el acoplamiento excitación-contracción en el músculo esquelético

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  • Biomdica

    ISSN: 0120-4157

    biomedica@ins.gov.co

    Instituto Nacional de Salud

    Colombia

    Caldern-Vlez, Juan Camilo; Figueroa-Gordon, Lourdes Carolina

    El acoplamiento excitacin-contraccin en el msculo esqueltico: preguntas por responder a pesar

    de 50 aos de estudio

    Biomdica, vol. 29, nm. 1, marzo, 2009, pp. 140-160

    Instituto Nacional de Salud

    Bogot, Colombia

    Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84311628017

    Cmo citar el artculo

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    http://www.redalyc.org/revista.oa?id=843http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84311628017http://www.redalyc.org/comocitar.oa?id=84311628017http://www.redalyc.org/fasciculo.oa?id=843&numero=11628http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=84311628017http://www.redalyc.org/revista.oa?id=843http://www.redalyc.org

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    Caldern-Vlez JC, Figueroa-Gordon LC

    REVISIN DE TEMA

    El acoplamiento excitacin-contraccin en el msculo esqueltico: preguntas por responder a pesar de

    50 aos de estudioJuan Camilo Caldern-Vlez1,2, Lourdes Carolina Figueroa-Gordon2

    1 Departamento de Fisiologa y Bioqumica, Grupo de Fisiologa del Ejercicio, Facultad de Medicina, Universidad de Antioquia, Medelln, Colombia.

    2 Laboratorio de Fisiologa Celular, Centro de Biofsica y Bioqumica, Instituto Venezolano de Investigaciones Cientficas,EstadoMiranda,Venezuela.

    Elmecanismo de acoplamiento excitacin-contraccin fue definido en elmsculo esquelticocomolasecuenciadeeventosqueocurredesdelageneracindelpotencialdeaccinenlafibramuscular hasta que se inicia la generacin de tensin. La regulacin e interaccin de dichos eventosentreshasidoestudiadadurantelosltimos50aosutilizandodiferentestcnicas,conlas cuales se estableci la importancia y origen del ion calcio como activador contrctil, se conocen las principales protenas involucradas y se inici el estudio de la base ultraestructural y de la regulacin farmacolgica; adems, hay evidencias de que el acoplamiento excitacin-contraccin se altera en diferentes situaciones como en el envejecimiento, en la fatiga muscular y en algunas enfermedadesmusculares.Sinembargo,anhayvariaspreguntasporresponder:cmoeseldesarrolloyenvejecimientodelmecanismodeacoplamientoexcitacin-contraccin?,culessupapelenlafatigamuscularyenalgunasenfermedadesmusculares?,culeslanaturalezadelainteraccin entre diferentes protenas involucradas en el acoplamiento excitacin-contraccin? Lapresenterevisindescribeelacoplamientoexcitacin-contraccinenelmsculoesquelticoylas tcnicas utilizadas para su estudio como introduccin para discutir algunas de las preguntas queanfaltaporresponderalrespecto.

    Palabras clave:msculoesqueltico,contraccinmuscular, relajacinmuscular,calcio,canalliberador de calcio, canales de calcio tipo L, receptor de rianodina, fatiga muscular.

    Excitation-contraction coupling in skeletal muscle: questions remaining after 50 years of research

    Theexcitation-contractioncouplingmechanismwasdefinedastheentiresequenceofreactionslinking excitation of plasma membrane to activation of contraction in skeletal muscle. By using differenttechniques,theirregulationandinteractionshavebeenstudiedduringthelast50years,defininguntilnowtheimportanceandoriginofthecalciumionasacontractileactivatorandthemain proteins involved in the whole mechanism. Furthermore, the study of the ultrastructural basis and pharmacological regulation of the excitation-contraction coupling phenomenon has begun. The excitation-contraction coupling is thought to be altered in situations as ageing, muscle fatigue and some muscle diseases. However, many questions remain to be answered. For example, (1) How excitation-contraction coupling develops and ages? (2) What role does it play in muscle fatigue and other diseases? (3) What is the nature of the interaction between the proteins believed to be involved? The present review describes excitation-contraction coupling in skeletal muscle and techniques used to better understand it as an introduction for discussing unanswered questions regarding excitation-contraction coupling.

    Key words: muscle, skeletal; muscle contraction, muscle relaxation, calcium, ryanodine receptor calcium release channel, dihydropyridine receptors, muscle fatigue

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    Acoplamiento excitacin-contraccin

    El fenmeno de acoplamiento excitacin-contrac-cin fue definido por Alexander Sandow comola secuencia de eventos que ocurre desde la generacin del potencial de accin en la fibramuscular hasta que se inicia la generacin de tensin (1,2). Desde sus trabajos clsicos en msculo esqueltico hasta ahora han pasadomsde50aos,duranteloscualeslastcnicaspara el estudio de este fenmeno han mejorado su poder de resolucin y discriminacin a nivel molecular, y se ha acumulado una gran cantidad de informacin sobre sus bases morfolgicas, su importancia fisiolgica y su modulacinfarmacolgica (3), inicialmente en anfibios yrecientemente en mamferos. Ciertos aspectos se han vuelto a investigar utilizando equipos que ofrecen mejor resolucin temporal y espacial, y compuestoscomolosindicadoresfluorescentesde calcio (Ca2+) rpidos (debajaafinidad),quepermiten evaluar la cintica de los movimientos de Ca2+ de forma ms cercana a lo que sucede en la clula. Algunas preguntas interesantes apenas sehanempezadoaabordarenlaltimadcadacon el desarrollo de tcnicas ms potentes de investigacin como la biologa molecular.

