Nivel de Tejidos Biológicos PDF

S UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS NIVEL DE TEJIDOS BIOLOGICOS DR. RICARDO GARCIA MONTOYA  Tejidos Biológicos: Clasificación, estructura y función La conformación del organismo y su equilibrio se explica por la interacción de sus fuerzas de acción (D’...

S UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS NIVEL DE TEJIDOS BIOLOGICOS DR. RICARDO GARCIA MONTOYA  Tejidos Biológicos: Clasificación, estructura y función La conformación del organismo y su equilibrio se explica por la interacción de sus fuerzas de acción (D’arcy Thompson 1917)  TIPOS DE TEJIDOS Los tejidos del cuerpo humano se clasifican en cuatro tipos: Epitelial Nervioso Muscular Conectivo  TEJIDO EPITELIAL El tejido epitelial es básicamente un tejido de cubrimiento. Se especializa en absorber, secretar, transportar, excretar o proteger los órganos que recubre. Estas células mueren y se regeneran constantemente.  ESTRUCTURA Y ALINEACIÓN CELULAR DEL TEJIDO EPITELIAL Una sola línea de células epiteliales se describe como simple. Dos o más líneas de células espiteliales forman epitelio estratificado y en términos de su forma se puede clasificar como escamoso, cuboide y columnar.  TEJIDO NERVIOSO Compone las principales partes del sistema nervioso: Cerebro, médula espinal, nervios periféricos, terminaciones nerviosas y la sensación orgánica. Su unidad funcional es la neurona. Las principales características de este tejido son la irritabilidad y la conductividad. El tejido nervioso puede ser lesionado por excesiva tensión o compresión  TEJIDO MUSCULAR El tejido muscular se divide en tres categorías: Esquelético, liso y cardíaco. Las tres categorías desempeñan función de conductividad y contractilidad. El tejido muscular esquelético o estriado se especializa en la generación de fuerza para mantener la postura y producir movimientos; el tejido muscular liso es de movimiento involuntario y es inervado por nervios simpáticos y parasimpáticos. El tejido muscular cardíaco es considerado una mezcla de los dos anteriores.  TEJIDO CONECTIVO Difiere de los demás tejidos por su cantidad de sustancia extracelular. Sus células son suaves y fácilmente deformables. La matriz extracelular que contiene el tejido conectivo permite transmitir cargas mecánicas. La composición de la matriz puede ir desde un suave “gel” (e.g: la piel) a la matriz rígida del hueso.  TEJIDOS CONECTIVOS Los tejidos conectivos son la agregación de células, fibras y otras macromoléculas que se encuentran incrustadas en una matriz que también puede contener fluido tisular. Las principales fibras en el tejido conectivo son las fibras de colágeno, las reticulares y las elásticas. Su densidad y ordenamiento modifican sus características. El término tejido conectivo denso irregular describe fibras entremezcladas como las de las fascias y el término tejido conectivo denso regular se refiere a tendones, ligamentos y aponeurosis.  CONSTITUYENTES DE LOS TEJIDOS CONECTIVOS Las células La matriz extracelular (incluyendo fibras y matriz de glucoproteínas) Fluido tisular son los elementos estructurales de los tejidos conectivos.  CÉLULAS DEL TEJIDO CONECTIVO Varios tipos de células existen dentro del tejido conectivo y se clasifican en residentes o migratorias. Las primeras son relativamente estables dentro del tejido y su rol es producir y mantener la matriz extracelular. Dentro de las residentes encontramos los fibroblastos, condroblastos y osteoblastos que maduran en condrocitos y osteocitos los dos últimos. Las células migratorias como los macrófagos, monocitos, basófilos, neutrófilos, eosinófilos, linfocitos y células plasmáticas, viajan al tejido por medio de la circulación. Estas células están usualmente asociadas a la reacción del tejido frente a una lesión iniciando y regulando la respuesta inflamatoria e inmune  MATRIZ EXTRACELULAR DEL TEJIDO CONECTIVO Es una mezcla de componentes que incluyen fibras proteínicas (Colágeno y Elastina), Glucoproteínas