BIOMECÁNICA

TEMA 4. Biomecánica del músculo esquelético

BIOMECÁNICA y FÍSICA APLICADA

Índice

MÚSCULO

• Sistema muscular• Estructura y organización del músculo• Bases moleculares de la contracción

muscular• La unidad motora• La unidad motora• La unidad musculo – tendinosa• Mecánica de la contracción muscular• Producción de fuerza en el músculo• Efecto de la arquitectura del me• Mecánica del complejo músculo-

tendón-hueso• Diferenciación de las fibras

musculares• Remodelación muscular

Sistema muscular

SISTEMAMUSCULAR

MÚSCULO CARDIACO

MÚSCULO LISO

MÚSCULO ESQUELÉTICO (ESTRIADO o VOLUNTARIO)MÚSCULO ESQUELÉTICO (ESTRIADO o VOLUNTARIO)

Sistema muscular

Tejido más abundante del cuerpo humano: 40-45% del peso corporal total

MÚSCULO ESQUELÉTICO

430 músculos esqueléticos (a pares)

Movimientos más vigorosos producidos por < 80 pares

Realizan trabajo estático y dinámico

Sistema muscular

FUNCIONES del MÚSCULO ESQUELÉTICO

PROPORCIONAR FUERZA

PROTECCIÓN DEL ESQUELETO (DISTRIBUYEN CARGAS)PROTECCIÓN DEL ESQUELETO (DISTRIBUYEN CARGAS)

ABSORBEN IMPACTOS

PERMITEN MOVILIDAD DE ARTICULACIONES

PERMITEN MANTENER AL POSTURA CORPORAL Y EL EQUILIBRIO

COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURACOMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA

Estructura y organización del músculo

LA UNIDAD ESTRUCTURAL ES LA FIBRA MUSCULAR

Unidad básica

Fibra recubierta por endomisio,varias fibras por perimisio,

y músculo por epimisio

ESTÁ CONSTITUIDA POR MIOFIBRILLAS RECUBIERTAS

EL MODELO DE BANDAS TRANSVERSAS DEL MÚSULO ESTRIADO SE REPITE A LO LARGO DE LA FIBRA MUSCULAR

LAS MIOFIBRILLAS ESTÁ CONSTITUIDA POR VARIAS SARCÓMERAS

LAS SARCÓMERAS CONTIENEN ACTINA, MIOSINA, TITINA Y NEBULINA

Parte contráctil

Unidad básicade contracción

ESTÁ CONSTITUIDA POR MIOFIBRILLAS RECUBIERTAS DE MEMBRANA PLASMÁTICA →SARCOLEMA

Estructura y organización del músculo

EPIMISIO

PERIMISIO

MÚSCULO

SARCOMERA

MIOFIBRILLA

MIOFILAMENTOS

FASCICULO

GRUPO FIBRAS MUSCULARES

CAPILAR

SARCOLEMA

MIOSINA

ACTINA

ENDOMISIO

Estructura y organización del músculo

ACTINA componente principal del filamento delgado

MIOSINA filamento grueso (cabeza y cola)

TITINA ayuda al estiramiento

SARCOMERA

BASES MOLECULARES DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

BASES MOLECULARES DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

Bases moleculares de la contracción muscular

Cuando el impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, ésta liberauna sustancia llamada Acetilcolina

La Acetilcolina penetra la fibra muscular, pasando a través de los túbulos“T”, hasta llegar a la miofibrilla, momento en el cual la fibra muscular libera elCalcio que tiene almacenado

Sarcómero son las bandas transversas que se repiten a lo largo de la fibramuscular. Es la unidad funcional del sistema contráctil del músculo.

La unidad motora

EL NÚMERO DE FIBRAS MUSCULARES QUE FORMA LA UNIDAD MOTORA

DEPENDE DEL GRADO DE CONTROL REQUERIDO,

- Músculos pequeños que realizan movimientos finos

- Músculos largos que realizan movimientos burdos

LAS FIBRAS NO ESTÁN JUNTAS

La unidad musculo - tendinosa

EL TENDÓN → componente elás9co en serie

PERIMISIO, ENDOMISIO, EPIMISIO → componente elás9co en paralelo

EL MÚSCULO ES EL COMPONENTE CONTRÁCTIL

La unidad musculo - tendinosa

Tejidos conectivos son VISCOELÁSTICOS

TENDONES representan un COMPONENTE ELÁSTICO a modo de muelle en serie con el componente contráctil

EPIMISIO, PERIMISIO, ENDOMISIO Y SARCOLEMA son el EPIMISIO, PERIMISIO, ENDOMISIO Y SARCOLEMA son el COMPONENTE ELÁSTICO en paralelo con el componente contráctil

