Celular

El miocito muscular es una célula que se ha diferenciado para la función especializada de contracción. Aunque las células musculares cardíacas, esqueléticas y lisas comparten mucha funcionalidad común, no todas comparten características, estructuras anatómicas o mecanismos de contracción idénticos.

Miocito del músculo esquelético

Los mioblastos del músculo esquelético (miocitos progenitores) se diferencian y fusionan en fibras musculares multinucleadas llamadas miofibrillas que se comportan como una unidad. Estas miofibrillas, a su vez, están compuestas por filamentos gruesos y finos (miofilamentos) superpuestos que se disponen longitudinalmente en sarcómeros. Así, el acortamiento o la contracción de las fibras musculares esqueléticas es el resultado del acortamiento de los sarcómeros. Los filamentos gruesos están compuestos por miosina, que es un polipéptido proteico. Cada molécula de miosina tiene dos cabezas globulares que participan en la contracción mediante la unión de los filamentos finos. Los filamentos finos incluyen la actina (contiene un sitio de unión para las cabezas de miosina), la tropomiosina y la troponina (tiene tres subunidades: troponina T, troponina I y troponina C). Estas estructuras del sarcómero dan al músculo esquelético su aspecto estriado y son fácilmente visibles en la microscopía electrónica.

Los miocitos esqueléticos también contienen estructuras llamadas túbulos T que son extensiones de la membrana plasmática del miocito. Están abiertos al espacio extracelular y tienen la función de transportar potenciales despolarizantes al espacio intracelular, permitiendo contracciones coordinadas. Además, los túbulos T contienen receptores de dihidropiridina que son esenciales para la contracción tras la excitación del miocito. El retículo sarcoplásmico (RS) es una estructura fundamental en el miocito del músculo esquelético. Es el lugar de almacenamiento y regulación del calcio (Ca2+) en el miocito. El RE contiene cisternas terminales que se acoplan mecánicamente con los túbulos T y los receptores de rianodina sensibles al voltaje, que son canales que liberan Ca2+. El RE también tiene un canal de Ca2+-ATPasa que bombea Ca2+ de vuelta al RE desde el espacio intracelular después de la excitación. En el músculo esquelético, un túbulo T une dos cisternas terminales en una disposición de tríada.

El modelo más popular para entender la contracción muscular es el modelo del filamento deslizante, que describe el acortamiento del sarcómero mediante interacciones recurrentes de miosina/actina. Durante cada interacción, las cabezas de miosina trabajan para acercar los extremos libres de actina adyacentes al centro del sarcómero. En el miocito del músculo esquelético en reposo, la tropomiosina bloquea los sitios de unión de la miosina en la actina.

1. Cuando un potencial despolarizador significativo de la placa terminal del motor supera el umbral del miocito esquelético, la célula dispara un potencial de acción.
2. Este potencial despolarizador se propaga a los túbulos T, provocando un cambio conformacional en los receptores de dihidropiridina.
3. Las cisternas terminales acopladas mecánicamente también sufren un cambio conformacional, lo que induce la liberación de Ca2+ del RE y el aumento de la concentración intracelular de Ca2+.
4. El Ca2+ se une a la troponina C, provocando un cambio conformacional en la troponina que desplaza a la tropomiosina del sitio de unión a la miosina en la actina. Nota: en presencia de Ca2+, la troponina C permanece en esta configuración, dejando el sitio de unión de la miosina en la actina disponible para las interacciones de la miosina.
5. Al principio, ningún trifosfato de adenosina (ATP) se une a la miosina causando que la miosina se una a la actina (la falta permanente de ATP causa la interacción permanente de la miosina y la actina y es el mecanismo detrás del rigor mortis).
6. El ATP se une entonces a la miosina y ésta se disocia de la actina.
7. La hidrólisis de este ATP unido a ADP más fosfato inorgánico induce un cambio de la miosina a la «posición amartillada». Nota: sólo el ADP permanece unido a la miosina.
8. La cabeza de la miosina interactúa entonces con la actina en otro sitio de unión.
9. El ADP se libera de la miosina provocando otro cambio que da lugar al «golpe de fuerza». En este momento, la miosina está unida a la actina y permanecerá unida sin más ATP.
10. Otra molécula de ATP se une a la miosina. El ciclo continúa, acortando el sarcómero a medida que la miosina se desliza a lo largo de la actina.

