Contracción Muscular

Los músculos están accionados por nervios motores que regulan la contracción voluntaria y nervios sensitivos que informan al cerebro del estado e intensidad de la contracción. En el músculo esquelético, la contracción y la relajación se producen rápidamente, no así el músculo liso que lo hace más lentamente. Después de un estímulo se observan en el músculo tres periodos diferentes que son:

1. Latencia que es el espacio comprendido entre la excitación y el principio de la contracción.
2. Contracción en el que las fibras musculares se acortan y, relajación en el que las fibras tienden a regresar a su posición inicial.

La contracción muscular depende directamente en su intensidad, de la fuerza, velocidad de aplicación y duración del estímulo, así como la fuerza de oponente a la contracción y la temperatura.

A la contracción del músculo corresponde un cambio de forma, seguido de una serie de reacciones químicas donde se absorben ciertos elementos necesarios y se eliminan los productos de desecho. En dicha función, el tejido muscular, tiene la capacidad de conservar cierto grado de contracción sin fatigarse, de uno o un grupo de músculos, propiedad que recibe el nombre de tono muscular, que se presenta por impulsos nerviosos pequeños y permanentes. Podemos observar esta acción, al mantener nuestra postura erecta o cuando entrecerramos la mano.

• El tono muscular disminuye durante el sueño permitiendo la firmeza de los tejidos en el organismo. La ausencia de fatiga es debida a que los estímulos nerviosos sólo excitan a una parte de las fibras de un músculo, mientras las otras descansan.
• El tono muscular se puede alterar cuando se presentan fracturas de huesos, presencia de dolor, la lesión de un nervio motor, etc.

La contracción muscular se acompaña de reacciones químicas complejas, en las cuales intervienen iones de Ca, K, Na y Cl, producidas por la liberación de energía a partir de la destrucción de la molécula de ATP. Otras reacciones químicas producen la energía para que el ATP se forme nuevamente.

Las miofibrillas están constituidas por unidades llamadas sarcómeros, que consisten en filamentos delgados y gruesos alternados. La contracción ocurre cuando los filamentos se deslizan unos sobre otros.

La contracción muscular es el proceso fisiológico por el que los músculos realizan la fuerza para desplazar el contenido de la cavidad a la que recubren (músculo liso) o mueven el organismo a través del medio o a otros objetos (músculo estriado).

El músculo estriado puede estar en estado de relajación o de contracción. En estado de relajación, al observar el sarcómero, los extremos de los filamentos de actina en la zona A, apenas se superponen entre sí, mientras que se superponen casi al completo a los filamentos de miosina. En el estado de contracción, los filamentos de actina, se han desplazado sobre los filamentos de miosina y sobre ellos mismos, de tal manera que se entrelazan entre sí en mayor extensión, ocupando mayor espacio de la zona A. Por lo tanto, la contracción muscular es un mecanismo de deslizamiento de filamentos.

Bomba de Sodio - Potasio

La bomba de sodio potasio es un intercambiador de iones presente en todas las membranas celulares de todos los seres vivos. Su función es imprescindible, pasa iones de sodio (Na+)) a un lado de la membrana y mueve iones de potasio (K+) en dirección contraria. Es por lo tanto un transportador transmembrana antiporte. Para ello se vale de la energía producida por la degradación de ATP. Es por lo tanto el ejemplo de ATPasa más importante.  El danés Dr. Jens Skou es un médico, químico y profesor de biofísica, ya retirado. 

En su estudio en los años 1950 sobre los anestésicos sobre la membrana celular concluyó que debía existir alguna proteína que actuaba como canal que los anestésicos bloqueaban en las neuronas. Como no se conocía cual era este transportador el Dr. Skou procedió a su búsqueda pues era necesario para su estudio de los anestésicos. Tras sus experimentos en pata de cangrejo descubrió y aisló una proteína que reunía las características que él buscaba. Lo que no sabía en aquel momento era que la bomba sodio potasio sentaría las bases de todos los estudios de transporte a través de membranas, incluidos el transporte del impulso nervioso. Por ello se le otorgó el premio Nobel de química en 1997 “Por el primer descubrimiento de una enzima de transporte iónico”.