simples y complejas y fluído tisular  COLÁGENO Es la proteína más abundante en el mundo animal y constituye más del 30% del total de proteínas del cuerpo humano. Existen diferentes formas de colágeno y sus fibras están presentes en una variada cantidad en todos los tipos de tejido conectivo del cuerpo. Todas las células clave del tejido conectivo (fibroblastos, condroblastos, condrocitos, osteoblastos y osteocitos) son capaces de producir colágeno  COLÁGENO Las fibras de colágeno son proteínas o largas cadenas de aminoácidos con péptidos que los unen. La unidad fundamental del colágeno es la molécula de tropocolágeno. La molécula está compuesta de tres polipéptidos en espiral de cerca de 1000 aminoácidos que se entremezclan en estas cadenas  CLASIFICACIÓN DEL COLÁGENO El colágeno se clasifica de acuerdo a su organización molecular como tipo I, tipo II o tipo III. Más de 20 tipos de colágeno diferentes han sido reportados pero el tipo I se encuentra en la piel, hueso, tendones, ligamentos y córnea y es el más abundante tipo de colágeno en el cuerpo. El colágeno tipo II se encuentra primariamente en el cartílago y el tipo III es el más abundante en el colágeno del tejido conectivo constitutivo de la piel y las paredes de los vasos sanguíneos  LAS FIBRAS ELÁSTICAS Son mucho más finas (esbeltas) y extensibles que las fibras de colágeno. Pueden ser estiradas hasta un 150% de su longitud original antes que se rompan. La composición química de las fibras de elastina es parecida a aquella del colágeno COMPLEJO DE GLUCOPROTEÍNAS Junto con las fibras de colágeno y elastina, se encuentra otra fracción proteíca dentro de la matriz extracelular llamada complejo de glucoproteínas. Un proteglicano es una proteína a la cual se unen cadenas especializadas carbohidratadas llamadas glucosaminoglicanos. Las glucoproteínas ocupan los espacios entre las fibras y constituyen la base de la sustancia del tejido conectivo  EL FLUÍDO TISULAR Es un filtro de la sangre y reside en los espacios intercelulares (intersticio). Ayuda en el transporte de materiales y nutrientes entre los capilares y las células de la matriz extracelular  EL HUESO El tejido conectivo especializado conocido como hueso es uno de los tejidos más fuertes y duros del cuerpo humano. El esqueleto protege los órganos vitales, sirve como reserva de minerales, alberga las células hematopoyéticas y provee brazos de palanca desde los cuales los músculos controlan el movimiento. El hueso es una estructura dinámica que se remodela continuamente y responde a las alteraciones de las cargas mecánicas, niveles hormonales y niveles séricos de calcio  CLASIFICACIÓN DEL TEJIDO ÓSEO El tejido óseo se puede clasificar en: Cortical (También llamado compacto) Trabecular (También llamado esponjoso). Aunque tanto el hueso cortical como el trabecular tienen las mismas células, su comportamiento mecánico y sus respuestas adaptativas son distintas.  TEJIDO ÓSEO COMPACTO El tejido óseo compacto contiene pocos espacios. Forma la capa externa de todos los huesos del cuerpo y la mayor parte de la diáfisis de los huesos largos. El hueso compacto proporciona protección y sostén y ayuda a que los huesos largos resistan la tensión del peso que gravita sobre ellos. El hueso compacto tiene una estructura en anillos concéntricos lo que proporciona dureza y resistencia mecánica  TEJIDO ÓSEO ESPONJOSO El tejido óseo esponjoso está compuesto por laminillas dispuestas en un encaje irregular de finas capas de hueso llamadas trabéculas. Los espacios entre las trabéculas de algunos huesos están ocupados por la médula ósea roja productora de células sanguíneas. Los vasos sanguínos del periostio penetran a través del hueso esponjoso.  