Las fibras del músculo esquelético están inervadas por fibras nerviosas mielinizadas grandes que se originan en las motoneuronas grandes de las astas anteriores de la médula espinal. Cada terminación nerviosa forma una unión, denominada unión neuromuscular, con la fibra muscular cerca de su punto medio.
Anatomía fisiológica de la unión neuromuscular: la placa motora terminal
La fibra nerviosa forma un complejo de terminaciones nerviosas ramificadas que se invaginan en la superficie de la fibra muscular, pero que permanecen fuera de la membrana plasmática de la misma. Toda la estructura se denomina placa motora terminal. Esta cubierta por una o más células de Schwann que la aíslan de los líquidos circundantes.
La membrana invaginada se denomina gotiera sináptica o valle sináptico y el espacio que hay entre la terminación y la membrana de la fibra se denomina espacio sináptico o hendidura sináptica. Este espacio mide de 20 a 30 nm de anchura. En el fondo de la gotiera hay numerosos pliegues más pequeños de la membrana de la fibra muscular denominados hendiduras subneurales, que aumentan mucho el área superficial en la que puede actuar el transmisor sináptico.
En la terminación axónica hay muchas mitocondrias que proporcionan trifosfato de adenosina (ATP) que es la fuente de energía que se utiliza para la síntesis de la acetilcolina. En el espacio sináptico hay grandes cantidades de la enzima acetilcolinesterasa.
Secreción de acetilcolina por las terminaciones nerviosas
Cuando un impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, se liberan aproximadamente 125 vesículas de acetilcolina desde las terminaciones hacia el espacio sináptico. En la superficie interna de la membrana neural hay barras densas lineales.
A ambos lados de cada una de estas barras densas hay partículas proteicas que penetran en la membrana neural; son canales de calcio activados por el voltaje.
Los iones calcio ejercen una influencia de atracción sobre las vesículas de acetilcolina, desplazándolas hacia la membrana neural adyacente a las barras densas.
Las vesículas se fusionan con la membrana neural y vacían su acetilcolina hacia el espacio sináptico mediante el proceso de exocitosis.
Efecto de la acetilcolina sobre la membrana de la fibra muscular postsináptica para abrir canales iónicos
Los canales iónicos activados por acetilcolina están localizados casi totalmente mente cerca de las aberturas de las hendiduras subneurales, donde se libera la acetilcolina hacia el espacio sináptico. El complejo está formado por cinco subunidades proteicas, dos proteínas alfa y una proteína beta, una delta y una gamma, que atraviesan la membrana, y están dispuestas en círculo para formar un canal tubular.
El canal activado por acetilcolina tiene un diámetro de aproximadamente 0,65 nm, que es lo suficientemente grande como para permitir que los iones positivos importantes se muevan con facilidad a través de la abertura. Fluyen muchos más iones sodio a través de los canales activados por acetilcolina que de cualquier otro tipo.
El principal efecto de la apertura de los canales activados por la acetilcolina es permitir que grandes cantidades de iones sodio entren al interior de la fibra, desplazando con ellos grandes números de cargas positivas. Esto genera un cambio de potencial positivo local en la membrana de la fibra muscular, denominado potencial de la placa terminal. A su vez, este potencial de la placa terminal inicia un potencial de acción que se propaga a lo largo de la membrana muscular y de esta manera produce la contracción muscular.
Destrucción por la acetilcolinesterasa de la acetilcolina liberada
La acetilcolina sigue activando los receptores de acetilcolina mientras persista en el espacio. Sin embargo, se elimina rápidamente por dos medios:
- La mayor parte de la acetilcolina es destruida por la enzima acetilcolinesterasa.
- Una pequeña cantidad de acetilcolina difunde hacia el exterior del espacio sináptico y ya no está disponible para actuar sobre la membrana de la fibra muscular.
La rápida eliminación de la acetilcolina impide la reexcitación muscular continuada después de que la fibra muscular se haya recuperado de su potencial de acción inicial.
Potencial de la placa terminal y excitación de la fibra muscular esquelética
La rápida entrada de iones sodio en la fibra muscular hace que el potencial eléctrico en el interior de la fibra en la zona local de la placa terminal aumente en dirección positiva hasta 50 a 75 mV, generando un potencial local denominado potencial de la placa terminal.
El curare es un fármaco que bloquea la acción activadora de la acetilcolina sobre los canales de acetilcolina compitiendo con los puntos del receptor de acetilcolina.
La toxina botulínica es un veneno bacteriano que reduce la magnitud de la liberación de acetilcolina por las terminaciones nerviosas.
Factor de seguridad para la transmisión en la unión neuromuscular; fatiga de la unión
Cada impulso que llega a la unión neuromuscular produce un potencial de la placa terminal aproximadamente tres veces mayor que el necesario para estimular la fibra nerviosa. Por tanto, se dice que la unión neuromuscular normal tiene un elevado factor de seguridad. La estimulación de la fibra nerviosa disminuye tanto el número de vesículas de acetilcolina que los impulsos no pueden pasar hacia la fibra nerviosa. Esto se denomina fatiga de la unión neuromuscular.
Biología molecular de la formación y liberación de acetilcolina
Con cada potencial de acción habitualmente se produce la lisis de aproximadamente 125 vesículas. Posteriormente, después de algunos milisegundos, la acetilcolina es escindida por la acetilcolinesterasa en ion de acetato y colina, y la colina se reabsorbe activamente en la terminación neural para ser reutilizada para formar de nuevo acetilcolina. Esta secuencia de acontecimientos se produce en un período de 5 a 10 ms.
