CAPITULO 8

Excitación y contracción del músculo liso

CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO LISO

El musculo liso, que está formado por fibras mucho menores, habitualmente de 1 a 5 μm de diámetro y de solo 20 a 500 μm de longitud. Por el contrario, las fibras musculares esqueléticas tienen un diámetro hasta 30 veces mayor y una longitud cientos de veces mayor. Muchos de los mismos principios de la contracción se aplican al músculo liso y al músculo esquelético. Lo que es más importante, esencialmente las mismas fuerzas de atracción entre los filamentos de miosina y actina producen la contracción en el músculo liso y en el músculo esquelético, pero la disposición física interna de las fibras musculares lisas es diferente.

Músculo liso multiunitario

Este tipo de músculo liso está formado por fibras musculares lisas separadas y discretas. Cada una de las fibras actúa independientemente de las demás y con frecuencia está inervada por una única terminación nerviosa, como ocurre en las fibras musculares esqueléticas. Además, la superficie externa de estas fibras, como en el caso de las fibras musculares esqueléticas, está cubierta por una capa delgada de sustancia similar a una membrana basal, una mezcla de colágeno fino y glucoproteínas que aísla las fibras separadas entre sí.

Las características fundamentales de las fibras musculares lisas multiunitarias son que cada una de las fibras se puede contraer independientemente de las demás, y que su control se ejerce principalmente por señales nerviosas. Por el contrario, una parte importante del control del músculo liso unitario es ejercida por estímulos no nerviosos. Algunos ejemplos de músculo liso multiunitario son el músculo ciliar del ojo, el músculo del iris del ojo y los músculos piloerectores que producen la erección del pelo cuando los estimula el sistema nervioso simpático.

Músculo liso unitario

Este tipo se denomina músculo liso sincitial o músculo liso visceral. El término «unitario» es confuso porque no se refiere a fibras musculares únicas. Por el contrario, se refiere a una masa de cientos a miles de fibras musculares lisas que se contraen juntas como una única unidad.

Las fibras habitualmente están dispuestas en láminas o fascículos, y sus membranas celulares están adheridas entre sí en múltiples puntos, de modo que la fuerza que se genera en una fibra muscular se puede transmitir a la siguiente. Además, las membranas celulares están unidas por muchas uniones en hendidura a través de las cuales los iones pueden fluir libremente desde una célula muscular a otra, de modo que los potenciales de acción o el flujo iónico simple sin potenciales de acción puede viajar desde una fibra a otra y hacer que las fibras musculares se contraigan simultáneamente. Este tipo de músculo liso también se conoce como músculo liso sincitial debido a sus interconexiones sincitiales entre las fibras. También se denomina músculo liso visceral porque se encuentra en la pared de la mayor parte de las vísceras del cuerpo, por ejemplo el aparato digestivo, las vías biliares, los uréteres, el útero y muchos vasos sanguíneos.

MECANISMO CONTRÁCTIL EN EL MÚSCULO LISO

Base química de la contracción del músculo liso

El músculo liso contiene filamentos tanto de actina como de miosina, que tienen características químicas similares a los filamentos de actina y miosina del músculo esquelético. No contiene el complejo de troponina necesario para el control de la contracción del músculo esquelético, de modo que el mecanismo de control de la contracción es diferente.

Estudios químicos han mostrado que los filamentos de actina y miosina del músculo liso interactúan entre sí de manera muy similar a como lo hacen en el músculo esquelético. Además, el proceso contráctil es activado por los iones calcio, y el trifosfato de adenosina (ATP) se degrada a difosfato de adenosina (ADP) para proporcionar la energía para la contracción.

Sin embargo, hay diferencias importantes entre la organización física del músculo liso y la del músculo esquelético, así como diferencias en el acoplamiento excitación-contracción, el control del proceso contráctil por los iones calcio, la duración de la contracción y la cantidad de energía necesaria.

