Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal (Neuromuscular)

Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal
Neuromuscular
Objetivos
Estudiar el proceso de contracción muscular in vivo, y especialmente los fenómenos de
sumación de estímulos o sumación de ondas, utilizando la metodologia experimental
necesaria para obtener registros de la contracción muscular.
Introducción
Hay tres tipos de tejidos musculares: esquelético, cardíaco y liso. En esta práctica se
estudiará el músculo esquelético que es el responsable de la locomoción animal. El
músculo esquelético forma aproximadamente el 40% del peso corporal y está
controlado de manera voluntaria y consciente por el sistema nervioso.
Principios anatómicos y fisiológicos del músculo
esquelético
El músculo esquelético se estructura en fascículos compuestos de varios centenares de
células musculares denominadas fibras por su aspecto cilíndrico y alargado (Fig. 1, 3).
Cada fibra muscular está rodeada por un número variable de capilares sanguíneos (Fig.
1, 7) que proporcionan a la fibra el oxígeno necesario para realizar sus funciones
metabólicas. Las fibras musculares son multinucleadas (Fig. 1, 4) y poseen en su
interior “paquetes” de proteínas contráctiles que reciben el nombre de miofibrillas. La
interacción entre los dos tipos principales de proteínas contráctiles (filamentos de actina
y filamentos de miosina) es el hecho que, en último término, produce la contracción del
músculo.
Todas las fibras musculares están inervadas por neurofibrillas (Fig. 2, B:1) que son las
ramificaciones de los axones de las fibras nerviosas motoras provenientes de la médula
espinal. Al conjunto formado por un axón y las fibras musculares que inerva se le
denomina unidad motora. Cada neurofibrilla termina en una placa motora (Fig. 2, A:1,
B:4), donde se libera un neurotransmisor (la acetilcolina) que despolariza la membrana
de la fibra muscular, excitando a la célula muscular.
A través de un complejo sistema de comunicación intracelular, en la fibra muscular
excitada se liberan iones Ca2+ desde el retículo sarcoplasmático al citoplasma, donde
“activan” los filamentos de actina y miosina. La molécula de miosina hidroliza ATP
gracias a la presencia de un enzima llamado miosina ATPasa, liberando energía
química que será la responsable de que se acorte la fibra muscular y se produzca la
contracción. Cuando el estímulo nervioso cesa, los iones Ca2+ vuelven al retículo
sarcoplasmático y el músculo alcanza el estado de reposo.
1 de 5
Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal
Fuerza muscular y tipos de contracciones musculares
La contracción muscular genera fuerza en un músculo. La fuerza ejercida en un
músculo sobre una carga externa se denomina tensión muscular. Si la tensión
desarrollada por un músculo es mayor que la fuerza externa ejercida en éste por la
carga, el músculo se acorta. Si la fuerza ejercida por la carga (peso de la misma) es
mayor o igual a la tensión muscular, el músculo no se acorta en su longitud total. Un
músculo puede contraerse con o sin acortamiento, desarrollando tensión en ambos
casos.
Existen dos formas diferentes de medir la respuesta mecánica de la contracción
muscular. En la denominada contracción isotónica, el músculo se acorta frente a una
carga menor que la tensión muscular. Durante la contracción la tensión es constante e
igual a la fuerza ejercida por la carga. En este tipo de contracción se mide la longitud del
músculo (acortamiento). En la denominada contracción isométrica, el músculo actúa
sobre un soporte muy rígido y se contrae sin que exista prácticamente acortamiento. En
este caso se mide la tensión (fuerza) que ejerce el músculo.
En una preparación neuromuscular, un estímulo eléctrico aislado sobre el nervio tiene
como consecuencia una contracción muscular simple, y la fuerza ejercida es entonces
función del número de unidades motoras activadas. Aumentando el voltaje del estímulo
al nervio, aumenta el número de unidades motoras activas y, por lo tanto, el número de
fibras musculares que se contraen. Vemos pues que la fuerza de la contracción puede
2 de 5
Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal
ser aumentada mediante la suma de varias unidades motoras. Se llega al límite cuando
están activadas todas las unidades motoras.