Funcionamiento: en un lado de la membrana la bomba sodio potasio une tres inones de sodio. En la cara citoplasmática de la membrana la bomba sodio potasio une una molécula de ATP y la hidroliza (obtiene energía de la rotura del enlace de un fosfato, dando ADP y P inorgánico). Con esta energía la proteína cambia de conformación, un residuo de ácido aspártico (un aminoácido de la proteína) recibe la energía y promueve el movimiento de los aminoácidos abriendo el canal transmembrana. En ese momento los 3 iones de sodio pasan al exterior de la membrana. Es en este momento cuando dos iones de potasio se unen a la bomba sodio potasio en la cara externa de la membrana. En esta nueva conformación de la proteína, el ADP y el fosfato inorgánico (Pi) son liberados y la proteína recupera su configuración inicial, dejando a los iones de potasio en el lado del citoplasma.

Estructura: esta ATPasa está constituida por 4 subunidades, dos subunidades alfa y dos subunidades beta que se unen formando un tetrámero en la membrana. La subunidad alfa consta de 8 segmentos, en ella se unen tanto el ATP y los iones sodio en el citoplasma, como los 2 iones potasio en el lado extracelular. Por su parte la unidad beta está compuesta por una estructura única helicoidal, cuya función parece ser mantener a las subunidades alfa en contacto y dentro de la membrana.

Funciones: la bomba sodio potasio interviene en el mantenimiento de la homeostasis celular (la osmolaridad y el volumen celular). Además es el principal encargado de la transmisión del potencial eléctrico, es decir, del impulso nervioso que mueve los músculos.

Electrofisiología

Sistema Nervioso

Es un sistema caracterizado por ser el más completo  y desconocido que conforma el cuerpo humano, en conjunto con el sistema endócrino permite la funcionalidad de control del organismo. Mediante los órganos sensoriales, recepta e integra innumerables datos y posterior a eso, emite una respuesta. El sistema nervioso es una red de tejidos que tiene origen ectodérmico en los animales y triblásticos, y su unidad básica es la neurona. Las neuronas son células especializadas que se encargan de coordinar las acciones de los animales por medio de señales eléctricas y químicas enviadas de un extremo al otro del organismo.

Consideraciones generales

El arco reflejo es la unidad básica de la actividad nerviosa integrada y podría considerarse como el circuito primordial del cual partieron el resto de las estructuras nerviosas. Este circuito pasó de estar constituido por una sola neurona multifuncional en los diblásticos a dos tipos de neuronas en el resto de los animales llamadas aferentes y eferentes. En la medida que se fueron agregando intermediarios entre estos dos grupos de neuronas con el paso del tiempo evolutivo, como interneuronas y circuitos de mayor plasticidad, el sistema nervioso fue mostrando un fenómeno de concentración en regiones estratégicas dando pie a la formación del sistema nervioso central, siendo la cefalización el rasgo más acabado de estos fenómenos

Para optimizar la transmisión de señales existen medidas como la redundancia, que consiste en la creación de vías alternas que llevan parte de la misma información garantizando su llegada a pesar de daños que puedan ocurrir. La mielinización de los axones en la mayoría de los vertebrados y en algunos invertebrados como anélidos y crustáceos es otra medida de optimización. Este tipo de recubrimiento incrementa la rapidez de las señales y disminuye el calibre de los axones ahorrando espacio y energía. Otra característica importante es la presencia de metamerización del sistema nervioso, es decir, aquella condición donde se observa una subdivisión de las estructuras corporales en unidades que se repiten con características determinadas. Los tres grupos que principalmente muestran esta cualidad son los artrópodos, anélidos y cordados.

