1 / 1

    El músculo esquelético es un tejido funcional y estructuralmente complejo y versátil. Las propiedades totales de un músculo resultan de la combinación de propiedades individuales de los diferentes tipos de fibras que lo componen y de las proporciones de cada uno de ellos.

    Los tipos de fibras musculares, los cuales pueden ser definidos por varios parámetros, como por ejemplo, isoformas de las proteínas miofibrilares, perfiles enzimático-metabólicos, y propiedades estructurales y contráctiles, no son unidades estáticas, sino que son estructuras con un extraordinario poder adaptativo, capaces de responder a demandas funcionales alteradas y a una variedad de señales, que conducen a cambios en sus características fenotípicas.

    De una gran variedad de esquemas de clasificación de los tipos de fibras musculares, el más útil para delinearlos, está basado en los perfiles específicos de miosina. Hasta el momento se han identificado 11 isoformas de la cadena pesada de miosina (MHC), y mientras algunas de ellas se encuentran ampliamente distribuidas en los músculos esqueléticos, las llamadas MHCIß, MHCIIa, MHCIId, y MHCIIb, otras parecen expresarse en forma dependiente del tipo de músculo y de la especie, por ejemplo, las fibras "superrápidas" MHCII_m en los músculos masticatorios, la extraocular MHC_com y la tónica-lenta MHCI_ton, en los músculos extraoculares y laríngeos.

    Métodos histoquímicos y análisis electroforéticos de las isoformas MHC han revelado la existencia de fibras musculares "puras" e "híbridas". Las fibras musculares puras contienen una única isoforma MHC, mientras que las fibras híbridas, contienen dos o más isoformas MHC. De acuerdo a las isoformas de MCH encontradas en mayor cantidad en los músculos esqueléticos de mamíferos adultos, se pueden delinear los siguientes tipos puros de fibras: lentas tipo I con MHCIß, la isoforma cardíaca lenta MHC, y tres tipos de fibras rápidas, llamadas tipo IIA, con MHCIIa; tipo IID, con MHCIId y el tipo IIB, con MHCIIb.

    La MHCIId y el tipo de fibra IID se consideran equivalentes a MHCIIx y al tipo de fibra IIX, respectivamente (ambas nomenclaturas coexisten en la literatura).

    Estudios comparativos realizados en varios mamíferos han revelado que al aumentar la masa corporal, se incrementan los niveles de expresión de las isoformas MHC más lentas, a expensas de las isoformas más rápidas. De hecho, los músculos humanos y de otros grandes mamíferos parecen no expresar MCHIIb. Las fibras previamente clasificadas como tipo IIB en los músculos humanos, han sido, por lo tanto, renombradas tipo IIX o tipo IID, basándose en las semejanzas con la MHCIIx (MHCIId) de rata.

    Pares de estas principales isoformas MHC, pueden coexistir en las fibras híbridas, por lo tanto se pueden distinguir los siguientes tipo de fibras híbridas: tipo I/IIA, también llamada IC (MHCIß > MHCIIa); tipo IIAD (MHCIIa > MHCIId); tipo IIDA (MHCIId > MHCIIa); tipo IIDB (MHCIId > MHCIIb), y tipo IIBD (MHCIIb > MHCIId). Dependiendo del músculo y/o de las condiciones, las fibras híbridas pueden contener tres o más isoformas MHC. En conjunto, las fibras puras (resaltadas en negrita) y las híbridas forman un continuum desde las lentas hacia las rápidas: tipo I - tipo I/IIA - tipo IIA/I - tipo IIA - tipo IIA/D - tipo IID/A - tipo IID - tipo IID/B - tipo IIB/D - tipo IIB.

    En general, la velocidad de contracción es más lenta en las fibras tipo I, y más rápida en las tipo IIB. Las fibras tipo IID y IIA muestran valores de V_max similares entre ambas, pero son más lentas que las tipo IIB. La mayoría de las fibras tipo I normalmente expresan la isoforma cardíaca MHCIß, aunque también existen fibras tipo I que expresan la cardíaca MHCIa, por ejemplo el diafragma, el músculo masetero y los músculos extraoculares. Estas fibras conteniendo esta isoforma, muestra velocidades de acortamiento intermedias entre las fibras tipo I que contienen MHCIß y las tipo IIA que contienen MHCIIa.

    Este continuum de velocidades de contracción desde lo rápido a lo lento, se corresponde con un continuum similar en el costo de la tensión (la relación entre la actividad ATPasa y la tensión isométrica). Las fibras tipo IIB muestran el costo de tensión más alto, los tipos IID y IIA son intermedios y las fibras tipo I son las de más bajo costo de tensión.