Cuando los componentes elásticos se estiran durante la contracción o estiramiento se produce TENSIÓN y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

Cuando se relajan se produce LIBERACIÓN DE ENERGÍA

La unidad musculo - tendinosa

1) Buena disposición para contracción �tensión y contracción uniforme2) Final contracción � elementos contráctiles vuelvan posición reposo 3) Prevenir sobreestiramiento pasivo elementos contráctiles

MÚSCULO: UNIDAD MÚSCULO- TENDINOSA

Componente ELASTICO Disposición respecto al Componente CONTRACTIL (CC)

TENDONES (SEC) SERIE

EPIMISIOPERIMISIO

ENDOMISIO (PEC)PARALELO

SARCOLEMA PARALELO

elementos contráctiles4) Los tejidos viscoelásticos ayudan a la disipación de energía con el tiempo

MECÁNICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULARMECÁNICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

Mecánica de la contracción muscular

ELECTROMIOGRAFÍA

Mide los potenciales de acción Mide los potenciales de acción producidos por la despolarización de las membranas celulares de

las fibras musculares responsables de producir la

actividad eléctrica de las mismas

Mecánica de la contracción muscular

CONTRACCIÓNRESPUESTA MECÁNICA DE UN MÚSCULO A UN ESTÍMULO DE SU

NERVIO MOTOR (de 10ms a más de 100ms)

ESTIMULACIÓN

TIEMPO DE LATENCIATIEMPO DE CONTRACCIÓN

TIEMPO DE RELAJACIÓN LOS TIEMPOS DE CONTRACCIÓN Y RELAJACIÓN SON VARIABLES

CONTRACCIÓN TETÁNICA

LOS TIEMPOS DE CONTRACCIÓN Y RELAJACIÓN SON VARIABLES

POTENCIALDE ACCIÓN

DURA 1 ó 2ms, MENOS DE LO QUE SEREQUIERE PARA LA CONTRACCIÓN

SUMACIÓNRESPUESTA MECÁNICA A ESTIMULOS SUCESIVOS SE AÑADEN A

UNA RESPUESTA INICIAL

TÉNSIÓN MÁXIMA EN EL MÚSCULO, RESULTADO DE LA SUMACIÓN

Mecánica de la contracción muscular

• Fuerza ejercida por un músculo: TENSIÓN

• Fuerza externa sobre el músculo: CARGA

• Momento

Mecánica de la contracción muscular

TIPOS DE CONTRACCIÓN MUSCULAR

PRODUCCIÓN DE FUERZAPRODUCCIÓN DE FUERZA

Producción de fuerza en el músculo

CURVA TENSIÓN - LONGITUD

FIBRA MUSCULAR INDIVIDUAL

Producción de fuerza en el músculo

CURVA TENSIÓN - LONGITUD

ELEMENTOS CONTRACTILES

ELEMENTOS ELÁSTICOS

Producción de fuerza en el músculo

CURVA CARGA - VELOCIDAD

EXCÉNTRICO CONCÉNTRICO

VELOCIDAD

CA

RG

A

ISOMÉTRICO

Producción de fuerza en el músculo

CURVA CARGA - TIEMPO

Efecto de la arquitectura del ME

Más sarcómeras:en serie mayor longitud de la miofibrilla

LA SARCÓMERA ES EL COMPONENTE CONTRACTIL

en paralelo mayor sección transversal

Fuerza del músculo es proporcional a la sección transversal.

Velocidad y trabajo es proporcional a la longitud de la miofibrilla

Efecto de la arquitectura del ME

EFECTO DEL PREESTIRAMIENTO

UN MÚSCULO REALIZA MÁS TRABAJO CUANDO SE ACORTA DESPUÉS DE SER ESTIRADO

Energía elástica acumulada en los componentes elásticos en serie

Energía acumulada en el componente contráctil

Efecto de la arquitectura del ME

EFECTO DE LA TEMPERATURA

�velocidad conducción a través del sarcolema �� frecuencia estimulación ����� PRODUCCIÓN FUERZA

mayor actividad enzimática metabolismo mayor actividad enzimática metabolismo muscular ����� EFICIENCIA CONTRACCIÓN

�elasticidad colágeno en los componentes elásticos en seriey en paralelo � FAVORECE LA EXTENSIBILIDAD