Señales neuronales

Estas señales se propagan a través de propiedades de su membrana plasmática, al igual que muchas células, pero en este caso está modificada para tener la capacidad de ser una excitabilidad neuronal membrana excitable en sentido unidireccional controlando el movimiento a través de ella de iones disueltos desde sus proximidades para generar lo que se conoce como potencial de acción. Por medio de sinapsis las neuronas se conectan entre sí, con los músculos Unión neuromuscular placa neuromuscular, con glándulas y con pequeños vasos sanguíneos. Utilizan en la mayoría de los casos neurotransmisores enviando una gran variedad de señales dentro del tejido nervioso y con el resto de los tejidos, coordinando así múltiples funciones.

Volúmenes y capacidades pulmonares

Un método simple para estudiar la ventilación pulmonar consiste en registrar el volumen de aire que entra y sale de los pulmones. Es lo que se llama realizar una espirometría, que mide los volúmenes, la capacidad y la velocidad de flujo pulmonar. Los resultados se basan en el grado de desviación de la normalidad, teniendo en cuenta la edad, la altura, el peso y el sexo de la persona. Se emplea para el diagnóstico de la enfermedad pulmonar. Se valoran 4 volúmenes diferentes y 4 capacidades diferentes.

Al final del registro espirométrico, la persona hace un esfuerzo inspiratorio máximo y, a continuación, espira tan rápida y completamente como pueda. El volumen de aire exhalado en un segundo, bajo estas condiciones, se llama volumen espiratorio forzado en un segundo (FEV1, siglas en inglés). En los adultos sanos el FEV1 es de alrededor del 80% de la capacidad vital, es decir, que el 80% de la capacidad vital se puede espirar forzadamente en un segundo. El FEV1 constituye una medida muy importante para examinar la evolución de una serie de enfermedades pulmonares. En las enfermedades pulmonares obstructivas, por ejemplo, el FEV1 disminuye.

Ventilación alveolar

La importancia final de la ventilación pulmonar reside en la renovación continua del aire en las unidades respiratorias, que es donde el aire está en estrecha proximidad con la sangre.

La ventilación pulmonar total representa el movimiento físico del aire dentro y fuera del tracto respiratorio, pero no es necesariamente un buen indicador de la cantidad de aire fresco que alcanza la superficie de intercambio alveolar, porque parte del aire que respira una persona nunca llega a las regiones de intercambio de gases sino que permanece en las vías respiratorias como la tráquea y los bronquios.

Como consecuencia, un indicador más adecuado de la eficiencia de la ventilación es la ventilación alveolar o la cantidad de aire que alcanza los alvéolos en un minuto. Se observa que la ventilación alveolar puede ser afectada drásticamente por cambios tanto en la frecuencia respiratoria como en la profundidad de la respiración.

Difusión de Gases

Una vez que los alvéolos se han ventilado con aire nuevo, el siguiente paso en el proceso respiratorio es la difusión del oxígeno (O2) desde los alvéolos hacia la sangre y del dióxido de carbono (CO2) en dirección opuesta.

Membrana respiratoria o membrana alvéolo-capilar

Las paredes alveolares son muy delgadas y sobre ellas hay una red casi sólida de capilares interconectados entre sí. El recambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de una serie de membranas y capas que se denominan, en conjunto, membrana respiratoria o membrana alveolo - capilar.

Relación ventilación alveolar/perfusión

Para que la ventilación alveolar y la difusión de gases sean correctas, es necesario que todos los alvéolos se ventilen por igual y que el flujo de sangre por los capilares pulmonares sea el mismo para cada alvéolo. La perfusión pulmonar es el flujo sanguíneo pulmonar (Q).

Para representar posibles variaciones, se ha desarrollado el concepto de relación ventilación alveolar-perfusión (VA/Q) o relación entre la ventilación alveolar y el flujo sanguíneo pulmonar. El valor normal del cociente VA/Q es 0,8.

Transporte de oxígeno por la sangre

Una vez que el oxígeno (O2) ha atravesado la membrana respiratoria y llega a la sangre pulmonar, tiene que ser transportado hasta los capilares de los tejidos para que se pueda difundir al interior de las células. El transporte de O2 por la sangre se realiza principalmente en combinación con la hemoglobina (Hb), aunque una pequeña parte de oxígeno se transporta también disuelto en el plasma.

