E12 Sistema muscular

Tópico

El músculo esquelético es el actuador mecánico del cuerpo: convierte la energía química almacenada en el ATP en fuerza y en trabajo mecánico. Cuando un músculo se activa, genera una fuerza determinada mientras se acorta a una velocidad determinada, y estas dos cantidades, la fuerza y la velocidad de acortamiento, no son independientes entre sí: cuanto mayor es la carga que el músculo debe mover, y por lo tanto mayor la fuerza que debe generar, más lento se acorta ese músculo.

Esta relación entre la fuerza y la velocidad de acortamiento tiene una forma característica: cuando la carga es nula, el músculo se acorta a su velocidad máxima porque no tiene que generar ninguna fuerza contra una resistencia externa; cuando la carga es tan grande que el músculo no logra acortarse en absoluto, la velocidad de acortamiento cae a cero y el músculo genera, en esa condición, la fuerza máxima que es capaz de producir, lo que se conoce como una contracción isométrica. Entre estos dos extremos, a medida que la carga aumenta desde cero, la velocidad de acortamiento disminuye progresivamente mientras la fuerza generada aumenta, y existe un punto intermedio de carga, bastante por debajo de la carga que produce la fuerza máxima, en el que el producto de la fuerza por la velocidad —la potencia mecánica que el músculo entrega— alcanza su valor más alto.

Además de depender de la velocidad de acortamiento, la fuerza máxima que un músculo puede generar en un instante dado depende también de qué tan estirada está la unidad contráctil microscópica que se repite a lo largo de cada fibra muscular, el sarcómero. Existe una longitud óptima del sarcómero en la que el solapamiento entre sus dos proteínas contráctiles, la actina y la miosina, es máximo, y en esa longitud óptima el número de puentes cruzados que se pueden formar entre ambas proteínas es también máximo, de modo que la fuerza que el sarcómero puede generar es la mayor posible. Si el sarcómero se estira por encima de esa longitud óptima, o si se acorta por debajo de ella, el solapamiento entre la actina y la miosina disminuye, se forman menos puentes cruzados activos y la fuerza que el sarcómero puede generar cae en ambas direcciones. Esta misma relación entre la longitud del sarcómero y la fuerza que puede generar es la que explica, en el músculo del corazón, por qué un mayor llenado del ventrículo antes de contraerse aumenta la fuerza de contracción del latido siguiente, hasta el mismo punto óptimo de estiramiento del sarcómero a partir del cual ese beneficio deja de crecer.

Cuando un músculo se mantiene activo de forma sostenida, la fuerza máxima que es capaz de generar en cada momento va disminuyendo progresivamente, un fenómeno conocido como fatiga muscular. Esta fatiga se acumula mientras el músculo está activo y se recupera mientras el músculo está en reposo, pero lo hace a ritmos muy distintos: la fatiga se acumula mucho más rápido de lo que se recupera, de modo que un músculo necesita mucho más tiempo de reposo para recuperarse por completo del que necesitó de actividad para fatigarse. Esta fatiga tiene, a su vez, mecanismos que ocurren dentro del propio músculo, como la acumulación de productos de desecho de la contracción y el agotamiento de las reservas de energía almacenada en la fibra muscular, y mecanismos que ocurren en el sistema nervioso, como una reducción de la señal que el cerebro envía hacia el músculo para mantenerlo activo.

La fuerza que un músculo genera no depende solo de la carga, de la longitud del sarcómero y del grado de fatiga, sino también de con qué frecuencia llegan al músculo los estímulos nerviosos que lo activan. Un único estímulo nervioso produce una contracción breve y de baja fuerza; pero cuando los estímulos nerviosos llegan uno detrás de otro antes de que la contracción anterior termine de relajarse, sus fuerzas se van sumando en el tiempo, y a partir de una frecuencia de estimulación suficientemente alta, esas contracciones individuales se fusionan por completo en una única contracción sostenida de fuerza mucho mayor que la de un solo estímulo, lo que se conoce como tétanos muscular. Esta sumación temporal es, de hecho, el mecanismo principal con el que el sistema nervioso gradúa cuánta fuerza produce un músculo en la vida diaria, aumentando tanto el número de fibras musculares activadas como la frecuencia con la que cada una de ellas es estimulada.

Como la actividad eléctrica que recorre el músculo cuando se activa está directamente relacionada con cuántas fibras musculares están siendo reclutadas y con qué frecuencia se están estimulando, registrar esa actividad eléctrica desde la piel que recubre el músculo, lo que se conoce como electromiografía, permite estimar indirectamente la fuerza que el músculo está generando sin necesidad de medirla de forma directa. Dentro de un rango intermedio de esfuerzo, ni demasiado bajo ni cercano al esfuerzo máximo que la persona es capaz de hacer, la fuerza que genera el músculo crece de forma aproximadamente proporcional a la intensidad de esa señal eléctrica registrada, lo que hace de la electromiografía una herramienta práctica para estimar la fuerza muscular en situaciones donde medirla directamente no es posible.

De toda la energía química que el músculo consume del ATP para generar fuerza y trabajo mecánico, solo una fracción minoritaria, entre una quinta y una tercera parte, se convierte efectivamente en trabajo mecánico útil; el resto de esa energía química se disipa como calor dentro del propio músculo. Esta disipación de calor tiene consecuencias directas sobre la temperatura del cuerpo: durante un ejercicio intenso, la cantidad de calor que el músculo produce puede llegar a superar con creces la que el cuerpo produce en reposo, y el cuerpo necesita entonces disipar ese calor de forma activa mediante la sudoración y la dilatación de los vasos sanguíneos de la piel para evitar que la temperatura corporal suba demasiado. En el extremo opuesto, cuando el cuerpo está expuesto al frío, ese mismo calor que el músculo genera al contraerse se aprovecha deliberadamente para mantener la temperatura corporal, y el temblor no es más que una serie de contracciones musculares repetidas cuyo propósito principal ya no es generar fuerza útil sino generar calor.

En conjunto, todos estos mecanismos del músculo esquelético —la relación entre fuerza y velocidad de acortamiento, la relación entre la longitud del sarcómero y la fuerza generada, la fatiga y su recuperación asimétrica, la sumación temporal que produce el tétanos, la relación entre la actividad eléctrica y la fuerza, y la eficiencia mecánica con la que se disipa calor— son los que la fisiología del ejercicio y la rehabilitación usan en conjunto para entrenar, evaluar y recuperar la función muscular de una persona. Elegir la carga a la que se entrena a un atleta tiene en cuenta en qué punto de la relación fuerza-velocidad se busca desarrollar más potencia; medir la electromiografía permite seguir la fatiga muscular durante un esfuerzo sostenido; y entender la producción de calor del músculo orienta cómo un atleta debe hidratarse y refrigerarse durante el ejercicio intenso. De este modo, el mismo músculo esquelético que actúa como el actuador mecánico del cuerpo, convirtiendo ATP en fuerza y trabajo, termina siendo, a través de estos mismos mecanismos, lo que la clínica y el entrenamiento deportivo miden y ajustan para optimizar el rendimiento y la recuperación de ese mismo músculo.

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