Transición entre fibras

    Como ya apuntamos, las fibras musculares son estructuras sumamente dinámicas, capaces de cambiar sus características fenotípicas bajo varias condiciones, como por ejemplo, la actividad neuromuscular alterada, la carga mecánica, los patrones hormonales alterados (especialmente de las hormonas tiroideas) y la edad. Los cambios en las isoformas de MHC tienden a seguir un esquema general de transiciones secuenciales de rápida a lenta, y de lenta a rápida: MHCIß MHCIIa MHCIId MHCIIb.

Inervación/actividad neuromuscular

    El impacto de la inervación en el establecimiento de los fenotipos específicos de la fibras musculares durante el desarrollo y el subsecuente mantenimiento de dichas propiedades fenotípicas, ha sido demostrado en numerosos estudios.

    Se sabe que los músculos lentos se convierten en más rápidos y los rápidos se transforman en más lentos si se produce una disrupción en suministro nervioso. Además la denervación causa descensos en las concentraciones relativas de las isoformas lentas de la MHC en los músculos lentos, y de isoformas rápidas de la MHC, en músculos rápidos. El importante papel de la inervación para el establecimiento de fenotipos musculares ha sido enfatizado con experimentos de reinervación cruzada, y se ha demostrado que los músculos rápidos se vuelven lentos cuando son reinervados por un nervio lento, y músculos lentos se convierten en rápidos cuando son reinervados por un nervio rápido. Esos cambios fenotípicos que siguen a una reinervación cruzada, son en principio debido a patrones específicos de impulsos nerviosos impartidos hacia el músculo.

    La Estimulación Crónica de Baja Frecuencia (CLFS, en inglés) es un protocolo de estimulación eléctrica que imita los patrones tónicos de baja frecuencia que normalmente se envían al músculo lento, y la estimulación fásica de alta frecuencia, que imita el patrón normalmente enviado al músculo rápido.

    La CLFS induce grandes cambios en la expresión de miosina, haciendo que isoformas rápidas sean secuencialmente intercambiadas por isoformas más lentas. La mayoría de los estudios realizados en mamíferos pequeños han utilizado los músculos rápidos digitorum longus (EDL) y/o el tibialis anterior (TA), donde la MHCIIb es la isoforma rápida predominante. Allí, el intercambio secuencial de isoformas de MHC sigue el orden MHCIIb MHCIId MHCIIa (rata) y MHCIId MHCIIa MHCIß (conejos). Se ha visto que en comparación con los mamíferos pequeños (rata/ratón), los mamíferos más grandes (conejo) sufren una transición rápida-lenta más completa en períodos de estimulación con CLFS más cortos. Estas transiciones rápida-lenta se acompañan de un incremento en el porcentaje de fibras híbridas.

    Por otra parte, en forma similar a la alteraciones que sufre la expresión de las isoformas de MHC, también los patrones de la cadena liviana de miosina (MLC) siguen un transición rápida-lenta, sin embargo estas transiciones no ocurren sincrónicamente, lo cual resulta en combinaciones de MLC lenta y MLC rápida con MCH rápidas, especialmente MCHIIa.

    La CLFS virtualmente afecta a todos los elementos de la fibra muscular, incluyendo la expresión de proteínas miofibrilares, como la troponina, la tropomiosina, a-actinina y varias proteínas del retículo sarcoplásmico. Los cambios adaptativos también incluyen proteínas de señalización intracelular que participan en el proceso de excitación-contracción, y en los transportadores de glucosa, ácidos grasos y lactato. Además se ven facilitados el suministro de oxígeno y de combustibles, la remoción de metabolitos, de CO₂ e iones, por una expansión en el espacio extracelular, además de aumentar la densidad capilar, la perfusión sanguínea al músculo y el contenido de mioglobina.

Carga y descarga mecánica

    En forma similar a CLFS, el estiramiento y la carga mecánica causan transiciones rápida-lenta. La sobrecarga por estiramiento producida por inmovilización de los músculos rápidos, ha sido demostrado que causa un incremento en la fracción de fibras lentas y una transición en las isoformas de MHC. Además el modelo de hipertrofia compensatoria (ablación quirúrgica de músculos sinérgicos) produce sobrecarga funcional del músculo esquelético, provocando cambios fenotípicos similares a aquellos inducidos por sobrecarga por estiramiento. Los cambios característicos de músculos sobrecargados incluyen un aumento pronunciado de fibras lentas, como también un aumento significativo de MHCI.

    Los efectos de la descarga sido estudiados utilizando varios modelos que incluyen tenotomía, inmovilización en posición acortada y microgravedad.