Movimientos Respiratorios

A diferencia del aparato circulatorio en el que el movimiento del fluido se realizaba mediante la acción de una bomba situada en serie con el circuito, en el sistema respiratorio la entrada y salida de aire se produce por la acción de una bomba situada en el exterior del sistema. El aire se mueve por gradiente de presión. Si la presión externa es superior a la interna o pulmonar, se produce la entrada de aire; si la presión externa es inferior a la interna se produce la salida de aire. En condiciones normales la presión externa o medioambiental se mantiene constante alrededor de 760 mm Hg que se considera el nivel de referencia o presión 0.

Este hecho significa que, para llevar a cabo los flujos, la presión que debe modificarse es la presión interna, que ha de disminuir o aumentar para lograr el flujo aéreo en un sentido y otro. Si se considera el nivel de referencia 0, la creación de una presión negativa dará lugar a la aspiración o entrada de aire como un mecanismo de succión. La creación de una presión positiva producirá el empuje hacia fuera del aire o espiración.

Presiones en el aparato respiratorio

Hay cuatro presiones en el aparato respiratorio que han de ser consideradas a la hora de analizar los movimientos respiratorios:

1. Presión bucal o atmosférica. Corresponde a la del aire en la atmósfera.
2. Presión alveolar o intrapulmonar. Es la presión del aire contenido en los alvéolos.
3. Presión pleural o intrapleural. Es la presión que se mide entre las dos hojas de la pleura. Debido a las propiedades elásticas de pulmón y tórax que traccionan en sentidos opuestos, el pulmón hacia adentro y el tórax hacia fuera, se genera una presión intrapleural negativa.
4. Presión transpulmonar. Es una de las presiones transmurales que puede medirse en el aparato respiratorio. Corresponde a la diferencia entre la presión alveolar menos la presión pleural.

Proceso de Respiración

Respiración es el proceso de intercambio gaseoso entre la atmósfera y el organismo. Por su intermedio se obtiene oxígeno molecular necesario para los procesos metabólicos y la eliminación del anhídrido carbónico producido en los tejidos. Este intercambio gaseoso se denomina hematosis. El aparato respiratorio consta de un sistema de vías de conducción o vías respiratorias, a cuyo nivel se realizan los intercambios y el transporte de los gases. En el ser humano, el proceso de respiración consta de tres fases: inspiración, transporte por la corriente sanguínea y exhalación.

La respiración es un proceso involuntario y automático que realiza nuestro organismo para absorber el oxígeno del aire y expulsar el dióxido de carbono (CO2).

Ahí radica su importancia. Por ejemplo, podemos estar varias horas sin comer, domir o tomar agua, pero no podemos dejar de respirar por más de dos minutos.

Dos procesos vitales

Cuando respiramos destacan dos procesos:

1. La inspiración o inhalación: al absorber el oxígeno del ambiente por la nariz, el diafragma (músculo debajo de los pulmones) y los músculos entre las costillas se contraen. Esto genera que la cavidad del tórax se alargue y aplane, empujando hacia arriba y afuera las costillas, lo que permite el ingreso del aire a los pulmones.
2. La espiración o exhalación: en este caso el CO2 que está en nuestro cuerpo es arrojado al ambiente. Aquí el diafragma sube y empuja a los pulmones, haciéndolos expulsar el aire.

Después de este proceso, el diafragma y las costillas se relajan y vuelven a su posición inicial. Terminado esto, otra vez se realiza la inspiración.

Intercambio de gases en el alveolo pulmonar.