EL CARTÍLAGO El cartílago contiene los elementos básicos del tejido conectivo: células, matriz extracelular, fluído tisular y macromoléculas. Se pueden encontrar tres clases de cartílago: Hialino, elástico y fibrocartílago. Ninguno de los tres tipos de cartílago posee vasos sanguíneos intrínsecos, nervios o vasos linfáticos. La ausencia de circulación en el cartílago hace que los condrocitos tengan que recibir y remover nutrientes por difusión  CARTÍLAGO HIALINO Toma su nombre por su apariencia transparente. La superficie de la mayoría de las articulaciones, la porción anterior de las costillas y áreas del sistema respiratorio como la tráquea, la nariz y bronquios, están compuestas por cartílago hialino. Las fibras de colágeno dan al cartílago hialino su fuerza tensil. El principal colágeno en el cartílago hialino es el tipo II y la principal estructura al lado del colágeno en el cartílago son los preoteoglicanos  CARTÍLAGO ELÁSTICO Se encuentra en las orejas, la epiglotis, porciones de la laringe y el tubo de eustaquio. Posee una gran capacidad flexible y su matriz contiene fibras elásticas y de colágeno. La matriz es más amarilla en este cartílago a causa del alto porcentaje de fibras elásticas.  FIBROCARTÍLAGO Es fuerte y flexible por la combinación exclusiva y única de sus fibras de colágeno y matriz extracelular. El fibrocartílago se encuentra en muchas áreas del cuerpo, especialmente en puntos de estrés donde la fricción puede ser problemática. Es esencialmente un material de unión entre el cartílago hialino y otros tejidos conectivos como ligamentos, tendones y discos intervertebrales TIPOS DE FIBROCARTÍLAGO Fibrocartílago interarticular Fibrocartílago conector Fibrocartílago estratiforme Fibrocartílago cirfunferencial  FIBROCARTÍLAGO INTERARTICULAR Se encuentra en la muñeca y las rodillas como también en la articulación temporo-mandibular y en la unión del esternón y la clavícula. En estas articulaciones, frecuentemente ocurren impactos y el fibrocartílago provee amortiguación. El ejemplo clásico de este tipo de fibrocartílago son los meniscos.  FIBROCARTÍLAGO CONECTOR Se encuentra en articulaciones con movimiento limitado y su mejor ejemplo son los discos intervertebrales. Permite a las superficies articulares adyacentes moverse ligeramente con respecto a otras.  FIBROCARTÍLAGO ESTRATIFORME Y CIRCUNFERENCIAL Estas dos variedades de fibrocartílago proveen protección. El fibrocartílago estratiforme se ubica en capas sobre el hueso donde los tendones pueden actual y puede también ser parte integral de la superficie de los tendones. De esta manera, la fricción provocada por las fuerzas de tracción tendon-hueso disminuyen. El fibrocartílago circunferencial actúa como un espaciador y reformador de la superficie articular (Ej: labrum glenoideo)  TENDONES Y LIGAMENTOS El tejido conectivo denso puede ser organizado o desorganizado, dependiendo de la organización de sus fibras. En el tejido organizado, las fibras de colágeno se orientan paralelamente en haces. Este tipo de organización incluye tendones, ligamentos y aponeurosis.  TENDONES Y LIGAMENTOS En los tendones, ligamentos y aponeurosis, el tejido conectivo está principalmente compuesto de fibras y matriz extracelular. Estos tejidos tienen una gran fuerza tensil pero soportan estiramientos en una sola dirección, esto es, a lo largo de la fuerza tensil generada paralelamente a la orientación de sus fibras.  TENDONES Los tendones son bandas blancas de tejido colágeno flexible que conectan los músculos a los huesos. Los bloques constitutivos básicos del tendón son moléculas de tropocolágeno. Las moléculas de tropocolágeno generalmente están alineadas en series paralelas para formar una microfibrilla que seguidamente se empaquetan en haces para formar fibras.  TENDONES Las fibras se reúnen en fascículos unidos entre sí por un tejido conectivo más suave o suelto denominado endotenon, el cual permite un movimiento relativo de los fascículos de colágeno soportando los vasos sanguíneos, nervios y fluído linfático. Los fascículos se agrupan para formar el tendón propiamente dicho.  