    Los músculos lentos descargados se convierten en más rápidos, como resultado de un descenso tanto en el tamaño como en el número de fibras tipo I, lo cual se corresponde con una disminución de la concentración relativa de MHC y un incremento de MHCIIa, MHCIIb y MHCIId .

    Se conoce además que el cambio lento-rápido en las isoformas de MHC por descarga, es acelerado por hipertiroidismo (patología asociada al aumento de la producción de hormonas tiroideas). En forma inversa, esa transición se ve disminuída en condiciones de hipotiroidismo.

    En comparación con los músculos lentos, la descarga de músculos rápidos induce cambios menos obvios que los que podrían caracterizarse como transiciones rápida-rápida, por lo tanto los músculos rápidos descargados parecen ser menos afectados.

    Evidencia reciente sugiere que las transiciones lenta-rápida en la expresión de las isoformas de MHC siguen un orden secuencial en la dirección inversa a la de las transiciones rápida-lenta, es decir, MCHIß MHCIIa MHCIId MHCIIb, y que el número de fibras que expresan más de dos isoformas de MHC se incrementa con la duración de la descarga.

    En conclusión, las transiciones lenta-rápida no parecen ser tan completas como las transiciones rápida-lenta inducidas por CLFS, lo cual puede estar relacionado con períodos más cortos de estimulación utilizados en los estudios de descarga muscular en comparación con los de CLFS.

Rol del entrenamiento físico

    Generalmente las adaptaciones que ocurren en respuesta a la actividad neuromuscular aumentada por el ejercicio, son cualitativamente similares, pero cuantitativamente menores que las respuestas adaptativas en músculos estimulados con baja frecuencia. Es obvio que cualquier tipo de protocolo de entrenamiento expone a los músculos a cantidades mucho menores de actividad contráctil, en comparación con CLFS. A pesar de que el entrenamiento físico induce transiciones rápida-lenta en los tipos de fibras y en las isoformas de miosina, el tamaño de esos cambios nunca alcanzan el nivel de aquellos inducidos por CLFS.

    En la mayoría de los estudios que utilizaron entrenamiento de la resistencia, los principales cambios adaptativos consistieron en aumentos de las actividades de las enzimas relacionadas con el aporte de energía aeróbica-oxidativa.

    Los cambios en los tipos de fibra demostrados tanto en estudios con ejercicio de fuerza como de resistencia, se limitan primeramente a alteraciones en la población de fibras rápidas: cambios del tipo IIB hacia el tipo IIA, sin embargo intensidades crecientes de entrenamiento pueden forzar transiciones más allá de esta población de fibras rápidas.

Rol de las hormonas

    Algunas hormonas ejercen una profunda influencia sobre la composición de las fibras musculares. Un ejemplo de ello, es la testosterona. Diferencias hormonales, especialmente de testosterona, puede contribuir además a las diferencias de género en el tamaño de tipos específicos de fibras, que en consecuencia afecta la concentración relativa de isoformas MHC.

    De todas las hormonas, las hormonas tiroideas parecen ejercer el mayor efecto sobre los fenotipos de la fibra muscular. En general, el hipotiroidismo causa transiciones de fibra rápida hacia lenta, ya que cambia la expresión de isoformas MHC, mientras que el hipertiroidismo las produce en el sentido contrario.

    Los efectos diferenciales de la hormona tiroidea sobre los músculos lentos y rápidos, pueden estar relacionados posiblemente con patrones de expresión diferente de los tres receptores que se unen a la hormona, llamados T3Rß, T3Ra1 y T3Ra2. En el adulto, los tres receptores muestran niveles de expresión más altos en las fibras lentas que en las rápidas.

    Además de su impacto sobre los fenotipos de la fibras musculares, las hormonas tiroideas juegan un rol importante durante el desarrollo y la maduración del músculo. Niveles bajos de hormona tiroidea inhiben o retrasan la aparición de las isorformas adultas rápidas de la MHC, mientras que niveles elevados, aceleran dicha transición.

Rol de la edad

    Además de causar atrofia muscular, la edad puede provocar transiciones de fibras rápidas a lentas. Estudios realizados demostraron que los músculos lentos y rápidos sufren cambios relacionados con el envejecimiento, en el tipo de fibra y en la composición de isoformas de MHC.

    Los músculos rápidos de rata muestran un descenso, aparentemente dependiente de la edad, en la concentración relativa de MHCIIb, y un incremento concomitante de MCHIId. En el sóleo de rata, también se ha observado un descenso de la concentración de MHCIIa concomitantemente con un aumento de MHCI.

