan las fuerzas de atracción en los filamentos, e inicia la contracción.
• La miosina, preparada energéticamente por el ATP, se une fuertemente a la actina, liberando el ADP y el fosfato inorgánico, lo que causa un fuerte tirón de la actina, acortando las bandas I y produciendo la contracción de la fibra muscular.
• En todo este proceso, la energía necesaria para mantener la contracción muscular proviene de la desintegración del adenosintrifosfato (ATP) en adenosindifosfato (ADP).

Base Química de la Contracción del Músculo Liso

El músculo liso comparte la presencia de filamentos de actina y miosina, interactuando de forma similar al músculo esquelético. El proceso contráctil se activa por iones calcio y la energía es suministrada por la degradación de ATP a ADP.

Diferencias Clave con el Músculo Esquelético

• A diferencia del músculo esquelético, en el músculo liso existe ausencia de troponina.
• La tropomiosina obstruye el sitio de unión entre actina y miosina. En ausencia de troponina, la calmodulina se une al calcio, desencadenando la fosforilación de la miosina, lo que genera el desplazamiento de las fibras de actina sobre las de miosina (contracción muscular).

Mecanismo de Contracción Sostenida

Esta contracción puede mantenerse prolongada en el tiempo sin un alto consumo de ATP gracias a los puentes de cerrojo o aldaba que mantienen los filamentos unidos.

La relajación ocurre únicamente cuando se disocia el complejo calcio-calmodulina.

Secuencia Molecular de la Contracción en Músculo Liso

1. Generación de potencial de acción en el sarcolema de la célula muscular lisa. Esto provoca despolarización con apertura de canales de calcio voltaje dependientes.
2. Aumento de la concentración de calcio intracelular.
3. Unión del calcio a la calmodulina. La calmodulina une 4 iones calcio de forma cooperativa.
4. El complejo Ca-Calmodulina se une a la cinasa de la cadena ligera de la miosina y la activa por fosforilación. Se activa entonces, la ATPasa de miosina, permitiendo que la actina se deslice sobre la miosina, causando la contracción muscular.
5. La miosina en estado de fosforilación puede formar y romper puentes cruzados repetitivamente. Cada ciclo de puentes transversos consume 1 molécula de ATP. La magnitud de la tensión generada es proporcional al número de puentes transversos formados.
6. Cuando disminuye la concentración de calcio intracelular, la miosina se desfosforila por acción de la fosfatasa de cadena ligera de miosina. En estado desfosforilado, la miosina aún puede interactuar con la actina, y sus uniones se denominan “picaporte” o “puente cerrojo”, en lugar de puentes transversos. Esto produce contracción sostenida con bajo consumo de energía (de gran importancia en músculo liso vascular).
7. Cuando se recaptura el calcio por el retículo sarcoplásmico a través de la ATPasa de calcio y se reduce la concentración de calcio intracelular ([Ca]i), el músculo se relaja.