FORMA DEL TENDÓN ANTE LA CARGA Cuando un tendón está relajado (Sin carga tensil), toma una forma ondulada. Una vez se le aplica una fuerza tensil, el patrón ondulado del tendón se pierde y toma una forma estirada. A medida que se estira el tejido colágeno del tendón, aumenta su fuerza tensil dentro de unos límites estrechos.  COMPOSICIÓN DEL TENDÓN El principal componente del tendón es el tejido colágeno tipo I, el cual compone cerca del 86% del peso seco del tendón. Las fibras elásticas están presentes en cantidades pequeñas en la matriz de los tendones. La superficie del tendón puede estar cubierta por epitenon, usualmente apreciado como una vaina de que actúa como polea y dirige el recorrido del tendón por esquinas y superficies afiladas como es el caso de los tendones flexores de los dedos de la mano. Cuando los tendones no están rodeados de epitenon y se mueven en una dirección relativamente recta, existe un tejido conectivo suave llamado peritenon que contiene vasos sanguíneos que nutren al tendón.  INSERCIÓN DEL TENDÓN EN EL HUESO La inserción del tendón en el hueso involucra una transición gradual de tendón a fibrocartílago, luego a fibrocartílago mineralizado y finalmente hueso. Algunas de las fibras de colágeno del tendón pasan a través del fibrocartílago mineralizado y dentro del hueso subcondral. Estas fibras penetrantes reciben el nombre de fibras de Sharpey. Un anclaje adicional lo dan otras fibras del tendón que se mezclan con el periostio  LA UNIÓN MIOTENDINOSA El final opuesto del tendón es una región especializada de pliegues de membranas longitudinales que incrementan la superficie del área y reducen el estrés durante la transmisión de la fuerza contráctil denominada unión miotendinosa. La fuerza de la unión miotendinosa depende de las propiedades de las estructuras y de la orientación de las fuerzas que cruzan esta unión. Las fuerzas que cruzan la unión en tijera con la fuerza siendo paralela a la superficie de la membrana son más fuertes que las uniones con un gran componente tensil perpendicular a la membrana  APONEUROSIS Las aponeurosis son tejido fibroso con membranas parecidas a cintas, similares en composición a los tendones. Estas estructuras son frecuentemente llamadas tendones planos. Por ejemplo, la aponeurosis palmar rodea los músculos de la palma de la mano. Las fibras de las aponeurosis corren en una sola dirección y por esto difieren de este mismo tejido conectivo no organizado o irregular denominado fascia.  LOS LIGAMENTOS Los ligamentos son estructuras de tejido conectivo regular y denso que unen un hueso a otro hueso. La primera función de los ligamentos, como la de los tendones, es resistir la fuerza tensil a lo largo de una línea de fibras de colágeno. Los ligamentos reciben sus nombres y se clasifican por sus sitios de inserción (coracoacromial), forma (deltoideo), función (capsular), posición u orientación (colateral, cruzado), posición relativa a la cápsula articular (extrínsecos e intrínsecos) y su composición (elástico)  GEOMETRÍA E INSERCIÓN DE LOS LIGAMENTOS La geometría de los haces de fibras de colágeno en los ligamentos es específica a la función del ligamento. Se pueden orientar en paralelo, oblícuas o en espiral. La inserción del ligamento al hueso puede ser directa o indirecta. La unión directa es comparable a las fibras de colágeno especializadas denominadas de Sharpey que unen el tendón al hueso. En la ruta indirecta, las fibras de colágeno se mezclan con el periostio del hueso.  COMPOSICIÓN DE LOS LIGAMENTOS Los fibroblastos son las principales células en los ligamentos, mientras que el principal componente fibroso de la matriz extraceluar es el colágeno tipo I en un 36%. Otros tipos de colágeno también se encuentran en los ligamentos. Los proteoglicanos también están presentes, aunque en cantidades más pequeñas que en el cartílago articular. Debido a que dos terceras partes del ligamento están compuestas por agua, los proteoglicanos que son hidrofílicos juegan un rol importantísimo en comportamiento mecánico de los ligamentos. Los ligamentos contienen también mecanorreceptores con su función especialísima