    Persisten tambin importantes preguntas concer-nientes al desarrollo y regulacin del mecanismo deacoplamientoexcitacin-contraccinenfibrasdemsculoesqueltico,sualteracinypapelenfenmenos como el de fatiga y envejecimiento muscular, la naturaleza de la interaccin de algunas molculas entre s dentro de la secuencia de eventos de dicho acoplamiento y su posible modulacin farmacolgica.

    El mecanismo de acoplamiento excitacin-contraccin en el msculo esqueltico

    El ion Ca2+ es un segundo mensajero intracelular en las clulas eucariotas (4). La homeostasis del Ca2+celularysusealizacinsonelresultadodeinteracciones dinmicas entre mecanismos que

    conllevan a un incremento en la concentracin intracelular de Ca2+ y mecanismos que tienden a disminuirla, mediados por una diversidad de bombas y transportadores que se localizan en la membrana plasmtica y en organelos intracelulares, como el retculo sarcoplsmico y la mitocondria, y por protenas citoslicas que unen Ca2+. En el caso particular de los msculos estriados, los mecanismos decontraccin y relajacin estn regulados por cambios en la concentracin del Ca2+ libre cito-plsmico(omioplsmico)(5-9).Elfenmenodeacoplamiento excitacin-contraccin representa una comunicacin rpida entre los eventos elctricos que ocurren en la membrana plasmtica o plasmalema y la liberacin de Ca2+ del retculo sarcoplsmico, la cual lleva a la contraccin muscular(transduccindeunasealelctricaenuna respuesta mecnica).

    La secuencia de eventos del acoplamiento excitacin-contraccinenelmsculoesquelticoinvolucra: iniciacin y propagacin de un potencial de accin a lo largo de la membrana plasmtica, propagacin del potencial a lo largo del sistema de tbulos transversos o tbulosT, deteccin de los cambios en el potencial de membrana por parte de los receptores de dihidropiridinas (dihydropyridine receptors, DHPR),transmisindelasealalosreceptoresde rianodina (ryanodine receptors, RyR) del retculo sarcoplsmico, liberacin de Ca2+ del retculo sarcoplsmico, aumento transitorio de la concentracin de Ca2+ en el citoplasma, activacin transitoria del sistema amortiguador de Ca2+ y del aparato contrctil y recaptura del Ca2+ por el retculo sarcoplsmico (2,10,11).

    Enlasclulasmuscularesesquelticasdeanfibiola distribucin y conductancia diferencial de iones a travs de la membrana, principalmente K+ y Cl-, genera un potencial de reposo de -90 mV; el interior celular es negativo con respecto al medio externo (12).

    Elpotencialdeaccinde lasfibrasmuscularesse inicia por la accin del neurotransmisor acetilcolina liberado en la placa motora por una neurona motora inferior, lo cual origina una despolarizacin de la membrana de hasta

    Correspondencia: Juan Camilo Caldern-Vlez, Instituto Venezolano de Investigaciones Cientficas, Carretera Panamericana, km11, Altos del Pipe, Estado Miranda, Venezuela. Telfono:(0058)212-504-1217;fax:(0058)212-504-1764jcalderonv00@yahoo.com

    Recibido:05/06/08;aceptado:27/11/08

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    100 mV, mediante cambios de conductancia dependientes de voltaje inicialmente del Na+ y, luego, con cierto retraso, del K+ (12,13).

    El potencial de accin generado en la membrana plasmtica se propaga longitudinalmente a lo largodelafibraytransversalmenteatravsdelostbulosT,medianteunprocesoregenerativoy dependiente de sodio (14,15). Los tbulos Tson invaginaciones de la membrana plasmtica queseextiendentransversalmenteenlasfibrasmusculares y sirven como medio para llevar infor-macin elctrica desde la superficie hasta elinteriordelafibramuscular,particularmentehaciala membrana del retculo sarcoplsmico (16).

    En los tbulos T, especficamente en los seg-mentos asociados con el retculo sarcoplsmico, se encuentran los receptores de dihidropiridinas o canales de Ca2+ tipo L la estructura conformada por un tbulo T y los segmentosde retculo endoplsmico que lo flanquean seconoce como trada, cuya funcin est regulada por el potencial de membrana, por lo cual se conocen tambin como sensores de voltaje, que induce un cambio en su conformacin an nocompletamente aclara