• Respiración pulmonar. Tiene lugar en la mayor parte de los vertebrados terrestres: anfibios, reptiles, aves y mamíferos incluyendo el hombre. El aparato respiratorio de tipo pulmonar está formado por unos orificios respiratorios situados en la cabeza que comunican con un conducto que se llama laringe el cual desemboca a través de la tráquea en los pulmones. Los pulmones constan de un conjunto de alveolos rodeados de capilares sanguíneos. En los alveolos es donde se produce el intercambio de gases con la sangre. La sangre oxigenada es distribuida por todo el organismo mediante el aparato circulatorio.3​
• Respiración traqueal. La respiración traqueal tiene lugar en muchos invertebrados, incluyendo los insectos, miriápodos y algunos arácnidos. Estos animales disponen de una serie de orificios a lo largo de su cuerpo llamados estigmas por los cuales se introduce el aire de la atmósfera. Los estigmas dan lugar a unos conductos que reciben el nombre de tráqueas que se ramifican en el interior de su organismo para permitir el intercambio gaseoso.
• Respiración branquial. La respiración branquial tiene lugar en los peces. Las branquias son órganos respiratorios de muchos animales acuáticos. Están formados por un conjunto de láminas muy finas rodeadas de vasos sanguíneos. Cuando el agua cargada de oxígeno pasa entre las branquias, se produce el intercambio gaseoso con la sangre.

Sistema Respiratorio

El sistema respiratorio es el encargado de proporcionar el oxígeno que el cuerpo necesita y eliminar el dióxido de carbono o gas carbónico que se produce en todas las células a través del proceso llamado respiración. La respiración es un proceso involuntario y automático, en que se extrae el oxígeno del aire inspirado y se expulsan los gases de desecho con el aire espirado. Los órganos que forman parte del sistema respiratorio son: nariz, faringe, laringe, tráquea, bronquios, pulmones y diafragma. (https://www.portaleducativo.net/quinto-basico/14/Sistema-respiratorio, s.f.).

Órganos del sistema y clasificación

El hombre utiliza respiración pulmonar, su aparato respiratorio consta de:

1. Sistema de conducción: fosas nasales, boca, epiglotis,faringe, laringe, tráquea, bronquios principales, bronquios lobares, bronquios segmentarios y bronquiolos.
2. Sistema de intercambio: conductos y los sacos alveolares. El espacio muerto anatómico, o zona no respiratoria (no hay intercambios gaseosos) del árbol bronquial incluye las 16 primeras generaciones bronquiales, siendo su volumen de unos 150 ml.

• Vía Nasal: Consiste en dos amplias cavidades cuya función es permitir la entrada del aire, el cual se humedece, filtra y calienta a una determinada temperatura a través de unas estructuras llamadas pituitarias.
• Faringe: es un conducto muscular, membranoso que ayuda a que el aire se vierta hacia las vías aéreas inferiores.
• Epiglotis: es una tapa que impide que los alimentos entren en la laringe y en la tráquea al tragar. También marca el límite entre la orofaringe y la laringofaringe.
• Laringe: es un conducto cuya función principal es la filtración del aire inspirado. Además, permite el paso de aire hacia la tráquea y los pulmones y se cierra para no permitir el paso de comida durante la deglución si la propia no la ha deseado y tiene la función de órgano fonador, es decir, produce el sonido.
• Tráquea: Brinda una vía abierta al aire inhalado y exhalado desde los pulmones.
• Bronquio: Conduce el aire que va desde la tráquea hasta los bronquiolos.
• Bronquiolo: Conduce el aire que va desde los bronquios pasando por los bronquiolos y terminando en los alvéolos.
• Alvéolo: Hematosis (Permite el intercambio gaseoso, es decir, en su interior la sangre elimina el dióxido de carbono y recoge oxígeno).
• Pulmones: La función de los pulmones es realizar el intercambio gaseoso con la sangre, por -ello los alvéolos están en estrecho contacto con capilares.
• Músculos intercostales: La función principal de los músculos respiratorios es la de movilizar un volumen de aire que sirva para, tras un intercambio gaseoso apropiado, aportar oxígeno a los diferentes tejidos.
• Diafragma: Músculo estriado que separa la cavidad toráxica (pulmones, mediastino, etc.) de la cavidad abdominal (intestinos, estómago, hígado, etc.). Interviene en la respiración, descendiendo la presión dentro de la cavidad toráxica y aumentando el volumen durante la inhalación y aumentando la presión y disminuyendo el volumen durante la exhalación. Este proceso se lleva a cabo, principalmente, mediante la contracción y relajación del diafragma.