• Comparación de la contracción del músculo liso con la contracción del músculo estriado

Aunque la mayoría de los músculos esqueléticos se contraen y relajan rápidamente, muchas de las contracciones del músculo liso son contracciones tónicas prolongadas, que a veces duran horas o incluso días. Por tanto, cabe esperar que las características físicas y químicas de la contracción del músculo liso sean diferentes de las del músculo esquelético.

• Ciclado lento de los puentes cruzados de miosina

La rapidez del ciclado de los puentes transversos de miosina en el músculo liso (es decir, su unión a la actina, su posterior liberación de la actina y su nueva unión para el siguiente ciclo) es mucho más lenta que en el músculo esquelético; de hecho, la frecuencia es tan baja como 1/10 a 1/300 de la del músculo esquelético. A pesar de todo, se piensa que la fracción de tiempo que los puentes cruzados permanecen unidos a los filamentos de actina, que es un factor importante que determina la fuerza de la contracción, está muy aumentada en el músculo liso. Una posible razón del ciclado lento es que las cabezas de los puentes cruzados tienen una actividad ATPasa mucho menor que en el músculo esquelético, de modo que la degradación del ATP que aporta energía a los movimientos de las cabezas de los puentes cruzados está muy reducida, con el consiguiente enlentecimiento de la frecuencia de ciclado.

• Baja necesidad de energía para mantener la contracción del músculo liso

Para mantener la misma tensión de contracción en el músculo liso que en el músculo esquelético solo es necesario de 1/10 a 1/300 de energía. También se piensa que esto se debe al lento ciclado de unión y separación de los puentes cruzados y a que solo es necesaria una molécula de ATP para cada ciclo, independientemente de su duración.

La baja utilización de energía por el músculo liso es importante para la economía energética global del cuerpo, porque órganos como los intestinos, la vejiga urinaria, la vesícula biliar y otras vísceras con frecuencia mantienen una contracción muscular tónica casi indefinidamente.

• Lentitud del inicio de la contracción y relajación del tejido muscular liso total

Un tejido muscular liso típico comienza a contraerse de 50 a 100 ms después de ser excitado, alcanza la contracción completa aproximadamente 0,5 s después, y después la fuerza contráctil disminuye en 1 a 2 s más, dando un tiempo total de contracción de 1 a 3 s. Este tiempo es aproximadamente 30 veces más prolongado que una contracción única de una fibra muscular esquelética media. Sin embargo, como hay tantos tipos de músculo liso, la contracción de algunos tipos puede ser tan corta como 0,2 s o tan larga como 30 s.

El inicio lento de la contracción del músculo liso, así como su contracción prolongada, está producido por la lentitud de la unión y la separación de los puentes cruzados a los filamentos de actina. Además, el inicio de la contracción en respuesta a los iones calcio es mucho más lento que en el músculo esquelético.

• La fuerza máxima de contracción muscular es a menudo mayor en el músculo liso que en el músculo esquelético

A pesar de la escasez relativa de filamentos de miosina en el músculo liso, y a pesar del tiempo lento de ciclado de los puentes cruzados, la fuerza máxima de contracción del músculo liso es con frecuencia mayor que la del músculo esquelético, hasta 4 a 6 kg/cm2 de área transversal para el músculo liso, en comparación con 3 a 4 kg para el músculo esquelético. Esta gran fuerza de la contracción del músculo liso se debe al período prolongado de unión de los puentes cruzados de miosina a los filamentos de actina.

• Tensión-relajación del músculo liso

Otra característica importante del músculo liso, especialmente del tipo unitario visceral de músculo liso de muchos órganos huecos, es su capacidad de recuperar casi su fuerza de contracción original segundos a minutos después de que haya sido alargado o acortado. Por ejemplo, un aumento súbito del volumen de la vejiga urinaria, que produce distensión del músculo liso de la pared de la vejiga, produce un gran aumento inmediato de presión en la vejiga. Sin embargo, en los 15 s a 1 min siguientes, a pesar de la distensión continuada de la pared de la vejiga, la presión casi recupera su nivel original. Posteriormente, cuando se aumenta el volumen en otro escalón, se produce de nuevo el mismo efecto.