La relajación se produce cuando hay una disminución de los potenciales excitatorios de la placa terminal del motor, una disminución de los potenciales de acción y la repolarización del miocito. El Ca2+ es secuestrado de nuevo en el SR por las bombas de Ca2+ -ATPasa, lo que disminuye la presión intracelular. Estos miocitos también contienen intercambiadores de Na+/Ca2+ en la superficie celular que utilizan el gradiente electroquímico de Na+ para intercambiar Na+ en la célula a cambio de Ca2+ fuera de la misma. El Ca2+ se disocia de la troponina C, y la tropomiosina bloquea los sitios de unión de la miosina en la actina una vez más.

Algunos puntos clave a tener en cuenta sobre el sarcómero en la microscopía electrónica son los siguientes. El sarcómero aparece entre líneas Z, y la contracción se aproxima a estas líneas Z. La contracción produce un acortamiento de las bandas H (sólo filamentos gruesos) e I (sólo filamentos finos). La banda A (longitud de un filamento grueso con un filamento fino superpuesto) en el sarcómero siempre mantiene la misma longitud.

Los siguientes son puntos dignos de mención sobre las contracciones musculares. El músculo esquelético está bajo control voluntario, excepto los reflejos y el diafragma durante la respiración involuntaria. Las neuronas motoras inferiores inervan estos miocitos desde la médula espinal y responden al neurotransmisor acetilcolina (ACh). Cuando la ACh se une a sus receptores en el miocito, el sodio (Na+) entra en la célula, provocando la despolarización mencionada anteriormente. La tensión muscular máxima se produce cuando hay una superposición óptima de los filamentos gruesos y finos. Es decir, todas las cabezas de miosina pueden interactuar con la actina. Si la fibra muscular se estira demasiado, la interacción de los filamentos gruesos y finos disminuye. Además, si el músculo se acorta demasiado, las grandes cabezas de miosina se desplazan unas a otras, disminuyendo las interacciones de los miofilamentos. Por último, la velocidad máxima que puede contraer una fibra muscular disminuirá a medida que aumente la carga sobre el músculo.

Miocito de músculo liso

Al igual que el músculo esquelético, las células de músculo liso también contienen filamentos gruesos y finos. Sin embargo, a diferencia del músculo esquelético, estos miofilamentos no están organizados en sarcómeros longitudinales y no contienen troponina. La falta de sarcómeros y, por tanto, de estrías, da nombre al músculo liso. Los miocitos del músculo liso se fusionan para formar tres tipos de músculo. Los miocitos que se contraen como unidades separadas se denominan músculo liso multiunidad. Se encuentran en el iris del ojo o en los conductos deferentes. El músculo liso multiunidad suele estar muy inervado y bajo control autonómico. Las células musculares lisas que se contraen juntas se denominan músculo liso de una sola unidad. Son más comunes y pueden estar presentes en el tracto gastrointestinal, la vejiga y el útero.

En contraste con el músculo liso de múltiples unidades, las células del músculo liso de una sola unidad se comunican altamente para realizar contracciones coordinadas. Estas células están bajo control autónomo y modulación por hormonas o neurotransmisores. Por último, los miocitos del músculo liso pueden diferenciarse en músculo liso vascular. Estas células también son responsables de la regulación de la presión sanguínea.

El mecanismo de contracción del músculo liso es diferente del mecanismo descrito anteriormente para el músculo esquelético. Sin embargo, al igual que la célula del músculo esquelético, un aumento del intracelular es el factor crítico implicado en la contracción muscular. Múltiples mecanismos pueden causar un aumento del intracelular en el miocito del músculo liso. La despolarización del miocito después de que la ACh se una a sus receptores en la superficie de la célula, que posteriormente abre canales de Ca2+ de tipo L activados por voltaje. La apertura de canales de Ca2+ en la membrana del miocito secundaria a la unión de la hormona o el neurotransmisor a su receptor (ligando). Las hormonas o los neurotransmisores inducen la liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico (RS) a través de canales de Ca2+ activados por inositol 1,4,5-trifosfato (IP3). Independientemente del mecanismo de aumento, el mecanismo descendente sigue siendo el mismo.

1. El Ca2+ se une a una molécula llamada calmodulina.
2. El complejo Ca2+-calmodulina activa posteriormente una enzima llamada cinasa de cadena ligera de miosina. (Las quinasas sirven para la fosforilación).
3. Entonces, la quinasa de cadena ligera de miosina fosforila (añade un grupo fosfato) a la miosina.
4. La miosina fosforilada se une a la actina y comienza la contracción mediante el ciclo de puentes cruzados mencionado anteriormente en el músculo esquelético. Nota: El mecanismo de utilización del ATP para la contracción muscular en el músculo esquelético es el mismo en el músculo liso.
5. Una disminución de la actividad intracelular y un aumento de la actividad de una enzima llamada fosfatasa de la cadena ligera de la miosina (elimina el fosfato de la miosina) produce la relajación.

