� Diversidad de fibras musculares
� Miogénesis: determinación, diferenciación y
maduración.
� Establecimiento de distintos tipos de fibra
� Interacción nervio-músculo
� Plasticidad
Organización del músculo esquelético
Fascículo
fasciculos
Fibra muscular
NucleoNucleo
Filamentos finos y gruesos
Axon de una motoneurona
capilar
Sarcomère
Disque Z
Filamento fino (actina)
Filamento grueso (miosina)
Musculo esqueletico
Célula satéliteSarcolemaSarcoplasma
Miofibrilla
Molécula de miosina
Diversidad del sistema neuromuscular
Diversidad de las unidades motrices:
�� velocidad
�� fuerza
�� resistencia a la fatiga
Diversidad de los componentes de la unidad motriz: las fibras
musculares y las motoneuronas
� Fibras musculares lentas/rápidas:
� Proteínas del aparato contráctil (velocidad de contracción):
� Cadenas pesadas de miosina: 1 isoforma lenta y 3 rápidas
� Cadenas livianas de miosina
� Troponina y tropomiosina
� Enzimas metabólicas (resistencia a la fatiga)
� Preferencia de uso de metabolismo aeróbico o anaeróbico
Clasificación en 4 tipos principales:
Clasificación de las fibras musculares
� Velocidades de contracción lentas
(~100 ms)
� Alto contenido de mioglobina (rojas)
� Menor diámetro
� Bajo contenido de glicogeno
� Metabolismo oxidativo
� Alto contenido en mitocondrias
� Resistentes a la fatiga
� Velocidades de contracción rápidas
(~50 ms)
� Bajo contenido de mioglobina (blancas)
� Mayor diámetro
� Alto contenido de glicógeno
� Metabolismo principalmente anaeróbico
� Menor contenido de mitocondrias
� Fatigables
� IIA: expresan MyHC-IIA, metabolismo
oxidativo
� IIX: expresan MyHC-IIX, metabolismo
mixto
� IIB: expresan MyHC-IIB, metabolismo
glicolitico
Lentas (tipo I) Rápidas (tipo II)
Expresión diferencial de proteínas contráctiles
MyHC I
MyHC IIa
MyHC IIb
Serial cross-sections of rat plantaris muscle. The fibreslabelled 1, 2, 3 and 4 were type I, IIA, IIX and IIB fibres, respectively
Myosin ATPase pH 4.3
Myosin ATPase pH 4.6
Myosin ATPase pH 10.4
SDH Activity
A nivel de las motoneuronas…
� Motoneuronas lentas/rápidas
� Diferencias morfológicas
� Electrofisiológicas
� Enzimas metabólicas
Patrón de estimulación
1-10 Hz 100-150 Hz
DIFERENCIACION
miogenina
Etapas de la miogénesis esquelética
Somitos en el embrión
Precursoresmesodérmicos
DETERMINACION
Mioblastosembrionarios
MyoDMyf5MRF4
fibras musculares- especialización metabólicay contráctil
- formación de las unidades motrices
- plasticidad
Corte transversal de músculo esquelético adulto
MADURACION
Miotubosmaduros
Célulassatélites
Miotubosprimarios
2 oleadas de miogénesis:primaria y secundaria
Mioblastosfetales
Miotubossecundarios
Ratones deficientes en:
MyoD
Myf5
Miogenina
MRF4
MyoD/Myf5
Miogenina/MyoD
Myogenina/Myf5
MRF4/MyoD
MRF4/Myogenina
MRF4/Myf5
Viables y fértiles, problemas de regeneración
Muerte perinatal. Ausencia de la mayoría de las costillas, musculatura normal
Muerte perinatal, miofibras escasas y desorganizadas.