de transmitir información a los tres niveles de control motor CURVA DE STRESS – STRAIN PARA EL TENDÓN  FASCIAS Las fascias son una categoría general que incluyen tejidos conectivos densos, fibrosos y desorganizados que no caen dentro de las categorías de tendón, aponeurosis o ligamentos. Las principales fibras en las fascias son las de colágeno, aunque algunos elementos elásticos y reticulares también existen. Las fascias contiene fibras entremezcladas no paralelas y se encuentran generalmente en capas o vainas que rodean órganos, vasos sanguíneos, huesos, cartílago y dermis de la piel. Por su organización, las fascias resisten estiramientos multidireccionales.  MÚSCULO ESQUELÉTICO Los músculos esqueléticos son admirables diseños de la naturaleza, verdaderos “motores” capaces de convertir energía química en trabajo mecánico con un razonable grado de eficiencia y mínima polución. Pueden adaptarse a diferentes demandas cambiando su tamaño, y hasta cierto punto sus características funcionales.  ESTRUCTURA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO Si se analiza un músculo desde el exterior, la primera estructura que se encuentra es el epimisio, consitituído por tejido conectivo. El epimisio rodea el músculo por fuera y su función es mantenerlo unido. Por dentro del epimisio, se encuentran “paquetes” de fibras musculares unidas denominados fascículos, que se hallan rodeados por una vaina de tejido conectivo denominada perimisio. En el interior del perimisio, se encuentran las fibras musculares, que también están rodeadas por una vaina de tejido conectivo denominado endomisio.  LA FIBRA MUSCULAR La fibra muscular es una célula polinucleada especializada en la generación de tensión. El espesor de las fibras musculares varía en los diferentes músculos o incluso en el mismo músculo (Astrand, P y Rodahl K. 1992). En muchos músculos, la longitud de la fibra se extiende a lo largo de todo el recorrido del músculo, es decir, se proyecta desde un tendón hasta otro. Las miofibrillas constituyen la porción contráctil de la fibra muscular y se disponen paralelamente entre si a lo largo de la fibra muscular. Estas estructuras están formadas por una serie de unidades repetidas denominadas sarcómeros.  LOS SARCÓMEROS Los sarcómeros son estructuras que constituyen la unidad básica de una miofibrilla. Se encuentran unidos continuadamente uno de otros a partir de una estrecha membrana denominada línea Z. En la región medial del sarcómero, existe una zona denominada A, en la cual puede encontrarse tanto actina como miosina. Las bandas claras se denominan bandas I, en esta región sólo pueden encontrarse filamentos de actina. En la banda A se encuentran los filamentos de miosina que al producirse la excitación neural, provocan el acortamiento del sarcómero y la contracción muscular por consiguiente.  UNIDAD MOTORA La totalidad de las fibras musculares inervadas por una misma motoneurona alfa, que se ubica en el asta anterior de la médula, se denomina “unidad motora”. Existen dos grandes tipos de neuronas que pueden formar parte de las unidades motoras: Neuronas de gran tamaño que inervan entre 300 y 500 fibras musculares diferentes. Estas neuronas presentan una frecuencia de emisión del impulso nervioso que puede variar entre 25-100 Hz, es decir, entre 25 y 100 impulsos nerviosos por segundo. Neuronas de escaso tamaño que inervan sólo entre 10 y 180 fibras musculares diversas. Su frecuencia de descarga de impulsos nerviosos varía entre 10 y 25 Hz, es decir, entre 10 y 25 impulsos nerviosos por segundo.  CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES Pueden identificarse dos clases principales de fibras, aquellas con un tiempo hasta la tensión pico relativamente largo: fibras de contracción lenta o tipo I y las fibras con un tiempo más corto para alcanzar su máximo pico de producción de fuerza: fibras de contracción rápida o tipo II. Las fibras tipo II se subclasifican en IIa (rápidas) y II b (explosivas). Todas las fibras tipo II son inervadas por neuronas de gran tamaño, las cuales poseen una gran frecuencia de descarga (25-100 Hz), mientras que las fibras tipo I son inervadas por neuronas de menor tamaño con menor frecuencia de descarga (10-25 Hz). Las fibras Tipo II b logran su más alta manifestación de fuerza a los 50 Hz, mientras que las fibras tipo I logran su pico de tensión con frecuencias de 25 Hz. La velocidad de contracción y relajación en las fibras rápidas es mayor que en las lentas y por ello deben ser estimuladas con mayor frecuencia para alcanzar su máximo desarrollo de fuerza. Por tanto, la liberación de energía será rápida en para las fibras tipo II (hidrólisis de ATP 600 veces por segundo) y lenta para las tipo I (hidrólisis de ATP 300 veces por segundo.  CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES Para el músculo esquelético humano, hay estudios que indican que el tiempo hasta la tensión pico en una contracción isométrica máxima es de 80 a 100 milisegundos para las fibras tipo I, mientras que para las fibras de contracción rápida tipo II, este tiempo se reduce aproximadamente 40 milisegundos, siendo menor el tiempo para las fibras tipo II b que para los fibras tipo II a. Una cuestión muy importante a considerar es que no existen diferencias entre la cantidad de fuerza muscular que una fibra rápida puede realizar en comparación con una fibra lenta, si tuvieran el mismo contenido de proteínas de miosina y actina. Por ello, la principal diferencia desde un punto de vista funcional entre distintos tipos de fibras, es la velocidad de acortamiento que se produce y no la fuerza que cada una ellas puede ejercer. La clasificación del tipo de fibras se realiza mediante la diferenciación histoquímica de la enzima ATPasa miofibrilar.  CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES Es creído que la cantidad de ATPasa unida a miosina es en realidad limitante de la velocidad del proceso de contracción muscular. Dicho de otro modo, una fibra muscular se puede contraer más rápido que otras debido a su capacidad de romper una mayor cantidad de ATP en unidad de tiempo. Exponiendo una muestra de músculo tinción histoquímica a diferente pH, se pueden identificar los dos tipos de fibras principales. A pH de 10,3 las fibras tipo I se tiñen blancas y las tipo II oscuras, mientras que a pH de 4,3 sucede todo lo contrario. Por tanto, no es recomendable hablar de fibras blancas a las rápidas y rojas a las lentas. CARACTERÍSTICAS METABÓLICAS DE LAS FIBRAS MUSCULARES  DIFERENCIAS EN LA PRODUCCIÓN DE FUERZA POR LA ORIENTACIÓN DE LAS SARCÓMERAS En la figura se muestra una ilustración esquemática para mostrar la fuerza generada por tres sarcómeras ordenadas (a) en serie y (b) en paralelo. En (a) las fuerzas generadas en cualquier lado de la línea Z B y C, se cancelan cada una por acción de las dos sarcómeras a cada lado. Así, la fuerza neta del sistema corresponde únicamente a la fuerza generada por A1 y A2, es decir, el equivalente de una sarcómera. En (b), las fuerzas generadas por las tres sarcómeras en paralelo corresponde a tres veces la generada en (a) Inversamente, la distancia acortada será tres veces más grande en el sistema (a).  ÁNGULO DE PENACIÓN DE LAS FIBRAS MUSCULARES Los músculos longitudinales o fusiformes tiene fibras musculares que se encuentran paralelas a la línea de tracción del tendón, por tanto, la magnitud total de la fuerza se dirige a lo largo de la línea de acción del tendón. Las fibras de los músculos penados (uni-bi-multipenados) se orientan en un ángulo oblícuo a la línea de acción del tendón, de esta manera, sólo una porción del total de la fuerza generada se transmite al tendón. ÁNGULO DE PENACIÓN DE LAS FIBRAS MUSCULARES La penación de las fibras permite incrementar el número de fibras sin incrementar significativamente el diámetro muscular. El potencial de producción de fuerza se incrementa por el aumento del número de fibras que se encuentran adyacentes unas a otras.