Fármacos que potencian o bloquean la transmisión en la unión neuromuscular
- Fármacos que estimulan la fibra muscular por su acción similar a la acetilcolina
La metacolina, carbacol y nicotina, tienen el mismo efecto sobre la fibra muscular que la acetilcolina. Estos fármacos no son destruidos por la colinesterasa, o son destruidos muy lentamente . Actúan produciendo zonas localizadas de despolarización de la membrana de la fibra muscular en la placa motora terminal donde están localizados los receptores de acetilcolina.
- Fármacos que estimulan la unión neuromuscular median- te la inactivación de la acetilcolinesterasa
La neostigmina, fisostigmina y fluorofosfato de diisopropilo, inactivan la acetilcolinesterasa de las sinapsis de modo que ya no pueda hidrolizar la acetilcolina. Por tanto, con cada impulso nervioso sucesivo se acumula una cantidad adicional de acetilcolina, que estimula repetitivamente la fibra muscular. Esto produce espasmo muscular. Neostigmina y fisostigmina se combinan con la acetilcolinesterasa para inactivar la acetilcolinesterasa durante hasta varias horas, en cambio el fluorofosfato de diisopropilo inactiva la acetilcolinesterasa durante semanas, lo que hace que sea un tóxico particularmente letal.
- Fármacos que bloquean la transmisión en la unión neuromuscular
Los fármacos curariformes puede impedir el paso de los impulsos desde la terminación nerviosa hacia el músculo.
Miastenia grave que causa parálisis muscular
La miastenia grave produce parálisis muscular debido a que las uniones neuromusculares no pueden transmitir suficientes señales desde las fibras nerviosas a las fibras musculares. En cuanto a su patogenia, en la sangre se han detectado anticuerpos dirigidos frente a los receptores de acetilcolina.
Es una enfermedad autoinmunitaria en la que los pacientes han desarrollado anticuerpos que bloquean o destruyen sus propios receptores de acetilcolina en la unión neuromuscular postsináptica.
Potencial de acció muscular
Algunos de los aspectos cuantitativos de los potenciales musculares son los siguientes:
- Potencial de membrana en reposo: aproximadamente –80 a –90 mV en las fibras esqueléticas.
- Duración del potencial de acción: 1 a 5 ms en el músculo esquelético.
- Velocidad de conducción: 3 a 5 m/s, aproximadamente 1/13 de la velocidad de conducción de las fibras nerviosas mielinizadas grandes que excitan al músculo esquelético.
Propagación del potencial de acción al interior de la fibra muscular a través de los túbulos transversos
Para producir una contracción muscular máxima la corriente debe penetrar en las zonas profundas de la fibra muscular hasta la vecindad de las miofibrillas individuales. Esto se consigue mediante la transmisión de los potenciales de acción a lo largo de los túbulos transversos (túbulos T). Los potenciales de acción de los túbulos T producen liberación de iones calcio en el interior de la fibra muscular en la vecindad inmediata de las miofibrillas, y estos iones calcio a su vez producen la contracción. Este proceso global se denomina acoplamiento excitacióncontracción.
Acoplamiento excitación-contracción
Sistema de túbulos transversos-retículo sarcoplásmico
Los túbulos T son pequeños y siguen un trayecto transversal a las miofibrillas; se ramifican entre ellos y forman planos completos de de túbulos T que se entrelazan entre todas las miofibrillas individuales. Además, donde los túbulos T se originan en la membrana celular, están abiertos hacia el exterior de la fibra muscular. Por tanto, se comunican con el líquido extracelular que rodea la fibra muscular y contienen líquido extracelular en su luz. Se podría decir que los túbulos T son realmente extensiones internas de la membrana celular. Las corrientes eléctricas que rodean a estos túbulos T producen la contracción muscular.
Hay un retículo sarcoplásmico formado por dos partes principales:
- Grandes cavidades denominadas cisternas terminales, que están junto a los túbulos T.
- Túbulos longitudinales largos que rodean todas las superficies de las miofibrillas que se están contrayendo.
Liberación de iones calcio por el retículo sarcoplásmico
En el interior de sus túbulos vesiculares hay un exceso de iones calcio a una concentración elevada y muchos son liberados desde cada una de las vesículas cuando se produce un potencial de acción en el túbulo T adyacente.
El potencial de acción del túbulo T genera un flujo de corriente hacia las cisternas del retículo sarcoplásmico en su punto de contacto con el túbulo T. Cuando el potencial de acción alcanza al túbulo T, el cambio de voltaje es detectado por receptores de dihidropiridina que están ligados a canales de liberación de calcio, también denominados canales receptores de rianodina, en las cisternas reticulares sarcoplásmicas adyacentes. La activación de los receptores de dihidropiridina provoca la apertura de los canales de liberación de calcio en las cisternas, así como en sus túbulos longitudinales anexos.
Bomba de calcio para retirar los iones calcio del líquido miofibrilar después de que se haya producido la contracción
La contracción muscular continúa mientras los iones calcio permanezcan a una concentración elevada. Una bomba de calcio que actúa continuamente y que está localizada en las paredes del retículo sarcoplásmico bombea iones calcio desde las miofibrillas de nuevo hacia los túbulos sarcoplásmicos.
Además, en el interior del retículo hay una proteína denominada calsecuestrina, que puede unirse a hasta 40 veces más calcio.
Pulso excitador de los iones calcio
El complejo troponina-tropomiosina mantiene inhibidos los filamentos de actina y mantiene el estado relajado del músculo. Por el contrario, la excitación completa del sistema del túbulo T y del retículo sarcoplásmico da lugar a una liberación de iones calcio suficiente como para aumentar la concentración en el líquido miofibrilar.
La duración total de este pulso de calcio en la fibra muscular esquelética normal dura aproximadamente 1/20 de segundo y durante éste se produce la contracción muscular.
Ana Montejo, Fisiología 