Por el contrario, cuando se produce una reducción súbita de volumen, la presión disminuye drásticamente al principio, aunque después aumenta en un plazo de otros pocos segundos o minutos hasta o casi hasta el nivel original. Estos fenómenos se denominan tensión-relajación y tensión-relajación inversa. Su importancia radica en que, excepto durante breves períodos, permiten que un órgano hueco mantenga aproximadamente la misma presión en el interior de su luz a pesar de grandes cambios de volumen sostenidos.

FUENTE DE IONES CALCIO QUE PROVOCAN LA CONTRACCIÓN

Una distinción importante es que el retículo sarcoplásmico, que proporciona prácticamente todos los iones calcio para la contracción, musculoesquelética, está desarrollado solo ligeramente en la mayor parte del músculo liso. En su lugar, la mayoría de los iones calcio que provocan la contracción entran en la célula muscular desde el líquido extracelular en el momento del potencial de acción u otro estímulo. Es decir, la concentración de iones calcio en el líquido extracelular es superior a 10−3 molar, en comparación con un valor inferior a 10−7 molar en el interior de la célula muscular lisa; esta situación origina una rápida difusión de los iones calcio en la célula desde el líquido extracelular cuando se abren los canales de calcio. El tiempo necesario para que tenga lugar esta difusión se sitúa, en promedio, entre 200 y 300 ms, y recibe el nombre de período latente, antes de que se inicie la contracción. Este período latente es unas 50 veces superior para el músculo liso que para la contracción del músculo esquelético.

Papel del retículo sarcoplásmico del músculo liso

Algunos retículos sarcoplásmicos muy poco desarrollados que se sitúan cerca de las membranas celulares en algunas células del músculo liso más grandes. Pequeñas invaginaciones de la membrana celular, denominadas cavéolas, terminan en las superficies de estos túbulos. Las cavéolas sugieren una rudimentaria analogía del sistema de túbulos transversos del músculo esquelético. Cuando se transmite un potencial de acción a las cavéolas, según se cree estimula la liberación de iones calcio desde los túbulos sarcoplásmicos contiguos de la misma forma que los potenciales de acción en los túbulos transversos del músculo esquelético provocan la liberación de iones calcio desde los túbulos sarcoplásmicos transversos. En general, cuanto más extenso es el retículo sarcoplásmico en la fibra de músculo liso más rápidamente se contrae.

La contracción del músculo liso depende de la concentración extracelular de iones calcio

Aunque los cambios en la concentración extracelular de iones calcio con respecto a la concentración normal tienen un efecto escaso en la fuerza de la contracción del músculo esquelético, no sucede así para la mayoría de los músculos lisos. Cuando la concentración extracelular de iones calcio disminuye a aproximadamente entre 1/3 y 1/10 de la normal, la contracción del músculo liso suele cesar. Por tanto, la fuerza de la contracción del músculo liso suele ser muy dependiente de la concentración de los iones calcio en el líquido extracelular.

Se necesita una bomba de calcio para inducir la relajación del músculo liso

Para provocar la relajación del músculo liso después de que se haya contraído es preciso extraer los iones calcio de los líquidos intracelulares. Esta extracción se consigue mediante una bomba de calcio que bombea los iones calcio fuera de la fibra de músculo liso de nuevo al líquido extracelular, o al retículo sarcoplásmico, si estuviera presente. Esta bomba necesita ATP y es de acción lenta en comparación con la bomba de rápida acción del retículo sarcoplásmico en el músculo esquelético. Por consiguiente, una única contracción de músculo liso a menudo dura unos segundos, y no centésimas o décimas de segundo, como sucede en el músculo esquelético.