DOS MECANISMOS:-INCREMENTO DEL FLUJO SANGÜÍNEO

-CALOR POR METABOLISMO, FRICCIÓN Y LIBERACIÓN DE ENERGÍA DE CONTRACCIÓN

Efecto de la arquitectura del ME

EFECTO DE LA FATIGA

CAIDA DE TENSIÓN DEBIDA A LA ESTIMULACIÓN PROLONGAD A DEL MÚSCULO

TENSIÓN

ESTIMULOS

TENSIÓNISOMÉTRICA

CONTRACCIÓN Y RELAJACIÓN DEPENDE DE ATP: OXÍGENO + NUTRIENTES

LA FRECUENCIA HA DE SER BAJA PARA QUE DE TIEMPO A L A RECUPERACIÓN

Mecánica del complejo músculo-tendón-hueso

ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS

PARALELAS VARIAS DIRECCIONES CRUZADAS

Mecánica del complejo músculo-tendón-hueso

VELOCIDAD FUERZA

CRUZADAS: MENOR POTENCIA, PERO MÁS FUERZA

Ensamblaje Movimiento Humano SISTEMAS PALANCA MÚSCULO – HUESO

Mecánica del complejo músculo-tendón-hueso

MÚSCULO ATRÓFICO

UNIÓN FIBRA MUSCULAR-TENDÓNINCLINACIÓN MEDIA 4,3º

Mecánica del complejo músculo-tendón-hueso

Aumenta a 9,1º

� ½ Resistencia

Rompe antes

FIBRAS MUSCULARESFIBRAS MUSCULARES

Diferenciación de las fibras musculares

TIPO I (LO)

LENTAS OXIDATIVAS

TIPO IIa (ROG)

RÁPIDAS OXIDATIVAS

GLUCOLÍTICAS

TIPO IIb (RG)

RÁPIDAS GLUCOLÍTICAS

PROPIEDADES DE LAS FIBRAS MUSCULARES ESQUELÉTICAS

GLUCOLÍTICAS

COLOR MUSCULAR Rojo Rojo Blanco

VELOCIDAD DE

CONTRACCIÓNLenta Rápida Rápida

FUENTE PRINCIPAL DE ATPFosforilación

Oxidativa

FosforilaciónOxidativa

Glucólisis Anaerobica

VELOCIDAD DE FATIGA Lenta Intermedia Rápida

Diferenciación de las fibras musculares

CONTRACCIÓN MUSCULAR

Los distintos tipos de fibras se activan

secuencialmente

TIPO I

TIPO IIa

TIPO IIb

Diferenciación de las fibras musculares

CONTRACCIÓN MUSCULAR

EL NERVIO QUE INERVA A LA FIBRA MUSCULAR DETERMINA SU TIPO.

LA COMPOSICIÓN DE LAS FIBRAS DE UN MÚSCULO DETERMINADO DEPENDE DE SU FUNCIÓN.

EL TIPO DE FIBRA MUSCULAR SE DETERMINA GENÉTICAMENTEPOBLACIÓN MEDIA:

50-55 % TIPO I30- 35% TIPO IIA

15% TIPO IIB

REMODELACIÓN MUSCULARREMODELACIÓN MUSCULAR

ATROFIAcomo respuesta al

desuso e inmovilización

Remodelación muscular

inmovilización

HIPERTROFIA si es sometido a un

uso mayor del habitual.

Remodelación muscular

EFECTO DE LA INMOVILIZACIÓN E INACTIVIDAD

1.- ATROFIA MUSCULAR: �TAMAÑO Y CAPACIDADAERÓBICA FIBRAS MUSCULARES

2.- ATROFIAN PRINCIPALMENTE LAS FIBRAS TIPO I

3.- RECUPERACIÓN LENTA DE LA FUERZA TENSIL

4.- CAPILARIZÁCIÓN MAS LENTA

Remodelación muscular

EFECTO DEL ENTRENAMIENTO FÍSICO

AUMENTA EL ÁREA DE SECCIÓN TRANSVERSALDE TODAS LAS FIBRAS MUSCULARES

AUMENTO EN EL TAMAÑO Y FUERZA DEL MÚSCULO

Remodelación muscular

EFECTO DEL ENTRENAMIENTO FÍSICO

EJERCICIOS ESPECÍFICOS para ESTIRAR EL COMPLEJO MÚS CULO-TENDÓN.

FLEXIBILIDAD MUSCULAR

MANTIENE Y AMPLITUD MOVIMIENTO ARTICULAR

ELASTICIDAD Y LONGITUD UNIDAD MÚSCULO – TENDÓN

PERMITE QUE LA UNIDAD MÚSCULO-TENDINOSA ALMACENE MÁS ENERGIA EN SUS COMPONENTES VISCOLÁSTICOS Y CONTRÁCTILES