Muerte perinatal, malformación de costillas
Muerte perinatal. Malformación de costillas, ausencia de músuculo esquelético
Muerte perinatal, fibras escasas
Muerte perinatal, fibras escasas
Muerte perinatal, fibras escasas
Muerte perinatal, ausencia de mayoria de costillas, musculatura casi normal
Mioblastos Miotubos Fibras muscularesFenotipo
X
X
X
X
X
Determinación precoz de precursores lentos y rápidos
� Factores intrínsecos
� Primera oleada de mioblastos (mioblastos embrionarios) produce
principalmente fibras lentas
� Segunda oleada de mioblastos (mioblastos fetales) estaría al origen de
fibras rápidas
� Experiencias de injertos en pollo muestran que el músculo injertado
mantiene las características de origen independiente de su entorno
� Factores extrínsecos
� En miotubos de pollo, presencia de tubo neural es capaz de inducir
expresión de miosina lenta
� Injertos de músculos rápidos en ambientes lentos pueden volverse
lentos
� Denervación durante el desarrollo fetal altera la formación y
mantención del fenotipo de fibras secundarias
En el músculo adulto
Fibras IIFibras I
20%80%Maratonista
80%20%Sprinter
96%4%Daño en medula espinal
50%50 %Media
Plasticidad
Plasticidad
� Capacidad del músculo ara adaptar su fenotipo
(contráctil y metabólico) frente a un estimulo
persistente
Plasticidad ocurre de manera secuencial
I IIA IIX IIB
� Experiencias de innervación cruzada:
� Motoneuronas rápidas forzadas a innervar un músculo lento
inducen un cambio en el fenotipo muscular hacia el
fenotipo rápido
Rol del nervio
Patrón de estimulación o factores secretados por la
motoneurona?
Schiaffino, S. et al. Physiology 22: 269-278 2007;
Plasticidad del músculo adulto y en desarrollo
Músculo en desarrollo es mas “plástico” que el músculo adulto
� Diferencias en concentraciones de calcio en reposo � 100-300nM fibras lentas� 50nM fibras rápidas
� Tratamientos con ionóforos de calcio inducen transformación de tipos de fibra hacia fenotipo lento
� Diferencias en los transientes de calcio por presencia de mecanismos diferentes de recaptura de calcio post-contracción (parvalbumina, SERCA)
Ca2+ y plasticidad
-CaMK-Aumento de la actividad CaMKII durante ejercicio prolongado-CaMKII y CaMKIV asociadas a activación de genes de la biogénesis mitocondrial
- Ras-MAPK
Activada por ejercicio. Participa en la activación de genes “lentos”
IGF-1Ligada a un favorecimiento del fenotipo rápido. Aumenta el
tamaño de fibras y favorece la sobrevida de las fibras rápidas
Six1/EyaExpresion forzada del factor Six1y su cofactor Eya en fibras
lentas induce expresión de MyHC IIB y transición a fenotipo rápido
Naya, F. J. et al. J. Biol. Chem. 2000;275:4545-4548
Ratones que sobreexpresan Calcineurina activada
Schiaffino, S. et al. Physiology 22: 269-278 2007
Resumen de vías de señalización implicadas en el fenotipo lento
Control hormonal
� Hormona tiroidea ligada al establecimiento del fenotipo rápido
� Hipotiroidismo → fenotipo lento
� Hipertiroidismo → fenotipo rápido
� Acentúa los cambios producidos por la estimulación eléctrica
� Hipo + estimulación crónica de baja frecuencia produce cambios IIB →I
� Hiper+actividad reducida produce cambios I →IIB
Modelo de entrenamiento de carrera libre en rueda
Ejercicio físico como estimulo plástico para el músculo
Fibras rápidasglicoliticas
Composición de fibras en el cuadriceps en dos atletas:
a) salto alto
b) maratón
Importancia terapéutica
� Diabetes tipo 2 existe una disminución del contenido de
enzimas oxidativas
� Las fibras oxidativas poseen un transporte de glucosa y una
oxidación de lípidos mas eficiente
� El ejercicio que promueve un cambio hacia fibras de tipo
oxidativo reducen la resistencia a la insulina
� En diversos modelos de enfermedades neurodegenerativas se
ha visto una mayor resistencia a la degeneración por parte de
las unidades motrices lentas (tambien observado durante le
envejecimiento)