    Como muchos factores intrínsecos y extrínsecos pueden participar en el proceso de envejecimiento, es dificultoso decidir si los cambios en la composición de la fibras musculares y de los perfiles de isoformas de la MHC, resultan eventos primarios o secundarios asociados.

    Procesos degenerativos en el sistema nervioso central y periférico, como así también la inactividad y los niveles alterados de hormona tiroidea, todos pueden contribuir a la atrofia observada y a la pérdida de unidades motoras rápidas y de fibras rápidas. Se ha sugerido también que ocurren procesos de denervación/reinervación, y el número de unidades motoras es menor, pero con un mayor tamaño de las mismas. Los procesos degenerativos de la placa motora pueden estar relacionados con una disminución del transporte axonal, inducido por la inactividad. Al respecto se ha comprobado que el ejercicio incrementa y mejora el transporte axonal en músculo de rata.

    En cualquier caso, es obvio que la actividad juega un rol importante en contrarrestar potenciales efectos adversos sobre el músculo esquelético, durante el envejecimiento.

Posibles mecanismos involucrados en las transiciones

    Como hemos indicado anteriormente, las transiciones de fibras musculares ocurren en una variedad de condiciones como alteraciones en la inervación nerviosa, en la actividad neuromuscular o en los perfiles hormonales. Estas transiciones incluyen cambios en los patrones de isoformas de múltiples proteínas sarcoméricas, lo cual significa que existen modificaciones orquestadas en la expresión de los genes de la célula. Los intercambios entre isoformas y los cambios producidos en la cantidad de proteínas específicas, son controlados por procesos de transcripción, traducción y degradación de proteínas. Mientras que las dos primeras actividades son responsables de la inducción y de la represión de genes, la degradación (proteólisis) juega un rol fundamental en el intercambio de proteínas recién sintetizadas por las que van a ser degradadas.

    Al respecto, ha sido visto que la CLFS activa el principal sistema proteolítico en la célula muscular: las calpaínas y el complejo proteosoma- ubiquitina.

    Sin embargo existe la posibilidad de que muchas vías de traducción de señales se encuentren involucradas en el control de las transformaciones que sufren las fibras.

    El aumento de la concentración de Ca²⁺ citosólico inducido por CLFS podría estar ligado a una depresión del potencial de fosforilación de la fibra muscular. Una disminución en el potencial de fosforilación de ATP, empeora la función de la Ca²⁺ ATPasa del retículo sarcoplásmico, lo cual tiene un impacto en el secuestro de Ca²⁺ . Además se ha visto que en fibras rápidas estimuladas a baja frecuencia, hay una inactivación parcial de la Ca²⁺ ATPasa del retículo sarcoplásmico, contribuyendo mayormente a elevadas concentraciones de Ca²⁺ citosólico, lo cual podría producir la activación de los sistemas proteolíticos.

Conclusión

    Las transiciones fenotípicas sufridas por las fibras musculares, reflejan claramente que una célula diferenciada es capaz de cambiar la expresión de sus genes bajo ciertas condiciones. Es evidente que la naturaleza dinámica de las fibras de músculo esquelético es una importante adquisición evolutiva, ya que la capacidad de adaptarse a demandas funcionales alteradas, es considerada como una contribución muy significativa para aumentar la supervivencia.

    Hasta el momento, sólo han sido dilucidados aspectos básicos de este fenómeno, por lo cual serán necesarios futuros estudios para comprender más claramente los elementos y mecanismos moleculares responsables de estos procesos.

Bibliografía

• Booth FW, Weeden SH, Tseng BS. Effect of aging on human skeletal muscle and motor function. Med. Sci. Sports Exerc. (1994); 26: 556-560.

• Caiozzo VJ, Herrick RE, Baldwin KM. Response of slow and fast muscle to hypothyroidism: maximal shortening velocity and myosin isoforms. Am J Physiol (1992); 263: C86-C94.

• Demirel HA, Powers SK, Naito H, Hughes M, Coombes JS. Exercise-induced alterations in skeletal muscle myosin heavy chain phenotypo: dose-response relationship. J. Appl Physiol (1999); 86:1002-1008

• Pette D, Staron RS. Transitions of muscle fiber phenotypic profiles. Histochem Cell Biol (2001) 115:359-372. Review.

• Pette D, Staron RS. Myosin isoforms, muscle fiber types, and transitions. Microsc Res Tech (2000); 50:500-509.

	http://www.efdeportes.com/ · FreeFind
revista digital · Año 9 · N° 60 | Buenos Aires, Mayo 2003   © 1997-2003 Derechos reservados