Se produce suma temporal aumentando la frecuencia del estímulo. En lugar de una
contracción simple, se obtienen así una serie de contracciones tan rápidas que cada
contracción empieza antes de que haya terminado la contracción precedente. De esta
forma, el músculo se acorta progresivamente. Cuando los estímulos son bastante
próximos unos de otros, se produce una contracción continua (tetania). La frecuencia
mínima de estimulación necesaria para producir una contracción sostenida es la
frecuencia de tetanización; este valor varía según los distintos músculos.
Metodología
• Anestesiar el animal con uretano por via intraperitoneal (ver 1ª práctica
• Con el animal tendido supino en el lugar de trabajo, se practica una incisión en la piel,
paralela al fémur, a unos dos centímetros de la base de la cola.
• Retraer la piel. Se verá una estría paralela y posterior al fémur, que corre entre los dos
músculos: el bíceps femoralis y el vastus lateralis.
• Profundizando en la estría por separación de los músculos se expone el nervio ciático,
que puede ser fácilmente aislado en un buen tramo. Pasar un lazo a su alrededor y
ocluir la herida con un algodón empapado en salino.
• Liberar el tendón de Aquiles. Liberar el músculo gastrocnemio de la piel de la
musculatura superficial de forma que pueda contraerse con libertad. Deberán cortarse
3 de 5
Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal
todos los nervios a excepción del ciático.
• Pinzar el tendón. Pasar el hilo por la polea y atar el extremo al transductor.
• Montar los electrodos en el nervio procurando que no hagan contacto con el músculo.
Material
Material quirúrgico: pinzas, tijeras, hilo, algodón, salino
Polígrafo
Transductor de fuerza
Electrodos de estimulación
Estímulo umbral
Ajustar el estimulador a impulsos de 0.1 V y la amplitud o duración del estímulo a 1 ms.
Dar al nervio una descarga simple.
Si el músculo no reponde, estimular a voltajes crecientes hasta conseguir una respuesta
mínima.
El estímulo que produce esta respuesta se denomina estímulo umbral.
Suma de estímulos
Una vez determinado el estímulo umbral, disminuir el voltaje ligeramente, de manera
que un único estímulo no produzca respuesta (estímulo subumbral). Seleccionar una
frecuencia de 40-50 impulsos/segundo. Aplicar estímulos durante un tiempo breve (3-4
segundos). Puede ser necesario repetir la operación para obtener una contracción.
Téngase en cuenta que la contracción que se producirá será mínima.
Respuesta a estímulos
• Trabajar a una velocidad del papel lenta. Partiendo del estímulo umbral, incrementar el
voltaje y aplicar dos o tres descargas consecutivas después de cada incremento.
• Repetir esta operación hasta producir una contracción máxima, que se consigue
cuando posteriores incrementos de voltaje no producen contracciones más fuertes.
4 de 5
Laboratorio de Fisiología - Fisiología Animal
• Estimar la intensidad de las contracciones midiendo la longitud (en mm.) de los picos
generados.
Suma de ondas
• Con una preparación semejante a la del primer apartado, pero con una velocidad del
papel más alta para que no se solapen las contracciones en el registro, producir
inicialmente estímulos múltiples a razón de 10 estímulos/segundo.
• Ir incrementando la frecuencia hasta alcanzar una tetania completa.
Fatiga
• En primer lugar debe sacrificarse al animal mediante una sobredosis de anestesia.
• Se escoge una velocidad de papel muy lenta. Con el mismo tipo de preparación,
producir estímulos múltiples a razón de 10 estímulos/segundo. El voltaje debe ser el
adecuado para producir contracciones máximas. Estimular hasta que el músculo esté
completamente fatigado (no se produzcan contracciones).
• Una vez producida la fatiga, estimular directamente el músculo con los electrodos para
determinar si se trata de fatiga sináptica (agotamiento del neurotransmisor) o fatiga
bioquímica (agotamiento de substrato energético o de ATP).
RESULTADOS: PRÁCTICAS NEUROMUSCULAR
1. ¿Cómo modula el músculo la cantidad de fuerza que desarrolla en cada contracción?
2. ¿Porqué un estímulo subumbral de alta frecuencia provoca contracciones del
músculo, cuando el mismo estímulo aislado no produce ninguna respuesta?
3. ¿Qué ocurre con la fuerza desarrollada por el músculo cuando se da un tren de
estímulos? ¿Porqué?
4. ¿Cómo determinarias si la fatiga muscular se da por agotamiento del neurotransmisor
o por agotamiento de ATP?
5 de 5