La disminución intracelular al ser bombeada de vuelta al RS por las bombas ATPasa o por los intercambiadores Na+/Ca2+ en la superficie celular.

Nota: Las hormonas que producen contracción o relajación del músculo liso, lo hacen modulando la fosfatasa intracelular o de cadena ligera de miosina. Por ejemplo, el óxido nítrico proporciona relajación al aumentar la actividad de la fosfatasa de cadena ligera de miosina.

Miocito del músculo cardíaco

La fisiología del miocito cardíaco es más intrincada que la del músculo esquelético o liso, aunque comparte algunas similitudes. El miocito cardíaco contiene sarcómeros como el músculo esquelético, por lo tanto, es estriado. El mecanismo de acortamiento del miocito muscular es el mismo que el del músculo esquelético mencionado anteriormente. Los miocitos cardíacos tienen estructuras únicas que son vitales para el buen funcionamiento del corazón. Los discos intercalados, presentes en la periferia de la célula, mantienen la adhesión entre los miocitos. Las uniones de brecha, presentes en los discos intercalados, permiten la comunicación eléctrica entre las células. La rápida propagación del potencial despolarizante entre las células adyacentes contribuye a las contracciones coordinadas, lo que es vital para la supervivencia. Los miocitos cardíacos también contienen túbulos T. Sin embargo, a diferencia del músculo esquelético, un túbulo T se une a una cisterna terminal en una disposición en díada. El retículo sarcoplásmico está presente en los miocitos cardíacos y también cumple la función de almacenamiento de Ca2+.

El potencial de acción en un miocito cardíaco es único. Consta de una fase de reposo denominada fase 4, que se mantiene por la permeabilidad celular al potasio (K+) fuera de la célula. A la fase 4 le sigue la fase 0, que se caracteriza por una rápida subida/despolarización debida a la apertura de los canales de Na+ activados por voltaje y a la entrada de Na+ en la célula. La fase 1 es la repolarización inicial causada por el cierre de los canales de Na+ y la apertura de los canales de K+ activados por voltaje. La fase 2 se denomina fase de meseta. En la fase 2, el Ca2+ entra en las células a través de los canales de Ca2+ activados por voltaje, mientras que el K+ sigue saliendo de la célula. Este equilibrio de cationes entrantes y salientes mantiene la fase de meseta. En la fase 3, los canales de Ca2+ se cierran y el rápido eflujo a través de los canales de K+ abiertos da lugar a la repolarización de la célula.

El miocito cardíaco puede recibir su estímulo de las células marcapasos cardíacas del nodo SA o AV, del haz de His, de las ramas del haz o de las células de Purkinje.

1. El potencial de acción de estas células (generalmente el nodo SA y el nodo AV), se propaga a lo largo de la membrana del miocito cardíaco hacia los túbulos T.
2. El Ca2+ entra en la célula durante la fase 2 a través de los canales de Ca2+ de tipo L.
3. La entrada de Ca2+ induce la liberación de Ca2+ del SR, también llamada liberación de Ca2+ inducida.
4. Las concentraciones de Ca2+ aumentan, y puede unirse a la Troponina C y provocar el ciclo de puentes cruzados de miosina/actina mencionado anteriormente en la sección del miocito esquelético.
5. La relajación se produce cuando el Ca2+ es captado en el RE por las bombas Ca2+-ATPasa o por los intercambiadores Na+/Ca2+ de la membrana celular.

La tensión del músculo cardíaco y la capacidad de contracción son directamente proporcionales a la concentración de Ca2+ intracelular. Así, los factores que aumentan el Ca2+ intracelular provocan un aumento de la fuerza de contracción. Por ejemplo, con el aumento de la frecuencia cardíaca, el Ca2+ comienza a acumularse en el miocito y da lugar a contracciones cardíacas más fuertes también. La precarga es un término que designa el volumen diastólico final (clásicamente relacionado con la presión de la aurícula derecha). Cuando un mayor volumen de sangre llena una cámara del corazón, los miocitos se estiran y se producen contracciones más fuertes. Este fenómeno se denomina relación Frank-Starling y puede estar relacionado con un aumento de la concentración de Ca2+ inducido por el estiramiento. Esta relación hace coincidir el retorno venoso al corazón y el gasto cardíaco del corazón. La poscarga es la presión contra la que deben contraerse los miocitos. La velocidad máxima de contracción disminuye con el aumento de la poscarga.