Evaluación de contracciones isotónicas e isométricas del músculo

Boletín Asoc. esp. Entom. - Vol. / : páginas 221 - 229. Salamanca, noviembre, 1983
Evaluación de contracciones isotónicas e
isométricas del músculo extensor tibial
metatorácico de S'chistocerca gregaria (Forskal,
1775), y su variación con la temperatura
J. Díaz Mayáns
A. Núñcz Cachaza
Palabras clave:
Musculatura, temperatura.
RESUMEN: Se han obtenido contracciones isotónicas e isométricas del
músculo extensor tibial del ortóptero Schistocerca gregaria, y se ha
estudiado la variación de su amplitud al modificar experimentalmente la temperatura. Los resultados obtenidos indican un efecto dedis
minución de dicha amplitud al aumentar la temperatura. Dicho efecto
es reversible mientras no se superen los 55 - 60 °C.
SUMMARY: Isotonic and isometric contractions of the metathoracic ex
tensor tibiae muscíe of Sohistooerca gregaria, have been achieved
and the amplitude variation following experirnentally modified tempe_
rature has been studied. The results point a decrease effect of the
amplitude with increasing temperature. Such an effect is reversible
up to 55 - 60 °C.
INTRODUCCIÓN:
La temperatura es una variable que hay que mantener controla
da en todos los estudios fisiológicos, dado que su variación afecta
a la mayor parte de las reacciones biológicas.
En los fenómenos de la contracción muscular y en lo que respec221
ta a la unión neurornuscular, la temperatura influye sobre la activ_i
dad
de membrana, comportamiento funcional de los elementos contrác-
tiles
de la musculatura, concentración de fluidos intra y extracelu
lares ,... y tal vez de una forma más directa, sobre las interacciones entre el receptor y el neurotransmisor.
En estudios con vertebrados, ANDERSON y STEVENS (1973)encuentran
que la conductividad de los canales iónicos en la membrana subsinájD
tica
es relativamente constante y no se modifica al variar la tempe
ratura , pero el tiempo medio de duración de la apertura de estos ca_
nales , varía considerablemente con la temperatura.
Al disminuir la temperatura se transfiere una mayor carga total
a través de la membrana de la placa motora y, consiguientemente, la
despolarización aue ocasiona, se incrementa apreciablemente (KATZ y
MILEDI, 1972) .
En insectos, la temperatura influye sobre la fase de decaimiento de la corriente excitadora postsináptica. Su reducción causa un
incremento en la duración de dicha fase (ANWYL y USHERWOOD, 1975).
Por otra parte, la temperatura, junto con el fotoperiodo, influye decisivamente sobre la actividad esterásica en los ganglios ne_r
viosos . BAUER (1976) , aporta datos de la influencia de la variación
de la temperatura sobre la actividad colinesterásica en ganglios de
Schistocerca
gregaria. Además, en músculos de este mismo ortóptero,
la vida media de los canales de membrana activados por el vector na
tural neurotransmisor, y también por la aplicación externa de glutamato , se ve prolongada al disminuir la temperatura &NDERSON,GULLr
CANDY y MILEDI, 1977).
Con este trabajo se pretende estudiar las variaciones que tie —
nen lugar en la amplitud de las contracciones, isotónicas e isomé—
tricas , del músculo extensor tibial de la pata metatorácica del ortóptero
Sohistocerca gregaria (Forskal, 1775), obtenidas por la es;
timulación
eléctrica de sus vías nerviosas motoras, al modificar ar-
tificialmente
la temperatura, y manteniendo al animal vivo y ente-
ro durante las experiencias.
MATERIAL Y MÉTODOS:
Se utilizó el músculo extensor tibial de la pata metatoráci—
ca de Schistoaeroa gregaria, cuyos individuos adultos, machos y con
222
pesos
que oscilaban entre 1,4 y 1,8 g, procedían de una colonia pro
pia que se mantiene en nuestro laboratorio.
Para la obtención de la preparación experimental se utilizaron
las
técnicas descritas en trabajos anteriores (DÍAZ MAYANSst a I ,1980)
En este caso se eliminó la cutícula ventral torácica con ob j_e
to de acceder a los nervios motores N3 y N5 (HOYLE, 1964), y colocar sobre ellos los electrodos del estimulador, en tanto que el fémur metatorácico se mantuvo intacto.
Las contracciones musculares, que se obtuvieron por la estimula^
ción eléctrica de dichas vías nerviosas, se registraron quimográf_i
camente de modos isotónico e isométrico.
Los animales se mantuvieron vivos y enteros durante nuestras ex
periencias. Para evitar las posibles alteraciones que se pudiesen
originar por la evaporación de los líquidos extracelulares que rodes
an a las fibras del músculo objeto de estudio, se mantuvo permanentemente irrigada con líquido fisiológico —según la composición de
USHERWOOD y GRUNDFEST (1965)—la zona torácica desprovista de cutícula .