Anatomía fisiológica de las uniones neuromusculares del músculo liso

Las uniones neuromusculares del tipo muy estructurado que se encuentran en las fibras del músculo esquelético no aparecen en el músculo liso. Por el contrario, las fibras nerviosas autónomas que inervan el músculo liso generalmente se ramifican de manera difusa encima de una lámina de fibras musculares. En la mayoría de los casos estas fibras no establecen contacto directo con la membrana de las células de las fibras musculares lisas, sino que forman las uniones difusas que secretan su sustancia transmisora hacia el recubrimiento de matriz del músculo liso, con frecuencia a una distancia de varios nanómetros a varios micrómetros de las células musculares; después la sustancia transmisora difunde hacia las células. Además, cuando hay muchas capas de células musculares, las fibras nerviosas con frecuencia inervan solo la capa externa. La excitación muscular viaja desde esta capa externa hacia las capas internas por conducción de los potenciales de acción en la masa muscular o mediante difusión adicional de la sustancia transmisora.

Los axones que inervan las fibras musculares lisas no tienen los extremos terminales ramificados típicos que se observan en la placa motora terminal de las fibras musculares esqueléticas. Por el contrario, la mayoría de los axones terminales delgados tiene múltiples varicosidades distribuidas a lo largo de sus ejes. En estos puntos se interrumpen las células de Schwann que rodean a los axones, de modo que se puede secretar la sustancia transmisora a través de las paredes de las varicosidades.

POTENCIALES DE MEMBRANA Y POTENCIALES DE ACCIÓN EN EL MÚSCULO LISO

Potenciales de membrana en el músculo liso

El voltaje cuantitativo del potencial de membrana del músculo liso depende de la situación momentánea del músculo. En el estado de reposo normal el potencial intracelular es de aproximadamente –50 a – 60 mV, alrededor de 30 mV menos negativo que en el músculo esquelético.

Potenciales de acción en el músculo liso unitario

Los potenciales de acción se producen en el músculo liso unitario (como el músculo visceral) de la misma forma que en el músculo esquelético. Normalmente no se producen en la mayoría de los tipos multiunitarios de músculo liso, como se analiza en una sección posterior. ,

Los potenciales de acción del músculo liso visceral se producen en una de dos formas:

1. Potenciales en espiga.
2. Potenciales de acción con meseta.

DESPOLARIZACIÓN DEL MÚSCULO LISO MULTIUNITARIO SIN POTENCIALES DE ACCIÓN

Las fibras musculares lisas del músculo liso multiunitario (como el músculo del iris del ojo o el músculo erector de cada uno de los cabellos) normalmente se contraen sobre todo en respuesta a estímulos nerviosos. Las terminaciones nerviosas secretan acetilcolina en el caso de algunos músculos lisos multiunitarios y noradrenalina en el caso de otros. En ambos casos, las sustancias transmisoras producen despolarización de la membrana del músculo liso, y esto a su vez produce la contracción. Habitualmente no se producen potenciales de acción, porque las fibras son demasiado pequeñas para generar un potencial de acción. (Cuando se producen potenciales de acción en el músculo liso unitario visceral, se deben despolarizar simultáneamente de 30 a 40 fibras musculares antes de que se produzca un potencial de acción autopropagado.) Sin embargo, en las células musculares lisas pequeñas, incluso sin potencial de acción, la despolarización local (denominada potencial de la unión) que produce la propia sustancia transmisora nerviosa se propaga “electrotónicamente” en toda la fibra y es lo único necesario para producir la contracción muscular.

• Efectos de las hormonas sobre la contracción del músculo liso

Muchas de las hormonas circulantes en la sangre afectan en cierto grado a la contracción del músculo liso, y algunas tienen efectos profundos. Entre las más importantes se encuentran la noradrenalina, la adrenalina, la angiotensina II, la endotelina, la vasopresina, la oxitocina, la serotonina y la histamina.

Una hormona produce contracción del músculo liso cuando la membrana de la célula muscular contiene receptores excitadores activados por hormonas para esa hormona. Por el contrario, la hormona produce inhibición si la membrana contiene receptores inhibidores para ella en lugar de receptores excitadores.