Biomecánica del Músculo Esquelético PDF

13/09/23 BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO Liliana Patricia Escobar Serna Fisioterapeuta Docente - UAM 1 ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL MÚSCULO La unidad estructural es la fibra muscular: consta de muchas miofibrilla...

13/09/23 BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO Liliana Patricia Escobar Serna Fisioterapeuta Docente - UAM 1 ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL MÚSCULO La unidad estructural es la fibra muscular: consta de muchas miofibrillas (hecha de numerosos sarcómeros) envuelta en una membrana plasmática. Cada fibra está rodeada de tejido conjuntivo (endomisio), se organizan en fascículos (perimisio), el músculo en conjunto es rodeado por una aponeurosis de tejido conjuntivo fibroso llamado epimisio. El epimisio, perimisio, endomisio y el sarcolema actúan como componentes elásticos paralelos. Las fuerzas producidas por los músculos en contracción son transmitidas a los huesos a través de estos tejidos conjuntivos y tendones. 2 1  13/09/23 Unidad Musculotendinosa Los tendones y los tejidos conjuntivos dentro y alrededor del vientre muscular son estructuras viscoelásticas, representan un componente elástico semejante a un resorte. Cuando los componentes elásticos en serie, se movilizan durante la contracción activa o el estiramiento pasivo del músculo, se produce tensión y se almacena energía pero cuando se recuperan con la relajación muscular, la energía se libera. En la contracción se almacena la energía y en la relajación se libera. 3 Unidad Musculotendinosa La distensibilidad y la elasticidad de los componentes elásticos son valiosos para el músculo, ya que: Mantiene al músculo listo para la contracción y asegura la tensión muscular. Asegura que los elementos contráctiles regresen a la posición de reposo después de la contracción Previene el sobre estiramiento de los elementos contráctiles disminuyendo el peligro de lesión. La propiedad viscosa de los componentes elásticos les permite absorber energía. 4 2  13/09/23 La unidad músculo tendinosa se puede describir como una estructura que consta de un componente contráctil en paralelo con un componente elástico en serie y en paralelo. El componente contráctil está representado por las proteínas contráctiles de las miofibrillas, actina y miosina. (los puentes cruzados de la miosina también pueden representar cierta elasticidad.) El componente elástico en paralelo comprende el tejido conjuntivo rodeando a las fibras musculares (el epimisio, perimisio y endomisio) y el sarcolema. El componente elástico en serie está representado por la continuidad hasta los tendones. 5 MECÁNICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR 6 3  13/09/23 PRODUCCIÓN DE FUERZA EN EL MÚSCULO La fuerza total que el músculo puede ejercer se ve condicionada por las propiedades mecánicas que se describen a través de las relaciones entre: Longitud - tensión Carga - velocidad Fuerza - tiempo Otros factores principales en la producción de fuerza son: la temperatura, la fatiga y el pre estiramiento 7 La tensión que el músculo ejerce Relación Longitud - Tensión varía con la longitud a la cual se mantiene cuando es estimulado. Curva de tensión-longitud de una fibra muscular aislada estimulada a diferentes longitudes. La tensión isométrica está estrechamente relacionada con el número de puentes cruzados entre los filamentos de miosina y de actina. La tensión es máxima en la longitud de poco movimiento o longitud de reposo del sarcómero (2µm), en donde la superposición es la mayor; y disminuye a 0 en donde ya no hay superposición (3.6µm). La tensión también se reduce cuando la longitud del sarcómero disminuye por debajo de la longitud de reposo, baja en forma brusca a 1.65µm y llega a 0 a 1.27µm ya que la superposición extensa interfiere con la formación de puentes cruzados. A filamentos de actina, M filamentos de miosina, A líneas Z. 8 4  13/09/23 La tensión activa y pasiva ejercida por un músculo completo contrayéndose en una forma isométrica se grafica para explicar la longitud del músculo. La tensión activa se produce por los componentes musculares contráctiles y la tensión pasiva por los componentes elásticos en serie y en paralelo, los cuales desarrollan tensión cuando el músculos se estira más allá de su longitud de reposo. Mientras mayor sea el grado de estiramiento, es mayor la contribución del componente elástico para la tensión total. La forma de la curva activa por lo general es la misma en diferentes músculos, pero la curva pasiva y, por lo tanto, la curva total varía dependiendo de la cantidad de tejido conjuntivo (componente elástico) que contenga el músculo. 