Los cambios de temperatura se provocaron artificialmente acercando o alejando , de la preparación experimental, una fuente calorígena consistente en una lámpara de rayos I.R. Las variaciones de
temperatura así provocadas, se midieron mediante un termómetro digital (Crison) y su correspondiente sonda termométrica, que se colocó
lo más cerca posible de la preparación.
Para realizar el estudio cuantitativo, se partió de una tempera
tara inicial (ambiente) de 20°C, y se aumentó paulatinamente, de 5
en 5 grados, hasta alcanzar los 55°C. Para cada uno de estos valores de temperatura experimental, se obtuvieron series de 10 contrac:
ciones del músculo extensor tibial evocadas neuralmente, midiéndose
las amplitudes de las contracciones correspondientes a cada serie.
Para superar el inconveniente que representa el hecho de que las
amplitudes de les contracciones obtenidas en cada individuo dependen y varían en gran medida con las condiciones de montaje de cada
preparación, se otorgó un valor 100 a la amplitud media que corres_
ponde, en cada experiencia, a la temperatura inicial de 20°C, y se
calculó la amplitud porcentual correspondiente a cada una de las
temperaturas superiores, referidas a la amplitud tipo aludida ante_
riormente.
223
FIGURA 1.- Efecto
de la temperatura
sobre las contrac_
clones isotónicas.
a) Al aumentar la
temperatura, la am_
plitud de las con_
tracciones disminuye progresivamente hasta que a
los 60°C, aparecen contracciones
potentes que destruyen la preparja
ción.
b) En este caso se
superan los 65 °C
Nótese la debilidad de las contra£
clones registradas . La temperat_u
ra se aumentó de
5 en 5 grados cen_
tígrados.
20
20
60
30
40
50
°C
60
Por otra parte, se obtuvieron registros continuos de contracciones
mientras se modificaba experimontalmente la temperatura, con objeto
de estudiar el efecto producido sobre las contracciones por la velo
cidad de incremento y decremento de la temperatura.
RESULTADOS:
En los registros de contracciones isotónicas se observa
que
el aumento paulatino de la temperatura produce un efecto disminuidor de la amplitud de las contracciones. Si se alcanzan temperaturas del orden de 6QOC, se producen unas contracciones bruscas, potentes y repetidas, que conducen a la destrucción de la preparación
por desprendimiento de la pata a nivel de su articulación coxo-trocantérea (Figura la).
En algunos casos se pudo alcanzar los 65°C y se obtuvieron contracciones muy débiles que se anularon totalmente al superar temperaturas de 70°C (Figura Ib).
El efecto disminuidor de la amplitud de las contracciones regi_s
iradas es totalmente reversible. Una vez alcanzados los 60°C, la am
plitud de las contracciones es mínima, pero se recupera la amplitud
224
20
40
60
40
20
original disminuyendo la temperatura paulatinamente hasta volver a
su valor original de 20°C {Figura 2}.
En los registros de contracciones isométricas no se observan di
ferencias respecto a las contracciones isotónicas (Figura 3).Sin em
bargo la máxima temperatura que permite el registro de contracciones
es de 55°C. Si se aumenta o se mantiene dicha temperatura, aparecen
las típicas contracciones bruscas y potentes que anuncian la rotura de la preparación.
En la Figura 4, aparecen representados los valores de amplitud
de las contracciones correspondientes a cada una de las temperaturas experimentales, referidas a la amplitud de valor 100 para 20°C.
225
loci rn
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35
40
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50
*
20
25
30
50
Ta. °C .
En los registros isotónicos, y con los valores indicados, se rea
lizó el test de la "t" de Student, cuyo resultado (Tabla 1}, indica
que existen diferencias significativas en todos los casos excepto pa
ra los valores correspondientes a 50 y 55°C, que son homogéneos (p>
0,05). Los resultados del test de la "t" de Student realizado
con
los valores correspondientes a los registros de contracciones
iso-
métricas (Tabla II), indican que existen diferencias significativas
25°C
30°C } t = 3'84; tí8-'0'01) = 3,35 < 3,84 — Signif. p < 0,01.
30°C
35°C } t = 3'4°; t'8*'0/01) = 3,35 < 3,40 —
35°C
40°C } t " 5 / 5 5 /- t(8;0,001)= 5,04 < 5,55 —
40°C
45°C }' fc = 4'29; t(8;0 f 0l) - 3,35 < 4,29 —
45°C
50°C
226
^" ~ ^' ^ ' *
8;0,02)
= 2,89 < 3,17 —
Signif. p < 0,01.
Signif. p < 0,001.
Signif. p < 0,01.
Signif. p < 0,02.
