Acoplamiento excitación-contracción del músculo esquelético

El acoplamiento excitación-contracción es la secuencia de eventos que vincula un potencial de acción eléctrico en la membrana muscular con el evento mecánico de la contracción. En el músculo esquelético, la señal viaja a lo largo de la membrana superficial y hacia los túbulos transversos, desencadena la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico, y ese calcio activa la maquinaria contráctil.

Definition

El acoplamiento excitación-contracción es el proceso fisiológico por el cual un potencial de acción en la membrana del músculo esquelético se convierte, mediante la detección de voltaje en el túbulo transverso y la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico, en la activación del aparato contráctil.

Scope

Este tema aborda cómo se detecta el potencial de acción del músculo esquelético en la tríada, cómo se libera y se recupera el calcio del retículo sarcoplásmico, y cómo el calcio regula el filamento delgado para iniciar y terminar la contracción. Se trata de una descripción de referencia y educativa del proceso de acoplamiento en el músculo esquelético, no de una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo llega el potencial de acción superficial al interior de la fibra?
• ¿Cómo se traduce la despolarización de la membrana en la liberación de calcio en el músculo esquelético?
• ¿Cómo activa y desactiva el calcio el aparato contráctil?
• ¿Cómo se elimina el calcio para permitir la relajación?

Key concepts

• Túbulo transverso (T)
• Retículo sarcoplásmico
• Unión de la tríada
• Receptor de dihidropiridina (sensor de voltaje)
• Receptor de rianodina (canal de liberación de calcio)
• Regulación por troponina-tropomiosina
• Recaptación de calcio por SERCA y relajación

Key theories

Regulación del filamento delgado por el calcio

El calcio liberado en el citoplasma se une a la troponina C, alejando la tropomiosina de los sitios de unión a miosina de la actina y permitiendo así el ciclo de puentes cruzados; la reducción del calcio invierte el interruptor y produce la relajación.

Acoplamiento sensor de voltaje / liberación de calcio en la tríada

La despolarización del túbulo transverso es detectada por el receptor de dihidropiridina, el cual en el músculo esquelético está acoplado mecánicamente al receptor de rianodina en el retículo sarcoplásmico, desencadenando la liberación de calcio en la unión de la tríada.

Mechanisms

Cuando un potencial de acción alcanza la fibra muscular esquelética, se propaga a lo largo de la membrana superficial y hacia el interior a lo largo de los túbulos transversos, que discurren cerca de las cisternas terminales del retículo sarcoplásmico en estructuras denominadas tríadas. La despolarización es detectada por los receptores de dihidropiridina sensibles al voltaje en la membrana del túbulo T, los cuales en el músculo esquelético están acoplados mecánicamente a los receptores de rianodina en el retículo sarcoplásmico; esto abre los receptores de rianodina y libera el calcio almacenado en el citoplasma. El calcio se une a la troponina C, desplazando la tropomiosina de los sitios de unión a miosina de la actina y permitiendo el ciclo de puentes cruzados y la contracción. La relajación se produce cuando el calcio es bombeado de nuevo al retículo sarcoplásmico por la SERCA calcio ATPasa, reduciendo el calcio citoplasmático para que la tropomiosina bloquee de nuevo la formación de puentes cruzados.

Clinical relevance

Dado que el acoplamiento depende de canales de membrana específicos y de proteínas que manejan el calcio, su comprensión proporciona una base para los trastornos de la liberación de calcio y para las afecciones que afectan la tríada, así como para interpretar cómo la fatiga altera el manejo del calcio. Se presenta como fisiología de referencia, no como criterios diagnósticos o consejos de tratamiento.

Evidence & guidelines

La descripción se basa en estudios estructurales y fisiológicos de la tríada y del manejo del calcio, así como en revisiones autorizadas como las de Franzini-Armstrong y Jorgensen (1994) y Gordon y colaboradores (2000). Se trata de ciencia básica mecanicista más que de evidencia clínica regida por guías; algunas fuentes fundamentales se citan por referencia cuando no se disponía de un DOI verificado.

History

El papel del calcio como desencadenante que activa las proteínas contráctiles fue establecido por el trabajo de Ebashi y Endo en la década de 1960 sobre el sistema troponina-tropomiosina. La base estructural del acoplamiento en la tríada, y la asociación entre el sensor de voltaje del túbulo T (receptor de dihidropiridina) y el canal de liberación de calcio del retículo sarcoplásmico (receptor de rianodina), se clarificó a través de los estudios estructurales de Franzini-Armstrong y los estudios fisiológicos de Ríos y otros, proporcionando la imagen moderna del acoplamiento excitación-contracción del músculo esquelético.

Debates

¿Cómo se acopla el sensor de voltaje a la liberación de calcio?

Si la liberación en el músculo esquelético es impulsada principalmente por el acoplamiento mecánico directo entre los receptores de dihidropiridina y rianodina, frente a la liberación de calcio inducida por calcio como en el músculo cardíaco, fue una cuestión central resuelta en gran medida a favor del acoplamiento mecánico para las fibras esqueléticas.

Key figures

• Clara Franzini-Armstrong
• Setsuro Ebashi
• Makoto Endo
• Eduardo Rios
• Andrew Gordon

Seminal works

• ebashi-endo-1968
• franzini-armstrong-1994
• gordon-2000

Frequently asked questions

¿Qué hace el acoplamiento excitación-contracción?

Conecta el potencial de acción eléctrico de la membrana muscular con la contracción mecánica, al desencadenar la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico que activa las proteínas contráctiles.

¿Por qué el calcio es fundamental para la contracción muscular?

El calcio se une a la troponina y desplaza la tropomiosina de los sitios de unión de la actina, permitiendo que los puentes cruzados de miosina realicen su ciclo. La eliminación del calcio de nuevo al retículo sarcoplásmico detiene el ciclo y permite que el músculo se relaje.