9 Curva carga-velocidad generada al graficar Relación Carga - Velocidad la velocidad de movimiento del brazo de palanca del músculo contra la carga externa. Cuando la carga externa impuesta sobre el músculo es insignificante, el músculo se contrae en forma concéntrica con una velocidad máxima. Al aumentar la carga, el músculo se acorta mas lentamente. Cuando la carga externa se iguala con la fuerza máxima que el músculo puede ejercer, el músculo no se puede acortar (tiene 0 de velocidad) y se contrae en forma isométrica. Cuando la carga se aumenta más, el músculo se alarga excéntricamente. Este estiramiento es más rápido con una carga mayor. 10 5  13/09/23 Y Carga – Tensión (Nw). Excéntricas.Isométrica.Concéntrica 0 X Velocidad Menor velocidad Mayor velocidad (m/s) (km/h) 11 La tensión generada por un músculo es Relación Fuerza - Tiempo proporcional al tiempo de contracción. Curva de fuerza - tiempo para un músculo completo que se contrae en forma isométrica. La fuerza ejercida por el músculo es mayor cuando el tiempo de contracción es mayor porque se requiere tiempo para que la tensión creada por los componentes contráctiles sea transferida al componente elástico en paralelo y después al componente elástico en serie conforme se mueve la unidad musculo- tendinosa. 12 6  13/09/23 Efectos de la arquitectura del ME: La disposición de los componentes contráctiles (Sarcomeros) afectan a las propiedades contráctiles del músculo. + Sarcomeros en Mayor Longitud de serie la miofibrilla + Sarcomeros en Mayor área de paralelo sección transversal 13 1. La fuerza que el músculo puede producir es proporcional al área de sección transversa de las miofibrillas 2. La velocidad y el desplazamiento (rango de trabajo) que el músculo puede producir son proporcionales a la longitud de las miofibrillas Propiedades isométricas e isotónicas de los músculos con diferente arquitectura. A. Relación de Fuerza-Longitud B. Relación de Fuerza-Velocidad PSCA área de sección transversa fisiológica 14 7  13/09/23 Músculos con fibras cortas y un área de Diseñados para producir: FUERZA sección transversal grande Músculos con fibras Diseñados para DESPLAZAMIENTO largas y un área de producir: sección transversal y VELOCIDAD pequeña 15 Efecto del Preestiramiento Un músculo realiza más trabajo cuando se acorta (contracción concéntrica) inmediatamente después de ser estirado. Energía acumulada Energía elástica en el componente acumulada contráctil 16 8  13/09/23 Efecto de la Temperatura A La conducción de u m Temperatura del e Incrementa la velocidad en el n músculo t a sarcolema Aumenta la frecuencia de estimulación y la producción de fuerza muscular También à una mayor actividad enzimática del metabolismo muscular Incrementando la eficiencia de la acción muscular 17 La temperatura muscular se incrementa por medio de dos mecanismos: Incremento en el flujo sanguíneo La liberación de la energía de la contracción A baja temperatura (10°C), la máxima velocidad de acortamiento y tensión isométrica están inhibidas significativamente. Se debe a un pH disminuido (acidosis) en el músculo 18 9  13/09/23 Efecto de la Fatiga Es la disminución en la tensión que se presenta después de una estimulación lo suficientemente alta y/o prolongada. 19 Mecanica de la Contraccion Muscular https://www.youtube.com/watch?v=C4fmTtO1bbo https://www.youtube.com/watch?v=GxVCIzHS4jY 20 10  13/09/23 Bibliografía Nordin, Margareta; Frankel, Victor H. (2013). Bases Biomecánicas del Sistema Musculoesquelético. Cuarta Edición. Wolters Kluwer Health España S.A. 21 11