50°C1
55°C}
L
, _
fc = 1/16''
t(8;0,05) = 2,30 > 1 , 1 6 —
No sig. p > 0,05.
45°C
55°C}
t K 6'25;
t(8;0,001)= 5,04 < 6,25 —
Signif. p < 0,001.
3Qo£}
t =
3°.0C}
t = 4í87;
^° C }
4U C
t
45°C}
t = 5'03;
45°C}
t = 3 í 8 4 ; t(6;0,01)
3/53;
t
( 6 ; 0 , 0 2 ) - 3 , 1 4 < 3,53 — Signif. p < 0 , 0 2 .
t ( 6 ; 0 , 0 l ) - 3 , 7 0 < 4 , 8 7 — Signif. p < 0,01.
- 6,21; t ( 6 ; 0 , 0 0 1 > = 5 , 9 5 < 6 , 2 1 — Signif. p < 0 , 0 0 1
t(6;0,002)= 5,20 < 5,03 —
= 3,70 < 3,84 —
Signif. p < 0,002.
Signif. p < 0,01.
para cada una de las temperaturas experimentales.
En la Figura 5, se muestra un ejemplo de contracciones isotónicas que se registraron de un modo continuado —sin agrupar series
de 10 contracciones— mientras se modificaba artificialmente la temperatura desde 35 hasta 60°C, justo cuando aparecen las típicas contracciones bruscas, momento en el que se disminuye la temperatura y
se llega a 30°C. Como se puede observar, las fases de disminución y
de recuperación de la amplitud de las contracciones, debido a la va
riación de la temperatura, no son simétricas, dado que el tiempo de
duración de ambas fases es distinto. Esto parece indicar un efecto
no sólo de la temperatura, sino también del tiempo de duración de su
variación.
A la vista de los resultados obtenidos en nuestras experiencias parece claro que el aumento de la temperatura produce una disminución en la amplitud de las contracciones —tanto isotónicas como isométricas— del músculo extensor tibial, obtenidas por estimulación eléctrica de sus vías nerviosas motoras. Además, tal efecto
es totalmente reversible mientras no se superen temperaturas del or
den de 60°C (en registros isotónicos) o de 55°C (en registros isomé
trieos).
Las contracciones bruscas y potentes que aparecen cuando se al-
227
FIGURA 5.- Registro continuo de contracciones isotónicas mientras se varía experimentalrnente l a temperatura. Nótese que a mayor velocidad de v a r i a c i ó n de
t e m p e r a t u r a , es más acusado el e f e c t o que produce sobre las contracciones.
Se i n d i c a n las temperaturas inicial y final del proceso, el tiempo de duración de la variación de temperatura y las pendientes de las curvas envolven
tes del registro.
canzan dichas temperaturas, parecen indicar una pérdida de control
de las
f i b r a s musculares por parte de los axones motores.
Nuestros resultados parecen estar de acuerdo con el hecho de que
al elevar la temperatura disminuye el tiempo que los canales iónicos
permanecen abiertos, produciéndose una despolarización más débil y
por tanto una menor f u e r z a contráctil por parte del m ú s c u l o , a u n q u e
no varíe la
conductividad de la membrana (ANDERSON y STEVENS, 1 9 7 3 )
o decaiga levemente (ANDERSON, CULL-CANDY y M I L E D I ,
1977).
Parece claro que las temperaturas experimentales empleadas (con
diferencias entre sí de 5°C) producen efectos c u a n t i t a t i v a m e n t e dis
tintos sobre la amplitud de las contracciones registradas.
Según nuestra técnica, y para la evaluación de contracciones dso
tónicas, se pueden alcanzar los 55°C, mientras que en registros iso
métricos el
límite se encuentra en los 50°C. Esto puede ser debido a
un mayor efecto de la temperatura sobre el mecanismo de la contracción en condiciones isométricas respecto a las
isotónicas. De cual-
quier modo, los a n á l i s i s estadísticos demuestran que en los regís—
tros de contracciones isotónicas no se observan d i f e r e n c i a s s i g n i f i
cativas entre la disminución provocada por temperaturas de 50°C y de
228
55°C {p < 0,05). Por ultimo, existe una relación entre la velocidad
de incremento y decremento de la temperatura y el efecto que tales
variaciones provocan en la amplitud de las contracciones, loque pa_
rece indicar la existencia de ulgún tipo de mecanismo de adaptación
en el tiempo respecto a la variación de la temperatura.
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Fecha de recepción: 16 de septiembre de 1982
Javier Díaz Mayáns, Enrique Santiago Andreu Moliner y Antonio Núñez Cachaza.
Departamento de Fisiología Animal (Prof. Núñez Cachaza). Facultad de Ciencias
Biológicas. Universidad de Valencia. Avda. Dr. Moliner NQ 50. BURJASOT. Valencia.
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